第二章金属切削原理与刀具1

金属切削加工就是用具有一定几何形状的刀具把工件毛坯上的一部分金属材料（统称余量）切除，获得图样所要求的零件。在切削过程中，刀具和工件之间必须有相对的切削运动，因此，掌握切削运动、刀具几何角度、切削用量和切削层参数等的基本定义，是学习本课程的基础。本章主要以外圆车削为例来讨论这些问题，但其定义也适于其它切削加工方法。第二章金属切削原理与刀具第一节刀具的结构第二节刀具材料第三节金属切削过程及其物理现象第四节切削力与切削功率第五节切削热与切削温度第六节刀具磨损与刀具寿命第七节切削用量的选择及工件材料加工性第一节刀具的结构一、切削运动与切削要素二、刀具角度三、刀具种类1.切削运动

刀具与工件间的相对运动称为切削运动，即表面成形运动。切削运动可分解为主运动和进给运动。图2-1切削运动与切削表面一、切削运动与切削要素

切削运动及其方向用切削运动的速度矢量表示：

Ve=Vc+Vf1.1主运动

主运动是切削时的主要运动。主运动可以由刀具完成,也可以由工件完成，其运动形式通常为旋转运动或直线运动,如车削时工件的旋转运动，铣削时铣刀的旋转运动，钻削时钻头的旋转运动。一般地讲，主运动的速度最高，消耗的功率也最大，主运动只有一个。1.2进给运动

进给运动是将被切削金属层不断地投入切削，以切除工件表面上全部余量的运动。进给运动可以有一个或几个。进给运动由刀具或工件完成，如车削外圆时车刀平行于工件轴线的纵向运动。其运动形式一般有直线、旋转或两者的合成运动，它可以是连续的或断续的，消耗的功率也比主运动要小得多。1.3工件表面切削加工过程中，工件上有三个不断变化着的表面。（1）已加工表面工件上经刀具切削后产生的表面。（2）待加工表面工件上有待切除切削层的表面。（3）过渡表面主切削刃正在加工的表面称为过渡表面，它是待加工表面与已加工表面的连接表面。2.切削要素

包括切削用量和切削层的几何参数(1)切削用量：切削时各参数的合称。

1)切削速度vc

2)进给量f

3)背吃刀量（切削深度）αp图2-1切削运动与切削表面切削速度vc

切削速度，单位时间内，刀具和工件在主运动方向上的相对位移，是刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动的速度。当主运动为旋转运动时，即为刀具或工件最大直径处的切削速度，由下式确定式中vc

——

切削速度（m/s）；

d——

完成主运动的刀具或工件的最大直径（mm）；

n——

主运动的转速（r/min）当主运动为往复直线运动（如刨削），则式中L——

往复直线运动的行程速度（mm）；

nr

——

主运动每秒或每分钟的往复次数（次/min）1000*60dnvcp=21000*60rLnvc=图2-1切削运动与切削表面

进给量f

进给量是工件或刀具的主运动每转或每一行程时，刀具切削刃相对工件在进给运动方向上的移动量。车削时的进给量是工件每转一转，切削刃沿进给方向的移动量，单位为mm/r，其进给速度vf为

vf=nf=nzfz

式中vf

——

进给速度（mm/s）。对于铣刀、铰刀等多齿刀具，还规定每齿进给量fz

，即多齿刀具每转或每行程中每齿相对于工件在进给运动方向上的相对位移，单位为mm/齿。图2-1切削运动与切削表面

背吃刀量（切削深度）

切削深度是指待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。车削时

式中——切削深度（）；

——工件待加工表面直径（）；

——工件已加工表面直径（）。图2-1切削运动与切削表面图2-2切削用量与切削层数1）切削宽度αw

沿主切削刃方向度量的切削层尺寸（mm），

aw=ap/sinkr2)切削厚度αc

两相邻加工表面间的垂直距离（mm）

ac=fsinkr3)切削面积Ac

切削层垂直于切削速度截面内的面积（mm2）

Ac=awac=apf

切削时，沿进给运动方向移动一个进给量所切除的金属层称为金属切削层。通过切削刃基点（通常指主切削刃工作长度的中点）并垂直于该点主运动方向的平面，称为切削层尺寸平面。在切削层尺寸平面内测定的切削层尺寸几何参数则称为切削层尺寸平面要素。(2)切削层几何参数（以车外圆为例说明）

刀具的种类生产中所使用的刀具种类很多，按加工方式和具体用途分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨具等几大类型；按所用材料分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金刚石刀具等；按结构分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等；按是否标准化分为标准刀具和非标准刀具等。常用刀具具体的结构、特点及使用等将后续章节中介绍。二、刀具角度

刀具的几何参数各种刀具的切削部分在切削中所起的作用都是相同的，因此在结构上它们有着许多共同的特征。其中外圆车刀是最基本、最典型的切削刀具，其它各种刀具都可看成是车刀的演变和组合，因此以普通外圆车刀为例说明刀具切削部分的组成，并给出切削部分几何角度的一般性定义。图2-3车刀的组成1.刀具切削部分的组成前刀面：刀具上切屑沿其流出的表面。主后刀面：刀具上同前刀面相交形成主切削刃的表面，也是切削过程中与过渡表面相对的刀具表面。副后刀面：刀具上同前刀面相交形成副切削刃的表面，也是切削过程中与已加工表面相对的刀具表面。主切削刃：刀具前刀面与主后刀面的交线。它承担着主要的切削工作。副切削刃：刀具前刀面与副后刀面的交线。它的一小部分也参与切削，主要起修光作用。刀尖：主切削刃与副切削刃的交点。实际上刀尖是一段圆弧过渡刃。2.刀具角度的参考平面测量刀具角度的参考系用于确定刀具几何角度的参考系主要有两大类:一类是用于定义刀具在设计、制造、刃磨和测量时刀具几何角度的参考系，称为刀具静止参考系，在刀具静止参考系中定义的刀具角度称为刀具的标注角度。另一类是规定刀具在进行切削加工时几何参数的参考系，称为刀具工作参考系，该参考系考虑了切削运动和实际安装情况对刀具几何角度的影响，在该参考系中定义和测量的刀具角度称为刀具的工作角度。图2-5确定车刀角度的参考平面刀具静止参考系主要由以下基准坐标平面组成：切削平面、基面、正交平面

a）基面通过主切削刃选定点并与该点切削速度相垂直的平面。

b）切削平面通过切削刃选定点与工件加工表面相切的平面。对应于主切削刃和副切削刃的切削平面分别称为主切削平面和副切削平面。

c）正交平面通过主切削刃选定点并与主切削刃在基面上的投影相垂直的平面。 d）法平面通过主切削刃选定点并与主切削刃相垂直的平面。

e）假定工作平面通过主切削刃选定点与基面垂直，且与假定进给方向平行的平面。

f）背平面通过主切削刃选定点并垂直于基面和假定工作平面的平面。

切削平面、基面和正交平面共同组成标注角度的正交平面参考系，常用的标注刀具角度的参考系还有法平面参考系、背平面和假定工作平面参考系。3.刀具的标注角度(1)前角γo(2)后角αo

