金属切削基本知识

1、第一节 切削运动及切削要素 第一章第一章 金属切削加工基础知金属切削加工基础知识识 一、零件表面的形成及切削运动一、零件表面的形成及切削运动平面、外圆面、内圆面（孔）、锥面、曲面（成形面）*切削运动切削运动为了形成零件表面形状，刀具与工件之间的相对运动。1. 1. 主运动：主运动：切下切屑最主要的运动。特点：速度最高、消耗的功率最大。主运动只有一个。2. 2. 进给运动进给运动：使金属层不断投入切削，加工出完整表面所需的运动。特点：速度低、消耗的功率小。有一个或多个。 主运动与进给运动同时进行时，刀具切削刃上一点相对工件的运动。 合成速度向量等于主运动速度与进给运动速度的向量和。 Ve=Vc+

2、Vf 3. 3. 合成运动合成运动：各种切削加工方法的切削运动各种切削加工方法的切削运动 注释注释:1、主运动可以是旋转运动，也可以是往复运动；、主运动可以是旋转运动，也可以是往复运动；2、主运动可以是工件来实现（车外圆）、主运动可以是工件来实现（车外圆）,主运动主运动 也可以是刀具来实现也可以是刀具来实现（切断、刨、铣加工）（切断、刨、铣加工）;3、主运动只有一个，进给运动可以一个以上。、主运动只有一个，进给运动可以一个以上。 零件上的三个表面零件上的三个表面已加工表面已加工表面加工表面加工表面待加工表面待加工表面nf f已加工表面已加工表面加工表面加工表面待加工表面待加工表面d dw wd

3、 dm m待加工表面：指加工时工件上有待切除的表面；待加工表面：指加工时工件上有待切除的表面；已加工表面：指工件上经刀具切削后产生的表面已加工表面：指工件上经刀具切削后产生的表面; ; 过渡表面（加工表面）：过渡表面（加工表面）： 指工件上由刀具切削刃形成的表面。指工件上由刀具切削刃形成的表面。 工件上形成的表面工件上形成的表面1. 切削速度切削速度 vc (m/s 或或 m/min)在单位时间内，工件或刀具沿主运动方向的相对位移。在单位时间内，工件或刀具沿主运动方向的相对位移。 主运动为旋转运动主运动为旋转运动 vc =d n/1000 往复运动往复运动 vc = 2Lnr /10002.

4、进给量进给量 f (mm/r 或或 mm/双行程双行程)在单位时间内（主运动的一个循环内），刀具或工件沿进给运动方向的相对位移。在单位时间内（主运动的一个循环内），刀具或工件沿进给运动方向的相对位移。进给速度进给速度 vf=n f = n fz z （mm/s 或或 mm/min)二、切削用量三要素二、切削用量三要素3. 背吃刀量背吃刀量（切削深度）（切削深度） ap 过切削刃上选定点并垂直于该点主运动方向的切削层平面中,垂直于进给运动方向,主切削刃切入工件的深度. 车削外圆车削外圆时时 ap = (dw-dm)/2 钻孔时钻孔时 ap = dm/2 不同切削工艺的进给量和背吃刀量1) 1)切

5、削厚度（切削厚度（h hd d） （mmmm）两相邻加工表面之间的垂直距离。h hd df fa ap pKrKr2)2)切削宽度（切削宽度（b bd d） （mmmm）沿主刀刃度量的切削层的长度。b bd d3)3)切削面积（切削面积（A Ad d） （mmmm2 2）切削层切削层 指工件上正在被切削刃切削的那一层金属。h hd d f sinr b bd d ap/sinr Ad h hd d b bd d f ap 三、切削层参数三、切削层参数一、刀具材料一、刀具材料刀具的切削性能决定于刀具结构、切削部分的材料和几何参数刀具的切削性能决定于刀具结构、切削部分的材料和几何参数1、刀具材料的

6、基本要求、刀具材料的基本要求 （1）高的硬度）高的硬度 常温硬度常温硬度60HRC以上，耐磨性是硬度、以上，耐磨性是硬度、 组织组织 结构及化结构及化 学性能等的综合反映。学性能等的综合反映。 （2）足够的强度和冲击韧性）足够的强度和冲击韧性（4） 高耐热性高耐热性 高温硬度、强度、耐磨性，抗氧化性、抗扩散粘结性等高温硬度、强度、耐磨性，抗氧化性、抗扩散粘结性等（5）良好的工艺性）良好的工艺性 锻造性能、磨削性能、热处理性能等锻造性能、磨削性能、热处理性能等（3）有较好的耐磨性。）有较好的耐磨性。第二节第二节 刀具材料及刀具构造刀具材料及刀具构造 夹持部分夹持部分（刀体）（刀体）切削部分切削部

