切削加工的理论基础课件

2.1金属切削层的变形目录

2.1.1切屑形成

2.1.2金属切削层的三个变形区

2.1.3变形程度的表示方法

2.1.4切屑变形的变化规律

2.1.5切屑的类型与控制2.1金属切削层的变形目录1金属切削过程是切削层金属在刀具的前刀面推挤下，发生以剪切滑移为主的塑性变形而形成切屑的过程。

2.1.1切屑形成金属切削过程是切削层金属在刀具的前刀面推挤下，发生以剪切滑移22.1.2切削变形的三个变形区2.1.2切削变形的三个变形区31.第一变形区内金属的剪切变形2.1.2切削变形的三个变形区1.第一变形区内金属的剪切变形2.1.2切削变形的三个变42.1.2切削变形的三个变形区（1）第一变形区的位置

始滑移面OA与终滑移面OM之间的变形区称为第一变形区，宽度很窄(约0.02～0.2mm)，故常用OM剪切面亦称滑移面来表示。（2）第一变形区的特征沿着剪切线的剪切滑移，以及随之产生的加工硬化2.1.2切削变形的三个变形区（1）第一变形区的位置

52.第二变形区内金属的挤压变形及摩擦

2.1.2切削变形的三个变形区（1）第二变形区的挤压变形2.第二变形区内金属的挤压变形及摩擦2.1.2切削变形6（2）前刀面上的摩擦

1－单位切向力分布曲线2－正应力分布曲线lf－刀具－切屑接触区长度lf1－粘结黏结区长度lf2－滑动区长度2.1.2切削变形的三个变形区（2）前刀面上的摩擦1－单位切向力分布曲线2.1.2切7(3)积屑瘤

2.1.2切削变形的三个变形区切削钢、球墨铸铁、和铝合金等塑性金属时，在切削速度不高，而又能形成带状切屑的情况下，常常有一些从切屑和工件上来的金属冷焊(黏结)并层积在前刀面上，形成硬度很高的楔块，它能够代替刀面和切削刃进行切削，这个楔块称为积屑瘤。积屑瘤的硬度可达工件材料硬度的2～3.5倍。(3)积屑瘤2.1.2切削变形的三个变形区切削钢、球墨8在Ⅰ区里形成粒状切屑或节状切屑，这时没有积屑瘤出现。在Ⅱ区里形成带状切屑。有积屑瘤生成；积屑瘤的高度随着切削速度的提高而增大，同时积屑瘤前端越来越象像楔子，越来越深入地楔入切削层与工件之间。当切削速度增大到Ⅱ区的右边界时，积屑瘤的高度达到最大值。2.1.2切削变形的三个变形区在Ⅰ区里形成粒状切屑或节状切屑，这时没有积屑瘤出现。2.1.9在Ⅲ区里，积屑瘤的高度随着切削速度的提高而减小，而且积屑瘤的顶部越趋于与前刀面平行。当v增大到Ⅲ区右边界之值时，积屑瘤便消失。在Ⅳ区里积屑瘤不再生成，此时切屑底层高度纤维化，纤维的方向几乎与前刀面平行。这样的切屑底层称为滞流层。

2.1.2切削变形的三个变形区在Ⅲ区里，积屑瘤的高度随着切削速度的提高而减小，而且积屑瘤的10积屑瘤对加工的影响有以下几个方面：(1)稳性的积屑瘤可以代替切削刃和前刀面进行切削，从而保护切削刃和前刀面，减少刀具的磨损；(2)积屑瘤的存在使刀具在切削时具有更大的实际前角，减小了切屑的变形，切削力下降；(3)积屑瘤具有一定的高度，其前端伸出切削刃之外，使实际的切削厚度增大；(4)在切削过程中积屑瘤是不断的生长和破碎的，所以积屑瘤的高度也在不断变化，导致了实际切削厚度的地不断变化，引起局部过切，使零件的表面粗糙度增大。同时部分积屑瘤的碎片会嵌入已加工表面，影响零件表面质量；(5)不稳定的积屑瘤不断地生长、破碎和脱落，积屑瘤脱落时会剥离前刀面上的刀具材料，造成刀具的磨损加剧。2.1.2切削变形的三个变形区积屑瘤对加工的影响有以下几个方面：2.1.2切削变形的三11避免积屑瘤产生的常用的方法有：(1)选择低速或高速加工，避开容易产生积屑瘤的切削速度区间。例如，高速钢刀具采用低速宽刀加工，硬质合金刀具采用高速精加工；

(2)采用冷却性和润滑性好的切削液，减小刀具前刀面的粗糙度等；(3)增大刀具前角，减小前刀面上的正压力；(4)采用预先热处理，适当提高工件材料硬度、降低塑性，减小工件材料的加工硬化倾向。2.1.2切削变形的三个变形区避免积屑瘤产生的常用的方法有：2.1.2切削变形的三个变121.相对滑移2.1.3变形程度的表示方法可知在刀具的前角一定的情况下，相对滑移仅与剪切角φ有关。1.相对滑移2.1.3变形程度的表示方法可知在刀具的前132.变形系数切屑厚度hch与切削层厚度hD之比，称为厚度变形系数切削层长度lD与切屑长度lch之比，称为长度变形系数2.1.3变形程度的表示方法2.变形系数切屑厚度hch与切削层厚度hD之比，称为厚度变14切削层变成切屑后宽度的变化很小，根据体积不变原理变形系数是大于1的数，它直观地反映了切屑变形程度，并且比较容易测量。2.1.3变形程度的表示方法切削层变成切屑后宽度的变化很小，根据体积不变原理2.1.3153.相对滑移与变形系数的关系

2.1.3变形程度的表示方法3.相对滑移与变形系数的关系2.1.3变形程度的表示161.切屑的基本类型2.1.4切屑的类型与折断1.切屑的基本类型2.1.4切屑的类型与折断172.切屑的控制

（1)切屑的形状

2.1.4切屑的类型与折断2.切屑的控制（1)切屑的形状2.1.4切屑的18（2)卷屑和断屑2.1.4切屑的类型与折断（2)卷屑和断屑2.1.4切屑的类型与折断192.1.4切屑的类型与折断2.1.4切屑的类型与折断202.1.5切屑变形的变化规律

1.工件材料

1－00 2－103－15 4－20Cr5－20 6－9Cr7－T8-1 8－309－2Cr13 10－40CrWSi11－35Cr3MoNi12－40 13－6014－5015－18CrNi316－1Cr18Ni9Ti17－T8 18－T1219－35CrNi32.1.5切屑变形的变化规律1.工件材料1－0021表3-1不同材料的摩擦系数μ工件材料σb/MPaHBShD/mm0.10.140.180.22铜213550.780.760.750.7410钢3621020.740.730.720.7210Cr4801250.730.720.720.711Cr18Ni9Ti6341700.710.700.680.672.1.5切屑变形的变化规律

