第四章 切削基本理论应用

第四章切削基本理论的应用第一节切屑控制一、切屑形状的分类2.按工件材料、刀具几何形状和切削用量常见切屑形状有带状屑、C形屑、崩碎屑、螺卷屑、长紧卷屑、发条状卷屑、宝塔状卷屑等。带状屑连绵不断，易缠绕在工件或刀具上，造成划伤工件表面或打坏刀刃，甚至伤害操作人员。故一般应避免形成带状屑。但在某些情况下(如加工盲孔)，为了使切屑顺利地排出，希望形成带状屑或长紧卷屑。C形屑是一种较好的屑形，不会伤工件表面或打刀刃，也不易伤人。多数是使它碰撞在刀具后刀面或工件表面上而折断，但这样会影响切削过程的平稳性，也会影响工件已加工表面粗糙度。因此，精加工时希望形成长螺卷屑。在重型车床上，因切屑又厚又宽，为安全起见，希望形成发条状屑，并使其在工件加工表面上顶断，靠自重坠落。

在自动机床或自动线上，排屑及清除对加工的连续性很重要，故希望形成不缠绕工件和刀具且易清除的宝塔状卷屑。崩碎屑（见图1c)：在车削铸铁、脆黄铜、铸青铜等脆性材料时，极易形成针状或碎片状的崩碎屑，既易飞溅伤人、又易研损机床。若采用卷屑措施，则可使切屑连成短卷状。总之，切削加工的具体条件不同，希望得到切屑的形状也不同，但不论什么形状的切屑，都要断屑可靠

二、切屑的流向和折断1.切屑的流向影响流向的主要参数：刃倾角、主偏角、前角刃倾角控制切屑流向，影响加工质量－λs使切屑流向已加工表面＋λs使切屑流向待加工表面主偏角主偏角变小切屑宽度增加，厚度变小。同时切屑流向也会改变。切削深度和刀尖半径当深度与刀尖半径比较小时，刀尖部分为主要切削部分，并将产生螺旋状切屑。另外进给量也会影响到切屑的横断面形状和切屑流向2.切屑的折断

切削过程中所形成的切屑，由于经过了比较大的塑性变形，它的硬度将会有所提高，而塑性和韧性则显著降低，这种现象叫冷作硬化。经过冷作硬化以后，切屑变得硬而脆，当它受到交变的弯曲或冲击载荷时就容易折断。切屑所经受的塑性变形越大，硬脆现象越显著，折断也就越容易。在切削难断屑的高强度、高塑性、高韧性的材料时，应当设法增大切屑的变形，以降低它的塑性和韧性，便于达到断屑的目的。

切屑的变形可以由两部分组成：第一部分是切削过程中所形成的，称之为基本变形。用平前刀面车刀自由切削时所测得的切屑变形，比较接近于基本变形的数值。影响基本变形的主要因素有刀具前角、负倒棱、切削速度三项。前角越小，负倒棱越宽、切削速度越低，则切屑的变形越大，越有利于断屑。所以，减小前角、加宽负倒棱，降低切削速度可作为促进断屑的措施。第二部分是切屑在流动和卷曲过程中所受的变形，称之为附加变形。因为在大多数情况下，仅有切削过程中的基本变形还不能使切屑折断，必须再增加一次附加变形，才能达到硬化和折断的目的。迫使切屑经受附加变形的最简便的方法，就是在前刀面上磨出（或压制出）一定形状的断屑槽，迫使切屑流入断屑槽时再卷曲变形。切屑经受附加的再卷曲变形以后，进一步硬化和脆化，当它碰撞到工件或后刀面上时，就很容易被折断了。A自断屑B撞击刀具断屑C撞击工件断屑三、断屑措施

为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量，应使切屑卷曲和折断。切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加变形的结果。断屑是对已变形的切屑再附加一次变形，常需有断屑装置※切屑处理的必要条件a)要使断屑顺畅而且不影响正常的切削。b)控制切屑的体积使切屑在处理、保管、搬运时更容易。c)切屑要在不缠绕工件、车刀或造成附属装置(自动送料机等)发生故障的情况下排出。

切屑的卷曲断屑的产生不同刀具对切屑长度还有不同要求。例如一般粗车钢料的最大切屑长度为100mm左右；精车则应稍长。要避免过于细碎的切屑，因为它容易嵌入机床导轨和刀具装置的一些重要部位（如基准面），这样不仅需要附加防护装置，还给清除切屑带来一定的困难。

切屑的上向卷曲由于切屑厚度方向上的流速差所引起的切屑卷曲．被称为上向卷曲切屑的侧向卷曲由于切屑宽度方向上的流速差所引起的切屑卷曲，被称为侧向卷曲

切屑折断的机理．按折断方式的不同有两种，即碰断和甩断。前者包括碰后刀面的折断、碰工件加工表面的折断以及碰工件待加工表面的折断。后者在折断时，并不撞击任何障碍物，而是由于动力学的原因，当螺旋形的切屑达到一定的临界长度时，整个切屑突然开始旋转，振幅快速增加，最后由于弯曲应力使切屑折断采取以下措施对切屑实施控制。1.采用断屑槽通过设置断屑槽对流动中的切屑施加一定的约束力，使切屑应变增大，切屑卷曲半径减小。折线形直线圆弧形全圆弧形断屑槽截面形状

l、直线圆弧型断屑槽由一段直线和一段圆弧连接而成。直线部分构成刀具的前刀面，槽底圆弧半径Rn的大小对切屑的卷曲和变形有一定的影响。Rn小，则切屑卷曲半径小，而切屑变形大；Rn大，则切屑卷曲半径大，而切屑变形小。在中等切深下(切深ap=2～6mm)，一般可选RBn=(0.4～0.7)LBn2、直线型断屑槽由两段直线相交而成，其槽底角为180°-δBn（δBn称为断屑台楔角），槽底角（180°-δBn）代替了圆弧Rn的作用。槽底角小，则切屑的卷曲半径小，切屑变形大；槽底角大，则切屑的卷曲半径大，切屑变形小。在中等切深下，断屑台楔角一般选用60°～70°。

直线型和直线圆弧型断屑槽适合于切削碳素钢、合金结构钢、工具钢等。一般取前角γo=5~15；当切削紫铜和不锈钢等高塑性材料时前角取γo=25~30。当前角太大时，直线型和直线圆弧型断屑槽的切削刃强度太低，易崩刃，断屑槽也太深，排屑不畅，此时应采用全圆弧型断屑槽。

3、全圆弧型断屑槽（见图5c）的主要参数槽宽B、槽底圆弧半径Rn和前角γ。之间的关系为：

当切削紫铜、不锈钢等高塑性材料时，常选用全圆弧型断屑槽。因为加工高塑性材料时，刀具前角选得比较大（γ0=25°-30°）同样大的前角，全圆弧断屑槽刀具的切削刃比较坚固，另外槽也较浅，便于流屑，故比较实用断屑槽的宽度

断屑槽宽度LBn与进给量f、切削深度ap有关，当进给量f增大时，切削厚度增大，断屑槽的宽度应相应加宽；切削深度大,槽也应适当加宽。图a是槽宽与进给量基本适应，切屑经卷曲变形后碰撞折断成C形；图b是槽不够宽，切屑卷曲半径小，变形大，碰撞后折断成短C形或形成崩碎小片；图c则是槽太窄了，切屑挤成小卷堵塞在槽中很难流出来，造成憋屑甚至会打坏切削刃；图d、e则是槽太宽了，切屑卷曲半径太大，变形不够．不易折断．有时甚至不流经槽底而自由形成带状屑。断屑槽的宽度与所选的ap和f有关，一般来说，ap和f大，LBn也应该大。切削中碳钢时LBn=10f切削合金钢时LBn=7f通常直线圆弧型rBn=（0.3~0.7）LBn塑性大取上限，塑性小取下限断屑槽的宽度LBn也应与切削深度ap相适应。一般也可以粗略地依据ap来选择槽宽LBn，当ap大时，LBn也应当大些；而ap小，则LBn应适当减小。因为当切深大而槽太窄时，切屑宽，不易在槽中卷曲，这样，切屑往往不流入槽底而自行形成带状屑；当切深小而槽太宽时，切屑窄，流动比较自由，变形不够充分，也不易折断。

