机械制造技术基础课件第三章

第3章金属切削与磨削加工3.1金属切削、磨削加工的基本概念3.1.1金属切削与磨削的加工表面与用量（1）切削加工表面切削或磨削加工中获得的要求表面是逐渐形成的，在这一过程(guòchéng)中，工件上有三个不断变化着的表面：待加工表面已加工表面过渡表面

精品资料待加工表面——加工时即将被去除金属层的表面；2)已加工表面——已被切除多余金属新形成的符合要求工件表面；3)过渡表面（切削表面）——位于待加工表面和已加工表面之间的，正在由刀具(dāojù)或砂轮的切刃在工件上形成的那个表面。精品资料（2）切削用量和磨削用量在切削加工中，切削速度Vc、进给量f和切削深度ap称为切削用量。相似地，在磨削加工中，磨削速度Vs、进给量f和砂轮切削深度ap（区别于单个磨粒切刃的切深）称为磨削用量。切削或磨削用量的大小反映单位(dānwèi)时间内金属切除量的多少，也直接影响切削或磨削的力、功率、温度、刀具或砂轮寿命等。所以，在切削或磨削加工时，要根据工件材料、刀具材料和其它技术经济要求来选择适宜的用量。精品资料切削深度—待加工表面与已加工表面之间的距离；进给量—主运动回转一周时刀具沿进给方向(fāngxiàng)的位移量；切削速度—切削速度就是主运动的速度，如因刀刃上各点回转半径不同而导致切削速度不同时，取其最大值。精品资料精品资料精品资料精品资料3．1．2刀具角度和切削层参数（1）刀具切削部分的结构要素刀具的切削部分担负主要的切削工作，直接从工件上切下切屑。刀具种类很多，除单刃刀具（如车刀、刨刀等）外，还有各种多刃刀具（如铣刀、拉刀、钻头、铰刀、滚刀(ɡǔndāo)等），及表面具有大量微小磨粒切刃的砂轮。但它们切削部分的几何形状与参数都可以以外圆车刀的切削部分为基本形状。因此，刀具切削部分几何形状的确定通常以车刀切削部分几何形状为基础来定义。精品资料精品资料1)切削部分的刀面①前刀面刀具上切屑流过的表面。如果前刀面是由几个相互倾斜的表面组成的，则可从切削刃开始，依次把它们称为第一前刀面、第二前刀面等；②后刀面与工件上新形成的过渡表面相对(xiāngduì)的刀具表面。也可以分为第一后刀面、第二后刀面等；③副后刀面与副切削刃毗邻、与工件上已加工表面相对(xiāngduì)的刀面。同样也可以分为第一副后刀面、第二副后刀面等。精品资料有关刀具切削部分术语(shùyǔ)的说明精品资料2)切削刃切削的边锋，称为切削刃。切削刃有主切削刃和副切削刃之分。①主切削刃是前刀面与后刀面的交线。在切削过程中，承担主要的切削任务并形成工件上的过渡表面。②副切刃是前刀面与副后刀面的交线。它参与部分的切削任务，并影响(yǐngxiǎng)已加工表面的粗糙度。③过渡刃是刀尖处连接主、副两条切削刃之间的一小段切削刃。它可以没有（交点刀尖）、也可以是直线（倒棱刀尖）或圆弧。精品资料刀尖形状(xíngzhuàn)示意图精品资料（2）刀具角度的参考系为了确定刀具表面在空间(kōngjiān)的相对位置，可以用一定的几何角度表示。刀具的几何角度参考系有两类：刀具标注角度参考系刀具工作角度参考系精品资料构成(gòuchéng)刀具标注角度参考系的主要参考平面有：基平面、切削平面、主剖面和切削刃法剖面。①基平面(简称基面)Pr通过切削刃选定点、垂直于主运动方向的平面。通常它平行或垂直于刀具的制造、安装的定位平面或轴线。②切削平面Ps通过切削刃选定点、与主切削刃相切、并垂直于基面的平面，也就是切削刃与切削速度方向构成(gòuchéng)的平面。基面和切削平面是刀具标注角度参考系中两个基本的参考平面，再加上以下所述的任一剖面，便构成(gòuchéng)各种不同的刀具标注角度参考系。精品资料③主剖面Po和主剖面参考系主剖面Po是通过切削刃选定点、同时垂直于基面和切削平面的平面。它必然垂直于切削刃在基面上的投影。图3—6a中Pr—Ps—Po组成(zǔchénɡ)正交的主剖面参考系。这是目前生产中最常用的刀具标注角度参考系。（车刀的标注参考系.swf）④切削刃法剖面Pn和法剖面参考系法剖面Pn是通过切削刃选定点、并垂直于切削刃的平面。在图3—6a中，由Pr—Ps—Pn组成(zǔchénɡ)一个法剖面参考系。主剖面参考系与法剖面参考系的基面和切削平面相同。精品资料刀具角度(jiǎodù)的主剖面参考系精品资料（3）刀具的标注(biāozhù)角度