表3-1不同材料的摩擦系数μ工件材料σb/MPaHBSh222.刀具

刀具几何参数中影响变形系数最大的是前角γo。实验结果表明：(1)刀具前角γo越大，变形系数越小。2.1.5切屑变形的变化规律

2.刀具刀具几何参数中影响变形系数最大的是前角γo。实验23(2)刀具前角γo越大，摩擦系数μ越大。2.1.5切屑变形的变化规律

(2)刀具前角γo越大，摩擦系数μ越大。2.1.5切屑变242.1.5切屑变形的变化规律

2.1.5切屑变形的变化规律253.切削用量1)切削速度v的影响

2.1.5切屑变形的变化规律

3.切削用量1)切削速度v的影响2.1.5切屑变形的262)进给量f的影响当v比较低时，曲线有驼峰。这是由于积屑瘤的消长和切削温度的影响导致的。

2.1.5切屑变形的变化规律

2)进给量f的影响2.1.5切屑变形的变化规律273)背吃刀量ap的影响

ap对变形系数的影响很微小。2.1.5切屑变形的变化规律

3)背吃刀量ap的影响2.1.5切屑变形的变化规律282.2切削力和切削功率

2.2.1切削力的来源2.2.2切削合力、分力及功率2.2.3切削力的测量2.2.4切削力经验公式的建立2.2.5影响切削力的因素目录2.2切削力和切削功率2.2.1切削力的来源目录292.2.1切削力的来源切削力来源于三个方面(1)克服被加工材料弹性变形的抗力；(2)克服被加工材料塑性变形的抗力；(3)克服切屑对刀具前刀面、工件过渡表面和已加工表面对刀具后刀面的摩擦力。2.2.1切削力的来源切削力来源于三个方面301.切削合力和分力F可以分解为相互垂直的三个分力，即进给力Ff、背向力Fp和切削力Fc

2.2.2切削合力、分力及功率1.切削合力和分力F可以分解为相互垂直的三个分力，即进给力312.切削功率单位时间消耗在切削过程中的功称为切削功率Pc

2.2.2切削合力、分力及功率进给运动相对于主运动消耗的功很少(小于1%～2%)，可以忽略不计2.切削功率单位时间消耗在切削过程中的功称为切削功率Pc321.间接测量法在没有专用测力仪器的情况下，可以使用功率表测出机床电动机在切削过程中所消耗的功率PE后，按公式

PE≥

计算出Pc。在切削速度已知的情况下，利用公式计算出Fc。这种方法只能粗略的估算出切削力的大小。2.2.3切削力的测量1.间接测量法在没有专用测力仪器的情况下，可以使用功率表测332.直接测量法测力仪是测量切削力的主要仪器，按其工作原理可以分为机械式、液压式和电测式。电测式又可分为电阻应变式、电磁式、电感式、电容式以及压电式。目前常用的是电阻式测力仪和压电式测力仪，2.2.3切削力的测量2.直接测量法测力仪是测量切削力的主要仪器，按其工作原理可341.指数公式在生产实际中计算切削力的经验公式可以分为两类：一类是指数公式；另一类是按单位切削力进行计算。2.2.4切削力经验公式的建立1.指数公式在生产实际中计算切削力的经验公式可以分为两类：352.利用单位切削力计算单位切削力是指单位面积上的切削力。2.2.4切削力经验公式的建立2.利用单位切削力计算单位切削力是指单位面积上的切削力。363.指数公式的建立指数公式是通过切削实验建立起来的。实验方法有单因素法、多因素法等。数据处理方法有图解法、线性回归法以及计算机数据采集处理法等。下面介绍以单因素实验为基础的图解法。保持其它其他切削条件不变，只改变背吃刀量ap，用测力仪测出不同ap时的切削分力数据，将所得的数据画在说对数坐标纸上，2.2.4切削力经验公式的建立3.指数公式的建立指数公式是通过切削实验建立起来的。实验方372.2.4切削力经验公式的建立2.2.4切削力经验公式的建立382.2.4切削力经验公式的建立同理可得综合各因素对Fc的影响2.2.4切削力经验公式的建立同理可得综合各因素对Fc的391.工件材料工件材料强度、硬度越高，则τs越大，切削力Fc也随之增大。2.2.5影响切削力的因素工件材料的强度、硬度相近时，塑性越大的材料，发生的塑性变形也越大，所以切削力也越大。同一材料的热处理状态不同、金相组织不同也会影响切削力的大小。1.工件材料工件材料强度、硬度越高，则τs越大，切削力Fc40切削力的大小不单纯受材料的原始强度和硬度影响，它还受到材料加工硬化能力大小的影响。例如：奥氏体不锈钢的强度、硬度都较低，但是加工硬化能力大，较小的变形就会引起硬度较大的提高，导致切削力增大。硫S、铅Pb元素在钢中引起结构成分间的应力集中，容易形成挤裂切屑，其切削力比正常减小20%～30%，故被称为易切钢。2.2.5影响切削力的因素切削力的大小不单纯受材料的原始强度和硬度影响，它还受到材料加412.切削用量ap和f的大小决定切削面积的大小。因此，ap和f的增加均会使Fc增大，但两者的影响程度不同。ap增大，Fc成正比线性增大。f增大，Fc成正比非线性增大。2.2.5影响切削力的因素2.切削用量ap和f的大小决定切削面积的大小。因此，ap和422.2.5影响切削力的因素加工钢时，切削速度v与切削力Fc的关系曲线。2.2.5影响切削力的因素加工钢时，切削速度v与切削力Fc43加工铸铁时，切削速度v与切削力Fc的关系曲线。2.2.5影响切削力的因素加工铸铁时，切削速度v与切削力Fc的关系曲线。2.2.5443.刀具前角γo对切削力的影响最大。

2.2.5影响切削力的因素3.刀具前角γo对切削力的影响最大。2.2.5影响切削45车刀的负倒棱是通过其宽度bγ1与进给量f的比值，来影响切削力的。2.2.5影响切削力的因素车刀的负倒棱是通过其宽度bγ1与进给量f的比值，来影响切削力46κr对Fc的影响不大，对Fp、Ff的影响较大。

2.2.5影响切削力的因素κr对Fc的影响不大，对Fp、Ff的影响较大。2.2.547当κr、f、ap一定时，rε增大，Fc变化不大，但Ff减小，而Fp增大，2.2.5影响切削力的因素当κr、f、ap一定时，rε增大，Fc变化不大，但Ff减小，48λs对Fc影响不大，而对Fp、Ff影响较大。2.2.5影响切削力的因素λs对Fc影响不大，而对Fp、Ff影响较大。2.2.5影494.其他因素(1)刀具材料摩擦系数越小，切削力越小。各类刀具材料中，摩擦系数按高速钢、YG类硬质合金、YT类硬质合金、陶瓷、金刚石的顺序依次减小。(2)前刀面磨损使刀具实际前角增大，切削力减小。后刀面磨损，刀具与工件的摩擦增大，切削力增大。前后刀面同时磨损时，切削力先减小，后逐渐增大。Fp增加的速度最快，Fc增加的速度最慢。(3)刀具的前后刀面刃磨质量越好，摩擦系数越小，切削力越小。(4)使用润滑性能好的切削液，能有效减少摩擦，使切削力减小。2.2.5影响切削力的因素4.其他因素(1)刀具材料摩擦系数越小，切削力越小。各类502.3切削热和切削温度