断屑槽与主切削刃的倾斜角

断屑槽与主切削刃的倾斜方式常用的有外斜式、平行式、和内斜式三种

a）外倾式b）平行式c）内斜式

槽向：a)外斜式→粗加工b)平行式→粗加工c)内斜式→半精、精加工1、外斜式外斜式的断屑槽，前宽后窄，前深后浅。外斜式断屑槽的切屑卷曲变形大，如图所示，在靠近工件外圆表面A处的切削速度最高而槽窄，切屑最先受阻而卷曲，且卷曲半径小，变形大；而在刀尖B处，切削速度低而槽宽，切屑最后以较大卷曲半径卷曲，这就会产生一个力，使切屑翻转到后刀面或待加工表面上，经碰撞后折断而形成C形屑。这种形式的断屑槽。在中等切深时断屑范围较宽，断屑效果稳定可靠，生产中应用较为广泛。倾斜角τ的数值主要按工件材料确定，一般切削中碳钢时，取τ=8°-10°切削合金钢时，为增大切屑变形，取τ=10°-15°。但在大切深时，由于靠近工件外圆表面A处（见图）断屑槽宽度太小，切屑容易阻塞，甚至切屑打坏切削刃，所以一般多改用平行式。2、平行式（见图l0b)：平行式断屑槽的切屑变形不如外斜式大，切屑大多是碰在工件加工表面上折断。切屑中碳钢时，平行式断屑槽的断屑效果与外斜式基本相仿，但进给量应略加大一些，以增大切屑的附加卷曲变形。

3、内斜式（见图10c）：内斜式断屑槽（见图12）在工件外圆表面A处最宽．而在刀尖B处最窄。所以切屑常常是在B处先卷曲成小卷，而在A处则卷成大卷。当主切削刃的刃倾角取成3°-5°时，切屑容易形成连续的长紧卷屑。内斜式断屑槽与主切削刃的倾斜角一般取τ=8°-10°，内斜式断屑槽形成长紧卷屑的切削用量范围相当窄，所以它在生产中应用不如外斜式和平行式普遍，主要是应用于精车或半精车。断屑槽设计为了适用不同的切削用量范围。硬质合金可转位刀片上压制有多种形状及不同尺寸的断屑槽，便于选用，这样既经济又简便。这种方法是切削加工中应首选的方法，也是应用最广泛的方法断屑槽设计改变刀具角度

由前面所述的切屑折断原理可知，减小刀具前角；增大主偏角；在主切削刃上磨出负倒棱；；加大进给量以及改变主切削刃形状等都能促使切屑折断。但是，采取这些方法断屑，常会带来一些不良后果，如生产率下降，工件表面质量恶化、切削力增大等，这种方法，在自动线上很少采用，有时只作为断屑的辅助手段。

调整切削用量

降低切削速度、提高进给量f使切削厚度增大，对断屑有利；但增大f会增大加工表面粗糙度。适当地降低切削速度使切削变形增大，也有利于断屑，但这会降低材料切除效率。须根据实际条件适当选择切削用量。切削参数与断屑的关系断屑与进给量、倒棱宽度的关系其它断屑方法（1）固定附加断屑挡块

断屑器有固定式和可调节式两种。图13为车刀上的可调节式断屑器。在车刀前刀面上装一个挡屑板1，切屑沿刀具的前面流出时，因受挡屑板1所阻而弯曲折断。断屑器的参数Ln和α可按需要设计和调整，以保证在给定的切削条件下，断屑稳定可靠。松开螺钉3,在弹簧4的作用下，可使挡屑板1和压板2一起抬起，便于挡屑板调整和刀片的快速转位与更换。这种断屑器常用于大、中型机床的刀具上。其它断屑方法（2）利用断屑装置

断屑装置类型很多，一般可分为机械式，液压式和电气式等，断屑装置成本高，但断屑是稳定可靠的，一般只用于自动线上。图14为用于车刀上的带有切断器的断屑装置示意图。车削时，切屑通过导屑通道2流出，被不断旋转的盘形切断器3强行割断，被割断后的切屑则从排屑道6排出。切断器是由传动轴4带动的。图中1为车刀。其它断屑方法（3）在工件表面上的预先开槽按工件直径大小不同，预先在被加工表面上沿工件轴向开出一条或数条沟槽，其深度略小于切削深度，使切出的切屑形成薄弱截面，从而折断。这样，既保证了可靠的断屑，又不影响工件已加工表面的粗糙度。即使加工韧性较大的材料时，断屑效果也很好。例如在精镗韧性较大的工件材料(如40Cr等)时，在用其他方法很难断屑时，则可在被加工表面上拉削出纵向沟槽，再进行镗削。采用这种方法能显出其独特的优点。AmeriChip的激光辅助切屑控制系统是一个独立装置，它利用一束激光在工件材料表面刻划出一道窄槽，当该处材料被加工时，就会以细小切屑的形态被切离而不会形成长带状切屑。这道激光刻划的窄槽实际上消除了与切屑有关的所有麻烦。在刻槽过程中，电容高度传感器可以测出工件形状或材料厚度的任何变化，使激光头系统始终保持聚焦高度，可对刻槽深度进行连续调整。刻槽宽度通常设定为0．25mm，它可使刀具产生在时间和距离上都极为短暂的断续切削，但已足以确保产生的切屑均为细小切屑。在工件上刻槽使得以较高速度切削工件和无需使用冷却液成为可能。激光辅助切屑控制技术其它断屑方法（4）切削刃上开分屑槽此外，采用切削液可以降低切屑的塑性和韧性，也有利于断屑。提高切削液压力更能促使切屑折断，孔加工中，有时就采用这种方法

其它断屑方法（5）此外，采用切削液可以降低切屑的塑性和韧性，也有利于断屑。提高切削液压力更能促使切屑折断，孔加工中，有时就采用这种方法

在以高速钢刀具为主导的年代，由于进给率和切削速度都比较低，因此只要浇注的冷却液能使温度降低到足以保持刀具切削刃完好就足够了。但在如今，随着机床技术的进步和硬质合金刀具的使用，加工参数有了大幅度提高，如果仍按传统方式对温度高达1000oC的切削区浇注切削液，切削液就会立即蒸发，从而形成一个高压蒸汽区，它会有效阻止低压冷却液的流动，使其无法到达切削刃。为了解决这一问题，人们为现代机床开发了高压冷却液系统。在金属切削加工中，切削液具有双重作用：润滑和冲刷切屑。无论加工要求使用油基切削液还是水基切削液，其在加工中的功能都是在切削刃与工件之间形成一个液压层(它有助于将切削热从刀尖传导到切屑中)，然后促使已被加热的切屑从切削区加速排出。在加工时，此刀柄利用小喷嘴喷出的高压切削液，可以穿透由切削加工形成的热影响区，达到更快速、更有效地冷却切削刀片和优化切屑控制的目的。喷嘴可在切削刀片的上表面与从工件上被切除的切屑下表面之间形成一个水楔，从而有助于减少刀片磨损，并可将切屑分断为更小的碎屑，以利于从切削区更快地排出。虽然在粗加工中，切屑控制的重要性比在精加工时稍逊一筹，但通过刀柄精确使用切削液，可以降低切削温度，从而能采用更高的切削速度，或进一步延长刀具寿命。另一方面，在精加工中，由于切深量和进给量较小，因此更容易出现切屑控制问题。此外，随着越来越多的加工车间采用无人值守或少人值守的自动化加工方式，利用此刀柄消除“鸟巢”状切屑的形成也是一项重要优势。第二节工件材料的切削加工性材料的切削加工性(machinability)是指在一定条件下对某种材料进行切削加工的难易程度。切削加工性的概念具有相对性。所谓某种材料切削加工性好坏，是相对于另一种材料而言的。一般在讨论钢料的切削加工性时，习惯地以碳素结构钢45为基准。如称高强度钢比较难加工，就是相对于45钢而言的。