副后角αo’(3)主偏角κr(4)副偏角κr(5)刃倾角λs图2-6车刀的主要角度注：此处的标注角度是在刀尖与工件回转轴线等高、刀杆纵向轴线垂直与进给方向、并且不考虑进给运动的影响等条件下描述的。

a）前角在正交平面中测量的前刀面与基面之间的夹角。当前刀面与切削平面夹角小于90°时，前角为正，大于90°时，前角为负。主要影响主切削刃的锋利程度和刃口强度。

b）后角在正交平面中测量的主后刀面与切削平面间的夹角。当后刀面与基面间的夹角小于90°时，后角为正值，大于90°时，后角为负值。后角表示主后面的倾斜程度，

主要影响刀具主后刀面与工件表面之间的摩擦，并配合前角改变切削刃的锋利程度与刃口强度。

c）主偏角在基面中测量的主切削刃在基面的投影与进给运动方向的夹角。主要影响切削刃工作长度和背向力的大小。

d）副偏角在基面中测量的副切削刃在基面上的投影平面与进给运动方向间的夹角。主要影响已加工表面的粗糙度。

e）刃倾角在切削平面中测量的主切削刃与基面之间的夹角。刃倾角主要影响切屑流向及刀尖强度。

刃倾角主要影响切屑流向及刀尖强度。当刀尖相对车刀刀柄安装面处于最高点时，刃倾角为正值；刀尖处于最低点时，刃倾角为负值；当切削刃平行于刀柄安装面时，刃倾角为零度，此时切削刃在基面内。刃倾角对排屑的影响如图1-7所示。图1-7刃倾角及其对排屑方向的影响

除了以上五个基本角度外，刀具还有刀尖角、楔角两个派生角度。楔角（β0）前刀面与主后刀面间的夹角，β0=90º－（γ0+）。刀尖角（εr）主切削平面与副切削平面间的夹角。作业1。画出45°弯头外圆车刀（主偏角Κr=45°，Κr'=45°），并标出刀具的独立角度。己知：αo=8°，αo'=6°,γo=-5°,λs=-5°。2。画出90°弯头外圆车头的各独立角度。P19图2-12（c）3。画出端面车刀的各独立角度P19图2-12（d）4.刀具的工作角度

为了较合理地表达在切削过程中起作用的刀具角度，应按合成切削运动方向来定义和确定刀具的参考系及其角度，即刀具工作参考系和工作角度。以切削过程中实际的切削平面、基面和正交平面为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角度，又称实际角度。

由于通常的进给速度远小于主运动速度，因此，在一般的安装条件下，刀具的工作角度近似等于标注角度(误差不超过l%)。这样，在大多数场合下(如普通车、镗孔、端铣、周铣)不必进行工作角度的计算。只有在角度变化值较大时(如车螺纹或丝杠、铲背和钻孔时，研究钻心附近的切削条件或刀具特殊安装时)，才需要计算工作角度。

刀具工作参考系 ①工作基面指过切削刃上选定点并与合成切削速度垂直的平面。 ②工作切削平面指过切削刃上选定点与工件加工表面相切的平面。 ③工作正交平面指过切削刃上选定点并与主切削刃在基面上的投影相垂直的平面。

下图所示三把刀具的标注角度完全相同，但由于合成切削运动方向不同，后刀面与加工表面之间的接触和摩擦的实际情形有很大的不同：

图(a)，刀具后刀面同工件已加工表面之间有适宜的间隙，切削情况正常；

图(b)，刀具的背棱顶在已加工表面上，切削刃无法切入，切削条件被破坏。可见，在这种场合下，只考虑主运动的假定条件是不合适的，还必须考虑进给运动速度的影响，也就是必须考虑合成切削运动方向来确定刀具工作角度的参考系；

图(c)，刀具后刀面与已加工表面全面接触，摩擦严重。

同样，刀具实际安装位置也影响工作角度的大小。只有采用刀具工作角度的参考系，才能反映切削加工的实际。

(b)(a)(c)(1)刀具安装位置对工作角度的影响后角↓前角↑图2-8车刀安装高度对工作角度的影响a)刀尖高于工件轴线b)刀尖低于工件轴线后角↑前角↓图2-9车刀安装偏斜对工作角度的影响

(θ为切削时刀杆纵向轴线的偏转角)4.刀具的工作角度图2-10纵向进给运动对工作角度的影响(2)进给运动对工作角度的影响图2-11横向进给运动对工作角度的影响4.刀具的工作角度后角↓前角↑后角↓前角↑车削时，进给量比工件直径小很多，对工作角度影响不大；当车端面、切断和车外圆进给量较大时，对工作角度影响较大；1.刀具分类

按加工方式和具体用途，可分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨具等几大类型；按所用材料性质，可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼(CBN)刀具和金刚石刀具等；按结构形式，可分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等；按是否标准化，可分为标准刀具和非标准刀具等。三、刀具种类(1)车刀图2-12常用的几种车刀a)直头外圆车刀b)45°弯头外圆车刀c)90°弯头外圆车刀d)端面车刀e)内孔车刀f)切断刀g)宽刃光刀2.常用刀具简介车刀的结构形式整体式（HSS)、焊接式、机械夹固式（重磨式、可转位式）刀片夹紧方式：（1）上压式夹紧力大，

定位可靠，阻碍流屑（2）偏心式结构简单，不碍流屑，夹紧力不大（3）综合式夹紧力大，耐冲击，结构复杂可转位式车刀的组成：可转位刀片、刀垫、刀杆、夹紧机构切削性能好，辅助时间短，生产率高车刀的几何参数（1）切削角度

六个主要角度：主偏角、副偏角、前角、后角、副后角、刃倾角（2）其它几何参数的选择

过渡刃、刀刃钝圆半径、副倒棱等

孔加工刀具一般可分为两大类：一类是从实体材料上加工出孔的刀具，常用的有麻花钻、中心钻和深孔钻等；另一类是对工件上已有孔进行再加工用的刀具，常用的有扩孔钻、铰刀及镗刀等。(2)孔加工刀具2.常用刀具简介锪削－加工沉头孔和孔端面的凸台。1）工作部分分切削部分和导向部分。两个前刀面、两个后刀面、两个副后刀面、两个主刃、两个副刃、一个横刃。钻芯直径朝柄部方向递增。2）柄部