目录2.3.1切削热的产生和传出2.3.2切削温度及其分布和测量2.3.3影响切削温度的主要因素返回目录2.3切削热和切削温度

目录2.3.1切削热511.热源切削热的来源主要有两个方面，一个是切屑与前刀面、工件与后刀面之间的摩擦所消耗的摩擦功，这是切削热的主要来源。另一个是切削层金属在刀具的作用下发生弹性变形和塑性变形所消耗的变形功。与此相对应，切削热产生在三个区域，即剪切面、切屑与前刀面接触区、工件与后刀面接触区。2.3.1切削热的产生和传出1.热源切削热的来源主要有两个方面，一个是切屑与前刀面、工522.切削热的传播切削热传散出去的途径主要是切屑、工件、刀具和周围介质(如空气、切削液等)，影响热传导的主要因素是工件和刀具材料的导热系数以及周围介质的状况。切屑与刀具的接触时间也会影响切削温度。不同的切削加工方法，切削热沿不通传导途径传递出去的比例也各不相同。2.3.1切削热的产生和传出传导途径干车削钻削切屑50%～86%28%工件9%～3%52%刀具40%～10%15%周围介质1%5%2.切削热的传播切削热传散出去的途径主要是切屑、工件、刀具531.切削温度的测量1)自然热电偶法利用刀具和工件材料化学成分的不同构成热电偶，组成热电回路测量切削温度的方法。回路中形成了温差电动势，利用电位计或毫伏表可以将其数值记录下来。再根据事先标定的热电偶热电势与温度的关系曲线(标定曲线)，便可以查出刀具与工件接触区的切削温度值。用自然热电偶法测到的切削温度是切削区的平均温度。2.3.2切削温度及其分布和测量1.切削温度的测量1)自然热电偶法2.3.2切削温度及542.3.2切削温度及其分布和测量2.3.2切削温度及其分布和测量552.3.2切削温度及其分布和测量2.3.2切削温度及其分布和测量562)人工热电偶法人工热电偶法是将两种预先经过标定的金属丝组成热电偶，热电偶的热端焊接在刀具或工件上预定要测量温度的点上，冷端通过导线串接电位计或毫伏表。根据表上的读数值和热电偶标定曲线，可获得焊接点上的温度。应用人工热电偶法，只能测得距前刀面有一定距离处某点的温度，2.3.2切削温度及其分布和测量2)人工热电偶法2.3.2切削温度及其分布和测量573.3.2切削温度及其分布和测量3.3.2切削温度及其分布和测量582.切削温度的分布(温度场)温度场是指工件、切屑和刀具上各点的温度分布。2.3.2切削温度及其分布和测量2.切削温度的分布(温度场)温度场是指工件、切屑和刀具上各592.3.2切削温度及其分布和测量(1)剪切面上各点的温度基本一致，由此可以推想剪切面上各点的的应力应变规律基本上变化不大；(2)前刀面和后刀面上的最高温度处都在离刀刃有一定距离的地方，这是摩擦热沿刀面不断增加的缘故。温度最高点出现在前刀面上；(3)在剪切区域内，垂直剪切方向上温度梯度较大，这是由于剪切滑移的速度很快，热量来不及传导出来，从而形成较大的温度梯度；(4)垂直前刀面的切屑底层温度梯度大。这说明前刀面上的摩擦是集中在切屑的底层，因此切削温度对前刀面的摩擦系数有较大影响；(5)后刀面的接触长度很小，因此温度的升降是在极短时间内完成的，已加工表面受到一次热冲击；(6)工件材料塑性越大，前刀面上的接触长度越大，切削温度的分布也就均匀些。工件材料脆性越大，最高温度所在的点离刀刃越近；(7)工件材料导热系数越低，前、后刀面的温度越高。2.3.2切削温度及其分布和测量(1)剪切面上各点的温度602.3.2切削温度及其分布和测量2.3.2切削温度及其分布和测量611.切削用量通过实验得到切削温度的经验公式。2.3.3影响切削温度的主要因素刀具材料加工方法Cθxθyθzθ高速钢车削140～1700.35～0.450.2～0.30.08～0.1铣削80钻削150硬质合金车削320f/(mm/r)0.410.310.260.150.050.10.20.31.切削用量通过实验得到切削温度的经验公式。2.3.362通过对比表中数据可知xθ＞yθ＞zθ，说明切削用量三要素对切削温度的影响v＞f＞ap，这与它们对切削力的影响程度正好相反。2.3.3影响切削温度的主要因素刀具材料加工方法Cθxθyθzθ高速钢车削140～1700.35～0.450.2～0.30.08～0.1铣削80钻削150硬质合金车削320f/(mm/r)0.410.310.260.150.050.10.20.3通过对比表中数据可知xθ＞yθ＞zθ，说明切削用量三要素对切631)切削速度v2.3.3影响切削温度的主要因素1)切削速度v2.3.3影响切削温度的主要因素642)进给量f2.3.3影响切削温度的主要因素2)进给量f2.3.3影响切削温度的主要因素653)背吃刀量ap2.3.3影响切削温度的主要因素3)背吃刀量ap2.3.3影响切削温度的主要因素662.刀具几何参数1)前角γo对切削温度的影响2.3.3影响切削温度的主要因素2.刀具几何参数1)前角γo对切削温度的影响2.3.3672)主偏角κr对切削温度的影响2.3.3影响切削温度的主要因素2)主偏角κr对切削温度的影响2.3.3影响切削温度的主683)负倒棱宽度br和刀尖圆弧半径rε对切削温度的影响负倒棱宽度在(0～2)f范围内变化，刀尖圆弧半径在0～1.5mm范围内变化，基本上不会影响切削温度。2.3.3影响切削温度的主要因素3)负倒棱宽度br和刀尖圆弧半径rε对切削温度的影响2.3693.工件材料1)工件材料的强度、硬度越高，切削力越大，切削时消耗的功也越多，产生的切削热也越多，切削温度也就越高。

2.3.3影响切削温度的主要因素3.工件材料1)工件材料的强度、硬度越高，切削力越大，切702)合金结构钢的强度普遍高于45钢，而导热系数又一般均低于45钢。所以切削合金结构钢时的切削温度一般均高于切削45钢时的切削温度。2.3.3影响切削温度的主要因素2)合金结构钢的强度普遍高于45钢，而导热系数又一般均低于713)不锈钢1Cr18Ni9Ti和高温合金GH131不但导热系数低，而且在高温下仍能保持较高的强度和硬度。所以切削这种类型的材料时，切削温度比切削其他材料要高得多。

2.3.3影响切削温度的主要因素3)不锈钢1Cr18Ni9Ti和高温合金GH131不但导热724)脆性金属的抗拉强度和延伸率都较小，切削过程中切削区的塑性变形很小，切屑呈崩碎状或脆性带状，与前刀面的摩擦也很小，所以产生的切削热较少，切削温度一般比切削钢料时低。2.3.3影响切削温度的主要因素4)脆性金属的抗拉强度和延伸率都较小，切削过程中切削区的塑734.刀具磨损刀具磨损后，切削刃变钝，刃区前方的挤压作用增大，使切削区的金属的塑性变形增加。同时，磨损后的刀具后角变成零度，使工件与刀具的摩擦加大，两者均使切削热的产生增加。所以，刀具磨损是影响切削温度的重要因素。2.3.3影响切削温度的主要因素4.刀具磨损刀具磨损后，切削刃变钝，刃区前方的挤压作用增大745.切削液切削液对降低切削温度、减少刀具磨损和提高已加工表面质量有明显的效果，在切削加工中应用很广。切削液对切削温度的影响，与切削液的导热性能、比热、流量、浇注方式以及本身的温度有很大关系。从导热性能来看，水基切削液＞乳化液＞油类切削液。2.3.3影响切削温度的主要因素5.切削液切削液对降低切削温度、减少刀具磨损和提高已加工表752.4刀具磨损与破损