根据不同的要求，可以用不同的指标来衡量材料的切削加工性。1.加工材料的性能指标

表4-3工件材料切削加工性分级表一、切削加工性指标硬度高的材料，切削时刀屑接触长度小，切削力和切削热集中在刀刃附近，刀具易磨损、寿命低，所以加工性不好。如高温合金、耐热钢，由于高温硬度高，高温下切削时，刀具材料与工件材料的硬度比降低，使刀具磨损加快，加工性差。另外，硬质点多和加工硬化严重的材料，加工性也差。并不是材料的硬度越低，越好加工。有些金属如低碳钢、纯铁、纯铜等硬度虽低，但塑性很高，也不好加工。硬度适中(HBl60—200)的钢材较好加工。此外，适当提高材料的硬度，有利于获得较好的加工表面质量。

强度高的材料，切削时力大、温度高，刀具易磨损，加工性不好。如1Cr18Ni9Ti，常温硬度不太高，但高温(700度时)仍能保持较高强度，故加工性差。强度相近的同类材料，塑性越大，切削中塑性变形和摩擦越大，故切削力大、温度高，刀具易磨损。在低速度切削时，还易产生积屑瘤和鳞刺，使加工表面粗糙度增大，且断屑也较困难，故加工性差。另外塑性太小的材料，切削时切削力、热集中在刀刃附近，刀具易产生崩刃，加工性也较差。在碳素钢中，低碳钢的塑性过大，高碳钢的塑性太小、硬度又高，故它们的加工性都不如硬度和塑性都适中的中碳钢好。热导率通过对切削温度的影响而影响材料的加工性。导热率大的材料，由切屑带走和工件散出的热量多，有利于降低切削温度，使刀具磨损速率减慢，故加工性好。另外，韧性大，与刀具材料的化学亲和性强的材料，其加工性也不好。材料的物理机械性能五项主要指标:

★硬度HB、抗拉强度σb、延伸率δ、冲击韧性值ak、导热系数

k以不锈钢1Cr18Ni9Ti为例，它的切削加工性等级数字编码排列如下：

综合分析：（1）这种钢硬度和强度分别为4级、3级，属于较易切削范围。（2）塑性和韧性均为8级，容易产生冷焊现象，切削变形、加工硬化和切削力都大、切削温度高，断屑困难。（3）导热性能为8级，因此导热性能差，所以刀具材料要选用耐热性能好的硬质合金。一般认为，工件材料的物理、力学性能越高，越难加工，切削加工性越差。伸长率、冲击韧性越大，加工性越差热导率越大、加工性越好2.相对加工性指标(以切削速度vT衡量加工性)在刀具使用寿命T相同的情况下，切削速度vT较高的材料，则其加工性较好。如将寿命T定为60min，则vT可写作v60。一般以正火状态45钢（σb=0.637GPa）的v60为基准，写作（v60）j，然后把其它各种材料的v60于之相比，这个比值Kr，称为相对加工性，即：Kr＝V60／(V60)j常用工件材料的相对加工性可分为八级Kr大于1的材料，其加工性比45钢好,例如有色金属Kr＞3；Kr小于1者，加工性比45钢差,例如高锰钢、钛合金Kr≤0.65

,均属难加工材料。Kr仅反应不同工件材料对刀具寿命的影响程度，并未反应表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Kr乘以45钢的切削速度就得到该材料的许用切削速度。vT和Kr是最常用的加工性衡量指标，在不同的加工条件下都使用。一、切削加工性指标加工性等级名称及种类相对加工性Kr典型材料1很容易切削材料一般有色金属>3.05-5-5铜铅合金,9-4铝铜合金,铝镁合金2容易切削材料易切削钢2.50～3.00退火15Cr,σb=0.37～0.441GPa自动机钢,σb=0.393～0.491GPa3较易切削钢1.60～2.50正火30钢σb=0.441～0.549GPa4普通材料一般钢及铸铁1.00～1.6045钢,灰铸铁5稍难切削材料0.65～1.002Cr13调质,σb=0.834GPa85钢σb=0.883GPa6难切削材料较难切削材料0.50～0.6565Mn调质,σb=1.03GPa

45Cr调质,σb=0.932～0.981GPa7难切削材料0.15～0.5050CrV调质,1Cr18Ni9Ti,某些钛合金8很难切削材料<0.15某些钛合金,铸造镍基高温合金3．刀具寿命指标在相同切削条件下加工不同材料时，若在一定切削速度下刀具寿命T较长或一定寿命下所允许的切削速度vc较高的材料，则其加工性较好；反之，其加工性较差。4.以切削力或切削温度衡量加工性在相同切削条件下加工不同材料时，凡切削力大、切削温度高的材料加工性差；反之加工性好。切削力大，则消耗功率多。在粗加工或机床刚性、动力不足时，可用切削力作为衡量加工性指标。5.以加工表面质量衡量加工性

切削加工时，凡容易获得好的加工表面质量(含表面粗糙度、加工硬化程度和表面残余应力等)的材料，其切削加工性较好，反之较差。精加工时，常以此作为衡量加工性的指标。6.以断屑性能衡量加工性

切削加工时，凡切屑易于控制或断屑性能良好的材料加工性较好，反之则较差。在自动机床或自动线上，常以此为衡量加工性指标。二、常用材料切削加工性简述（一）铸铁铸铁中化学元素对切削加工性的影响，主要取决于这些元素对碳的石墨化作用。铸铁中的碳元素以两种形式存在：Fe3C与游离石墨。石墨具有润滑作用，铸铁中的石墨愈多，愈容易切削，因此，铸铁中如含有Si、Al、Ni、Cu、Ti等促进石墨化的因素，能改善其加工性；而含有Cr、Mn、V、Mo、Co、S、P等阻碍石墨化的元素，则会使切削加工性变差。Fe3C的存在会加快刀具的磨损。但石墨易脱落，使已加工表面粗糙。切削铸铁时形成崩碎切屑，造成切屑与前刀面的接触长度非常短，使切削力、切削热集中在刃区，最高温度在靠近切削刃的后刀面上。

减小前角，降低切削速度。（二）碳素结构钢碳素钢的强度、硬度随含碳量的增加而提高，而塑性、韧性则随含碳量的增加而降低。低碳钢的塑性、韧性较高，高碳钢的硬度及强度较高，这都给切削加工带来一定的困难。中碳钢的硬度、强度、塑性及韧性居于高碳钢与低碳钢之间，所以切削加工比较容易。低碳钢(<0.25%)：性软而韧。粗加工时不易断屑而影响操作过程，精加工时因切屑脱离母体时使已加工表面发生严重撕扯而产生大量细裂纹（鳞刺），又因易形成积屑瘤而严重影响精加工质量，故切削加工性较差；可通过正火处理使晶粒细化、硬度增加、韧度下降，便于切削加工。中碳钢（0.3%～0.6%）：有较好的综合性能，其切削加工性较好；高碳钢（0.6%～0.8%）：切削加工性次于中碳钢；（>0.8%）：性硬而脆，切削时刀具易磨损，故其切削加工性不好。可通过球化退火来改善其切削加工性。（三）合金结构钢合金元素对切削加工性的影响在金属中加入合金元素，一般将提高材料的力学性能，并改变材料的物理性能，从而提高了金属的反切削能力。故一般降低切削加工性，硅、铬、镍、钒、钼、钨、镉等合金元素的加入均会降低材料的可切削加工性。硫、硒、铅等合金元素的加入可改善材料的可切削加工性。（四）铝、镁等非铁合金

硬度较低，且导热性好，故具有良好的切削加工性。一般不使用切削液。铝合金：乳化液和煤油镁合金：严禁使用水剂和油剂，宜于自然空冷和采用压缩空气冷却。（五）纯金属的加工