夹持部分，有直柄和锥柄。

3）颈部用于磨柄部时砂轮的退刀。（2）麻花钻的修磨前角从＋30°到－30°,横刃长前角－55°，定心差，轴向力大，刚性差，排屑困难磨短横刃增大前角，修磨主刃顶角分屑槽标准高速钢麻花钻由工作部分、颈部及柄部三部分组成。图2-15麻花钻的结构

麻花钻的工作部分：

6面＋1横刃＋2主切削刃＋2副切削刃＋4刀尖

三尖七刃锐当先——

使圆弧刃、内直刃、横刃的前角增大。

月牙弧槽分两边——

定心、导向、便于冷却液浇注。

一侧外刃开屑槽——

大直径钻头的断屑。

横刃磨低窄又尖——

横刃的进给力下降35%～50%。图2-19扩孔钻a)高速钢整体式b)镶齿套式c)镶硬质合金可转位式2.常用刀具简介

图2-17中心钻钻孔扩孔铰孔刀齿数/横刃2/有34/无多/无加工余量大中小切削平稳差较好好加工精度低中高加工属性粗加工半精加工精加工钻、扩、铰孔的工艺特点比较a、b手用铰刀

c、d机用铰刀

e锥度铰刀图2-20不同种类的铰刀图2-21单刃镗刀2.常用刀具简介(3)铣刀2.常用刀具简介

铣刀旋转为主运动，工件或铣刀的移动为进给运动。可加工平面、台阶面、沟槽、成形面等，多刃切削效率高铣刀的分类（1）加工平面用铣刀（2）加工沟槽用铣刀（3）加工成形表面用铣刀单面刃、双面刃、三面刃、错齿三面刃（4）加工复杂成形表面用铣刀(4)拉刀2.常用刀具简介图2-24常用内拉刀a)圆孔拉刀b)花键拉刀图2-25外拉刀

螺纹可用切削法和滚压法进行加工。图2-26切削法工作的螺纹刀具a)平体螺纹梳刀b)棱体螺纹梳刀c)圆体螺纹梳刀d)板牙e)丝锥(5)螺纹刀具2.常用刀具简介齿轮刀具是用于加工齿轮齿形的刀具。图2-27盘形齿轮铣刀(6)齿轮刀具

图2-28插齿刀a)盘形直齿插齿刀–加工普通直齿轮和大直径内齿轮b)碗形直齿插齿刀—加工塔形齿轮和双联齿轮c)锥柄直齿插齿刀—加工直齿内齿轮2.常用刀具简介图2-29滚刀图2-30两种典型的剃齿刀（齿轮精加工刀具）2.常用刀具简介齿面上开有许多形成切削刃的窄槽

刀具材料的切削性能直接影响着生产效率、工件的加工精度、已加工表面质量和加工成本等，所以正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一。

金属切削时，刀具切削部分直接和工件及切屑相接触，承受着很大的切削压力和冲击，并受到工件及切屑的剧烈摩擦，产生很高的切削温度。即刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作的。因此，刀具切削部分材料应具备以下基本性能。第二节刀具材料一、刀具材料应具备的性能（1）硬度高刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度。一般要求刀具材料的常温硬度必须HRC62以上。（2）足够的强度和韧性

刀具切削部分的材料在切削时承受着很大的切削力和冲击力，因此刀具材料必须要有足够的强度和韧性。（3）耐磨性和耐热性好

刀具在切削时承受着剧烈的摩擦，因此刀具材料应具有较强的耐磨性。刀具材料的耐磨性和耐热性有着密切的关系，其耐热性通常用它在高温下保持较高硬度的能力来衡量（热硬性）。耐热性越好，允许的切削速度越高。（4）导热性好

刀具的材料热导率大，表示导热性好，切削时产生的热量就容易传散出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。（5）具有良好的工艺性和经济性

既要求刀具材料本身的可切削性能、耐磨性能、热处理性能、焊接性能等要好，且又要资源丰富，价格低廉。刀具切削部分材料应具备的基本性能：种类常用牌号硬度HRC（HRA）抗弯强度（GPa）热硬性（°C）工艺性能用途碳素工具钢T8A、T10AT12A60～64（81～83）2.45～2.75200～250可冷热加工成形，刃磨性能好用于手动工具，如锉刀、锯条、錾子等合金工具钢9siCr、CiWMn60～65（81～84）2.45～2.75250～300可冷热加工成形，刃磨性能好，热处理变形小用于低速成形刀具，如丝锥、板牙、铰刀等常用刀具材料刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬材料等五大类。常用刀具材料的主要性能及用途见表2-1

表1-1常用刀具材料的主要性能及用途高速钢W9Mo3Cr4V、W6Mo5CrV263～69（82～87）3.43～4.41550～600可冷热加工成形，刃磨性能好，热处理变形小用于机动复杂的中速刀具，如钻头、铣刀、齿轮刀具等硬质合金（YG类）K类（YT类）P类（YW类）M类69～81（89～93）1.08～2.16800～1100粉未冶金成形，只能磨削加工不能热处理，多镶片使用，较脆用于机动简单的高速切削刀具，如车刀、刨刀、铣刀刀片陶瓷SG4、AT6（93～94）1500～2100HV0.4～1.1151200压制烧结成形，只能磨削加工，不需热处理，脆性略大于硬质合金多用于车刀，适宜精加工连续切削表2-1常用刀具材料的主要性能及用途立方碳化硼（CBN）FD、LBN-Y7300～7400HV0.57～0.811200～1500高温高压烧结成形，硬度高于陶瓷，极脆，可用金刚石砂轮磨削，不需热处理用于加工高硬度、高强度材料（特别是铁族材料）人造金刚石

10000HV0.42～1.0700～800硬度高于CBN，极脆用于有色金属的高精度、低粗糙度切削，也用于非金属精密加工，不切削铁族金属表2-1常用刀具材料的主要性能及用途

（1）高速钢

高速钢是一种含钨（W）、钼（MO）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素较多的高合金工具钢。由于合金元素与碳原子的结合力很强，使钢在550～600℃时仍能保持高硬度，从而使切削速度比碳素工具钢和合金工具钢成倍提高，故得名“高速钢”，又名“风钢”或“锋钢”。高速钢刀具制造工艺简单，容易磨出锋利的刃口，广泛用于制造切削速度较高、形状复杂的刀具，如钻头、丝锥、成形刀具、拉刀及齿轮刀具等。高速钢按化学成分可分为钨系、钼系（含MO2%以上）；按切削性能可分为普通高速钢和高性能高速钢。