2.4.1刀具磨损的形式2.4.2刀具磨损的原因2.4.3刀具磨损过程及磨钝标准2.4.4刀具耐用度及其与切削用量的关系2.4.5刀具的破损返回目录2.4刀具磨损与破损2.4.1刀具磨损的形式返回目76切削时，刀具的前刀面与切屑、后刀面与工件常常相互挤压和剧烈摩擦，产生很高的温度。因此磨损发生在刀具的前刀面和后刀面上，前刀面磨损形成月牙洼，后刀面磨损形成磨损带，通常前、后刀面的磨损是同时发生，相互影响的。3.4.1刀具磨损的形式切削时，刀具的前刀面与切屑、后刀面与工件常常相互挤压和剧烈摩771.前刀面磨损3.4.1刀具磨损的形式1.前刀面磨损3.4.1刀具磨损的形式782.后刀面磨损3.4.1刀具磨损的形式2.后刀面磨损3.4.1刀具磨损的形式793.边界磨损2.4.1刀具磨损的形式3.边界磨损2.4.1刀具磨损的形式802.4.2刀具磨损的原因对于一定的刀具材料和工件材料，切削温度对于刀具磨损具有决定性的影响。切削温度低时，由工件材料中硬质点的刻划作用导致的机械磨损占主导地位。切削温度高时，由受切削温度影响较大的热、化学磨损占主导地位。1－机械磨损2－粘结黏结磨损3－扩散磨损4－热化学磨损2.4.2刀具磨损的原因对于一定的刀具材料和工件材料，切811.机械磨损2.4.2刀具磨损的原因是由于工件材料中的杂质、基体组织中的硬质点(如碳化物、氮化物和氧化物等)以及积屑瘤碎片等，在刀具表面上划出一条条沟纹造成的磨损。刀具在各种切削速度下都存在硬质点磨损，但它是低速刀具(如拉刀、板牙、丝锥等)磨损的主要原因。一般认为，由硬质点磨损产生的磨损量与刀具－工件相对滑动距离或切削路程成正比。1.机械磨损2.4.2刀具磨损的原因是由于工件材料中的杂822.粘结磨损2.4.2刀具磨损的原因黏结是在摩擦面的实际接触面积上，在足够大的压力和高温作用下，刀具和工件材料接触到原子间距离时发生结合的冷焊现象。两摩擦表面的黏结点因相对运动将发生撕裂而被对方带走，如果黏结处的破裂发生在刀具这一方，就会造成刀具的损耗，这就是刀具的黏结磨损。黏结磨损程度取决于切削温度、刀具和工件材料的亲和力、刀具和工件材料硬度比、刀具表面形状与组织和工艺系统刚度等因素。2.粘结磨损2.4.2刀具磨损的原因黏结是在摩擦面的实际832.4.2刀具磨损的原因切削温度是影响黏结磨损的主要因素(a)加工纯铁1－刚玉(氧化铝)

2－立方氮化硼

3－金刚石(b)加工钛1－刚玉(氧化铝)

2－立方氮化硼

3－金刚石(c)YT15加工4－12Cr18Ni9Ti

5－钛

6－纯铁(d)YG8加工4－12Cr18Ni9Ti

5－钛

6－纯铁2.4.2刀具磨损的原因切削温度是影响黏结磨损的主要因素843.扩散磨损2.4.2刀具磨损的原因当刀具与工件材料的化学元素浓度相差较大时，它们就会在固态下互相扩散到对方中去，引起摩擦面两侧刀具和工件材料化学成分的改变，使刀具材料性能下降，从而造成刀具磨损，这种磨损称为扩散磨损。扩散磨损是中高速切削时，硬质合金刀具磨损的主要原因，它往往和黏结磨损同时发生。扩散磨损的速度主要与切削温度、工件和刀具材料的化学成分等因素有关。还和切屑底层在刀具表面上的流动速度有关。3.扩散磨损2.4.2刀具磨损的原因当刀具与工件材料的化854.化学磨损2.4.2刀具磨损的原因切削时在一定温度下，刀具与周围介质的某些成分(如空气中的氧、切削液中的极压添加剂硫、氯等)起化学作用，在刀具表面形成一层硬度较低的化合物，而被切屑带走，加速了刀具的磨损，或者因为刀具材料被某种介质腐蚀，造成刀具损耗，这些被称为化学磨损。4.化学磨损2.4.2刀具磨损的原因切削时在一定温度下，865.热电磨损2.4.2刀具磨损的原因在切削区的高温作用下，刀具与工件材料形成热电偶，产生热电动势，形成流过刀具－工件、刀具－切屑的热电流，从而促进化学元素的扩散,加速刀具的磨损，这种在热电势的作用下产生的扩散磨损称为热电磨损。5.热电磨损2.4.2刀具磨损的原因在切削区的高温作用下871.磨损过程2.4.3刀具磨损过程及磨钝标准1)初期磨损阶段该阶段磨损曲线的斜率较大，这意味着刀具磨损很快。1.磨损过程2.4.3刀具磨损过程及磨钝标准1)初期磨882.4.3刀具磨损过程及磨钝标准2)正常磨损阶段经过初期磨损后，刀具的后刀面上被磨出一条狭窄的棱面，压强减小。同时刀具的表面已经被磨平，磨损量的增加减缓并稳定下来，刀具进入正常磨损阶段。2.4.3刀具磨损过程及磨钝标准2)正常磨损阶段892.4.3刀具磨损过程及磨钝标准3)急剧磨损阶段刀具经过正常磨损阶段后，切削刃明显变钝，引起切削力、切削温度迅速增大。这时进入急剧磨损阶段，这一阶段磨损曲线斜率很大，表现为刀具磨损速度很快。2.4.3刀具磨损过程及磨钝标准3)急剧磨损阶段902.磨钝标准2.4.3刀具磨损过程及磨钝标准根据加工情况规定一个最大的允许磨损量，这就是刀具的磨钝标准。表3-10硬质合金车刀的磨钝标准加

工

条

件后刀面的磨钝标准VB/mm精车0.1～0.3合金钢粗车，粗车刚性较差的工件0.4～0.5碳素钢粗车0.6～0.8铸铁件粗车0.8～1.2钢及铸铁件大件低速粗车1.0～1.52.磨钝标准2.4.3刀具磨损过程及磨钝标准根据加工情况911.刀具耐用度2.4.4刀具耐用度及其与切削用量的关系1)刀具耐用度的定义刃磨后的刀具从开始使用，直至磨损量达到磨钝标准为止时的纯切削时间(不包括对刀、测量、快进、回程等非切削时间)称为刀具耐用度，用T来表示。2)刀具耐用度与刀具寿命的关系刀具寿命是指一把新刀具从投入使用直到报废为止的总的切削时间，其中包括多次重磨，因此刀具的寿命等于刀具耐用度与重磨次数的乘积。1.刀具耐用度2.4.4刀具耐用度及其与切削用量的关系1922.刀具耐用度方程2.4.4刀具耐用度及其与切削用量的关系提高切削速度，刀具的耐用度就会降低，其关系可以在实验中采用单因素法(其他切削条件不变，只改变切削速度)获得。2.刀具耐用度方程2.4.4刀具耐用度及其与切削用量的关932.4.4刀具耐用度及其与切削用量的关系vTm=C0