常用的纯金属如紫铜、纯铝、纯铁等，其硬度、强度都较低，导热系数大，对切削加工有利；但其塑性很高，切屑变形大，刀—屑接触长度大并容易发生冷焊，生成积屑瘤，因此切削力较大，不容易获得好的已加工表面质量，断屑困难。此外，它们的线膨胀系数较大，精加工时不易控制工件的加工精度。

（六）难加工金属材料的切削加工性

难加工的原因一般是以下几个方面：

①高硬度；②高强度；③高塑性和高韧性；④低塑性和高脆性；⑤低导热性；⑥有大量微观硬质点或硬夹杂物；⑦化学性质活泼。

这些特性一般都能使切削过程中的切削力加大，切削温度升高，刀具磨损加剧，刀具使用寿命缩短；有时还将使已加工表面质量恶化，切屑难以控制；最终则使加工效率和加工质量降低，加工成本提高。难加工材料包括难切金属材料和难切非金属材料两大类。难切金属材料：高锰钢、高强度钢、不锈钢、高温合金、钛合金、高熔点金属及其合金、喷涂(焊)材料等。难切非金属材料：陶瓷

1.高强度、超高强度钢的切削加工性

一般，σs＞1GPa或σb＞1.1GPa的结构钢，称为高强度钢；σs＞1.2GPa或σb＞1.5GPa称为超高强度钢。

与普通碳素结构钢相比，高强度钢、超高强度钢的强度高，导热系数偏低，故切削力大，切削温度高，刀具磨损快，刀具使用寿命短，断屑稍难。根据以上特点，必须采用耐热耐磨性强的刀具材料。一般采用YT类硬质合金，最好是添加钽、铌的牌号。刀具前角应较小，例如车削35CrMnSiA时，取γo＝-4~0º。在工艺系统刚性允许的情况下，应采用较小的主偏角kr和较大的刀尖圆弧半径rε，刃口负倒棱。切削用量，尤其是切削速度，应比加工中碳正火钢时适当降低(低40%)，进给量适当增大。尽可能采用切削液与断屑措施以改善切削条件。高强度钢、超高强度钢的半精加工、精加工和部分粗加工常在调质或退火状态下进行。调质(淬火、高温回火)后的金相组织为索氏体或托氏体，硬度达HRC35~55。2.不锈钢不锈钢按金相组织分，有铁素体、马氏体、奥氏体三种。铁素体、马氏体不锈钢的成分以铬为主，经常在淬火—回火或退火状态下使用，综合机械性能适中，切削加工一般不太难。奥氏体不锈钢的成分以铬、镍等元素为主，淬火后呈奥氏体组织，切削加工性比较差。不锈钢的塑性大（切除一定体积的不锈钢1Cr18Ni9Ti所消耗的能量比切除相同体积的低碳钢约高50%，并且大部分能量转化为热能，使切削温度升高）

加工硬化很严重（奥氏体不锈钢强度一般为δb=539Mpa，但在室温冷加工时，由于加工硬化和形变会诱发马氏体转变，使强度提高至δb=1568Mpa，这样就大大增加了切削时的摩擦、磨损和切削力，易使刀具磨损，并影响工件的表面粗糙度）；

导热系数小，高温硬度高，切削温度高；钢中碳化物(TiC等)又易与刀具发生冷焊，故刀具磨损快，使用寿命降低，特别是在断续切削时，刀具极易产生磨损和粘结破损。

加工不锈钢时，宜采用YG类(最好添加钽、铌，如YG6A)或YW类硬质合金；较大前角、负刃倾角加倒棱，大刀尖半径；较大背吃刀量与中等切削速度。3.高锰钢的切削加工性

高锰钢的典型牌号有Mnl3、40Mnl8Cr3、50Mnl8Cr4等，锰质量分数11%~14%。高锰钢金相组织为均匀的奥氏体。它的原始硬度虽不甚高，但其塑性和韧性特别高(分别为45钢的4倍和8倍)，加工硬化特别严重（深度达0.3mm，硬度提高3倍）。切削过程中，工件表面上还会形成高硬度的氧化层。它的导热系数很小，切削温度很高，切削力约比加工45钢时增大60％。高锰钢比高强度钢更难加工。

加工高锰钢，应选用硬度高、有一定韧性、导热系数较大、高温性能好的刀具材料（硬质合金）。粗加工时，可采用YG类或YW类硬质合金；精加工时，可采用YTl4、YG6X等合金。从提高切削刃强度和散热条件出发，前角应选小值。但为使切屑变形不致过大，前角又不宜过小。一般，取γ。＝-5~5º。减小主副偏角，负刃倾角，负倒棱。切削速度应较低（30m/min），进给量和背吃刀量均不能过小，以免切削刃或刀尖在上一道工序形成的硬化层中划过而加速刀具的磨损。

4.钛合金的切削加工性

密度小（约为4.5）,比钢约小一倍。强度极限高，可达σb=0.981~1.37GPa耐热性好，在高达537℃时仍有足够的抗拉强度和抗蠕变强度。

耐腐蚀性能好。

在550℃以下，钛表面形成致密的氧化膜；对大气、海水及其蒸气以及一些酸、碱、盐介质有高的抗蚀能力。钛在地壳中分布广。含量仅次于铝、铁和镁，占结构金属的第四位。塑性变形小刀尖受力大，刀具粘结扩、散磨损严重高温易于和O、N形成氧化层，深度0.1~0.15mm

钛合金的切削加工性也很差，刀具磨损快，刀具耐用度低，其原因为:(1)加工钛合金时，剪切角很大，刀屑接触长度短；(2)导热系数极小；(3)已加工表面经常出现硬而脆的外皮；（4)弹性模量小，已加工表面回弹量大，加剧了对后刀面的摩擦。

1）不宜选用

YT（P）类硬质合金和TiC、TiN涂层的刀片；适合选用亲和力小导热性能好的、强度高的细晶粒YG（K）类硬质合金。例如YG3X；YG6X。

2）适当的刀具角度：前角小，后角大较大刀尖半径，刃磨锋利；选用较低的切削速度（<100m/min)，中等偏小的进给量，较大的背吃刀量，以使切削刃在冷硬层下切削。

改善加工性途径：5.其它难加工材料加工性特点简介高温合金★加工特点：①高温强度高，加工硬化倾向大。

②导热性差。导热系数约为45钢1/5~1/2，切削温度高。

③刀具的粘结倾向大

④强化元素含量高。金属碳化物、金属间化合物等硬质点，对刀具又强烈的擦伤作用，刀具使用寿命低。

淬火钢硬度≥60HRC硬质合金≥70HRC

冷硬铸铁的硬度极高，是其难加工的主要原因。它的塑性很低，刀—屑接触长度很小，切削力和切削热都集中在切削刃附近，因而切削刃很容易崩损。冷硬铸铁零件的结构尺寸和加工余量一般都较大，毛坯精度低，因而就进一步加大了加工难度。在中低速时，易与刀具发生冷焊磨损在高速时，又使刀具发生剧烈的扩散磨损三、改善材料切削加工性的途径

（一）调整化学成分材料的化学成分对其力学性能和金相组织有重要影响。在满足要求的条件下，通过调整工件材料的化学成分，可使其切削加工性得以改善。目前，生产上使用的易切钢就是在钢中加入适量的易切削元素S、P、Pb等制成的。这些元素在钢中可起到一定的润滑作用并增加材料的热脆性。

三、改善材料切削加工性的途径（二)对工件材料进行适当的热处理

通过热处理工艺方法，改变钢铁材料中的金相组织是改善材料加工性的另一重要途径。通过热处理来改变金相组织，达到降低硬度、增加脆性、减少偏析、细化晶粒等的不同要求来改善加工性。钢的金相组织有：铁素体、渗碳体、珠光体、索氏体、托氏体、奥氏体、马氏体等。