①普通高速钢普通高速钢指用来加工一般工程材料的高速钢，常用的牌号有：

a）W18Cr4V（简称W18）属钨系高速钢，具有较好的切削性能，是我国最常用的一种高速钢。

b）W6Mo5Cr4V2（简称M2）属钼系高速钢，碳化物分布均匀性、韧性和高温塑性均超过W18Cr4V，但其磨削性能较差，我国目前主要用于热轧刀具，如麻花钻等。

c）W9Mo3Cr4V（简称W9）是一种含钨量较多，含钼量较少的钨钼系高速钢。其碳化物不均匀性介于W18和M2之间，但抗弯强度和冲击韧度高于M2。具有较好的硬度和韧性，其热塑性也很好，可用于制造各种刀具（如锯条、钻头、拉刀、铣刀、齿轮刀具等）。

②

高性能高速钢高性能高速钢是在普通高速钢的基础上，用调整其基本化学成分和添加一些其它合金元素（如钒、钴、铅、硅、铌等）的办法，着重提高其耐热性和耐磨性而衍生出来的。它主要用来加工不锈钢、耐热钢、高温合金和超高强度钢等难加工材料。主要有以下几种：

a）钴高速钢

钴高速钢是在高速钢中加入钴，常用牌号是W2Mo9Cr4Co8（简称M42），具有良好的综合性能，允许的切削速度较高，有一定的韧性，可磨削性好，可用于切削高温合金、不锈钢等难加工材料。 b）铝高速钢是我国独创的钢种，加入了少量的铝不但提高了钢的耐热性和耐磨性，而且还能防止含碳量高引起的强度、韧性下降。但由于含钒量较多，其磨削加工性较差，过热敏感性强，氧化脱碳倾向较大，使用时要严格掌握热处理工艺。常用牌号有W6Mo5Cr4V2Al（简称501）和W10Mo4Cr4V3Al（简称5F6）

（2）硬质合金硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物（WC、TiC、NbC、TaC等）作硬质相，用钴、钼或镍等作粘结相，研制成粉末，按一定比例混合，压制成型，在高温高压下烧结而成。

硬质合金的常温硬度很高（89～93HRA，相当于78～82HRC）。耐熔性好，热硬性可达800～1000℃以上，允许的切削速度比高速钢提高4～7倍，刀具寿命高5～8倍，是目前切削加工中用量仅次于高速钢的主要刀具材料。但它的抗弯强度和韧性均较低，性脆，怕冲击和振动，工艺性也不如高速钢。因此，硬质合金常制成各种形状的刀片焊接或夹固在车刀、刨刀、端铣刀等的刀体上使用。我国目前常用的硬质合金主要有以下三类：

①钨钴类硬质合金（YG类）K类---红色由WC和Co组成，代号为YG。常温硬度为89～91HRA，耐热性达800～900℃，适用于加工切屑呈崩碎状的脆性材料。如铸铁。常用牌号有YG3、YG6和YG8等，其中数字表示含Co的百分比，其余为含WC的百分比。钴在硬质合金中起粘结作用，含Co愈多的硬质合金韧性愈好，所以YG8适于粗加工和断续切削，YG6适于半精加工，YG3适于精加工和连续切削。

②钨钛钴类硬质合金（YT类）P类---蓝色

由WC、TiC和Co组成，代号为YT。此类硬质合金的硬度、耐磨性和耐热性（900～1000℃）均比YG类合金高，但抗弯强度和冲击韧度降低。主要适于加工切屑呈带状的钢料等韧性材料，如钢类。常用牌号有YT30、YT15和YT5等，数字表示含TiC的百分比。故YT30适于对钢料的精加工和连续切削，YT15适于半精加工，YT5适于粗加工和断续切削。

③钨钛钽（铌）钴类硬质合金（YW类）K类---黄色又称通用合金，由WC、TiC、TaC（NbC）TCo组成，代号为YW。其抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、耐热性、高温硬度和抗氧化能力都有很大提高。常用牌号有YW1和YW2，这两种硬质合金都具有YG类硬质合金的韧性，比YT类硬质合金的抗刃口剥落能力强。由于YW类硬质合金的综合性能较好，除可加工铸铁、有色金属和钢料外，主要用于加工耐热钢、高锰钢、不锈钢等难加工材料。

（3）其它刀具材料

①

陶瓷材料

陶瓷刀具材料的主要成分是硬度和熔点都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物，再加入少量的金属碳化物、氧化物或纯金属等添加剂。也是采用粉末冶金工艺方法经制粉，压制烧结而成。陶瓷刀具有很高的硬度（91～95HRA）和耐磨性，刀具耐用度高；有很好的高温性能，化学稳定性好，与金属亲和力小，抗粘结和抗扩散能力好；具有较低的摩擦系数，在高速精车和精密铣削时，被加工工件可获得镜面效果。陶瓷刀具的最大缺点是脆性大，抗弯强度和冲击韧度低，承受冲击负荷的能力差。

主要用于对钢料、铸铁、高硬材料（如淬火钢等）连续切削的半精加工或精加工。

②人造金刚石人造金刚石是在高温高压和金属触媒作用的条件下，由石墨转化而成。金刚石刀具的性能特点是：有极高的硬度和耐磨性，切削刃非常锋利，有很高的导热性。但耐热性较差，且强度很低。主要用于高速条件下精细车削及镗削有色金属及其合金和非金属材料。但由于金刚石中的碳原子和铁有很强的化学亲合力，故金刚石刀具不适合加工铁族材料。

③立方氮化硼（简称CBN）是用六方氮化硼（俗称白石墨）为原料，利用超高温高压技术，继人造金刚石之后人工合成的又一种新型无机超硬材料。其主要性能特点是：硬度高（高达8000～9000HV），耐磨性好，能在较高切削速度下保持加工精。热稳定性好，化学稳定性好，且有较高的热导率和较小的摩擦系数，但其强度和韧性较差。

主要用于对高温合金、淬硬钢、冷硬铸铁等材料进行半精加工和精加工。天然金刚石（ND）刀具聚晶金刚石（PCD）、聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具④

涂层刀具

金属切削过程:是指通过切削运动，使刀具从工件上切下多余的金属层，形成切屑和已加工表面的过程。

在这一过程中产生了一系列的现象，如切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等。

研究诸现象的成因、作用和变化规律，并掌握这些规律，对于合理使用与设计刀具、夹具和机床，保证切削加工质量，减少能量消耗，提高生产率和促进生产技术发展等方面起着重要的作用。