2.4.4刀具耐用度及其与切削用量的关系vTm=C0942.4.4刀具耐用度及其与切削用量的关系需要注意的是，上式在下面的情况下不再适用：(1)该式是以刀具的正常磨损为基础得到的，对于脆性大的刀具材料，在断续切削情况下的刀具破损，该式不再适用；(2)在较宽的切削速度范围内进行实验时，由于积屑瘤的影响，v－T关系不再是一个单调函数，而是形成驼峰型曲线，对应曲线的上升部分，该式不再适用。2.4.4刀具耐用度及其与切削用量的关系需要注意的是，上式953.4.4刀具耐用度及其与切削用量的关系切削用量三要素与刀具耐用度的一般关系式在切削用量三要素中，切削速度v对刀具耐用度的影响最大，其次为进给量f，背吃刀量ap的影响最小，这与三者对切削温度的影响顺序是一致的。3.4.4刀具耐用度及其与切削用量的关系切削用量三要素与刀962.4.5刀具的破损在切削加工中，刀具时常会不经过正常的磨损，就在很短的时间内突然损坏以致失效，这种损坏类型称为破损。破损也是刀具损坏的主要形式之一，多数发生在使用脆性较大的刀具材料进行断续切削或者加工高硬度材料的情况下。刀具的破损按性质可以分成塑性破损和脆性破损，按时间先后可以分成早期破损和后期破损。2.4.5刀具的破损在切削加工中，刀具时常会不经过正常的磨97小结返回目录在切削塑性金属的过程中，工件材料受到刀具前刀面的推挤，发生变形，最终被撕裂下来形成切屑，这个过程中存在着三个变形区。以剪切滑移为特征的第一变形区和以内摩擦为特征的第二变形区的变形程度决定着切屑的形态、切削力的大小和切削温度的高低。切屑变形的大小可以用相对滑移或变形系数Λ表示，不同的加工状态生成带状、节状、粒状和崩碎四种类型的切屑，随工件材料、刀具和切削用量等因素的改变其切屑形态也会发生转化。小结返回目录在切削塑性金属的过程中，工件材料受到刀具前刀面的98返回目录切削力、切削温度是衡量切削状态的重要指标，可以通过实验获得，是切削中变形、摩擦等内部变化的外在表现，它们相互关联且与工件、刀具和切削用量等因素有关。切削力来源于(1)克服被加工材料弹性变形的抗力(2)克服被加工材料塑性变形的抗力(3)克服切屑对刀具前刀面、工件过渡表面和已加工表面对刀具后刀面的摩擦力。在生产实际中计算切削力的经验公式可以分为两类：一类是指数公式；另一类是按单位切削力进行计算。切削温度是影响刀具磨损的最重要因素，对它的控制主要从热源和散热途径两个方面采取措施，对切削温度分布的研究有助于探寻切削的规律。刀具的磨损形式有前刀面磨损、后刀面磨损和边界磨损，产生磨损的机理有机械磨损、黏结磨损、扩散磨损、化学磨损和热电磨损，这些磨损机理往往同时起作用，在不同的切削条件下，要分析哪一个在起主导作用。刀具磨损的过程大致分为初期磨损、正常磨损和急剧磨损三个阶段，正常磨损阶段是刀具的有效工作阶段，在急剧磨损阶段到来之前，就要及时换刀或更换新切削刃。制定合理的刀具磨钝标准对提高生产效率、保证加工质量和控制生产成本很有意义。利用刀具达到磨钝标准时的纯切削时间作为刀具耐用度来衡量刀具材料切削性能，刀具耐用度与切削用量之间的关系可以通过刀具耐用度方程来加以研究。返回目录切削力、切削温度是衡量切削状态的重要指标，可以通过实99返回目录以外摩擦为特征的第三变形区决定着已加工表面质量的好坏，已加工表面质量是从表面粗糙度、加工硬化和残余应力等方面来衡量，已加工表面微观几何不平度的高度称为粗糙度，它产生的原因有(1)几何因素产生的粗糙度，也称为理论粗糙度，由切削运动和刀具的几何形状产生，主要取决于残留面积的高度。(2)由于切削过程不稳定因素所产生的粗糙度，包括积屑瘤、鳞刺、切削变形、刀具的边界磨损、切削刃与工件相对位置变动等。已加工表面硬度往往是基体的120%～200%，表面层的硬化可以使零件的耐磨性提高，但是也增加了后续加工的难度和刀具磨损，加工硬化通常以硬化程度N和硬化层深度Δhd表示。当切削力的作用取消后，工件表面保持平衡而存在的应力称残余应力。残余应力有压应力和拉应力之分，压应力有时能提高零件的疲劳强度，但拉应力则会产生裂纹，使疲劳强度下降。另外，应力分布不均匀会使零件产生变形，从而影响零件精度，对精密零件的正常工作极为不利。产生残余应力的原因有塑性变形引起的应力、切削温度引起的热应力和相变引起体积应力三种。所以应认真研究金属切削的过程，分析各种因素之间的相互关系以及它们对切削过程的影响，进而探索有效地控制措施，从而用理论来指导生产实践。返回目录以外摩擦为特征的第三变形区决定着已加工表面质量的好坏1002.1金属切削层的变形目录

2.1.1切屑形成

2.1.2金属切削层的三个变形区

2.1.3变形程度的表示方法

2.1.4切屑变形的变化规律

2.1.5切屑的类型与控制2.1金属切削层的变形目录101金属切削过程是切削层金属在刀具的前刀面推挤下，发生以剪切滑移为主的塑性变形而形成切屑的过程。

2.1.1切屑形成金属切削过程是切削层金属在刀具的前刀面推挤下，发生以剪切滑移1022.1.2切削变形的三个变形区2.1.2切削变形的三个变形区1031.第一变形区内金属的剪切变形2.1.2切削变形的三个变形区1.第一变形区内金属的剪切变形2.1.2切削变形的三个变1042.1.2切削变形的三个变形区（1）第一变形区的位置

始滑移面OA与终滑移面OM之间的变形区称为第一变形区，宽度很窄(约0.02～0.2mm)，故常用OM剪切面亦称滑移面来表示。（2）第一变形区的特征沿着剪切线的剪切滑移，以及随之产生的加工硬化2.1.2切削变形的三个变形区（1）第一变形区的位置

1052.第二变形区内金属的挤压变形及摩擦

2.1.2切削变形的三个变形区（1）第二变形区的挤压变形2.第二变形区内金属的挤压变形及摩擦2.1.2切削变形106（2）前刀面上的摩擦

1－单位切向力分布曲线2－正应力分布曲线lf－刀具－切屑接触区长度lf1－粘结黏结区长度lf2－滑动区长度2.1.2切削变形的三个变形区（2）前刀面上的摩擦1－单位切向力分布曲线2.1.2切107(3)积屑瘤

2.1.2切削变形的三个变形区切削钢、球墨铸铁、和铝合金等塑性金属时，在切削速度不高，而又能形成带状切屑的情况下，常常有一些从切屑和工件上来的金属冷焊(黏结)并层积在前刀面上，形成硬度很高的楔块，它能够代替刀面和切削刃进行切削，这个楔块称为积屑瘤。积屑瘤的硬度可达工件材料硬度的2～3.5倍。(3)积屑瘤2.1.2切削变形的三个变形区切削钢、球墨108在Ⅰ区里形成粒状切屑或节状切屑，这时没有积屑瘤出现。在Ⅱ区里形成带状切屑。有积屑瘤生成；积屑瘤的高度随着切削速度的提高而增大，同时积屑瘤前端越来越象像楔子，越来越深入地楔入切削层与工件之间。当切削速度增大到Ⅱ区的右边界时，积屑瘤的高度达到最大值。2.1.2切削变形的三个变形区在Ⅰ区里形成粒状切屑或节状切屑，这时没有积屑瘤出现。2.1.109在Ⅲ区里，积屑瘤的高度随着切削速度的提高而减小，而且积屑瘤的顶部越趋于与前刀面平行。当v增大到Ⅲ区右边界之值时，积屑瘤便消失。在Ⅳ区里积屑瘤不再生成，此时切屑底层高度纤维化，纤维的方向几乎与前刀面平行。这样的切屑底层称为滞流层。

2.1.2切削变形的三个变形区在Ⅲ区里，积屑瘤的高度随着切削速度的提高而减小，而且积屑瘤的110积屑瘤对加工的影响有以下几个方面：(1)稳性的积屑瘤可以代替切削刃和前刀面进行切削，从而保护切削刃和前刀面，减少刀具的磨损；(2)积屑瘤的存在使刀具在切削时具有更大的实际前角，减小了切屑的变形，切削力下降；(3)积屑瘤具有一定的高度，其前端伸出切削刃之外，使实际的切削厚度增大；(4)在切削过程中积屑瘤是不断的生长和破碎的，所以积屑瘤的高度也在不断变化，导致了实际切削厚度的地不断变化，引起局部过切，使零件的表面粗糙度增大。同时部分积屑瘤的碎片会嵌入已加工表面，影响零件表面质量；(5)不稳定的积屑瘤不断地生长、破碎和脱落，积屑瘤脱落时会剥离前刀面上的刀具材料，造成刀具的磨损加剧。2.1.2切削变形的三个变形区积屑瘤对加工的影响有以下几个方面：2.1.2切削变形的三111避免积屑瘤产生的常用的方法有：(1)选择低速或高速加工，避开容易产生积屑瘤的切削速度区间。例如，高速钢刀具采用低速宽刀加工，硬质合金刀具采用高速精加工；