铁素体、奥氏体的塑性和韧性很高，切削加工性较差；渗碳体、索氏体、托氏体、马氏体具有较高的硬度和抗拉强度，切削加工性也较差；珠光体的硬度、强度和塑性都比较适中，其切削加工性良好。三、改善材料切削加工性的途径（二)对工件材料进行适当的热处理

★灰铸铁退火（珠光体分解为铁素铁和石墨，使硬度降低）★镍基高温合金淬火（使组织中金属化合物转变为固溶体能便于切削）★对铁基高温合金退火、回火处理

★高碳钢和工具钢球化退火（渗碳体呈片状分布时硬度较高，刀具磨损较严重，而呈球状分布时硬度较低切削加工性较好。）★热轧状态的中碳钢正火★低碳钢正火(降低塑性，提高硬度)或冷拔状态★中碳钢热轧状态★不锈钢调质(降低塑性)1.25粗车半精车正火渗碳淬火磨削精车下料锻造退火粗加工调质半精加工低温退火精车低温退火粗磨磁力探伤氮化磁力探伤半精磨油煮定性精磨油煮定性超精磨油煮定性研配坐标镗床主轴要求:调质硬度HB240~280,表面硬度HV900~1100,氮化深0.5mm（三)合理选用刀具材料

根据加工材料性能和加工要求，应选择与之匹配的刀具材料。例如，切削不锈钢、高温合金和钛合金时，若选用P（YT）类硬质合金刀具，则工件与刀具中钛元素易产生亲合作用而降低刀具切削性能，故一般应选用K（YG）类硬质合金刀具。新开发的超细颗粒并添加稀金属TaC的硬质合金K10（YS8、YS10）牌号，用于切削高锰钢、淬火钢（60HRC以上）和高硬度铸铁等具有良好切削效果。此外，Al2O3基陶瓷刀具切削冷硬铸铁，Si3N4基陶瓷刀具高速车、铣铸铁、淬硬钢，PCBN刀具高速铣削模具钢，金刚石刀具高速精密切削非铁材料和高硬非金属材料均具有高的刀具寿命。（四）其他措施合理选择刀具几何参数

合理选择刀具几何参数能达到较经济地改善材料加工性，例如，切削高硬度、硬化严重或带冲击性工件用的刀具，以提高强度为原则，适当选取较小前角γo、主偏角kr、刃倾角λs、较大的刀尖圆弧半径rε和磨制刃口负倒棱等。

为了对难加工材料进行切削加工，除了提高常规切削水平外，近年来，发展了多种非常规的新切削方法，在一定的条件下可用于难加工材料的加工，能提高加工效率和加工质量。有的方法比较成熟，有的尚处于研究阶段，简介如下，以扩展视野和共同开拓。

难加工材料切削技术的新发展1.加热切削法用等离子弧对靠近刀尖将要被切除的工件材料进行加热，使其硬度、强度降低，从而改善了切削条件。可以较大幅度地降低切削力。用等离子加热切削法对高硬度、高强度的金属材料进行粗加工是有效的。2.低温切削法用液氮(-180℃)或液体CO2(-76℃)为切削液，可降低切削区温度。在加工高强度钢、耐磨铸铁、不锈钢、钛合金时均有效果。3.振动切削法用不同形式的振动发生器，使刀具发生强迫振动。振动切削可使刀—屑间摩擦系数和切削力大为降低，变形系数及切削温度亦下降。4.真空中切削在真空中切削钛合金能避免钛与空气中元素化合而产生对切削不利的硬脆材料，因而有好的效果。而在真空中切钢无益。5.在惰性气体保护下切削对化学性质活泼的金属(如钛合金)的切削区，喷射惰性气体(如氩气)，使切削区材料与空气隔离。因而被加工材料不与空气中元素化合而生成不利于加工的化合物，从而改善了被加工材料的加工性。6.绝缘切削在切削过程中，工件、刀具、机床若成回路，则产生热电势、热电流，使刀具磨损加剧。如将工件、刀具与机床绝缘，切断电流，则刀具寿命有所提高。7.超高速切削在常规切削时，提高切削速度，将使刀具寿命降低。而当切削速度提高到一个临界值，切削温度就达到最高值，然后温度将随速度继续提高而降低，切削力也下降，零件表面质量好，仍能保持一定的刀具寿命。这就是超高速切削的理论基础。美国、德国、日本在这方面有很多研究，用硬质合金和陶瓷刀具切削钢、铸铁、钛合金、铝合金，切削速度达3000—8000m／min，刀具寿命尚能保持在正常水平。还有人用更高的切速(枪弹速度)进行过试验。第三节切削液的选用一、切削液的作用（1）冷却作用

切削液的冷却作用主要靠热传导带走大量的热来降低切削温度，冷却性能取决于它有导热系数、比热容、汽化热、汽化速度、流量、流速等。水溶液的冷却性能最好，切削油较差。（2）润滑作用

切削液的润滑作用是通过切削液的渗透作用到达切削区后，在刀具、工件、切屑界面上形成吸附膜实现的。金属切削时切屑、工件与刀具界面的摩擦可分为干摩擦、液体润滑摩擦和边界润滑摩擦三类。加入切削液后，切屑、工件与刀面之间形成完全的润滑油膜，金属直接接触面积很小或近于零，形成液体润滑。但很多情况下，由于切屑、工件与刀具界面承受很大载荷、较高的温度，液体油膜大部分被破坏，造成部分金属直接接触，部分吸附膜仍存在润滑作用，这种状态称之为边界润滑摩擦。金属切削中的润滑大都属于边界润滑状态。边界润滑状态下，切削液的润滑性能与其渗透性、成膜能力以及形成吸附膜的强度有关。（3）排屑和洗涤作用

切削液具有冲刷切削中产生的碎屑（如磨削）的作用。清洗性能的好坏，与切削液的渗透性、流动性和使用的压力有关。（4）防锈作用

切削液应具有一定的防锈作用，以减少工件、机床、刀具的腐蚀。防锈作用的好坏，取决于切削液本身的性能和加入的防锈添加剂的性质。在传统的润滑理论中，把润滑分为液体润滑和边界润滑。作相对运动的两个金属表面完全被润滑油膜隔开，没有金属的直接接触，这种润滑状态叫做液体润滑；随着载荷的增加，金属表面之间的油膜厚度逐渐减薄，当载荷增至一定程度，连续的油膜被金属表面的峰顶破坏，局部产生金属表面之间的直接接触，这种润滑状态叫做边界润滑。在边界润滑中，当金属表面只承受中等负荷时，如有一种添加剂能被吸附在金属表面上或与金属表面剧烈磨损，这种添加剂称为抗磨添加剂。当金属表面承受很高的负荷时，大量的金属表面直接接触，产生大量的热，而抗磨剂形成的膜也被破坏，不再起保护金属表面的作用，如有一种添加剂能与金属表面起化学反应生成化学反应膜，起润滑作用，防止金属表面擦伤，甚至熔焊，通常把这种最苛刻的边界润滑叫做极压润滑，而这种添加剂称为极压添加剂。而油性剂的作用主要是降低摩擦系数，减少摩擦阻力，以节约动力能源，同时在较低负荷情况下，也有显著降低磨损的效果。但这一般只能用在负荷压力较轻和冲击振动较小的情况下，也就是摩擦部位温度不高于100℃，一般金属皂则脱附而失去油性作用，应采用极压剂来解决这一问题。2.切削液的种类及应用

常用的切削液可分为三大类：水溶性、油溶性、固体润滑剂。（一）水溶性切削液

1.水溶液

水溶液的主要成分是水，冷却性能好，配成液呈透明状，便于操作者观察。但单纯的水容易使金属生锈，且润滑性能欠佳。因此，经常在水溶液中加入一定的添加剂，使其既能保持冷却性能又有良好的防锈性能和一定的润滑性能。

