第三章 金属切削过程的基本规律

1、1.刀具挤压工件，产生变形刀具挤压工件，产生变形2.滑移滑移3.挤裂挤裂4.切离切离第一变形区：（基本变形区）第一变形区：（基本变形区）OAOM之间的区域，是切削之间的区域，是切削过程中的主要变形区，是切削过程中的主要变形区，是切削力和切削热的主要来源。力和切削热的主要来源。主要特征：主要特征：剪切面的滑移变形剪切面的滑移变形第二变形区：第二变形区：切屑底层与前刀面之间的摩擦切屑底层与前刀面之间的摩擦变形区。主要影响切屑的变形变形区。主要影响切屑的变形和积屑瘤的产生。和积屑瘤的产生。第三变形区第三变形区第二变形区第二变形区第一变形区第一变形区第三变形区：第三变形区：工件已加工表面与刀具后刀面之

2、工件已加工表面与刀具后刀面之间的挤压、摩擦变形区域。间的挤压、摩擦变形区域。造成工件表面的纤维化与加工硬造成工件表面的纤维化与加工硬化。化。该区域对工件表面的残余应力以该区域对工件表面的残余应力以及后刀面的磨损有很大的影响。及后刀面的磨损有很大的影响。1. 带状切屑：带状切屑：产生条件：产生条件：切削塑性材料、切削切削塑性材料、切削速度高、切削厚度较速度高、切削厚度较小、前角大。小、前角大。形状：形状：连绵不断呈带状，切连绵不断呈带状，切屑底面很光滑而背面屑底面很光滑而背面呈毛茸状。呈毛茸状。形成原因：形成原因：切速高，切削层未及充切速高，切削层未及充分变形即变为切屑，剪分变形即变为切屑，剪切

3、面上的应力还未达到切面上的应力还未达到破坏值，因此只有塑性破坏值，因此只有塑性滑移而无断裂；前角大，滑移而无断裂；前角大，则刀具锋利；则刀具锋利；hD小则切小则切削力小。故易得带状切削力小。故易得带状切屑。屑。特点：特点：切削过程变形小，切切削过程变形小，切削力小且稳定；已加削力小且稳定；已加工表面粗糙度低。对工表面粗糙度低。对生产安全有危害。生产安全有危害。2. 挤裂切屑：（节状切屑）挤裂切屑：（节状切屑）形状：形状：宏观上自然连接，宏观上自然连接，但外表面呈锯齿形，但外表面呈锯齿形，如竹节状。如竹节状。产生条件：产生条件：切削塑性材料、切切削塑性材料、切削速度中等、切削削速度中等、切削厚度

4、较厚、前角较厚度较厚、前角较小。小。形成原因：形成原因：切削层经过充分变切削层经过充分变形全过程，最后被形全过程，最后被挤裂。挤裂。特点：特点：切屑冷硬度高，脆且切屑冷硬度高，脆且易断，便于处理；易断，便于处理；变形相对较大，切削变形相对较大，切削力波动较大，易产生力波动较大，易产生振动；振动；已加工表面粗糙度较已加工表面粗糙度较高。高。3. 单元切屑：单元切屑：形状：形状： 切屑沿挤裂面切屑沿挤裂面完全断开成单元完全断开成单元状。状。产生条件：产生条件：材料塑性很差、材料塑性很差、切速低、切速低、hD大、大、前角小。前角小。形成原因：形成原因：整个剪切面上剪整个剪切面上剪应力超过材料的应力超

5、过材料的破坏强度极限。破坏强度极限。特点：特点：切削力波动很大，切削力波动很大，有振动；已加工有振动；已加工表面非常粗糙，表面非常粗糙，且有振纹。且有振纹。4. 蹦碎切屑：蹦碎切屑：形状：形状：切屑呈不规则切屑呈不规则的碎块状。的碎块状。产生条件：产生条件：切削脆性材料。切削脆性材料。形成原因：形成原因：材料塑性差，抗拉材料塑性差，抗拉强度低，受前刀面强度低，受前刀面挤压时几乎没有塑挤压时几乎没有塑性变形便脆断成不性变形便脆断成不规则的碎块。规则的碎块。特点：特点：切削过程不平稳，切削过程不平稳，切削力波动大，有切削力波动大，有冲击，振动大，已冲击，振动大，已加工表面粗糙。加工表面粗糙。1.