7、分（刀头）（刀头）外圆车刀外圆车刀特点特点a. a. 淬火后硬度高；淬火后硬度高；HRC6165HRC6165b. b. 价格低；价格低；. .耐热温度低；耐热温度低；. .淬火后应力、变形大。淬火后应力、变形大。250300250300应用：速度低、形状简单的手动工具。如锉刀、锯条等。应用：速度低、形状简单的手动工具。如锉刀、锯条等。加入少量加入少量CrCr、WW、MnMn、SiSi等，如等，如9SiCr9SiCrHRC6168HRC6168耐热温度耐热温度 350400350400应用：速度低、形状复杂的工具。如绞刀、板牙、丝锥等。应用：速度低、形状复杂的工具。如绞刀、板牙、丝锥等。2、常

8、用刀具材料、常用刀具材料C= 0.71.4%C= 0.71.4%；T8T8、T10T10、T10AT10A、T12T12等等HRC6165HRC6165耐热温度耐热温度 600600应用：各种形状复杂的刀具。应用：各种形状复杂的刀具。 如钻头、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其他成形刀具。如钻头、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其他成形刀具。高合金钢。高合金钢。W=620%W=620%；Cr=3.84.4%Cr=3.84.4%；V=1.04%V=1.04%各类高速钢刀具碳化物碳化物+ +粘结剂粘结剂粉末冶金粉末冶金碳化物：碳化物：WCWC、TiCTiC、TaCTaC、NbCNbC粘结剂：粘结剂：CoCoHRC76

9、84HRC7684 耐热温度耐热温度 10001000各类硬质合金刀具 钨钴类（钨钴类（YGYG）：）：WC+CoWC+Co韧性好、硬度低，切削韧性材料时耐磨性较差。韧性好、硬度低，切削韧性材料时耐磨性较差。适于加工铸铁、青铜等脆性材料和粗加工。适于加工铸铁、青铜等脆性材料和粗加工。 钨钴钛类（钨钴钛类（YTYT）：）：WC+TiC+CoWC+TiC+Co硬度高、耐磨性好、耐热性好，但韧性较差硬度高、耐磨性好、耐热性好，但韧性较差 。适于加工韧性材料和精加工。适于加工韧性材料和精加工。分分类类硬、脆、价格硬、脆、价格低低主要成分是主要成分是AlAl2 2O O3 3HRC9394HRC9394

10、耐热温度耐热温度 12001450 12001450主要用于加工半精加工和精主要用于加工半精加工和精加工高硬度、高强度钢及冷加工高硬度、高强度钢及冷硬铸铁等材料。硬铸铁等材料。粉末冶金高速钢工艺工艺： 用高压氩气或氮气雾化熔融的高速钢水，得到细小粉末 高温下压制成致密的钢坯； 锻压成材或刀具形状。机械性能机械性能良好：良好： 强度和韧性分别是熔炼高速钢的2倍和2.53倍； 磨加工性能好； 物理机械性能高度各向同性，淬火变形小； 耐磨性能提高2030。应用应用： 适合制造切削难加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滚刀、插齿刀）、精密刀具、磨加工量大的复杂刀具、高压动载荷下使用的刀具等。新型硬质合金简介

11、新型硬质合金简介1. 调整化学成份，提高综合性能调整化学成份，提高综合性能 添加添加TaC、 NbC；添加稀土元素；添加稀土元素；TiC(N)基，高速钢基等基，高速钢基等2. 涂层涂层硬质合金（可转位刀片）硬质合金（可转位刀片） TiC涂层、涂层、 TiN涂层、复合涂层、陶瓷涂层涂层、复合涂层、陶瓷涂层 3. 细晶粒和超细晶粒细晶粒和超细晶粒硬质合金硬质合金其它刀具材料简介其它刀具材料简介1. 金刚石（最硬、耐磨性好，耐热性较差金刚石（最硬、耐磨性好，耐热性较差 800 加工陶瓷、加工陶瓷、硬合金、有色金属等，不适于铁系金属加工硬合金、有色金属等，不适于铁系金属加工2. 立方氮化硼立方氮化硼

12、硬度仅次于金刚石，化学稳定性、耐热性好，加工淬火钢等硬度仅次于金刚石，化学稳定性、耐热性好，加工淬火钢等 在韧性较好的硬质合金基体上，或在高速钢刀具在韧性较好的硬质合金基体上，或在高速钢刀具基体上，涂抹一薄层耐磨性高的难熔金属化合物而获基体上，涂抹一薄层耐磨性高的难熔金属化合物而获得。常用涂层材料有得。常用涂层材料有TiCTiC、TiNTiN、Al2O3Al2O3等。等。性能性能：抗氧化性较高，因而耐磨性和抗月牙洼磨能力：抗氧化性较高，因而耐磨性和抗月牙洼磨能力较高；摩擦系数低，可降低切削力及切削温度，提高较高；摩擦系数低，可降低切削力及切削温度，提高刀具耐用度（提高硬质合金耐用度刀具耐用度（

13、提高硬质合金耐用度1 13 3倍，高速钢刀倍，高速钢刀具耐用度具耐用度2 21010倍）。但也存在着锋利性、韧性、抗倍）。但也存在着锋利性、韧性、抗剥落性、抗崩刃性及成本昂贵之弊。剥落性、抗崩刃性及成本昂贵之弊。涂层刀具涂层刀具 刀具材料的发展与切削加工高速化的关系切削速度（m/min）200010005002001005020101800 1850 1900 1950 2000 年代碳素工具钢合金工具钢WC系硬质合金高速钢WC-TiC系硬质合金涂层硬质合金TiAlN涂层硬质合金DLC涂层硬质合金TiC-TiN金属陶瓷聚晶立方氮化硼 （PCBN）陶瓷聚晶金刚石（PCD）刀具材料 刀具材料种类