车刀(chēdāo)的标注角度精品资料1)主剖面(pōumiàn)参考系内的标注角度①在主剖面(pōumiàn)Po内的标注角度前角γo在主剖面(pōumiàn)内度量的基面与前刀面间的夹角。当前刀面与切削平面间的夹角小于90°时取正号；大于90°时则取负号。后角αo在主剖面(pōumiàn)内度量的后刀面与切削平面间的夹角。当后刀面与基面夹角小于90°时取正号；大于90°时取负号。楔角βo在主剖面(pōumiàn)内度量的后刀面与前刀面间的夹角。上述三角度之和为90°。精品资料②在基面Pr内的标注角度(jiǎodù)主偏角kr在基面内度量的切削平面与进给平面间的夹角。它也是主切削刃在基面上投影与进给运动方向的夹角。副偏角k’r在基面内度量的副切削刃与进给运动方向在基面上投影间的夹角。刀尖角εr在基面内度量的切削平面和副切削平面间的夹角。它也是主切削刃和副切削刃在基面上投影间的夹角。显然地，上述三角度(jiǎodù)之和为180°。精品资料③在切削平面Ps内的标注角度刃倾角λs在切削平面内度量的主切削刃与基面间的夹角(jiājiǎo)。当刀尖处在切削刃最高位置时，刃倾角取正号；若刀尖处于切削刃最低位置时，刃倾角取负号；当主切削刃与基面平行时，刃倾角为零。以上所述角度中，基本角度只有前角γo、后角αo、主偏角kr、副偏角k’r和刃倾角λs五个，其余是派生角度。精品资料车刀(chēdāo)的刃倾角精品资料2)法剖面参考系内的标注(biāozhù)角度法剖面参考系和主剖面参考系的区别仅在于以法剖面代替主剖面作为测量前角、后角和楔角的平面。法剖面的标注(biāozhù)角度有法前角γn、法后角αn和法楔角βn，而其余角度完全相同。精品资料（4）刀具工作角度

上述刀具标注角度是在假定运动和安装条件下的标注角度。如果考虑合成运动和实际安装情况，则刀具的参考系将发生变化，刀具角度也发生变化。按照刀具工作中的实际情况，在刀具工作角度参考系中确定的角度，称为刀具工作角度。一般不必进行工作角度的计算。只有在进给运动和刀具安装对工作角度产生较大影响时，才需计算工作角度。例如，在以大进给量切断小直径工件、车螺纹或丝杠、铲背、刀具安装位置(wèizhi)有较大变化时等。精品资料（5）切削层参数①切削厚度垂直于过渡(guòdù)表面度量的切削层尺寸，称为切削厚度，以ho表示。②切削宽度沿过渡(guòdù)表面度量的切削层尺寸，称为切削宽度，以bo表示。③切削面积切削层在基面Pr内的面积，称为切削面积，以AD表示。④残留面积因刀具有副偏角，切削时残留在已加工表面上的不平部分。精品资料切削层参数及残留(cánliú)面积精品资料3．1．3常用刀具材料及磨料刀具材料指刀具切削部分(bùfen)的材料，磨料指磨粒的材料。它们直接影响刀具和磨具的切削性能、生产率、加工质量和成本。（1）刀具材料应具备的基本性能①刀具材料必须具有高于工件材料的硬度；②刀具材料应有足够的强度和韧性；③要求刀具材料要有好的抵抗磨损的能力；④要求刀具材料在高切削温度下保持高硬度、高强度的性能，即耐热性，并有良好的抗扩散、抗氧化的能力；⑤尽量大的导热系数和小的线膨胀系数；⑥为便于制造刀具和有高的性能价格比，要求刀具材料具有良好的工艺性和经济性。精品资料（2）常用刀具材料1)高速钢高速钢是一种加入了较多钨、钼、铬和钒等合金元素的高合金工具钢。具有较高的硬度和耐磨性、较高的热稳定性，能磨出锋利的刃口。制造工艺性好。2)硬质合金

硬质合金是用具有高耐磨性和高耐热性的WC、TiC等金属粉末，以Co、Ni作为粘结剂，用粉末冶金法制(fǎzhì)得的合金。硬度高、耐磨。但韧性较差。常制成刀片使用。