(2)采用冷却性和润滑性好的切削液，减小刀具前刀面的粗糙度等；(3)增大刀具前角，减小前刀面上的正压力；(4)采用预先热处理，适当提高工件材料硬度、降低塑性，减小工件材料的加工硬化倾向。2.1.2切削变形的三个变形区避免积屑瘤产生的常用的方法有：2.1.2切削变形的三个变1121.相对滑移2.1.3变形程度的表示方法可知在刀具的前角一定的情况下，相对滑移仅与剪切角φ有关。1.相对滑移2.1.3变形程度的表示方法可知在刀具的前1132.变形系数切屑厚度hch与切削层厚度hD之比，称为厚度变形系数切削层长度lD与切屑长度lch之比，称为长度变形系数2.1.3变形程度的表示方法2.变形系数切屑厚度hch与切削层厚度hD之比，称为厚度变114切削层变成切屑后宽度的变化很小，根据体积不变原理变形系数是大于1的数，它直观地反映了切屑变形程度，并且比较容易测量。2.1.3变形程度的表示方法切削层变成切屑后宽度的变化很小，根据体积不变原理2.1.31153.相对滑移与变形系数的关系

2.1.3变形程度的表示方法3.相对滑移与变形系数的关系2.1.3变形程度的表示1161.切屑的基本类型2.1.4切屑的类型与折断1.切屑的基本类型2.1.4切屑的类型与折断1172.切屑的控制

（1)切屑的形状

2.1.4切屑的类型与折断2.切屑的控制（1)切屑的形状2.1.4切屑的118（2)卷屑和断屑2.1.4切屑的类型与折断（2)卷屑和断屑2.1.4切屑的类型与折断1192.1.4切屑的类型与折断2.1.4切屑的类型与折断1202.1.5切屑变形的变化规律

1.工件材料

1－00 2－103－15 4－20Cr5－20 6－9Cr7－T8-1 8－309－2Cr13 10－40CrWSi11－35Cr3MoNi12－40 13－6014－5015－18CrNi316－1Cr18Ni9Ti17－T8 18－T1219－35CrNi32.1.5切屑变形的变化规律1.工件材料1－00121表3-1不同材料的摩擦系数μ工件材料σb/MPaHBShD/mm0.10.140.180.22铜213550.780.760.750.7410钢3621020.740.730.720.7210Cr4801250.730.720.720.711Cr18Ni9Ti6341700.710.700.680.672.1.5切屑变形的变化规律

表3-1不同材料的摩擦系数μ工件材料σb/MPaHBSh1222.刀具

刀具几何参数中影响变形系数最大的是前角γo。实验结果表明：(1)刀具前角γo越大，变形系数越小。2.1.5切屑变形的变化规律

2.刀具刀具几何参数中影响变形系数最大的是前角γo。实验123(2)刀具前角γo越大，摩擦系数μ越大。2.1.5切屑变形的变化规律

(2)刀具前角γo越大，摩擦系数μ越大。2.1.5切屑变1242.1.5切屑变形的变化规律

2.1.5切屑变形的变化规律1253.切削用量1)切削速度v的影响

2.1.5切屑变形的变化规律

3.切削用量1)切削速度v的影响2.1.5切屑变形的1262)进给量f的影响当v比较低时，曲线有驼峰。这是由于积屑瘤的消长和切削温度的影响导致的。

2.1.5切屑变形的变化规律

2)进给量f的影响2.1.5切屑变形的变化规律1273)背吃刀量ap的影响

ap对变形系数的影响很微小。2.1.5切屑变形的变化规律

3)背吃刀量ap的影响2.1.5切屑变形的变化规律1282.2切削力和切削功率

2.2.1切削力的来源2.2.2切削合力、分力及功率2.2.3切削力的测量2.2.4切削力经验公式的建立2.2.5影响切削力的因素目录2.2切削力和切削功率2.2.1切削力的来源目录1292.2.1切削力的来源切削力来源于三个方面(1)克服被加工材料弹性变形的抗力；(2)克服被加工材料塑性变形的抗力；(3)克服切屑对刀具前刀面、工件过渡表面和已加工表面对刀具后刀面的摩擦力。2.2.1切削力的来源切削力来源于三个方面1301.切削合力和分力F可以分解为相互垂直的三个分力，即进给力Ff、背向力Fp和切削力Fc

2.2.2切削合力、分力及功率1.切削合力和分力F可以分解为相互垂直的三个分力，即进给力1312.切削功率单位时间消耗在切削过程中的功称为切削功率Pc

2.2.2切削合力、分力及功率进给运动相对于主运动消耗的功很少(小于1%～2%)，可以忽略不计2.切削功率单位时间消耗在切削过程中的功称为切削功率Pc1321.间接测量法在没有专用测力仪器的情况下，可以使用功率表测出机床电动机在切削过程中所消耗的功率PE后，按公式

PE≥

计算出Pc。在切削速度已知的情况下，利用公式计算出Fc。这种方法只能粗略的估算出切削力的大小。2.2.3切削力的测量1.间接测量法在没有专用测力仪器的情况下，可以使用功率表测1332.直接测量法测力仪是测量切削力的主要仪器，按其工作原理可以分为机械式、液压式和电测式。电测式又可分为电阻应变式、电磁式、电感式、电容式以及压电式。目前常用的是电阻式测力仪和压电式测力仪，2.2.3切削力的测量2.直接测量法测力仪是测量切削力的主要仪器，按其工作原理可1341.指数公式在生产实际中计算切削力的经验公式可以分为两类：一类是指数公式；另一类是按单位切削力进行计算。2.2.4切削力经验公式的建立1.指数公式在生产实际中计算切削力的经验公式可以分为两类：1352.利用单位切削力计算单位切削力是指单位面积上的切削力。2.2.4切削力经验公式的建立2.利用单位切削力计算单位切削力是指单位面积上的切削力。1363.指数公式的建立指数公式是通过切削实验建立起来的。实验方法有单因素法、多因素法等。数据处理方法有图解法、线性回归法以及计算机数据采集处理法等。下面介绍以单因素实验为基础的图解法。保持其它其他切削条件不变，只改变背吃刀量ap，用测力仪测出不同ap时的切削分力数据，将所得的数据画在说对数坐标纸上，2.2.4切削力经验公式的建立3.指数公式的建立指数公式是通过切削实验建立起来的。实验方1372.2.4切削力经验公式的建立2.2.4切削力经验公式的建立1382.2.4切削力经验公式的建立同理可得综合各因素对Fc的影响2.2.4切削力经验公式的建立同理可得综合各因素对Fc的1391.工件材料工件材料强度、硬度越高，则τs越大，切削力Fc也随之增大。2.2.5影响切削力的因素工件材料的强度、硬度相近时，塑性越大的材料，发生的塑性变形也越大，所以切削力也越大。同一材料的热处理状态不同、金相组织不同也会影响切削力的大小。1.工件材料工件材料强度、硬度越高，则τs越大，切削力Fc140切削力的大小不单纯受材料的原始强度和硬度影响，它还受到材料加工硬化能力大小的影响。例如：奥氏体不锈钢的强度、硬度都较低，但是加工硬化能力大，较小的变形就会引起硬度较大的提高，导致切削力增大。硫S、铅Pb元素在钢中引起结构成分间的应力集中，容易形成挤裂切屑，其切削力比正常减小20%～30%，故被称为易切钢。2.2.5影响切削力的因素切削力的大小不单纯受材料的原始强度和硬度影响，它还受到材料加1412.切削用量ap和f的大小决定切削面积的大小。因此，ap和f的增加均会使Fc增大，但两者的影响程度不同。ap增大，Fc成正比线性增大。f增大，Fc成正比非线性增大。2.2.5影响切削力的因素2.切削用量ap和f的大小决定切削面积的大小。因此，ap和1422.2.5影响切削力的因素加工钢时，切削速度v与切削力Fc的关系曲线。2.2.5影响切削力的因素加工钢时，切削速度v与切削力Fc143加工铸铁时，切削速度v与切削力Fc的关系曲线。2.2.5影响切削力的因素加工铸铁时，切削速度v与切削力Fc的关系曲线。2.2.51443.刀具前角γo对切削力的影响最大。