14、合金 高速钢 硬质合金 陶瓷 天然 聚晶金刚石 聚晶立方氮工具钢 W18Cr4V YG6 Si3N4 金刚石 PCD 化硼 PCBN材料性能 硬度 HRC65 HRC66 HRA90 HRA93 HV10000 HV7500 HV4000抗弯强度 2.4GPa 3.2GPa 1.45GPa 0.8GPa 0.3GPa 2.8GPa 1.5GPa导热系数 40-50 20-30 70-100 30-40 146.5 100-120 40-100热稳定性 350 620 1000 1400 800 600-800 1000 化学惰性 低 惰性大 惰性小 惰性小 惰性大 耐磨性 低 低 较高 高 最

15、高 最高 很高 一般精度 Ra0.8 高精度 Ra=0.4-0.2加工质量 Ra0.8 IT7-8 Ra=0.1-0.05 IT5-6 IT7-8 IT5-6 可替代磨削加工对象低速加工一般钢材、铸铁一般钢材、铸铁粗、精加工一般钢材、铸铁粗、精加工高硬度钢材精加工硬质合金、铜、铝有色金属及其合金、陶瓷等高硬度材料淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等难加工材料普通刀具材料与超硬刀具材料性能与用途对比二、刀具角度车刀切削部分的组成（车刀切削部分的组成（“三面两刃一尖三面两刃一尖”）切削部分切削部分（刀头）（刀头）夹持部分夹持部分（刀体）（刀体）前刀面前刀面主后刀面主后刀面副后刀面副后刀面主切削刃主切削刃副

16、切削刃副切削刃刀尖刀尖 三面两线一点外圆车刀外圆车刀刀尖的形式刀尖的形式 刀具结构刀具结构其它各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀等，其它各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀等，都可以看作是车刀的演变和组合。都可以看作是车刀的演变和组合。刀具角度刀具角度u由于实际生产中大多数加工表面都是空间曲线，不由于实际生产中大多数加工表面都是空间曲线，不便于直接用来作为坐标平面，因此需要通过切削刃上便于直接用来作为坐标平面，因此需要通过切削刃上某一选定点，做工件加工表面的切削平面和法平面。某一选定点，做工件加工表面的切削平面和法平面。u刀具静止参考系（标注参考系）：不考虑进给运动，刀具静止参考系（标注参考系）：不考虑进给

17、运动，并在特定的安装条件下的参考系。并在特定的安装条件下的参考系。u刀具工作参考系（动态参考系）：是确定刀具在切刀具工作参考系（动态参考系）：是确定刀具在切削运动中有效工作角度的基准。考虑了进给运动及安削运动中有效工作角度的基准。考虑了进给运动及安装情况的影响。装情况的影响。刀具静止参考系刀具静止参考系四个辅助平面四个辅助平面d dw wd dm mnf f过主刀刃上一点，垂直于该点假定主运动的平面。（2 2）切削平面）切削平面过主刀刃上一点，与切削刃相切，并与基面垂直。切削平面切削平面主剖面主剖面过主刀刃上一点，与主切削平面垂直，并与基面垂直的平面。（1 1）基面）基面（3 3）主剖面（正交

18、平面）主剖面（正交平面）（4 4）假定工作平面）假定工作平面过切削刃上的选定点，垂直于基面并平行于假定进给运动方向的平面。刀具标注角度的坐标刀具标注角度的坐标为了便于刀具设计者在设计刀具时的标注，有一些理想为了便于刀具设计者在设计刀具时的标注，有一些理想状态的假定：状态的假定：1 1）装刀时，刀尖恰在工件的中心线上；）装刀时，刀尖恰在工件的中心线上；2 2）刀杆中心线垂直工件轴线；）刀杆中心线垂直工件轴线；3 3）没有进给运动；）没有进给运动；刀具的主要标注角度刀具的主要标注角度d dw wd dm mnf f切削平面切削平面主剖面主剖面1) 1) 前角（前角（ 0 0）前刀面和基面前刀面和基

19、面之间的夹角。之间的夹角。在主剖面内度量。在主剖面内度量。 0 02 2）后角（）后角（ 0 0）主后刀面和切削平主后刀面和切削平面之间的夹角。面之间的夹角。在主剖面内度量。在主剖面内度量。 0 03 3）主偏角（）主偏角（krkr）4 4）副偏角（）副偏角（krkr）krkrKrKr在基面中测量的主切削平面与假定工作平面间的夹角。在基面中测量的副切削平面与假定工作平面间的夹角。刀具角度主偏角r5 5）刃倾角（）刃倾角（ S S）主切削刃与基面之间的夹角。 在切削平面内度量。d dw wd dm mnf f切削平面切削平面主剖面主剖面 0 0 0 0krkrKrKr S Sf f切削平面切削平