精品资料牌号性能应用范围YG3X抗弯强度、韧性、进给量硬度、耐磨性、切削速度铸铁，有色金属及其合金的精加工和半精加工，不能承受冲击载荷YG3铸铁，有色金属及其合金的精加工和半精加工，不能承受冲击载荷YG6X普通铸铁，冷硬铸铁、高温合金的精加工和半精加工YG6A铸铁，有色金属及其合金的半精加工和粗加工YG6铸铁，有色金属及其合金、非金属材料的粗加工，也用于断续加工YG8冷硬铸铁，有色金属及其合金的半精加工，也可用于高锰钢、淬硬钢的半精加工和精加工精品资料牌号性能应用范围YT30抗弯强度、韧性、进给量硬度、耐磨性、切削速度碳素钢、合金钢的精加工YT15碳素钢、合金钢在连续切削时的粗加工、半精加工，也可用于断续切削时的精加工YT5碳素钢、合金钢的粗加工，也可用于断续切削YW1高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的粗加工和半精加工YW2高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的粗加工和半精加工精品资料3)陶瓷材料陶瓷是以氧化铝(A1203)或氮化硅(SiN4)等为主要(zhǔyào)成分，经压制成形后烧结而成的刀具材料。陶瓷刀具材料共分三类：氧化铝基陶瓷、氮化硅基陶瓷和复合氮化硅－氧化铝陶瓷。其优点是：硬度高，刀具耐用度高，可提高切削速度，加工效率提高3～10倍。4）涂层刀具目前80%以上都是涂层刀具。它是在硬质合金或高速钢刀体上涂敷氧化铝、碳氮化钛、氮化铝钛、碳氮化铝钛等，具有优异的高温性能。精品资料5)金刚石天然和人造金刚石都是碳的同素异构体，是自然界中最硬的材料。天然金刚石质量好，价格昂贵，只用作超精密加工切削工具。但由于碳元素与铁元素具有很强的亲和性，所以金刚石刀具不能加工铁族金属材料。6)立方氮化硼立方氮化硼（CBN）是以六方氮化硼为原料，经高温高压获得的人工合成材料，其硬度仅次于金刚石，和金刚石并称为(chēnɡwéi)超硬材料。具有很强的化学稳定性，主要用于加工铁族金属材料。精品资料（3）常用磨料对磨料的基本要求是它的硬度要高于被磨材料；要有一定动态强度或韧性，使磨粒侵入(qīnrù)和冲击工件时不易破碎；但还要有一定脆性，在磨粒变钝后容易破碎形成锋锐的新切刃。

精品资料1）普通磨料普通砂轮磨料都是基于氧化铝（Al2O3）和碳化硅（SiC）的人造材料。它们各有不同品种以适应不同的用途。硬度(yìngdù)高的磨料通常更脆些。碳化硅磨料的硬度(yìngdù)和脆性比氧化铝的要高。较硬和较脆的磨料通常用于精密磨削，粗粒度韧性磨料则更适合于粗磨削。2）超硬磨料人造金刚石的较弱的品种主要制成树脂结合剂砂轮磨削硬质合金。这时，金刚石磨粒经常要镀覆占磨粒重量55%的镍，以使磨粒和树脂结合剂结合的更牢固，并在空气中提供保护。精品资料几种常用磨料(móliào)的特性及适用范围序列磨料名称代号显微硬度特性适用范围氧化物系棕刚玉A2200～2280棕褐色，硬度高，韧性大，价格便宜磨削碳钢和合金钢白刚玉WA2200～2300白色，硬度较棕刚玉高，韧性较棕刚玉低磨削淬火钢、高速钢、高碳钢等铬刚玉PA2000～2200玫瑰红和紫红色，韧性比白刚玉高磨削淬火钢、高速钢、高碳钢、轴承钢锆刚玉ZA～1965黑褐色，强度和耐磨性高磨削耐热合金、钛合金、奥氏体不锈钢单晶刚玉SA2200～2400浅黄色，硬度和韧性比白刚玉高磨削不锈钢、高钒高速钢等微晶刚玉MA2000～2300颜色和棕刚玉相似，强度高，韧性和自锐性好磨削不锈钢、轴承钢、特种球墨铸铁精品资料序列磨料名称代号显微硬度特性适用范围碳化物系黑碳化硅C2820～3320黑色，有光泽，硬度比钢玉高，性脆而锋利，导电和导热性好磨削铸铁、黄铜、铝、耐火材料及非金属材料绿碳化硅GC3280～3480绿色，硬度和脆性比黑碳化硅高，导电和导热性好磨削硬质合金、宝石、陶瓷、玉石、玻璃、非铁金属、石材等碳化硼BC4400～5400灰黑色，硬度比黑、绿碳化硅高，耐磨性好主要研磨和抛光硬千周合金、拉丝模、宝石和玉石等立方碳化硅SC2000～2300浅绿色，立方晶体结构，强度比黑碳化硅高，磨削能力强磨削韧而黏的材料，如不锈钢等；磨削轴承沟道或用于轴承超精加工几种(jǐzhǒnɡ)常用磨料的特性及适用范围精品资料序列磨料名称代号显微硬度特性适用范围高硬磨料系人造金钢石D10000无色透明或淡黄色、黄绿色、黑色，硬度高，耐磨性好，比天然金刚石脆磨硬脆材料、硬质合金、宝石、光学玻璃、半导体、切割石材等以及制作各种钻头（地质、石油钻头等）立方氮化硼CBN8000～9000黑色或淡白色，立方晶体，硬度仅次于金刚砂，耐热性高，发热量小磨削各种高温合金、高钼、高钒、高钴钢，不锈钢，镍基合金钢等，聚晶立方氮化硼可制造车刀几种常用(chánɡyònɡ)磨料的特性及适用范围精品资料3．1．4切削、磨削液生产实际中为减少加工过程中的摩擦(mócā)、降低切削或磨削温度，经常需要使用切削剂或磨削剂。它们包括气、液、固三种形态，但最常用的是液体，所以常称为切削液和磨削液。切削、磨削液可分为油基和水基两大类。介于两者之间的为乳化液，兼有油基的润滑性和水基的冷却性。精品资料1）