2.乳化液

乳化液是将乳化油用水稀释而成。乳化油是由矿物油、乳化剂及添加剂配成，用95—98％水稀释后即成为乳白色或半透明状的乳化液。乳化液具有良好的冷却作用，但因为含水量大，所以润滑、防锈性能均较差。为了提高其润滑性能和防锈性能，可再加入一定量的油性、极压添加剂和防锈添加剂，配制成极压乳化液或防锈乳化液。乳化剂是一种表面活性剂，是使矿物油和水乳化形成稳定乳化液的添加剂。表面活性剂是由亲水极性基团和亲油非极性基团两部分组成。乳化剂加入油与水中，它能定向地排列并吸附在油水两界面上，极性端向水，非极性端向油，把油和水连接起来，降低油—水的界面张力，使油以微小的颗粒稳定地分散在水中，形成稳定水包油乳化液，金属切削时应用的就是这种水包油的乳化液。3.合成切削液由水溶性化合物组成，不含油，润滑性稍差，冷却性极佳，主要用于研磨加工。（二）油溶性切削液1.切削油

切削油的主要成分是矿物油，少数采用动植物油或复合油。纯矿物油不能在摩擦界面上形成坚固的润滑膜，润滑效果一般。在实际使用中常常加入油性添加剂、极压添加剂和防锈添加剂以提高其润滑和防锈性能。动植物油有良好的油性，适于低速精加工，但是它们容易变质，因此最好不用或少用，而应尽量采用其他代用品，如含硫、氯等极压添加剂的矿物油。2.极压切削油

种类主要成分冷却性润滑性应用水溶液水+防锈剂+添加剂磨削常用乳化液矿物油+乳化剂+添加剂粗加工常用切削油矿物油+添加剂精加工常用（三）固体润滑剂MoS2切削液的合理选用和使用方法1.切削液的合理选用（1）粗加工

粗加工切削用量大，产生大量的切削热。这时主要是求降低切削温度，应选用冷却为主的切削液，如3%～5%乳化液。硬质合金刀具耐热性较好，一般不用切削液。如要使用切削液，一般用低浓度的乳化液或水溶液，且必需连续、充分地浇注，以免因冷热不均产生很大的热应力，而导致热裂，损坏刀具。高速钢刀具粗加工时，应选用以冷却作用为主的切削液，主要目的是降低切削温度低速切削宜选切削油，高速切削宜选乳化液或水溶液。切铸铁：一般不用切削液；铰孔、攻丝时可加煤油切镁合金：严禁使用乳化液，可用煤油或4%氟化钠做切削液切削液的合理选用和使用方法1.切削液的合理选用（2）精加工

精加工对工件表面粗糙度和加工精度要求较高，因此选用的切削液应具有良好的润滑性能。低速精加工钢料（包括铰削、拉削、螺纹加工、剃齿等），时可选用极压切削油或高浓度极压乳化液。精加工铜、铝及其合金或铸铁时，可选用高浓度乳化液。因硫酸能腐蚀铜，在切削铜铝料时不宜用含硫的切削液。（3）难加工材料的切削

加工难加工材料时，接触面均处于高温高压边界摩擦状态。因此，宜选用极压切削油或极压乳化液。（4）磨削加工

其特点是温度高同时产生大量的细屑、砂末。故应选用有良好冷却清洗作用的切削液。常用有润滑性能和防锈作用的乳化液和水溶液。切削液的合理选用（1）从加工要求考虑

粗加工，选用水溶液或低浓度乳化液；精加工，选用极压切削油或高浓度乳化液；（2）从刀具材料考虑

高速钢，需用切削液；Y合金等,可不用或充分连续用；（3）从工件材料考虑

钢等塑性材料，需用切削液；铸铁等脆材，可不用；高强度钢等难加工材料，宜用极压切削油或乳化液（4）从加工方法考虑

钻孔铰孔、攻螺纹和拉削等，宜用极压乳化液或切削油；成形刀具齿轮刀具等用极压切削油；磨削宜用乳化液。2.切削液的使用方法常见的切削液使用方法有浇注法、高压冷却法和喷雾冷却法：1）浇注法浇注法使用方便，应用广泛，但流量慢、压力低，较难直接进入刀刃最高温度处，故效果较差。使用时应使切削液尽量接近切削区。当用不同刀具切削时，最好能根据刀具的形状和切削刃的数目，相应地改变浇注口的形式和数目。2）高压冷却法深孔加工时，利用高压的切削液，可以直接接近切削区起冷却、润滑作用，并将碎断的切屑随液流带出孔外。高压冷却法还可用于高速钢车刀进行难切削材料的车削，可显著提高刀具耐用度。切削液可用一般乳化液也可用切削油。由于切削液的高速流动，改善了渗透性，易于达到切削区，提高了冷却效果。缺点是飞溅严重，需加护罩。3）喷雾冷却法喷雾冷却法是以0.3～0.6MPa的压缩空气，通过喷雾装置使切削液雾化、喷出，高速喷射到切削区。高速气流带着雾化成微小液滴的切削液，渗透到切削区，在高温下迅速汽化，吸收大量热，从而获得良好的冷却效果。第四节已加工表面质量零件表面质量表面粗糙度表面波度表面物理力学性能的变化表面微观几何形状特征表面层冷作硬化表面层残余应力表面层金相组织的变化表面质量的含义（内容）表面质量对零件使用性能的影响零件表面质量粗糙度太大、太小都不耐磨适度冷硬能提高耐磨性对疲劳强度的影响对耐磨性影响对耐腐蚀性能的影响对工作精度的影响粗糙度越大，疲劳强度越差适度冷硬、残余压应力能提高疲劳强度粗糙度越大、工作精度降低残余应力越大，工作精度降低粗糙度越大，耐腐蚀性越差压应力提高耐腐蚀性，拉应力反之则降低耐腐蚀性三、影响加工表面粗糙度的主要因素及其控制机械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可归纳为几何因素和物理力学因素两个方面。（一）切削加工表面粗糙度1、几何因素刀尖圆弧半径rε主偏角kr、副偏角kr′进给量fH=f/(cotκr+cotκr′)(4-2)H=f2/(8rε)(4-3)理论粗糙度的数值决定于残留面积的高度。实际上，只有切削脆性材料或高速切削塑性材料时，已加工表面的粗糙度才比较接近理论组糙度，因为许多其他因素，如鳞刺、积屑瘤、振动、切削刃不平整、工件材料组织的缺陷等等的影响，使已加工表面难以接近理论粗糙度。

减小理论粗糙度，要减小f、Kr、Kr′或增大rε。≈车削、刨削时残留面积高度未经修圆刀尖的车刀：经过修圆的车刀：2、物理力学因素（1）工件材料的影响韧性材料：工件材料韧性愈好，金属塑性变形愈大，加工表面愈粗糙。故对中碳钢和低碳钢材料的工件，为改善切削性能，减小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火或调质处理。脆性材料：加工脆性材料时，其切削呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表面粗糙。（2）切削速度的影响加工塑性材料时，切削速度对表面粗糙度的影响（对积屑瘤和鳞刺的影响）见如图4-41所示。此外，切削速度越高，塑性变形越不充分，表面粗糙度值越小选择低速宽刀精切和高速精切，可以得到较小的表面粗糙度。

（4）其它因素的影响

此外，合理使用冷却润滑液，适当增大刀具的前角，提高刀具的刃磨质量等，均能有效地减小表面粗糙度值。（3）进给量的影响

减小进给量f固然可以减小表面粗糙度值，但进给量过小能造成严重的加工硬化，不能获得高精度表面。同时进给量小生产率就比较低，因而一般不采用减小进给量的方法来获得表面加工质量。而是通过提高切削速度和选用较小的副偏角和磨出倒角刀尖或者修正刀尖来获得加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响纵向振纹切削力波动图1)前角γo增大前角γo，表面粗糙度降低。