20、面主剖面主剖面 0 0 0 0krkrKrd dw wn例题: 端面车刀习题：分析平面刨刀切削部分的组成习题：分析平面刨刀切削部分的组成, ,并标注刀具的几何角度并标注刀具的几何角度. .习题答案习题答案习题：分析切断刀切削部分的组成习题：分析切断刀切削部分的组成, ,并标注刀具的几何角度并标注刀具的几何角度. .习题答案习题答案刀具角度对加工过程的影响刀具角度对加工过程的影响1. 1. 前角（前角（ 0 0）作用作用 减小切屑的变形；减小切屑的变形； 减小前刀面与切屑之间的摩擦力。减小前刀面与切屑之间的摩擦力。所以所以 0 0 ：a .a .减小切削力和切削热；减小切削力和切削热；b .b

21、.减小刀具的磨损；减小刀具的磨损；c .c .提高工件的加工精度和表面质量。提高工件的加工精度和表面质量。 0 0 0选择：加工塑性材料和精加工取大前角（ ） 0 0加工脆性材料和粗加工取小前角（ ） 0 0前角（前角（ 0 0）可正、可负、也可以为零。）可正、可负、也可以为零。高速钢车削碳钢：高速钢车削碳钢： 0 0=20=200 030300 0硬质合金车削碳钢：硬质合金车削碳钢： 0 0=10=100 020200 02. 2. 后角（后角（ 0 0）作用：作用： 减小工件加工表面与主后刀面之间的摩擦力减小工件加工表面与主后刀面之间的摩擦力。所以所以 0 0a .a .减小切削力和切削热

22、；减小切削力和切削热；b .b .减小刀具的磨损；减小刀具的磨损；c .c .提高工件的加工精度和表面质量。提高工件的加工精度和表面质量。 0 0 0选择：加工塑性材料和精加工取大后角（ ） 0 0加工脆性材料和粗加工取小后角（ ） 0 0后角（ 0）只能是正的。精加工： 0 0= 8= 80 012120 0粗加工： 0 0= 4= 40 0880 03 . 3 . 主偏角（主偏角（kr kr）改善切削条件，提高刀具寿命改善切削条件，提高刀具寿命。作用：作用：减小减小kr：当当a ap p、f f 不变时，则不变时，则 b bD D 、h hD D 使切削条件得到改善，提高了刀具寿命。使切削

23、条件得到改善，提高了刀具寿命。nf fd dw wd dm mkrkrkrkra ap p选择系统刚性好：取较小的kr。100300、450。系统刚性差：取较大的kr。600、750、900。但减小但减小kr Fykr Fy 、FxFx ，加大工件的变，加大工件的变形挠度，使工件精度形挠度，使工件精度降低。同时，容易引降低。同时，容易引起系统振动。起系统振动。4 . 4 . 副偏角（副偏角（kr kr）最终形成已加工表面最终形成已加工表面。作用：作用：选择：在不产生振动的前提下，取小值。选择：在不产生振动的前提下，取小值。Kr：使已加工表面残留密集的高度减小，降低工件的表面粗糙度。5 . 5

24、. 刃倾角（刃倾角（ S S ）作用 影响切削刃的锋利程度；影响切削刃的锋利程度；影响切屑流出方向；影响切屑流出方向；影响刀头强度和散热条件；影响刀头强度和散热条件；影响切削力的大小和方向。影响切削力的大小和方向。选择选择：粗加工：可取零或负（ S S =0、- S S ）精加工：取 正（+ + S S ） 刀具的工作角度刀具的工作角度车外圆时车刀安车外圆时车刀安装的装的高低高低，对前，对前角、后角有影响角、后角有影响车外圆时车刀安车外圆时车刀安装的装的偏斜偏斜，对主，对主偏角、副偏角有偏角、副偏角有影响影响刀具的结构形式刀具的结构形式2 2）焊接式车刀）焊接式车刀: :结构简单、紧凑、刚性好

25、，可磨出各种所需角度，结构简单、紧凑、刚性好，可磨出各种所需角度，应用广泛应用广泛 3 3）整体式车刀）整体式车刀: :多为高速钢车刀，其结构简单，制造、使用都方便多为高速钢车刀，其结构简单，制造、使用都方便 1 1）机夹可转位式车刀）机夹可转位式车刀: :不需焊接和刃磨，避免了焊接和刃磨引起不需焊接和刃磨，避免了焊接和刃磨引起的缺陷，保持了硬质合金的原有性能，提高了刀具的耐用度的缺陷，保持了硬质合金的原有性能，提高了刀具的耐用度常见刀具的结构形式常见刀具的结构形式 第三节第三节 金属切削过程金属切削过程1、切屑形成过程、切屑形成过程 以塑性材料的切屑以塑性材料的切屑形成为例，金属切削区形成为