切削、磨削液的基本要求①良好的润滑性能和吸附性能;②高的导热系数、大的热容量和汽化热，具有良好的冷却(lěngquè)作用；③良好的流动性和渗透性，在压力作用下能对工件、刀具或磨具表面起到良好的冲刷和清洗作用，并防止碎屑粘着在工件或刀具磨具表面上；④具有良好的防锈性能；精品资料⑤无毒、无臭，不刺激(cìjī)皮肤，不易变质和产生泡沫，废液易处理和再生，不污染环境；⑥易于过滤，使用过程中不会沉淀和形成硬质点；⑦经济性好。以上各种要求难以全面满足，应按使用具体要求，择要考虑。

精品资料2）

切削、磨削液的基本类型和性能①非水溶性切削、磨削油②乳化(rǔhuà)型水溶性切削、磨削液③透明水溶性切削、磨削液精品资料3）切削、磨削(móxiāo)液的使用方法及系统切削、磨削(móxiāo)液的使用方法很多，常见的有：浇注法、高压冷却法和喷雾冷却法。对于磨削(móxiāo)还有渗透供液法。①浇注法它是用低压泵将切削、磨削(móxiāo)液泵出，靠重力或不高的压力浇注于加工部位，起到冷却和润滑作用。浇注法使用方便，应用广泛。在磨削(móxiāo)中，由于有砂轮表面的气流屏障作用，则还需要使用气流导流板和特殊形状的喷嘴。

精品资料②高压冷却法是利用高压（一般为1.47-1.96MPa）切削、磨削液直接冲击到加工部位进行冷却和润滑。它可将碎屑冲离加工区甚至排走，对深孔加工、狭缝深槽加工等非常重要。液体的高速流动(liúdòng)还能改善渗透性、加强对流而改善冷却效果。对于磨削，高压磨削液能冲破砂轮表面的气流屏障，使冷却润滑可靠，还能冲洗砂轮表面，在高效率磨削中广泛采用。精品资料③喷雾冷却法是以压力为0.3-0.6MPa的压缩空气，使切削液雾化，高速喷向加工区域。雾化液滴能方便地渗入切屑、刀具和工件之间，遇到灼热表面很快汽化，带走大量热量，有效(yǒuxiào)降低切削区温度。高压气体的体积膨胀也能降低气体温度，使冷却作用加强。因此，它综合了气体冷却和液体冷却的优点，适用于难加工材料加工和高速加工，也可用于一般加工。

精品资料④渗透供液法对于磨削，由于普通砂轮具有多孔结构，所以还有由砂轮内孔注入磨削液，借砂轮高速旋转的离心作用，使磨削液经砂轮微小孔隙喷射到磨削区的中心渗透供液法；以及(yǐjí)在砂轮的磨削位置前方将磨削液高压注入砂轮内部，再借砂轮高速旋转的离心作用，使磨削液经砂轮微小孔隙在磨削区位置喷射到砂轮—工件之间的外部渗透供液法。但这一方法使磨削液雾化，并经砂轮甩到附近空间，使工作环境变差。精品资料3．2