6、变形系数：变形系数：Dchhhh厚度变形系数：厚度变形系数：长度变形系数：长度变形系数：chclll根据体积不变原理数：根据体积不变原理数：1lhsin)cos(sinOM)cos(OMhhooDch 工件材料：工件材料： 刀具角度：刀具角度： 切削速度：切削速度：工件塑性工件塑性延伸率延伸率 刀具锋利刀具锋利塑性变形塑性变形 vc “在一定的温度和压力在一定的温度和压力下下,切削塑性金属时切削塑性金属时,切切屑底层与前刀面嵌入式屑底层与前刀面嵌入式结合发生冷焊现象结合发生冷焊现象,使使一部分切屑粘结在前刀一部分切屑粘结在前刀面上面上,形成积屑瘤形成积屑瘤”。1.特点：特点：硬度是工件材料的硬

7、度是工件材料的23.5倍，可以代替倍，可以代替刀具切削。刀具切削。周而复始的生长、脱周而复始的生长、脱落。落。2.产生条件：产生条件：切削塑性材料。切削塑性材料。切削区的温度、压力切削区的温度、压力和界面状况符合在刀和界面状况符合在刀面上发生冷焊的条件。面上发生冷焊的条件。3. 对切削过程的影响：对切削过程的影响： 积屑瘤代替刀刃进行切削，保护积屑瘤代替刀刃进行切削，保护了刀刃，增大了前角。了刀刃，增大了前角。 积屑瘤形状不规则，频繁生长脱积屑瘤形状不规则，频繁生长脱落，影响尺寸精度和表面质量。落，影响尺寸精度和表面质量。故：故： 粗加工时可人为控制积屑瘤的生粗加工时可人为控制积屑瘤的生长，使

8、积屑瘤能稳定存在。长，使积屑瘤能稳定存在。 精加工时应抑制积屑瘤的产生。精加工时应抑制积屑瘤的产生。1.主切削力：主切削力：FC在主运动方向的分力。在主运动方向的分力。FC与切削速度方向一致，又与切削速度方向一致，又称切向抗力。是计算机床称切向抗力。是计算机床切削功率的主要依据。切削功率的主要依据。2.背向力：背向力：FP总切削力在切深方向总切削力在切深方向的分力。的分力。 FP在基面在基面内，与进给方向垂直。内，与进给方向垂直。3.进给抗力：进给抗力：Ff在进给方向的分力。在进给方向的分力。是计算或校核机床是计算或校核机床进给机构强度的依进给机构强度的依据。据。cosFFsinFFFFFFD

9、pDf2p2f2c)()()(NKfaCFNKfaCFNKfaCFffFfFfppFpFpccFcFcFyxpFfFyxpFpFyxpFc注意：注意：计算公式由实验测得，式中的各项应按照实验时的单计算公式由实验测得，式中的各项应按照实验时的单位计算。即：位计算。即：aP：mm，f：mm/r手册中的数据为特定切削条件下测得的数据，当实际手册中的数据为特定切削条件下测得的数据，当实际的条件与实验公式条件不符时，应加修正系数。的条件与实验公式条件不符时，应加修正系数。cccccccccVBFrFFFbrFFvFfFFKKKKKKKKK )/(2mmNafFAFKpcDcCpCDCcafKAKF)(1

10、000kwvFPccc85. 075. 0 cEPP)/()/(313smmvfaQsmmkwQPPcpzzcs第一变形区：第一变形区：60%的热量的热量第二变形区：第二变形区：30%的热量的热量第三变形区：第三变形区：10%的热量的热量在不使用冷却液的情况下：在不使用冷却液的情况下：Q屑屑Q刀刀Q工工Q介介切削脆性材料时切削脆性材料时最高温度区域最高温度区域切削塑性材料时切削塑性材料时最高温度区域最高温度区域“指切削区（切屑与指切削区（切屑与前刀面接触区）的前刀面接触区）的平均温度平均温度200以下以下切屑呈银白色切屑呈银白色220切屑呈淡黄色切屑呈淡黄色270切屑呈暗红色切屑呈暗红色290