26、例，金属切削区可大致划分为：可大致划分为： 三个变形区三个变形区 第一变形区第一变形区 第二变形区第二变形区 第三变形区第三变形区一、一、 切屑形成的过程及切屑种类切屑形成的过程及切屑种类 第变形区：即剪切变形区，金属剪切滑移，成为切屑。金属切削过程的塑性变形主要集中于此区域。图3-5 切削部位三个变形区第变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要原因。第变形区：靠近前刀面处，切屑排出时受前刀面挤压与摩擦。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。oMLcLca ac cLchLchh hc c h h切屑的变形程度用切屑的变形程

27、度用变形系数变形系数 表示。表示。 = h= hchch/h/hD D11影响切屑变形的因素：影响切屑变形的因素： 刀具角度： 0 0 切削速度： v 材料塑性： 刀具与切屑之间的摩擦系数 ， 。 形成条件影响名称简图形态变形带状，底面光滑，背面呈毛茸状节状，底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状粒状不规则块状颗粒剪切滑移尚未达到断裂程度局部剪切应力达到断裂强度剪切应力完全达到断裂强度未经塑性变形即被挤裂加工塑性材料，切削速度较高，进给量较小， 刀具前角较大加工塑性材料，切削速度较低，进给量较大， 刀具前角较小工件材料硬度较高，韧性较低，切削速度较低加工硬脆材料， 刀具前角较小切削过程平稳，表面粗糙度小

28、， 妨碍切削工作，应设法断屑切削过程欠平稳，表面粗糙度欠佳切削力波动较大，切削过程不平稳，表面粗糙度不佳切削力波动大，有冲击，表面粗糙度恶劣，易崩刀带状切屑节状切屑单元切屑崩碎切屑切屑类型及形成条件切屑类型切屑类型带状切屑Real节状切屑Real单元切屑Real崩碎切屑Real切屑形态二、积屑瘤二、积屑瘤在一定的切削速度下切削塑性材料时，常发现在刀具前刀面上靠近刀刃的部位粘附着一小块很硬的金属称为积屑瘤。1. 1. 积屑瘤的形成积屑瘤的形成oM滞留层滞留层1) 1) 积屑瘤的形成过程积屑瘤的形成过程2) 2) 积屑瘤的形成条件积屑瘤的形成条件 工件材料：塑性材料； 切削速度：中等（1050m/

29、min），温度约300； 刀具角度： 0 0 偏小； 冷却条件：不加切削液。摩擦阻力切屑滞留层切屑粘在刀具上积屑瘤2. 2. 积屑瘤对加工过程的影响积屑瘤对加工过程的影响有利 使使 0 0 增大，使切削过程变得轻快。增大，使切削过程变得轻快。 可代替主刀刃和前刀面进行切削，保护刀具。可代替主刀刃和前刀面进行切削，保护刀具。所以：粗加工时可以利用。不利不利 积屑瘤不稳定，易引起振动，使积屑瘤不稳定，易引起振动，使 Ra Ra 增大。增大。 会引起会引起a ap p的变化，使加工精度降低。的变化，使加工精度降低。所以：精加工时应尽量避免。图图312 积屑瘤高度与切削速度关系示意图积屑瘤高度与切削速

30、度关系示意图采用低速或高速切削，采用低速或高速切削，由于切削速度是通过切削温度影响积屑瘤的，以切削45钢为例，在低速vc3m/min和较高速度vc60m/min范围内，摩擦系数都较小，故不易形成积屑瘤；采用切削液，采用切削液，使摩擦和粘结减少；适当减少进给量、增大刀具前角；适当减少进给量、增大刀具前角；适当提高工件材料的硬度；适当提高工件材料的硬度；对工件进行正火、调质处理，降低对工件进行正火、调质处理，降低 、akak抑制或消除积屑瘤的措施抑制或消除积屑瘤的措施 3个变形区产生的弹、塑性变形抗力 切屑、工件与刀具间摩擦力 主切削力主切削力FcFc是F在切削速度方向上的分力。主切削力占总切削力

31、的主切削力占总切削力的80%90%80%90%，消耗的功率占总功率的消耗的功率占总功率的95%95%以上。以上。是计算机床动力及主要传动零件强是计算机床动力及主要传动零件强度和刚度的依据。度和刚度的依据。 进给抗力（轴向分力）进给抗力（轴向分力）F Ff f是是F F在进给方向上的分力。在进给方向上的分力。消耗的功率仅占总功率的消耗的功率仅占总功率的15%15%。是设计和计。是设计和计算进给机构零件强度和刚度的依据。算进给机构零件强度和刚度的依据。 背向力背向力FpFp是F在切削深度方向上的分力。2 2切削力的计算切削力的计算（1 1）用经验公式计算）用经验公式计算 （NN）由由 可看出工件材

32、料和刀具材料对切削力的影响很大；可看出工件材料和刀具材料对切削力的影响很大； 而而xFc比比yFc大，故切削用量中，背吃刀量大，故切削用量中，背吃刀量aP对切削力的影响最大，对切削力的影响最大，其次为进给量其次为进给量f，切削速度，切削速度vc的影响最小。的影响最小。（2 2）用切削层单位面积切削力估算）用切削层单位面积切削力估算Fc = kc AD = kC bD hD kC ap f （NN）3 3切削功率切削功率由于由于FP不做功，不做功，Ff消耗功率很小，故只计算主切削力所消耗的消耗功率很小，故只计算主切削力所消耗的功率。功率。Pm = FC VC 10-3 （KWKW）机床电动机功率