第三节金属切削过程及其物理现象一、切削过程及切屑种类

1切削变形

金属切削过程与金属受压缩（拉伸）过程比较：

如下图（a）所示,塑性金属受压缩时,随着外力的增加,金属先后产生弹性变形、塑性变形,并使金属晶格产生滑移,而后断裂；

如下图（b）所示,以直角自由切削为例,如果忽略了摩擦、温度和应变速度的影响,金属切削过程如同压缩过程,切削层受刀具挤压后也产生塑性变形。金属的压缩与切削

（a）压缩（b）切削

切削过程中产生的诸现象均与金属层变形密切相关。为了进一步分析研究切削层变形的特殊规律,通常把切削刃作用部位的金属层划分为三个变形区：

第Ⅰ变形区也称为基本变形区，近切削刃处切削层内产生的塑性变形区；金属的剪切滑移变形，基本变形区的变形最大；

第Ⅱ变形区也称为摩擦变形区，与前刀面接触的切屑层内产生的塑性变形区；金属的挤压摩擦变形；

第Ⅲ变形区也称为加工表面变形区，近切削刃处已加工表层内产生的变形区；金属的挤压摩擦变形。

如图c，三个变形区汇集在切削刃附近，此处的应力集中而且复杂，金属的背切削层在此与工件基体发生分离，大部分变成切屑。

（c）三个变形区1.1切屑的形成及变形特点

(1)第一变形区金属的剪切滑移变形

切削层受刀具的作用，经过第一变形区的塑性变形后形成了切屑。下面以直角自由切削为例，分析较典型的连续切屑的形成过程。

切削层受到刀具前刀面与切削刃的挤压作用下，使近切削刃处的金属先产生弹性变形，继而塑性变形，在这同时金属晶格产生滑移。

晶粒滑移示意滑移与晶粒的伸长

如图：切削层金属在始滑移面OA以左发生弹性变形，越靠近OA面，弹性变形越大。在OA面上，应力达到材料的屈服点σs,则发生塑性变形,产生滑移现象。在滑移面OM上，应力和变形达到最大值。越过OM面，切削层金属将脱离工件基体，沿着前面流出切屑，完成切离过程。经过塑性变形的金属，其晶粒沿大致相同的方向生长。金属切削过程实际上是一种挤压过程。

取金属内部质点P来分析滑移过程：

P点移到1位置时,产生了塑性变形。即在该处剪应力达到材料的屈服极限,在1处继续移动到1′处的过程中,P点沿最大剪应力方向的剪切面上滑移至2处,之后同理继续滑移至3、4处,离开4处后,就沿着前刀面方向流出而成为切屑上一个质点。

在切削层上其余各点,移动至AC线均开始滑移、离开AE线终止滑移，在沿切削宽度范围内，称AC是始滑移面，AE是终滑移面。AC、AE之间为第Ⅰ变形区。由于切屑形成时应变速度很快、时间极短，故AC、AE面相距很近，一般约为0.02～0.2mm，所以常用AB滑移面来表示第一变形区，AB面亦称为剪切面。

切屑形成过程

质点滑移过程flash第Ⅰ变形区就是形成切屑的变形区，其变形特点是切削层产生剪切滑移变形。（2）第二变形区内金属的挤压摩擦变形

经过第一变形区后,形成的切屑要沿前刀面方向排出,还必须克服刀具前刀面对切屑挤压而产生的摩擦力。切屑在受前刀面挤压摩擦过程中进一步发生变形(第二变形区的变形)这个变形主要集中在与前刀面摩擦的切屑底面一薄层金属里,表现为该处晶粒纤维化的方向和前刀面平行。这种作用离前刀面愈远影响愈小。

(3)第三变形区内金属的挤压摩擦变形

已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压摩擦，造成纤维化与加工硬化。带状切屑挤裂切屑节状切屑崩碎切屑2切屑的类型

由于工件材料不同，切削条件不同，切削过程的变形也不同，所形成的切屑多种多样。

通常将切屑分为四类：

带状切屑；挤裂切屑；单元切屑;崩碎切屑

(1)带状切屑

它是经过上述塑性变形过程形成的切屑,外形呈带状。

加工塑性金属材料例如碳素钢、合金钢、铜和铝合金，当切削厚度较小，切削速度较高、刀具前角较大时，常得到这类切屑。

其切削过程平稳，切削力波动小，已加工表面的表面粗糙度值较小。

(2)挤裂切屑

在形成切屑的过程中,剪切面上局部位置处的剪应力τ达到材料的强度极限,使切屑上与前刀面接触的一面较光洁,其背面局部开裂成节状。切削黄铜或用低速切削钢,当切削厚度较大，切削速度较低、刀具前角较小时，常得到这类切屑较易得到这类切屑。

(3)单元切屑

当剪切面上的剪应力超过材料的强度极限时产生了剪切破坏,使切屑沿厚度断裂成均匀的颗粒状。切削铅或用很低的速度切削钢时可得到这类切屑。

(4)崩碎切屑

在切削脆性金属时,例如铸铁、黄铜等材料,切削层几乎不经过塑性变形就产生脆性崩裂,得到的切屑呈不规则的细粒状。

切屑的类型是由材料的应力-应变特性和塑性变形程度决定的。如加工条件相同，塑性高的材料不易断裂，易形成带状切屑；改变加工条件（如减小前角，或加大切削厚度），使材料产生的塑性变形程度随之变化，切屑的类型便会相互转化，当塑性变形尚未达到断裂点就被切离时出现了带状切屑,变形后达到断裂就形成挤裂切屑或单元切屑。

因此，在生产中常利用切屑转化条件，使之得到较为有利的屑型。

切屑控制：在切削加工中采取适当的措施来控制切屑的卷曲、流出和折断，使之形成“可接受”的良好切屑。

国际标准化组织的切屑分类法国际标准化组织的切屑分类法带状屑：

高速切削塑性金属，一般应力求避免C形屑：

切削一般碳钢和合金钢时，采用带卷屑槽的车刀时易得，较好长紧卷屑：普通车床上较好发条状卷屑：重型机床上较好宝塔状卷屑：自动机或自动线上较好螺卷屑

：

崩碎屑

：

研究表明，工件脆性越大、切屑厚度越大、切屑卷曲半径越大，切屑就越容易折断。切屑控制的方法1）采用断屑槽

通过设置断屑槽对流动的金属施加一定的约束力，可使切屑应变增大，切屑蜷曲半径减小。断屑槽的形状有折线形、直线圆弧形、全圆弧形。2）改变刀具角度

增大主偏角，切削厚度变大，有利于断屑；减小前角，可使切屑变形加大，切屑易于折断。刃倾角可改变切屑的流向。3）调整切削用量

提高进给量可使切削厚度增大，有利于断屑，但增大进给量会使表面粗糙度增大；适当降低切削速度可使切削变形增大，有利于断屑，但会降低切除效率。3.积屑瘤现象

在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢料或其它塑性材料时，常常在前刀面处粘着一块剖面有时呈三角状的硬块。它的硬度很高，通常是工件材料的2-3倍，在处于比较稳定的状态时，能够代替切削刃进行切削。这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤或刀瘤。图2-34积屑瘤现象积屑瘤对切削过程的影响：