2.2.5影响切削力的因素3.刀具前角γo对切削力的影响最大。2.2.5影响切削145车刀的负倒棱是通过其宽度bγ1与进给量f的比值，来影响切削力的。2.2.5影响切削力的因素车刀的负倒棱是通过其宽度bγ1与进给量f的比值，来影响切削力146κr对Fc的影响不大，对Fp、Ff的影响较大。

2.2.5影响切削力的因素κr对Fc的影响不大，对Fp、Ff的影响较大。2.2.5147当κr、f、ap一定时，rε增大，Fc变化不大，但Ff减小，而Fp增大，2.2.5影响切削力的因素当κr、f、ap一定时，rε增大，Fc变化不大，但Ff减小，148λs对Fc影响不大，而对Fp、Ff影响较大。2.2.5影响切削力的因素λs对Fc影响不大，而对Fp、Ff影响较大。2.2.5影1494.其他因素(1)刀具材料摩擦系数越小，切削力越小。各类刀具材料中，摩擦系数按高速钢、YG类硬质合金、YT类硬质合金、陶瓷、金刚石的顺序依次减小。(2)前刀面磨损使刀具实际前角增大，切削力减小。后刀面磨损，刀具与工件的摩擦增大，切削力增大。前后刀面同时磨损时，切削力先减小，后逐渐增大。Fp增加的速度最快，Fc增加的速度最慢。(3)刀具的前后刀面刃磨质量越好，摩擦系数越小，切削力越小。(4)使用润滑性能好的切削液，能有效减少摩擦，使切削力减小。2.2.5影响切削力的因素4.其他因素(1)刀具材料摩擦系数越小，切削力越小。各类1502.3切削热和切削温度

目录2.3.1切削热的产生和传出2.3.2切削温度及其分布和测量2.3.3影响切削温度的主要因素返回目录2.3切削热和切削温度

目录2.3.1切削热1511.热源切削热的来源主要有两个方面，一个是切屑与前刀面、工件与后刀面之间的摩擦所消耗的摩擦功，这是切削热的主要来源。另一个是切削层金属在刀具的作用下发生弹性变形和塑性变形所消耗的变形功。与此相对应，切削热产生在三个区域，即剪切面、切屑与前刀面接触区、工件与后刀面接触区。2.3.1切削热的产生和传出1.热源切削热的来源主要有两个方面，一个是切屑与前刀面、工1522.切削热的传播切削热传散出去的途径主要是切屑、工件、刀具和周围介质(如空气、切削液等)，影响热传导的主要因素是工件和刀具材料的导热系数以及周围介质的状况。切屑与刀具的接触时间也会影响切削温度。不同的切削加工方法，切削热沿不通传导途径传递出去的比例也各不相同。2.3.1切削热的产生和传出传导途径干车削钻削切屑50%～86%28%工件9%～3%52%刀具40%～10%15%周围介质1%5%2.切削热的传播切削热传散出去的途径主要是切屑、工件、刀具1531.切削温度的测量1)自然热电偶法利用刀具和工件材料化学成分的不同构成热电偶，组成热电回路测量切削温度的方法。回路中形成了温差电动势，利用电位计或毫伏表可以将其数值记录下来。再根据事先标定的热电偶热电势与温度的关系曲线(标定曲线)，便可以查出刀具与工件接触区的切削温度值。用自然热电偶法测到的切削温度是切削区的平均温度。2.3.2切削温度及其分布和测量1.切削温度的测量1)自然热电偶法2.3.2切削温度及1542.3.2切削温度及其分布和测量2.3.2切削温度及其分布和测量1552.3.2切削温度及其分布和测量2.3.2切削温度及其分布和测量1562)人工热电偶法人工热电偶法是将两种预先经过标定的金属丝组成热电偶，热电偶的热端焊接在刀具或工件上预定要测量温度的点上，冷端通过导线串接电位计或毫伏表。根据表上的读数值和热电偶标定曲线，可获得焊接点上的温度。应用人工热电偶法，只能测得距前刀面有一定距离处某点的温度，2.3.2切削温度及其分布和测量2)人工热电偶法2.3.2切削温度及其分布和测量1573.3.2切削温度及其分布和测量3.3.2切削温度及其分布和测量1582.切削温度的分布(温度场)温度场是指工件、切屑和刀具上各点的温度分布。2.3.2切削温度及其分布和测量2.切削温度的分布(温度场)温度场是指工件、切屑和刀具上各1592.3.2切削温度及其分布和测量(1)剪切面上各点的温度基本一致，由此可以推想剪切面上各点的的应力应变规律基本上变化不大；(2)前刀面和后刀面上的最高温度处都在离刀刃有一定距离的地方，这是摩擦热沿刀面不断增加的缘故。温度最高点出现在前刀面上；(3)在剪切区域内，垂直剪切方向上温度梯度较大，这是由于剪切滑移的速度很快，热量来不及传导出来，从而形成较大的温度梯度；(4)垂直前刀面的切屑底层温度梯度大。这说明前刀面上的摩擦是集中在切屑的底层，因此切削温度对前刀面的摩擦系数有较大影响；(5)后刀面的接触长度很小，因此温度的升降是在极短时间内完成的，已加工表面受到一次热冲击；(6)工件材料塑性越大，前刀面上的接触长度越大，切削温度的分布也就均匀些。工件材料脆性越大，最高温度所在的点离刀刃越近；(7)工件材料导热系数越低，前、后刀面的温度越高。2.3.2切削温度及其分布和测量(1)剪切面上各点的温度1602.3.2切削温度及其分布和测量2.3.2切削温度及其分布和测量1611.切削用量通过实验得到切削温度的经验公式。2.3.3影响切削温度的主要因素刀具材料加工方法Cθxθyθzθ高速钢车削140～1700.35～0.450.2～0.30.08～0.1铣削80钻削150硬质合金车削320f/(mm/r)0.410.310.260.150.050.10.20.31.切削用量通过实验得到切削温度的经验公式。2.3.3162通过对比表中数据可知xθ＞yθ＞zθ，说明切削用量三要素对切削温度的影响v＞f＞ap，这与它们对切削力的影响程度正好相反。2.3.3影响切削温度的主要因素刀具材料加工方法Cθxθyθzθ高速钢车削140～1700.35～0.450.2～0.30.08～0.1铣削80钻削150硬质合金车削320f/(mm/r)0.410.310.260.150.050.10.20.3通过对比表中数据可知xθ＞yθ＞zθ，说明切削用量三要素对切1631)切削速度v2.3.3影响切削温度的主要因素1)切削速度v2.3.3影响切削温度的主要因素1642)进给量f2.3.3影响切削温度的主要因素2)进给量f2.3.3影响切削温度的主要因素1653)背吃刀量ap2.3.3影响切削温度的主要因素3)背吃刀量ap2.3.3影响切削温度的主要因素1662.刀具几何参数1)前角γo对切削温度的影响2.3.3影响切削温度的主要因素2.刀具几何参数1)前角γo对切削温度的影响2.3.31672)主偏角κr对切削温度的影响2.3.3影响切削温度的主要因素2)主偏角κr对切削温度的影响2.3.3影响切削温度的主1683)负倒棱宽度br和刀尖圆弧半径rε对切削温度的影响负倒棱宽度在(0～2)f范围内变化，刀尖圆弧半径在0～1.5mm范围内变化，基本上不会影响切削温度。2.3.3影响切削温度的主要因素3)负倒棱宽度br和刀尖圆弧半径rε对切削温度的影响2.31693.工件材料1)工件材料的强度、硬度越高，切削力越大，切削时消耗的功也越多，产生的切削热也越多，切削温度也就越高。