刀具和砂轮3．2．1切削刀具结构（1）切削刀具结构任何(rènhé)刀具都由工作部分和夹持部分所组成。工作部分通常又分切削部分和校准(或导向)部分。切削部分直接从工件上切下切屑，校准部分(并非每种刀具都有该部分)作为刀具切削的后备部分，主要起校准、修整、刮光和导向作用。刀具夹持部分(如钻头刀柄、车刀刀杆、齿轮滚刀套装孔等)的作用是将刀具夹固在机床上，保证刀具的正确工作位置，并承受切削力和传递切削运动和动力。精品资料焊接式、机夹重磨式和机夹不重磨式车刀(chēdāo)精品资料（2）刀片为方便使用和节省刀具(dāojù)材料，硬质合金、陶瓷及超硬刀具(dāojù)材料均制成各种形状和尺寸的刀片，用于焊接、粘接或机械式夹固，制造各类刀具(dāojù)。重磨式的硬质合金刀片形成了完整的系列，用途非常广泛。不重磨式的可转位硬质合金及陶瓷刀片已经标准化可转位陶瓷刀片的形状(xíngzhuàn)和尺寸精品资料精品资料（3）刀具在机床上的安装和刀具系统刀具借助于刀柄、内孔或安装基平面安装在机床或辅具上。刀具的切削刃相对安装基准有高的位置精度。特别是自动机床、数控机床，以及(yǐjí)自动换刀的加工中心，要求更加严格。这些安装基准也是刀具制造和刃磨时使用的主要基准。

精品资料数控刀具(dāojù)系统示例精品资料3．2．2砂轮形状与特性表示（1）普通砂轮1）普通砂轮的组成和形状普通磨料砂轮由磨料加结合(jiéhé)剂用制造陶瓷的工艺方法制成。所以，砂轮由磨粒、结合(jiéhé)剂和气孔三部分组成。砂轮为适应不同使用方法而有各种形状，例如平形（P）、薄片形（PB）、筒形（N）、杯形（B）、碗形（BW）、碟形（D）等，可分别用字母表示。砂轮尺寸则用数字表示，单位为mm。例如，P400×40×127表示外径为400mm、厚度为40mm、内径为127mm的平形砂轮。精品资料2）普通砂轮特性(tèxìng)及表示决定普通砂轮特性(tèxìng)的五个要素分别是：磨料、粒度、结合剂、硬度和组织。砂轮特性(tèxìng)的表示方法为：磨料代号—粒度号—硬度等级—组织号—结合剂代号—砂轮最高使用速度（m/s）精品资料常见砂轮粒度及应用(yìngyòng)范围粒度号使用范围12～16＃粗磨、荒磨、打磨毛刺20～36＃磨钢锭，打磨铸件毛刺，切断钢坯，磨耐火材料40～60＃半精磨、精磨60～80＃半精磨、精磨100～240＃半精磨、精磨、珩磨240～W20精磨、珩磨、超精磨W20～更细精磨、超精磨、精细磨、镜面磨W10～更细精磨、超精磨、精细磨、镜面磨，制作研磨膏用于研磨和抛光精品资料结合(jiéhé)剂种类及使用范围种类代号使用范围陶瓷结合剂V用于除切断砂轮外的大多数砂轮，使用速度35m/s以下树脂结合剂B弹性好，用于高速磨削、切断、开槽等工序、耐热性差，年限限制橡胶结合剂R弹性好，用于切断、抛光、开槽等工序金属结合剂M主要用于制造超硬磨料砂轮，材料主要是青铜，也有铸铁、镍等精品资料砂轮硬度是指磨粒从砂轮表面脱落的难易程度，砂轮硬，磨粒不易脱落，砂轮软，磨粒容易(róngyì)脱落。因此，为了避免烧伤，应选硬度低的砂轮；精磨和成形磨时，为了保持砂轮的形状精度，应选择硬一些的砂轮。超软软1软2软3中软1中软2中1D、E、FGHJKLM中2中硬1中硬2中硬3硬1硬2超硬NPQRSTY精品资料砂轮组织代号是表示磨粒、结合剂、气孔(qìkǒng)三者之间的比例关系的一种度量关系。组织号越大，表明砂轮组织越疏松。