1.代替刀具切削，保护刀具

2.增大前角，减小变形和力

3.产生过切及犁沟，↓精度

4.增大已加工表面粗糙度积屑瘤对精加工是不利的，应避免它产生：降低工材塑性；合理选切削速度；增大前角；减小进给量；采用润滑液等

如图所示，积屑瘤是堆积在前刀面上近切削刃处的一个楔块，经测定它的硬度为金属母体的2～3倍，积屑瘤高出前刀面0.369mm、凸出后刀面

0.057mm、宽1.138mm，在切削

时形成了实际前角32°27′(有

的可达40°)。积屑瘤替代切削

刃参加切削情况。当积屑瘤的

顶部具有大的刃口圆弧半径时

（图中R0.134mm），会产生较

大的挤压作用。此外，由于积

屑瘤顶部凹凸不平和脱落后粘附在已加工表面上，促使加工表面粗糙度增加。所以在精加工时应尽量避免或抑制积屑瘤的产生。积屑瘤的形成有许多解释：

通常认为是由于切屑在前刀面上粘结造成的。当在一定的加工条件下，随着切屑与前刀面间温度和压力的增加，摩擦力也增大，使近前刀面处切屑中塑性变形层流速减慢，产生“滞流”现象。越贴近前刀面处的金属层，流速越低。当温度和压力增加到一定程度，滞流层中底层与前刀面产生了粘结。当切屑底层中剪应力超过金属的剪切屈服极限时，底层金属流速为零而被剪断，并粘结在前刀面上。该粘结层经过剧烈的塑性变形使硬度提高，在继续切削时，硬的粘结层又剪断软的金属层。这样层层堆积，高度逐渐增加，形成了积屑瘤。

长高了的积屑瘤，受外力或振动的作用可能发生局部断裂或脱落。有些资料表明积屑瘤的产生、成长和脱落是在瞬间内进行的，它们的频率很高，是个周期性的动态过程。

形成积屑瘤的条件：

主要决定于切削温度。在切削温度很低时,切屑与前刀面间呈点接触,摩擦系数μ较小,故不易形成粘结；在温度很高时,接触面间切屑底层金属呈微熔状态,起润滑作用，摩擦系数也较小，积屑瘤同样不易形成。在中温区，例如切削中碳钢的温度在300～380℃时，切屑底层材料软化，粘结严重，摩擦系数μ最大，产生的积屑瘤高度达到很大值。此外，接触面间压力、粗糙程度、粘结强度等因素都与形成积屑瘤的条件有关。

合理控制切削条件，调节切削参数，尽量不形成中温区域，就能较有效地抑制或避免积屑瘤的产生。

以切削中碳钢为例，从图示的曲线可知，低速（vc≤3m/min左右）切削时，产生的切削温度很低；较高速（vc＞60m/min）切削时，产生的切削温度较高，这两种情况的摩擦系数均小，故不易形成积屑瘤。

在中速（vc≈20m/min），积屑瘤的高度达到最大值。所以许多中速加工工序，如攻丝、拉孔、钻孔、铰孔等经常由于积屑瘤作用而影响加工表面粗糙度。如同其它精加工工序，为了提高加工表面质量，应尽量不采用中速加工，否则应配合其它改善措施。

在切削硬度和强度高的材料时，由于剪切屈服强度τS高，不易切除切屑，即使采用较低的切削速度，也易达到产生积屑瘤的中温区域，为了抑制积屑瘤，通常选用中等以上切削速度加工。

切削塑性高的材料，需选用高的切削速度才能消除积屑瘤。

图切削速度对积屑瘤的影响

在金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力，称为切削力。

切削力的大小及变化规律，直接影响刀具、机床、夹具的设计与使用。第四节切削力与切削功率一、切削力的来源，切削合力及其分解，切削功率

切削力的来源

切削时作用在刀具上的力，由下列三个方面组成：1克服被加工材料的弹性变形抗力；

2克服被加工材料的塑性变形抗力；3克服切屑与前刀面的摩擦力、刀具后刀面与工件过渡表面和已加工表面之间的摩擦力；切削力的来源

图(a)为直角自由切削时，作用在前刀面上的弹、塑性变形抗力Fnγ

和摩擦力Ffγ

；作用在后刀面上的弹、塑性变形抗力Fnα

和摩擦力Ffα

。

它们的合力Fr作用在前刀面上近切削刃处，其反作用力Fr′作用在工件上。

图合力及其分力

（a）直角自由切削

为了便于分析切削力的作用和测量、计算切削力的大小，通常将合力Fr

在按主运动速度方向、切深方向和进给方向建立的空间直角坐标轴z、y、x上分解成三个分力，它们是：

主切削力Fz

主运动切削速度方向的分力；

方向与过渡表面相切并于基面垂直。

是计算车刀强度、设计机床主轴系统、确定机床功率所必需的。

切深抗力Fy

切深方向的分力；

处于基面内并与工件轴线垂直的力

是计算工件挠度、机床零件和车刀强度的依据。

进给抗力Fx

进给方向的分力。

处于基面内并与工件轴线平行、与进给方向相反的力。

是设计进给机构，计算车刀进给功率所必需的。

其中，Fy=Fx·ycoskr

；Fx=Fx·ysinkr

式中Fxy——合力在Fr基面上的分力。

根据实验，当Кr=45°，λs=0°

和γ0=0时，三个力之间的关系大致为：

主切削力Fz是最大的一个分力，它消耗了切削总功率的95%左右，是设计与使用刀具的主要依据，并用于验算机床、夹具主要零部件的强度和刚度以及机床电动机功率。

切深抗力Fy不消耗功率，但在机床—工件—夹具—刀具所组成的工艺系统刚性不足时，是造成振动的主要因素。

进给抗力Fx消耗了总功率5%左右，它是验算机床进给系统主要零、部件强度和刚性的依据。

消耗在切削过程中的功率称为切削功率Pm

目前,切削力Fz计算公式是在忽略了温度、正应力、第Ⅲ变形区变形与摩擦力等条件下推导出来的，故只能供定性分析用不能用于计算。求切削力较简单又实用的方法是利用测力仪直接测出或通过实验后整理成的实验公式求得。

1.测定机床功率，计算切削力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，计算出切削功率Pc。

2.用测力仪测量切削力测力仪的测量原理是利用切削力作用在测力仪的弹性元件上所产生的变形，或作用在压电晶体上产生的电荷经过转换处理后，读出Fz、Fx和Fy的值。分为机械、液压、电气测力仪；常用的是电阻应变片式和压电测力仪；二、切削力的测量实际应用如:动态切削力的测量

八角环式车床切削测力仪

力的测量切削测力仪及其布片组桥在自动化生产中，可利用测力传感器装置产生的信号优化和监控切削过程。1.计算切削力的指数公式三、切削力的经验公式和切削力估算表中数值是在特定的刀具几何参数（包括几何角度和刀尖圆弧半径等