33、机床电动机功率PE为：为： PE = = Pm / / （KWKW）ccccxFyFcFpFFC afKcFC切削深度与切削力近似成正比；进给量增加，切削力增加，但不成正比；切削速度对切削力影响复杂强度高加工硬化倾向大切削力大5 19 28 35 55 100 130 切削速度 v（m/min） 981784588主切削力Fc（N）切削速度对切削力的影响四、切削热和切削温度四、切削热和切削温度1. 1. 切削热的来源与传散切削热的来源与传散1) 1) 切削热的来源切削热的来源a . 切屑变形所产生的热；b . 切屑与前刀面之间的摩擦；c . 工件与后刀面之间的摩擦。切屑：介质：工件：刀具：50

34、80%1%4010%，会使工件膨胀或伸长，产生尺寸和形状误差，影响加工精度93%，使刀具温度升高，硬度下降，磨损加快，耐用度降2) 2) 切削热的传散切削热的传散工件切屑刀具切削热的来源与传出影响切削温度的因素： 工件材料：材料的强度、硬度越高，塑性、韧性越好，切削温度越高；材料的导热性愈好，切削温度愈低。 刀具 冷却条件：加切削液，切削温度降低。刀具角度：刀具角度： 增大增大 0 0 ，切削温度降低；，切削温度降低； 减小减小krkr 、krkr，切削温度降低。切削温度降低。刀具材料：导热性愈好，切削温度愈低。刀具材料：导热性愈好，切削温度愈低。 切削用量中对切削温度影响最大的是切削速度，其

35、次是进给量，而切削深度影响最小 。2. 2. 切削温度及其影响因素切削温度及其影响因素切削温度切削温度 切削区的平均温度。切削区的平均温度。切削区 切屑、工件、刀具相接触的区域。五、刀具磨损及刀具耐用度五、刀具磨损及刀具耐用度刀具失效形式：刀具失效形式：磨损磨损 （正常工作时逐渐产生的损耗）（正常工作时逐渐产生的损耗） 破损破损 （突发的破坏，随机的）（突发的破坏，随机的）（一）、刀具的磨损形式（一）、刀具的磨损形式1、前刀面磨损、前刀面磨损 切塑性材料，切塑性材料，较大的切削厚度（h hD D 0.5mm）时，时，在前刀面上在前刀面上形成形成月牙洼磨损月牙洼磨损,以最大深度以最大深度KT表表

36、示。示。2、后刀面磨损、后刀面磨损 切铸铁或以较小的切切铸铁或以较小的切削厚度（削厚度（hD0.1mm）切塑性）切塑性 材料时，主要发生这种磨损。材料时，主要发生这种磨损。KTVB 一般发生在以中等切削厚（hD=0.10.5mm）切削塑性材料的条件下。 由于多数情况下，后刀面都有磨损，它的磨损对加工质量的影响较大，而且测量相对方便，所以一般都用后刀面的磨损高度VB来表示刀具的磨损程度。3、前后刀面同时磨损、前后刀面同时磨损（二）刀具磨损过程（二）刀具磨损过程 1. 1. 初期磨损阶段（初期磨损阶段（OAOA） 与刀具刃磨质量有关与刀具刃磨质量有关 2. 2. 正常磨损阶段（正常磨损阶段（ABA

37、B） VBVB与切削时间近似正比与切削时间近似正比 斜率表示磨损强度斜率表示磨损强度 3. 3. 急剧磨损阶段（急剧磨损阶段（BCBC） 切削力、温度急升，刀切削力、温度急升，刀 具磨损加剧，之前换刀具磨损加剧，之前换刀所以：应在刀具正常磨损所以：应在刀具正常磨损阶段后期，急剧磨损阶段阶段后期，急剧磨损阶段之前刃磨刀具。之前刃磨刀具。常取后刀面最大允许磨损量VB磨钝标准如粗加工： 硬质合金车刀：T = 60min高速钢钻头：T = 60120min刀具总寿命 一把新刀从投入切削开始至报废为止的总切削时间，其间包括多次重磨。刀具从切削开始至磨钝标准的实际切削时间，刀具在两次刃磨之间的实际切削总时

38、间。用T 表示。图3-27 不同刀具材料的耐用度比较硬质合金（VB=0.4mm）陶瓷刀具（VB=0.4mm）高速钢刀具耐用度T（min）1 2 3 5 6 8 10 20 30 40 60800600500400300200100806050切削速度v（m/min） 工件材料：材料的强度、硬度越高，温度越高；材料的 导热性愈差，刀具磨损愈快，降低刀具耐用度。 刀具 冷却条件：合理使用切削液，可降低切削温度、减小 摩擦，提高刀具耐用度。a. 刀具角度： 增大 0 、0，可减小切屑变形、减 小摩擦，从而减小刀具磨损，提高刀具耐用度。b.刀具材料：耐磨性、耐热性愈好，刀具耐用度愈高。4. 4.影响影