11、300 切屑呈暗蓝色切屑呈暗蓝色320 切屑呈蓝色切屑呈蓝色350 切屑呈蓝灰色切屑呈蓝灰色400 切屑呈灰白色切屑呈灰白色500 切屑呈紫黑色切屑呈紫黑色HB、b b切削抗力切削抗力功耗功耗热处理热处理HBb b正火正火18760100%调质调质22975125%淬火淬火44HRC148145%vc、f、ap zpyxcafvC用用YT15刀具，切削刀具，切削45#钢时钢时( b b=75kg/cm=75kg/cm2 2) )04. 014. 04 . 0314pcafv 在满足工艺要求的前提下，取小的在满足工艺要求的前提下，取小的 vc较大的较大的 ap、f O O 工件和切屑中的硬质点（

12、如炭化物）以及不断脱落工件和切屑中的硬质点（如炭化物）以及不断脱落的积屑瘤碎片划擦刀面产生磨损。的积屑瘤碎片划擦刀面产生磨损。 切屑与刀具在压力和摩擦条件下冷焊粘结，然后相切屑与刀具在压力和摩擦条件下冷焊粘结，然后相互被拉开，产生表面破坏伤痕。互被拉开，产生表面破坏伤痕。工件材料和刀具在高温下（工件材料和刀具在高温下（9001000）相互相互扩散造成的磨损。扩散造成的磨损。刀具上的表面膜被切屑或工件表面划擦掉后，在高温刀具上的表面膜被切屑或工件表面划擦掉后，在高温下（下（700800）与空气中的氧作用产生松脆氧化物，）与空气中的氧作用产生松脆氧化物，造成刀具磨损。造成刀具磨损。“指后刀面磨损带

13、中间部分平均磨损量允许达到的指后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的最大磨损尺寸最大磨损尺寸”。以。以VB表示表示“刀具从开始切削一直到磨损量达到磨钝标准为止的总刀具从开始切削一直到磨损量达到磨钝标准为止的总的切削时间的切削时间”。记为：。记为：TppnmcTafvCT11175. 025. 25pcTafvCT可见：可见：vc对对T的影响最大，的影响最大，f次之，次之，aP最小。在优选切最小。在优选切削用量以提高生产率时，首先应尽量选大的削用量以提高生产率时，首先应尽量选大的aP，然后根据加工条件和要求选允许最大的然后根据加工条件和要求选允许最大的f，最后，最后根据根据T选取合理的选取合理

14、的vc。“根据单件工序工时最短的原则来确定根据单件工序工时最短的原则来确定T”。ctptmmT)1(“根据单件工序成本最低的原则来确定根据单件工序成本最低的原则来确定T”。)(1MCtmmTtctc式中：式中：m：指数。：指数。 对于高速钢：对于高速钢： m=0.10.125， 硬质合金：硬质合金： m=0.10.4， 陶瓷刀具：陶瓷刀具： m=0.20.4 tct：换刀一次所需时间；：换刀一次所需时间； Ct：刀具成本；：刀具成本； M：该工序单位时间内机床折旧费及所分担的全厂开支。：该工序单位时间内机床折旧费及所分担的全厂开支。刀具锋利刀具锋利切屑变形程度切屑变形程度切削力切削力前角前角前角前角刀刃及刀头强度刀刃及刀头强度易蹦刃易蹦刃楔角楔角前角前角切屑变形程度切屑变形程度易断屑易断屑脆性材料：脆性材料：O O小，塑性材料：小，塑性材料： O O大大刀具的刀具的b b、k k较大，则较大，则O O可选大值可选大值粗加工时：粗加工时：O O小，精加工时：小，精加工时： O O大大“”刀具的刀具的b b、k k较大，则较大，则O O可选大值可选大值粗加工时：粗加工时： O O小，精加工时：小，精加工时： O O大大工件的工件