类别紧密中等疏松组织号0123456789101112磨粒占砂轮体积(%)62605856545250484644424038精品资料3．3

金属切削过程及机理3．3．1金属切削过程（1）塑性材料的切屑形成过程当没有副切削刃参加切削，并且(bìngqiě)刃倾角s=0时，如图3-13所示，切削层AFHD可以看成是由许多平行四边形组成的，如ABCD、BEGC等。当这些扁块受到刀具前刀面的推挤时，便经过滑移形成另一些扁块并形成切屑，如ABCD受到推挤后，变为ABCD，BEGC滑移成BEGC等。这样，切屑的形成过程是可以简单地看成切削层受到前刀面的挤压后产生的以滑移为主的塑性变形过程。精品资料简化(jiǎnhuà)的塑性材料切屑形成过程E精品资料但是，实际的切屑形成过程要复杂，也就是说，切屑形成不是简单的滑移，而是经历滑移、摩擦和扭曲等作用形成的。做切削试验时，首先将工件侧面刻上均匀的网格，然后在低速切削时观察网格位置变化的过程。可以看到工件材料变形过程（初始(chūshǐ)滑移面终止滑移面.rm）。当刀尖位于O点时，沿虚线OA的即开始产生剪切变形，OA称为始滑移线。在以后的切削过程中，OA上的一点1逐步滑移到2、3、4各点。OA也变成OM的位置。此后切屑沿刀具前刀面平行滑动，OM成为终滑移线。（剪切变形区动画.swf）精品资料塑性材料切屑形成(xíngchéng)过程精品资料金属材料在从OA到OM的区域内主要产生(chǎnshēng)剪切变形，这一区域成为第一变形区；刀具前刀面与切屑摩擦处为第二变形区；后刀面与已加工表面处为第三变形区。当第一变形区内材料的剪切应力超过屈服极限而低于强度极限时，切屑为带状切屑；当该应力超过材料的强度极限时，可能会产生(chǎnshēng)节状切屑或崩碎切屑。一般切削脆性材料时会产生(chǎnshēng)崩碎切屑。精品资料切屑(qiēxiè)的三种形态基本切屑(qiēxiè)类型.rm精品资料基本切屑(qiēxiè)类型.rm精品资料（2）积屑瘤切削塑性金属材料时，在切速不高、又能形成带状切屑的情况下，切屑沿前刀面流出，并伴随强烈的摩擦。这使切屑的流动速度降低，温度升高。在大的挤压力作用下，会使切屑底层金属与前刀面的外摩擦超过分子间结合力，一些金属材料冷焊粘附在前刀面切刃附近，逐渐形成硬度很高的瘤状楔块，成为积屑瘤。积屑瘤随着切削的进行不断长大，又不断破裂被带走，如此反复。积屑瘤能代替切削刃进行切削，使刀具实际前角增大，能保护刀具和降低切削力。但积屑瘤的存在和脱离使加工尺寸(chǐcun)精度降低，嵌入在加工表面的积屑瘤碎块使表面加工质量降低。所以，积屑瘤对粗加工有利，而对精加工有害。精品资料积屑瘤的形成与切削温度有关(yǒuguān)，因此主要与切削速度有关(yǒuguān)。当切削速度较低时，基本不产生积屑瘤现象。（积屑瘤5.rm）当切削速度较高时，也基本不产生积屑瘤现象。（积屑瘤80.rm）当切削速度在10~30m/min左右时，积屑瘤达到较大的高度现象。（积屑瘤10-20.rm）精品资料（3）残余应力和加工硬化在金属切削过程中，因刀具和工件表面的激烈(jīliè)挤压和摩擦，使已加工表面层的塑性变形非常强烈，晶格破坏，表层硬度提高，这种现象称为加工硬化。工件表面硬化可提高耐磨性。但加工硬化常伴有裂纹产生，降低零件的抗冲击能力。（4）硬脆材料的切削机理脆性被切削材料在外力作用下，先形成裂纹。裂纹尖端附近应力强度达到其临界值时，裂纹就会发生失稳扩展，导致被切削材料的断裂。精品资料硬脆材料(cáiliào)切削过程脆性(cuìxìng)材料去除动画.swf精品资料3．3．2切削力、切削功率与切削温度（1）切削力及其分量切削过程中刀具要克服工件材料的弹性和塑性变形抗力，及与切屑和工件间的摩擦力。这些力形成切削力。切削力是计算(jìsuàn)切削功率，设计机床、刀具和夹具的依据。它又直接影响切削热的产生、刀具磨损和加工表面质量。在主剖面内的总切削力可以分解为三个正交的分力，即主（切向）切削力Fz，法向切削力Fy和轴向切削力Fx。精品资料切削力的分力(fēnlì)精品资料（2）切削功率切削功率是三个切削分力消耗(xiāohào)功率的总和，由于法向分力不做功，所以不消耗(xiāohào)功率。轴向进给速度很低，消耗(xiāohào)功率也很小，所以主切削力所消耗(xiāohào)的功率几乎占据总功率的绝大部分。所以有精品资料（3）切削热切削时消耗能量的98％～99%转换为热能，即切削热。切削热的主要来源：（切削热的分配.swf）第一变形区的塑性变形热第二变形区的摩擦热第三变形区的摩擦热大部分切削热被切屑带走，其余按不同比例传给刀具、工件和周围介质，其比例与加工方式(fāngshì)有关。精品资料（4）切削温度切削温度是指前刀面与切屑接触区内(qūnèi)的平均温度。影响切削温度的主要因素如下：◆切削用量的影响◆刀具几何参数的影响◆工件材料的影响◆刀具磨损的影响◆切削液的影响精品资料3.3.3刀具(dāojù)磨损与使用寿命