39、响刀具磨损与刀具耐用度的因素刀具磨损与刀具耐用度的因素 切削用量：切削用量： 、 、 愈大，愈大， 刀具磨损加剧。但刀具磨损加剧。但 的影的影 响最大响最大 、 次之、次之、 最小。最小。vvfpafpa 一、衡量材料切削加工性的指标一、衡量材料切削加工性的指标工件材料切削加工性工件材料切削加工性 指材料被加工成合格零件的难易程度指材料被加工成合格零件的难易程度 是一个相对的概念是一个相对的概念 1. 1.以刀具使用寿命以刀具使用寿命T T 或切削速度或切削速度vT来衡量来衡量 相同切削条件相同切削条件比比T T ；T T 一定，一定，比速度比速度vT 或切除材料或切除材料体积体积3.3.以已

40、加工表面质量来衡量以已加工表面质量来衡量 一般精加工，用一般精加工，用RaRa；精密零件，用；精密零件，用加工硬化、残余应力加工硬化、残余应力2.2.以切削力或切削温度来衡量以切削力或切削温度来衡量 粗加工、机床刚性或功率不足用力或功率粗加工、机床刚性或功率不足用力或功率; ;导热差用温度导热差用温度4.4.以断屑性能来衡量以断屑性能来衡量 自动机床、数控机床、自动线等，断屑性能是主要指标自动机床、数控机床、自动线等，断屑性能是主要指标第四节 材料的切削加工性 工件工件材料的相对加工性材料的相对加工性 1.1.切削速度切削速度vT的的含义：当刀具使用寿命为含义：当刀具使用寿命为T (min)时

41、切削时切削 某种材料所允许的切削速度。某种材料所允许的切削速度。 vT越高，材料的切削越高，材料的切削加工性越好。加工性越好。 通常取通常取T T = = 6060 minmin， vT写作写作v60 ；难加工材料，；难加工材料，vT为为v15或或v30 。2.2.相对相对加工性加工性Kr：以：以b=0.637GPa的的45钢的钢的v60作为基准，作为基准， 写作写作(v60 )j ，将某种材料的，将某种材料的v60与其相比的比值，即与其相比的比值，即 Kr v60 / (v60 )j Kr仅反映不同材料对刀具使用寿命的影响程度，并未反映表仅反映不同材料对刀具使用寿命的影响程度，并未反映表面粗

42、糙度和断屑问题，仅对选择切削速度有指导意义。若以面粗糙度和断屑问题，仅对选择切削速度有指导意义。若以某材料的某材料的Kr 乘以乘以45钢的切削速度即得该材料的许用切削速度。钢的切削速度即得该材料的许用切削速度。 二、常用金属材料的切削加工性二、常用金属材料的切削加工性（一）（一）有色金属有色金属 普通铝及铝合金、铜及铜合金，强度硬度低，导热性普通铝及铝合金、铜及铜合金，强度硬度低，导热性 好，易切削。好，易切削。（二）（二）铸铁铸铁 白口铸铁白口铸铁硬度高（硬度高（HBS600)HBS600)，难切削；，难切削； 灰口铸铁灰口铸铁硬度适中，强度塑性小，切削力较小，但高硬度硬度适中，强度塑性小，

43、切削力较小，但高硬度 碳化物对刀具有擦伤，崩碎切屑，切削力热集中刀刃上且有碳化物对刀具有擦伤，崩碎切屑，切削力热集中刀刃上且有 波动，刀具磨损率并不低，应采用低于加工钢的切削速度。波动，刀具磨损率并不低，应采用低于加工钢的切削速度。 球墨铸铁、可锻铸铁球墨铸铁、可锻铸铁的强度塑性比灰铁高，切削性良好的强度塑性比灰铁高，切削性良好 工件表面若有硬皮应进行退火处理。工件表面若有硬皮应进行退火处理。（三）（三）结构钢结构钢 碳素结构钢切削加工性取决于含碳量。碳素结构钢切削加工性取决于含碳量。 低碳钢低碳钢硬度低，塑韧性高，变形大，断屑难，粘屑，加硬度低，塑韧性高，变形大，断屑难，粘屑，加 工表面粗糙

44、，加工性较差；工表面粗糙，加工性较差； 高碳钢高碳钢硬度高，塑性低，切削力大，温度高，刀具耐用硬度高，塑性低，切削力大，温度高，刀具耐用 度低，加工性差；度低，加工性差； 中碳钢中碳钢性能适中，加工性良好。性能适中，加工性良好。 合金结构钢强度硬度提高，切削加工性变差。合金结构钢强度硬度提高，切削加工性变差。（四）难加工（四）难加工材料材料 高强度硬度，高塑性韧性或高脆性，耐高温，导热性差。高强度硬度，高塑性韧性或高脆性，耐高温，导热性差。 切削力大，温度高，刀具磨损快，断屑难，加工性差。切削力大，温度高，刀具磨损快，断屑难，加工性差。三、改善切削加工性的途径三、改善切削加工性的途径（一）改善