2.3.3影响切削温度的主要因素3.工件材料1)工件材料的强度、硬度越高，切削力越大，切1702)合金结构钢的强度普遍高于45钢，而导热系数又一般均低于45钢。所以切削合金结构钢时的切削温度一般均高于切削45钢时的切削温度。2.3.3影响切削温度的主要因素2)合金结构钢的强度普遍高于45钢，而导热系数又一般均低于1713)不锈钢1Cr18Ni9Ti和高温合金GH131不但导热系数低，而且在高温下仍能保持较高的强度和硬度。所以切削这种类型的材料时，切削温度比切削其他材料要高得多。

2.3.3影响切削温度的主要因素3)不锈钢1Cr18Ni9Ti和高温合金GH131不但导热1724)脆性金属的抗拉强度和延伸率都较小，切削过程中切削区的塑性变形很小，切屑呈崩碎状或脆性带状，与前刀面的摩擦也很小，所以产生的切削热较少，切削温度一般比切削钢料时低。2.3.3影响切削温度的主要因素4)脆性金属的抗拉强度和延伸率都较小，切削过程中切削区的塑1734.刀具磨损刀具磨损后，切削刃变钝，刃区前方的挤压作用增大，使切削区的金属的塑性变形增加。同时，磨损后的刀具后角变成零度，使工件与刀具的摩擦加大，两者均使切削热的产生增加。所以，刀具磨损是影响切削温度的重要因素。2.3.3影响切削温度的主要因素4.刀具磨损刀具磨损后，切削刃变钝，刃区前方的挤压作用增大1745.切削液切削液对降低切削温度、减少刀具磨损和提高已加工表面质量有明显的效果，在切削加工中应用很广。切削液对切削温度的影响，与切削液的导热性能、比热、流量、浇注方式以及本身的温度有很大关系。从导热性能来看，水基切削液＞乳化液＞油类切削液。2.3.3影响切削温度的主要因素5.切削液切削液对降低切削温度、减少刀具磨损和提高已加工表1752.4刀具磨损与破损

2.4.1刀具磨损的形式2.4.2刀具磨损的原因2.4.3刀具磨损过程及磨钝标准2.4.4刀具耐用度及其与切削用量的关系2.4.5刀具的破损返回目录2.4刀具磨损与破损2.4.1刀具磨损的形式返回目176切削时，刀具的前刀面与切屑、后刀面与工件常常相互挤压和剧烈摩擦，产生很高的温度。因此磨损发生在刀具的前刀面和后刀面上，前刀面磨损形成月牙洼，后刀面磨损形成磨损带，通常前、后刀面的磨损是同时发生，相互影响的。3.4.1刀具磨损的形式切削时，刀具的前刀面与切屑、后刀面与工件常常相互挤压和剧烈摩1771.前刀面磨损3.4.1刀具磨损的形式1.前刀面磨损3.4.1刀具磨损的形式1782.后刀面磨损3.4.1刀具磨损的形式2.后刀面磨损3.4.1刀具磨损的形式1793.边界磨损2.4.1刀具磨损的形式3.边界磨损2.4.1刀具磨损的形式1802.4.2刀具磨损的原因对于一定的刀具材料和工件材料，切削温度对于刀具磨损具有决定性的影响。切削温度低时，由工件材料中硬质点的刻划作用导致的机械磨损占主导地位。切削温度高时，由受切削温度影响较大的热、化学磨损占主导地位。1－机械磨损2－粘结黏结磨损3－扩散磨损4－热化学磨损2.4.2刀具磨损的原因对于一定的刀具材料和工件材料，切1811.机械磨损2.4.2刀具磨损的原因是由于工件材料中的杂质、基体组织中的硬质点(如碳化物、氮化物和氧化物等)以及积屑瘤碎片等，在刀具表面上划出一条条沟纹造成的磨损。刀具在各种切削速度下都存在硬质点磨损，但它是低速刀具(如拉刀、板牙、丝锥等)磨损的主要原因。一般认为，由硬质点磨损产生的磨损量与刀具－工件相对滑动距离或切削路程成正比。1.机械磨损2.4.2刀具磨损的原因是由于工件材料中的杂1822.粘结磨损2.4.2刀具磨损的原因黏结是在摩擦面的实际接触面积上，在足够大的压力和高温作用下，刀具和工件材料接触到原子间距离时发生结合的冷焊现象。两摩擦表面的黏结点因相对运动将发生撕裂而被对方带走，如果黏结处的破裂发生在刀具这一方，就会造成刀具的损耗，这就是刀具的黏结磨损。黏结磨损程度取决于切削温度、刀具和工件材料的亲和力、刀具和工件材料硬度比、刀具表面形状与组织和工艺系统刚度等因素。2.粘结磨损2.4.2刀具磨损的原因黏结是在摩擦面的实际1832.4.2刀具磨损的原因切削温度是影响黏结磨损的主要因素(a)加工纯铁1－刚玉(氧化铝)

2－立方氮化硼

3－金刚石(b)加工钛1－刚玉(氧化铝)

2－立方氮化硼

3－金刚石(c)YT15加工4－12Cr18Ni9Ti

5－钛

6－纯铁(d)YG8加工4－12Cr18Ni9Ti

5－钛

6－纯铁2.4.2刀具磨损的原因切削温度是影响黏结磨损的主要因素1843.扩散磨损2.4.2刀具磨损的原因当刀具与工件材料的化学元素浓度相差较大时，它们就会在固态下互相扩散到对方中去，引起摩擦面两侧刀具和工件材料化学成分的改变，使刀具材料性能下降，从而造成刀具磨损，这种磨损称为扩散磨损。扩散磨损是中高速切削时，硬质合金刀具磨损的主要原因，它往往和黏结磨损同时发生。扩散磨损的速度主要与切削温度、工件和刀具材料的化学成分等因素有关。还和切屑底层在刀具表面上的流动速度有关。3.扩散磨损2.4.2刀具磨损的原因当刀具与工件材料的化1854.化学磨损2.4.2刀具磨损的原因切削时在一定温度下，刀具与周围介质的某些成分(如空气中的氧、切削液中的极压添加剂硫、氯等)起化学作用，在刀具表面形成一层硬度较低的化合物，而被切屑带走，加速了刀具的磨损，或者因为刀具材料被某种介质腐蚀，造成刀具损耗，这些被称为化学磨损。4.化学磨损2.4.2刀具磨损的原因切削时在一定温度下，1865.热电磨损2.4.2刀具磨损的原因在切削区的高温作用下，刀具与工件材料形成热电偶，产生热电动势，形成流过刀具－工件、刀具－切屑的热电流，从而促进化学元素的扩散,加速刀具的磨损，这种在热电势的作用下产生的扩散磨损称为热电磨损。5.