2)后角后角大，摩擦小，表面粗糙度降低，精加工后角适当大。零后角挤压光整加工。主偏角、副偏角和刀尖圆弧半径

减小主副偏角、增大刀尖圆弧半径，表面粗糙度降低

影响切削加工表面粗糙度的因素刀具几何形状刀具材料、刃磨质量切削用量工件材料残留面积↓→Ra↓前角↑→Ra↓后角↑→摩擦↓→Ra↓刃倾角会影响实际工作前角

v↑→Ra↓f↑→Ra↑ap对Ra影响不大，太小会打滑，划伤已加工表面材料塑性↑→Ra↑同样材料晶粒组织大↑→Ra↑，常用正火、调质处理刀具材料强度↑→Ra↓刃磨质量↑→Ra↓冷却、润滑↑→Ra↓影响切削加工表面粗糙度的因素

以硬质合金车刀为例，来说明车刀实际前角和刃倾角s的关系，设γo=10，κr=45，s为切削刃上的任意一点至刀尖的距离。在一般情况下，刃倾角对前角的影响比较小，特别是在精加工时，由于切削深度小，所以实际前角的变化不大，一般切刃深度小于0.5mm时的实际前角变化通常在的范围之内但是在前角较小主偏角较小刃倾角绝对值较大时，实际前角的变化是比较大的。---车刀刃倾角对前角影响的研究何宁，黄田辉陕西理工学院第五节

刀具几何参数的合理选择一、前角γo的选择

二、后角αo的选择

三、副后角αo′的选择

四、主偏角κr的选择

五、副偏角κr′的选择

六、刃倾角λs的选择

七、刀尖修磨形式

八、刃口修磨形式

第五节

刀具几何参数的合理选择一、前角γo的选择1.前角的主要功用1）增大前角能减小切屑的变形，减少切削力，降低切削温度和动力消耗。2）增大前角能改善切屑对前刀面的摩擦，减少刀具磨损，提高刀具耐用度。3）增大前角能改善加工表面质量，抑制积屑瘤与鳞刺的产生，减少切削振动。4）前角过大，将削弱刃口强度，减少散热体积，影响刀片受力情况，容易造成崩刀。2.选择原则前角既不能太大，也不宜太小，合理前角γo合理前角取决于工件材料、刀具材料及加工性质。（1）刀具材料的抗弯强度较大、韧性较好时，应选用较大的前角.高速钢刀具比硬质合金刀具，允许选用较大的前角(约可增大5~10º)。陶瓷刀具的脆性更大，故前角应选择得比硬质合金还要小一些。要充分注意增加切削刃强度，常取负值(多在－4～－15范围)以改善刀具受力时的应力状态，并选负的刃倾角(取0～－10)与之配合以改善切入时承受冲击的能力。立方氮化硼由于脆性更大，都采用负前角高速切削。

正火高碳钢取o=10～l5。当加工高强度钢、淬火钢、冷硬铸铁等高硬度难加工材料时，宜取负前角。实验证明，用正前角硬质合金车刀加工高硬度淬火钢时，切削刃几乎一开始切削就会发生崩刃。

这是因为切削塑性大的材料时，增大前角能显著减少切屑的变形，减少切削力与切削热。加工脆性材料，为提高刀具刃口强度，合理前角要小一些。加工铝及铝合金取o=25～35，加工低碳钢常取o=20～25，加工灰铸铁取o=5～15。工件材料的塑性越大时，合理前角的数值越大。塑性越小前角的合理数值就越小.（2）工件材料的强度、硬度低，可以取较大的甚至很大的前角；工件材料强度、硬度高，应取较小的前角；加工特别硬的工件(如淬硬钢)时，前角很小甚至取负值。（3）具体加工条件粗加工时，切削深度、进给量比较大，为了减少切屑的变形，提高刀具耐用度，希望选取较大的前角，但考虑到毛坯形状不规则，可能有表层硬皮，加工余量不均匀，为保证切削刃有足够的强度，前角就要选得小些。精加工时，进给量小，为使刃口锋利，以提高加工表面质量，应取较大的前角。机床、工件、刀具的系统刚度也对选取前角有一定的影响，刚度差时为减小切削力，一般应选取较大的前角。在自动线上为了减小加工尺寸变化，使线上工作稳定，合理前角应小一些。Aγ磨损增大前角，Aα磨损减小前角前角的合理数值不是孤立的，还和刀面形状及刃区参数以及其他角度有关，特别是和刃倾角有密切关系。例如：带负倒棱的刀具允许采用较大前角；大前角刀具常与负刃倾角相匹配来保证切削刃强度和抗冲击能力。许多先进刀具就是在针对某种加工条件，善于灵活运用这些原则而产生的。采用负倒棱强化切削刃二、后角αo的选择

1.后角的功用后角的主要功用是减小后刀面与加工表面之间的摩擦。

α0↑→rn↓锋利、lα↓摩擦F↓→质量↑

VB一定，磨损体积↑→T↑但NB↑

刀头强度↓散热体积↓重磨体积↑

在一定的条件下，存在一个合理值2.选择原则刀具使用寿命最长的后角值为合理后角αopt合理后角取决于加工性质及加工条件。（1）加工性质粗加工、断续切削为了提高刀具的强度合理后角应小一些，而精加工要减小刀具与工件的摩擦，合理后角要大一些（后角主要根据切削厚度选择）；已用大负前角应↑α0；（2）工件材料切削脆性材料为增加刃口抗冲击力，合理后角要小一些；切削塑性材料宜取较大的合理后角。（3）工艺系统刚度差，为减小系统的振动，合理后角应小一些；（4）成形刀具，重磨后要保证尺寸基本不变，合理后角应选小一些。车刀后角精加工一般8~12o粗加工6~8o3后刀面的型式(1)双重后角为了保证刃口强度，减小刃磨后刀面的工作量，常在车刀后刀面上磨出双重后角。(2)消振棱为了增加后刀面与工件加工表面之间的接触面积，增加阻尼作用消除振动，可在后刀面上刃磨出一条有负后角的棱面，称为消振棱。(3)刃带，对一些定尺寸刀具，如拉刀、铰刀等，为便于控制外径尺寸，避免重磨后尺寸精度迅速变化，常在后刀面上刃磨出后角为零度的小棱边，称为刃带。刀具上的刃带起着使刀具稳定、导向和消振的作用。三、副后角αo′的选择副后角αo′的选择，一般αο′=αο，切断刀、切槽刀等例外

四、主偏角κr的选择1.主偏角的功用（1）影响残留面积的高度。当主切削刃的直线部分参与形成残留面积时，减小κr，可提高加工表面光洁度。（2）影响切削层的尺寸和刀尖强度、断屑的效果。在切削深度和进给量一定的情况下，随着κr角的减小，切削厚度将减小，切削宽度增加，切削刃参加工作的长度增加，切削刃单位长度的负荷减轻，刀尖角增大，这就会提高刀尖强度，改善散热条件，可提高刀具使用寿命。κr越大时，切削厚度越大，切削宽度越小，越容易断屑。（3）影响各切削分力的比值。减小主偏角κr，则背向力增大，进给力减小。易于引起振动，工件变形，增大粗糙度，降低刀具寿命。所以在一定条件下存在一个合理值。2.主偏角的选择原则根据工艺系统刚度、工件材料硬度和形状（1）主要看系统刚性。在机床工艺系统刚度足够的情况下，选用较小的主偏角，系统刚性不足时（细长轴），为减小切削的振动，应选大一些的主偏角；（2）加工强度大、硬度高的材料时，为求减小切削刃上的单位负荷、改善切削刃区的散热条件，改善刀具切入条件，不易造成刀尖冲击。应选小一些的主偏角；（3）加工条件粗、半精加工的刀具，因为其切削力大、振动大，对于抗冲击性差的刀具材料（如硬质合金），应选大的主偏角以减小振动；对用于单件小批量生产的刀具，为求一刀多用，一般κr=45°或90°；车削阶梯轴时，选用κr=90o，车削细长轴时，选用κr=75o～90o；为增加通用性，车外圆、端面和倒角时，可选用κr=45o。镗盲孔＞90°κr小切屑成长螺旋屑不易断；副偏角的功用：形成已加工表面（粗加工一般10º~15º）选择原则：（1）减小副偏角κr΄，则可以显著减少切削后的残留面积，提高表面光洁度。且可增强刀尖强度。（2）精加工的副偏角κr΄要比粗加工小，可以采用修光刃。（3）加工硬度、强度高的材料时，为提高刀尖强度，可以减小副偏角κr΄。但κr΄太小就会增加副后刀面同已加工表面之间的摩擦，从而可能引起振动。副偏角κr΄的合理数值主要是根据工件加工表面光洁度和具体的加工情况而定的。一般取κr΄=4º~6º。（4）切断刀、槽铣刀等为了保证刀头强度和重磨后宽度变化较小，只能取很小的副偏角κr΄=1º~2º。五、副偏角κ'r的选择