切削时刀具将产生磨损。磨损包括机械磨耗磨损、热化学磨损以及(yǐjí)摩擦、黏结、扩散等现象。刀具的磨损形式：◆前刀面磨损◆后刀面磨损精品资料刀具的磨损原因：◆磨料磨损◆黏结磨损◆扩散(kuòsàn)磨损◆化学磨损精品资料刀具的磨损过程：◆初期磨损阶段(jiēduàn)◆正常磨损阶段(jiēduàn)◆急剧磨损阶段(jiēduàn)精品资料刀具的使用寿命和耐用度：刀具磨损到一定限度后就不能继续使用。这个磨损限度称为磨损标准。刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的切削时间，称为刀具耐用度。一把新刀从投入切削起，到报废为止，总的实际切削时间称为刀具寿命。切削速度对刀具耐用度的影响最大，切削速度越高，刀具耐用度越短。其次(qícì)是进给量，切削深度影响最小。精品资料3.4金属磨削(móxiāo)过程及机理3.4.1金属(jīnshǔ)磨削过程（1）磨削加工的特点（2）塑性材料磨屑形成机理精品资料单颗磨粒切削过程的三个阶段◆滑擦阶段：工件材料只产生弹性变形，没有切屑产生；◆耕犁阶段：产生塑性变形，刻划出沟痕，两侧有隆起，但没有分离切屑；◆切屑形成阶段：磨粒切入(qiērù)到足够深度时，磨粒前方有切屑产生。精品资料精品资料3.4.2磨削力和磨削温度影响磨削力的因素有：◆磨削用量；◆工件材料(cáiliào)的力学性能；◆砂轮特性；◆砂轮的磨损状况；◆磨削液的性能。精品资料1）磨削力磨削力也可以分解成切向磨削力Ft、法向磨削力Fn和轴向磨削力Fa。与切削时不同(bùtónɡ)的是，磨削时法向磨削力与切向磨削力的比值较大，约为3～4。（磨削力示意图.swf）精品资料（2）磨削循环由于磨削工艺系统的弹性变形，实际磨削深度小于名义(míngyì)磨削深度。随着横进给次数的增加，两者的差值逐渐减小。如图所示。精品资料（3）磨削热磨削过程中所消耗的能量基本都转化为热量，即磨削热。磨削热大部分都传入工件，使工件产生很大的温升。传入砂轮的磨削热较少。（4）磨削温度磨削温度是指砂轮与工件接触区内的平均温度。磨粒与工件接触点处的温度称为磨削点温度。当砂轮以一定(yīdìng)速度磨过工件表面时，工件表面及以下区域的温度分布如下图所示。精品资料精品资料精品资料3.4.3砂轮的磨损与修整（1）砂轮的磨损形式：◆磨耗(móhào)磨损◆磨粒破碎◆磨粒脱落精品资料（2）砂轮磨损的判别◆磨削力增加◆磨削温度(wēndù)增加◆表面粗糙度恶化◆磨削时有刺耳声◆砂轮表面有明亮的磨损小平面（3）砂轮的修整◆修整目的：修形和修锐◆修整工具：金刚石笔，金刚石滚轮，碳化硅油石（超硬砂轮修锐）精品资料3.5切削、磨削条件的合理选择3.5.1工件(gōngjiàn)材料的切削加工性切削加工性是指切削加工的难易程度。衡量工件(gōngjiàn)材料可加工性的指标：◆刀具耐用度◆切削力◆切削温度◆工件(gōngjiàn)表面质量◆切屑断屑性能精品资料影响工件材料可加工性的因素：◆工件材料的物理力学性能：硬度强度大，则加工性不好；塑性大，加工性不好；导热性能差，加工性不好；◆工件材料化学成分：含镍、钛高的材料一般加工性不好；含硫高的材料加工性好；◆工件材料的金相(jīnxiānɡ)组织：马氏体、珠光体含量大的材料加工性不好；工件材料磨削加工性与切削加工性的影响因素类似。精品资料3.5.2刀具参数和切削工艺(gōngyì)参数的选择（1）刀具几何参数的合理选择一把完整的刀具形状和结构，是由一套系统的刀具几何参数所决定的。各参数之间存在着相互依赖、相互制约的作用◆前角的选择：增大前角，可减少切削变形，减少切削力、切削热和切削功率，提高刀具的使用寿命。前角增大，刀具比较锋利。但前角过大，会影响刀具的强度。精品资料◆后角的选择(xuǎnzé)：增大后角，可增加刀具的锋锐性，减轻后刀面与工件已加工表面的摩擦，降低切削力和切削热。