_见P34）、针对不同的加工材料、刀具材料和加工形式，由大量的实验结果处理得到。注意：nFz=0，说明V对切削力的影响不明显。常见的外圆纵车、横车或镗孔，xFz=1.0，yFz=0.752建立主切削力Fz实验公式的基本原理

根据实验得到的ap-Fz、f-Fz许多对应值，就可在双对数坐标中连成如图所示的两条直线图形。

切削深度ap

进给量f(mm/r)

图双对数坐标中直线图形直线图形的对数方程为：

lgFz=lgCap+xFzlgap

lgFz=lgCf

+yFzlgf

上式可改写为：

（a)

（b）

综合以上两式，得Fz实验公式：

（c）

式（a）、（b）、（c）中，

xFz、yFZ——分别为ap-Fz、f-

Fz直线图形中的斜率，通常，xFz=1、yFZ=0.75-0.9；

Cap、Cf——分别为ap-Fz、f-

Fz直线图形中的截距；

CFZ——由（a）、（b）和（c）式联立求得的系数值。

同理，经实验可求出Fy

与Fx

的实验公式。

在科学研究中，为了获得精确的实验结果，应该是根据正交设计原理确定实验方案，并将实验数据进行一元回归分析，利用最小二乘法求出各系数和指数。

另外，切削力实验公式是在特定的实验条件下求出来的。在计算切削力时，如果切削条件与实验条件不符，只需借用原有实验公式再乘一个系数KF即可,KF称为修正系数，它是包括了许多因素的修正系数乘积。修正系数也是用实验方法求出。例如以前角γo为例，在其它条件相同的情况下，用不同的车刀进行切削实验，测出它们的Fz值，然后与求Fz实验公式时的γo所得到的Fz进行比较，它们的比值KγoFz即为γo改变对切削力Fz的修正系数。

注：每一因素都可求出它对Fz、Fy和Fx影响的修正系数值。修正系数的大小，表示该因素对切削力的影响程度。2.按单位切削力计算切削力和切削功率单位切削力kc是指单位切削面积上的切削力，可通过实验求得：单位切削功率Ps是指单位时间内切除单位体积的金属所消耗的功率（KW/（mm3·s-1））：切削力的变化规律工件材料的影响

强度和硬度越大，切削力越大。塑性、韧性越大，切削力越大切削用量的影响ap>f>V

切削深度和进给量加大，均使切削力增大，但切削深度的影响更大一些。切削速度对切削力的影响不是很大。刀具几何参数的影响

前角：前角加大，被切金属的变形减小，切削力减小。主偏角：改变切削层金属形状和面积，改变进给力和背向力的大小。刃倾角：对主切削力影响很小；对进给分力和切深分力影响很大。其它因素：负倒棱，刀尖圆弧，磨损，切削液，刀具材料等。

切削塑性材料时，变形和摩擦都比较大，所以发热较多。切削速度提高时，因切屑的变形减小，所以塑性变形产生的热量百分比降低，而摩擦产生热量的百分比增高。切削脆性材料时，后刀面上摩擦产生的热量在切削热中所占的百分比增大。第五节切削力与切削功率温度一、切削热的产生和传导图2-37切削热的产生与传导切削热包括：剪切区变形功形成的热Qp、切屑与前刀面摩擦功形成的热Qrf、已加工表面与后刀面摩擦功形成的热Qaf

。

产生总的切削热Q，分别传入切屑Qch、刀具Qc、工件Qw和周围介质Qf

。

切削热的形成及传导关系为：

Qp+Qrf+Qaf=Qch+Qw+Qc+Qf切削塑性金属时切削热主要由剪切区变形热和前刀面摩擦热形成；

切削脆性金属时则后刀面摩擦热占的比例较多。

切削热传至各部分比例：

一般情况是切屑带走的热量多。由于第Ⅰ、Ⅲ变形区塑性变形、摩擦产生热及其传导的影响，致使刀具中次之，工件中热量最少。例如切削钢不加切削液时，它们之间传热比例为：

Qch50%～86%；Qc40%～10%；

Qw9%～3%；Qf1%

影响切削热的因素如果将后刀面的摩擦功所转化的热量忽略不计，则切削时做作的功为：

Pc=FzV式中Pc——切削功率，每秒钟内产生的切削热，J／s；

Fz——主切削力，N；

V——切削速度，m/s。以硬质合金车刀车削结构钢为例，将切削力Fz的经验公式代入得：

Pc=FzV=CFzapf0.75v-0.15KFzv=CFzapf0.75v0.85KFz

由上式看出：

ap增加一倍，Pc相应增大一倍，切削热也增大一倍切削速度v的影响次之，进给量的影响最小，其他因素对切削热的影响和他们对切削力的影响相同。

切削用量对切削热的影响程度为f<Vc<ap工件材料的导热性能是影响热传导的重要因素。

工件材料的热导率越低，通过工件和切屑传导出去的切削热量就越少，必然会使通过刀具传导出去的热量增加。如加工钛合金，其热导率较低，切削热不易传出，刀具易磨损。刀具材料的热导率较高时，切削热易从刀具方面导出，切削区域温度随之降低，有利于刀具寿命的增加。切屑与刀具接触时间的长短也影响刀具的切削温度。(1)车削加工时，59％—86%由切屑带走，40%—10%传入车刀，9％一3％传入工件，1％左右通过辐射传入空气。切削速度越高，切削厚度越大，则由切屑带走的热量越多。(2)钻削加工时，28％的切削热由切屑带走，14.5％传入刀具，52.5％传入工件，5％左右传入周围介质。切削温度

切削热是通过切削温度而对工件与刀具产生作用的。切削区域处温度的高低，决定于该处切削热的多少和散热的快慢。

切削温度一般指前面与切屑接触区域的平均温度。

通过推算和测定，在切屑中平均温度最高。切削区域内温度最高点是在前刀面上近刀刃处，例如在切削低碳钢时，若切削速度vc=200m/min、进给量f=0.25mm/r、离切削刃1mm处，温度可达到1000℃，它比切屑中平均温度高2～2.5倍，比工件中平均温度约高20倍。该点最高温度形成的原因，一方面受剪切区变形热的切屑连续摩擦产生的热影响有关；另一方面因热量集中不易散走所致。