45、（一）改善材料材料切削加工性切削加工性 1.1.调整材料的化学成分调整材料的化学成分 钢中加硫、铅等元素；铸铁中增加石墨成分钢中加硫、铅等元素；铸铁中增加石墨成分2.2.进行适当的热处理进行适当的热处理 低、中碳钢低、中碳钢宜选正火处理，均匀组织，调整硬度塑性；宜选正火处理，均匀组织，调整硬度塑性； 高碳钢高碳钢宜用球化退火宜用球化退火, ,降低硬度降低硬度, ,均匀组织均匀组织, ,改善加工性；改善加工性； 中碳以上的合金钢中碳以上的合金钢硬度较高，需退火以降低硬度；硬度较高，需退火以降低硬度； 不锈钢不锈钢常要进行调质处理，降低塑性，以便加工；常要进行调质处理，降低塑性，以便加工； 铸铁铸

46、铁需进行退火处理，降低表皮硬度，消除内应力需进行退火处理，降低表皮硬度，消除内应力（二）改善切削加工条件（二）改善切削加工条件 1.1.选择合适的刀具材料和切削用量选择合适的刀具材料和切削用量 难加工材料，导热性差，选难加工材料，导热性差，选YGYG、YWYW合金或涂层刀片；合金或涂层刀片； 刀具合理几何参数，断屑槽、卷屑槽，控制排屑；刀具合理几何参数，断屑槽、卷屑槽，控制排屑； 选择合理切削用量等。选择合理切削用量等。2.2.选用合适的设备和加工方法选用合适的设备和加工方法 难加工材料加工，机床要有足够的功率和刚性；难加工材料加工，机床要有足够的功率和刚性； 选择合适的切削液，供给充足；选择

47、合适的切削液，供给充足； 高硬度材料加工采用磨削加工更容易；高硬度材料加工采用磨削加工更容易；3.3.选择切削加工性好的材料状态选择切削加工性好的材料状态 低碳钢选冷拔状态；中碳钢选热轧状态低碳钢选冷拔状态；中碳钢选热轧状态四、切削用量的合理选择四、切削用量的合理选择 1.1.切削用量的选择原则切削用量的选择原则 粗加工时，应在保证必要的刀具使用寿命的前提下，以粗加工时，应在保证必要的刀具使用寿命的前提下，以 尽可能提高生产率和降低成本为目的。根据刀具使用寿尽可能提高生产率和降低成本为目的。根据刀具使用寿 命与切削用量的关系式，命与切削用量的关系式，切削用量切削用量， T ，其中速度，其中速度

48、 v 对对T 影响最大，进给量影响最大，进给量f 次之，背吃刀量次之，背吃刀量ap影响最小。影响最小。粗加工粗加工中选择切削用量时，应首先选择尽可能大的背吃刀中选择切削用量时，应首先选择尽可能大的背吃刀 量量ap，其次在工艺条件允许下选择较大的进给量，其次在工艺条件允许下选择较大的进给量f ，最后，最后 根据合理的刀具使用寿命，用计算法或查表法确定切削速根据合理的刀具使用寿命，用计算法或查表法确定切削速 度度v 。这样使。这样使v、f 、ap 的乘积最大，以获得最大的生产率的乘积最大，以获得最大的生产率精加工精加工时则主要按表面粗糙度和加工精度要求确定切削用量。时则主要按表面粗糙度和加工精度要

49、求确定切削用量。 2.2.切削用量制订的步骤切削用量制订的步骤（以车削为例）（以车削为例） （1 1）背吃刀量）背吃刀量ap的选择的选择粗加工时，粗加工时， ap由加工余量和工艺系统的刚度决定，尽可由加工余量和工艺系统的刚度决定，尽可能一次走刀切除全部加工余量能一次走刀切除全部加工余量。半精加工时，半精加工时， ap可取可取0.50.52 2 mm mm。精加工时，精加工时， ap取为取为0.10.10.40.4 mm mm。在加工余量过大或系统刚性不足情况下，粗加工可分几次在加工余量过大或系统刚性不足情况下，粗加工可分几次走刀。若分两次走刀，第一次走刀的走刀。若分两次走刀，第一次走刀的ap取

50、大些，可占全部取大些，可占全部余量的余量的2/32/33/43/4，而第二次走刀的，而第二次走刀的ap取小些，以使精加工取小些，以使精加工工序具有较高的刀具寿命和加工质量。工序具有较高的刀具寿命和加工质量。切削有硬皮的铸、锻件或不锈钢等加工硬化严重的材料时，切削有硬皮的铸、锻件或不锈钢等加工硬化严重的材料时，应尽量使应尽量使ap超过硬皮或冷硬层厚度，以避免刀尖过早磨损。超过硬皮或冷硬层厚度，以避免刀尖过早磨损。 （2 2）进给量）进给量f 的选择的选择 粗加工时，粗加工时，f 的大小主要受机床进给机构强度、刀具的强度的大小主要受机床进给机构强度、刀具的强度与刚性、工件的装夹刚度等因素的限制。与刚性、工件的装夹刚度等因素的限制。精加工时，精加工时，f 的大小主要受加工