但后角过大，会降低刀具强度，刀具易磨损。硬质合金车刀常用的合理前角、后角见表3－6◆主偏角的选择(xuǎnzé)：减少主偏角会使切削厚度减少，切削宽度增加，从而使单位长度切削刃所承受的载荷减轻，提高刀尖强度，有利于散热，可提高刀具使用寿命。◆副偏角的选择(xuǎnzé)：副偏角的主要作用是最终形成已加工表面。副偏角越小，切削刃痕的残留面积高度也越小，可有效减少已加工表面的粗糙度。主、副偏角的选择(xuǎnzé)范围见表3-7。精品资料硬质合金车刀(chēdāo)合理前、后角参考值工件材料种类合理前角参考范围（°）合理后角参考范围（°）粗车精车粗车精车低碳钢20～2520～3010～1210～12中碳钢10～1515～206～86～8合金钢10～1515～206～86～8淬火钢-15～-58～10不锈钢（奥氏体）15～2020～258～108～10灰铸铁10～155～106～86～8铜及铜合金（脆）10～155～106～86～8铝及铝合金30～3535～4010～1210～12钛合金σb≤1.177GPa5～1010～15精品资料硬质合金(yìnɡzhìhéjīn)车刀合理主、副偏角参考值加工情况偏角数值主偏角κr副偏角κ’r粗车，无中间切入工艺系统刚度好45，60，755～10工艺系统刚度差60，75，9010～15车削细长轴，薄壁件90，936～10精车，无中间切入工艺系统刚度好450～5工艺系统刚度差60，750～5车削冷硬铸铁，淬火钢10～304～10从工件中间切入45～6030～45切断刀、切槽刀60～901～2精品资料◆刃倾角的选择：刃倾角影响刀具的锋锐性，刃倾角增大时刀具比较锋利，但影响刀具的强度和散热条件。大的负刃倾角有利于延长刀具寿命。另外刃倾角会影响切屑(qiēxiè)流动的方向。刃倾角的合理选择范围见表3-8。精品资料（2）刀具耐用度的选择刀具耐用度过小，会增加换刀次数。刀具耐用度过大，又不能采用大的切削用量，限制了生产率的提高。因此必须合理选择。选择刀具耐用度应考虑刀具的复杂程度，制造成本和磨刀成本。多刀机床(jīchuáng)和数控机床(jīchuáng)上使用的刀具耐用度应适当大一些。精品资料（3）切削用量的选择◆选择切削用量的原则是为了保证加工质量，降低加工成本和提高劳动生产率。◆以车削为例，单位时间内切除的工件体积为◆因此为了提高生产率，只要使切削深度、进给量和切削速度三者的乘积最大即可。但从对刀具耐用度的影响程度(chéngdù)看，提高切削速度对刀具耐用度不利。因此应首先采用尽可能大的切削深度，再确定进给量，最后确定切削速度。精品资料（4）磨削(móxiāo)工艺参数的选择①粗磨削(móxiāo)进选择较硬的砂轮，精磨削(móxiāo)时选择较软的砂轮②大去除量的高效率磨削(móxiāo)：选择湿磨，使用粗粒度、松组织和韧性磨料的砂轮③低粗糙度表面的磨削(móxiāo)：使用细粒度、紧组织和韧性磨料砂轮，砂轮要精修整到很小的砂轮粗糙度；④成形磨削(móxiāo)：使用细粒度、更紧组织的砂轮⑤大面积磨削(móxiāo)：使用粗粒度、较软组织的砂轮精品资料⑥小面积磨削：使用较细粒度、较硬硬度的砂轮⑦软材料的磨削：使用较粗粒度、较硬硬度的砂轮⑧硬材料的磨削：使用细粒度、较软级硬度的砂轮⑨砂轮表面磨粒破碎过快时要选择韧性(rènxìnɡ)磨料、较硬的硬度和较紧的组织砂轮容易堵塞并发生烧伤时要选择理脆的磨料、较软的硬度和较紧的组织精品资料3.6先进切削、磨削加工技术3.6.1高速(ɡāosù)切削技术（1）高速(ɡāosù)切削特点及应用切削速度为500~7500m/min的切削为高速(ɡāosù)切削精品资料高速切削与常规切削相比有如下显著特点：①金属切除率可提高3~6倍，单位功率材料切除率可达130~16