因此，研究切削温度应该设法控制刀具上最高温度。

二、切削温度的测量切削温度的分布红外胶片法测得切钢料的温度场，分析归纳切削温度分布规律：剪切区等温线与滑移线相近，

OM线温度比OA线上温度高，

剪切滑移相等的地方温度相等，剪切变形是切削热的第一来源2.前后刀面最高温度点不在刀刃上，切屑上最高温度比剪切区温度高，切屑底层温度比上层温度高，

摩擦是切削热的又一来源

通常所说的切削温度一般是指切削区域的平均温度，用θ表示。

（1）切削温度计算

通过切削区域产生的变形功、摩擦功和热传导，可以近似推算出切削温度值。

以计算切削区域平均温度为例：

切削温度是由切削时消耗总功形成的热量引起的。单位时间内产生的热q等于消耗的切削功率Pm，即：

式中Fz——主切削力（N）；

vc——切削速度（m/min

）。

由热量q引起的温度升高量△θ与材料的密度ρ、比热c有关2切削温度的测定

通过理论计算或利用测量的方法可确定切削温度在切屑、刀具和工件中的分布。

测量切削温度的方法有热电偶法、热辐射法、涂色法和红外线法等。其中热电偶法测温虽较近似，但装置简单、测量方便，是较为常用的测温方法。

①自然热电偶法自然热电偶法主要是用于测定切削区域的平均温度。

如图是利用刀具在切削工件时组成闭合电路测温的。刀具引出端用导线接入毫伏计一级上；工件引出端用导线再通过起电刷作用的顶尖接入毫伏计另一极上。应使刀具与工件引出端处于室温，并使刀具、工件分别与机床绝缘。切削时，刀具与工件接触区产生高温（热端），与刀具、工件各自引出端的室温（冷端）差别而形成温差电势；此外，还由于接触区刀具与工件材料不同而形成接触电势。上述电势值的和可用接入的毫伏计测出。

切削温度越高，电势值越大。它们之间的对应关系，可通过切削温度标定得到②人工热电偶法

人工热电偶法是用于测量刀具、切屑和工件上指定点的温度，用它可求得温度分布场和最高温度的位置。

如图示，在刀具被测点位置处作出一个小孔（φ＜0.5mm），孔中插入一对标准热电偶，它们与孔壁之间相互保持绝缘。在切削时热电偶接点感受到被测点产生的温度，该温度可以通过串接在热电偶丝回路中的温度计中读出。

3影响切削温度的因素

切削温度与变形功、摩擦功和热传导有关。也就是说，切削温度的高低是由产生的热和传走的热两方面综合影响的结果。做功越多、生热越多、散热越少时，切削温度越高。影响生热和散热的因素有：切削用量、刀具几何参数、工件材料和切削液等。

（1）切削用量的影响

切削用量是影响切削温度的主要因素。通过测温实验可能找出切削用量对切削温度的影响规律。通常在车床上利用测温装置求出切削用量ap、f和vc对切削温度的影响关系，并可整理成下列一般公式。

θ=Cθvczθfyθapxθ（℃）

式中xθ、yθ、zθ—分别表示切削用量ap、f和vc对

切削温度的影响程度的指数；

Cθ——切削温度系数；

切削用量对切削温度影响规律是：

切削用量ap、f和vc增大，切削温度增加，其中切削速度vc对切削温度影响最大，进给量f次之，切削深度ap影响最小，从影响指数zθ＞yθ＞xθ中也可以反映出该规律。

当切削用量ap、f和vc增大时，变形和摩擦加剧，切削功增大，故切削温度升高。

背吃刀量ap增大后，切屑与刀具接触面积以相同比例增

大，散热条件显著改善；

进给量f增大，切屑与前刀面接触长度增加，散热条

件有所改善；

切削速度增高，虽切削力减少，但切屑与前刀面接触长

度减短，故散热较差。

切削用量对切削温度的影响，就是由生热与散热两方面作用的结果。由此可见，在金属切除率相同的条件下，为了减少切削温度影响，防止刀具迅速磨损，保持刀具寿命，在机床允许的条件下，增大切削深度ap或给进量f比增大切削速度vc更有利。

Vc>f>ap（2）刀具几何参数影响

①前角

前角γo增大，切削变形和摩擦减少，因此产生的热量少，切削温度下降。但前角γo继续增大至15°左右，由于楔角减少使刀具散热变差，切削温度略上升。

从前角γo对切削温度θ的影响曲线可知，在一定的加工条件下，能够找出对切削温度影响最少的合理前角γo

。

②主偏角

主偏角kr减少，使切削宽度aw增大，切削厚度ac减少，因此，切削变形和摩擦增大,切削温度升高。但当切削宽度aw增大后,散热条件改善。由于散热起主要作用，故随着主偏角kr减少，切削温度下降。主偏角kr对切削温度θ的影响曲线如图。

由此可见，当工艺系统刚性足够时，用小的主偏角切削，对于降低切削温度提高刀具耐用度能起到一定的作用。尤其是在切削难加工材料时效果更明。

在刀具几何参数中，除前角γo和主偏角kr外，其余参数对切削温度影响较少。对于前角γo来说，γo增大，虽能使切削温度降低，但考虑到刀具强度和散热效果，γo不能太大。

（3）工件材料的影响

强度硬度、塑性和韧性越大，切削力越大，切削温度升高。导热率大，散热快，温度下降（4）刀具磨损的影响

后刀面磨损增大，切削温度升高;VB达一定值影响加剧;v越高刀磨损对θ影响越显著（5）切削液的影响

浇切削液对切削温度↓刀具寿命↑加工质量有明显效果。热导率、比热容和流量越大，本身温度越低、冷却效果越显著4切削液

切削液主要用来减少切削过程中的摩擦和降低切削温度。合理使用切削液，对提高刀具耐用度和加工表面质量、加工精度起重要的作用。4.1切削液的作用

（1）冷却作用

切削液浇注在切削区域后，通过切削热的传导、对流和汽化，使切屑、刀具和工件的热量散逸起到冷却作用。冷却的主要目的是使切削区切削温度降低，尤为重要的是降低前刀面上最高温度。

通常采用的从前刀面上方往下浇注切削液的方法，由于受切屑排出的影响，冷却效果并不最好。有效的冷却方法应该使切削液从刀具主后刀面处往上喷射。也可采用喷雾冷却方法，使高速喷射的液体细化成雾状。然后在切削区域吸收大量热量而产生汽化现象。加工精密细长零件时，为减少切削热影响而造成尺寸误差，除了保证均匀充分冷却外，应在零件全长浇注切削液以扩大冷却范围。

（2）润滑作用——边界润滑原理

切削液的润滑作用是通过切削液渗透到刀具与切屑、工件表面之间形成润滑膜而达到的。由于切削时各接触面间具有高速、高温、高压和粘结等特点，故切削液的渗透作用是较困难的。（3）洗涤与防锈作用

浇注切削液能冲走在切削过程中留下的细屑或磨粒，从而能起到清洗、防止刮伤加工表面和机床导轨面的作用。

例如，在磨削、自动生产线和深孔加工时，浇注切削液能起到清除