六、刃倾角λs的选择

1.刃倾角的功用(1)控制切屑的流向（正λs切屑流向待加工表面，负λs切屑流向已加工表面）

(2)控制切削刃切入时首先与工件接触的位置负的刃倾角使刀尖位于切削刃的最低点，切入工件时，首先是切削刃上离刀尖较远的部分先接触工件，这样就可以起到保护刀尖的作用，增强了刃口的强度，有利于承受冲击载荷。

(3)控制切削刃在切入与切出时的平稳性断续切削时，当刃倾角为零，切削刃与工件同时接触，同时切离，会引起振动；若刃倾角不等于零则切削刃上各点逐渐切入工件和逐渐切离工件，故切削过程平稳。(4)控制背向力与进给力的比值负值λs越大，背向力Fp越大，当工艺系统刚度较差时，容易引起振动。这是非自由切削刀具，限制选取过大λs的主要原因。(5)影响刀刃锋利性.λs↑→γ0e↑、rn↓→↑锋利性2刃倾角的选择刃倾角λs的合理数值及其正负，主要是根据加工性质来选取的。1）一般钢材和灰铸铁:粗加工时为提高刀具强度和寿命，常取λs=0°～-5°；精加工时，为避免切屑流向已加工表面，一般取λs=0°～5°;加工有色金属:为提高刀具的锋利度，一般取λs=5°～10°;金刚石和立方氮化硼刀具:为提高抗冲击能力，一般取λs=0°～-5°加工淬硬钢:为提高刀尖的强度，一般取λs=-5°～-12°。2）当系统刚度不足时，为减小切削力尽量不用负刃倾角。3）对有冲击载荷的加工,为避免刀尖受到冲击，一般λs=-5°～-15°。4）微量极薄切削，取大正刃倾角。七、刀尖修磨形式

由公式：rε↑→表面粗糙度Rmax↓→刀头强度↑→

散热

→T↑→VB↓

切削力增加和影响断屑1.修圆刀尖在一定的条件下，存在一个合理值.通常高速钢车刀rε=0.5～5mm，硬质合金车刀rε=0.5～2mm半精加工和精加工：rε=(2～3)f;难加工和断续切削时：可适当加大。2.倒角刀尖适用场合：过渡刃的偏角κrε≈κr/2、长度bε≈（1/4～1/5）ap

这种过渡刃多用于粗加工或强力切削的车刀上。3.倒角带修光刃适用场合：修光刃是在副切削刃靠近刀尖处磨出一小段κr’=0o的平行刀刃。其长度bε’≈（1.2～1.5）f，即bε’应略大于进给量f。但bε’过大易引起振动。车刀、刨刀和面铣刀的较大进给量半精加工。八、刃口修磨形式

a）锋刃b）刃口修圆c）刃口负倒棱d）刃口平棱e）负后角倒棱前刀面型式

（1）正前角平面型

正前角平面型式的特点为：制造简单，能获得较锋利的刃口，但强度低，传热能力差。一般用于精加工刀具、成形刀具、铣刀和加工脆性材料的刀具。

（2）正前角平面带倒棱型

倒棱是在主切削刃刃口处磨出一条很窄的棱边形成的。倒棱可以提高刀刃强度、增强散热能力，从而提高刀具耐用度。此时，切屑仍沿前刀面而不沿倒棱流出。倒棱型式一般用于粗切铸锻件或断续表面的加工。(3)正前角曲面带倒棱型

这种型式是在正前角平面带倒棱的基础上，为了卷屑和增大前角，在前刀面上磨出一定的曲面而形成的，常用于粗加工或精加工塑性材料的刀具。前刀面型式

(4)负前角单面型

当磨损主要发生在后刀面时，可制成如图所示的负前角单面型。此时刀片承受压应力，具有好的刀刃强度。因此，常用于切削高硬度（强度）材料和淬火钢材料。但负前角会增大切削力。

(5)负前角双面型

当磨损同时发生在前、后两个刀面时制成负前角双面型，可使刀片的重磨次数增多。此时负前角的棱面应有足够的宽度，以保证切屑沿该棱面流出。如右图所示大切深强力车刀，刀具材料YT15，一般用于中等刚性车床上，加工热轧和锻制的中碳钢。切削用量为：背吃刀量ap＝15～20㎜，进给量f＝0.25～0.4mm/r。试对该刀具的刀具几何参数进行分析。分析题答：此刀具主要几何参数及作用如下：（1）取较大前角，γO＝200～250，能减小切削变形，减小切削力和切削温度。主切削刃采用负倒棱，br1＝0.5f，γO1＝－200～－250，提高切削刃强度，改善散热条件。（2）后角值较小，αo＝4o～6o，而且磨制成双重后角，主要是为提高刀具强度，提高刀具的刃磨效率和允许刃磨次数。（3）主偏角较大，κr＝70o，副偏角也较大，κrˊ＝15o，以降低切削力Fc和背向力Fp，避免产生振动。（4）刀尖形状采用倒角刀尖加修光刃，倒角κrε＝45o，bε＝1～2mm，修光刃bε’

＝1.5f，主要是提高刀尖强度，增大散热体积。修光刃目的是修光加工表面残留面积，提高加工表面的质量。（5）刃倾角取负值，λs＝－40～－60，提高刀具强度，避免刀尖受冲击。

（一般大前角刀具通常选用负的刃倾角）1.增大前角对切削过程的影响是A有利于减小切削力B有利于减小切削温度C有利于提高加工表面质量D有利于提高刀具耐用度2.规定刀具磨损限度的原则是A硬质合金刀具比高速钢的大B硬质合金刀具比高速钢的小C加工钢比加工铸铁大D加工钢比加工铸铁小3切削液中加乳化剂的作用是A起冷却润滑作用B在金属表面形成保护膜C抑制细菌繁殖D防止形成泡沫4.极压添加剂是指A在切削液中添加的一种润滑剂B在切削液中添加的维持润滑膜强度的物质C在切削液中添加的提高润滑膜抗压力的物质D在切削液中添加的减少摩擦系数的物质5.切削液中加入硫、磷、氯等有机化合物的主要作用是A提高切削液的冷却效果B提高切削液的润滑效果C提高切削液的防腐能力D提高切削液高温高压下润滑能力6评定材料切削加工性最主要的指标是A切削温度的高低B刀具耐用度的长短C可获得的加工表面质量的高低D材料是否容易断屑7影响材料切削加工性的主要因素是A材料的化学成分B材料的热处理状态C材料的金相组织D材料的物理机械性能8高锰钢难加工的主要原因是A强度高、硬度大B塑性、韧性高C加工硬化现象特别严重D导热系数小9不锈钢难加工的主要原因是A强度高、硬度大B塑性、韧性高C易粘刀，产生积屑瘤，不易断屑D导热系数小，切削温度高10评定已加工表面质量的最主要指标是A加工表面硬化的深浅B表面残余应力及其分布C表面粗糙度的高低D表面是否有积屑瘤11降低已加工表面硬化层最有效的措施是A减小进给量B减少背吃刀量C提高切削速度D增大前、后角12刃倾角λs=―20°～―30°的车刀最宜用于A一般钢件的粗加工B间断切削加工C薄层切削精加工D要求增大前角的精加工13车削细长轴时刀具几何角度选择的特点是：A主偏角为90°B刃倾角为负C后角较大D刀尖圆弧较小14机床动力不足时切削用量选择的次序是Aap→