《机械制造工程基础》第3.1章 切削加工概述

机械制造工艺学第1章

切削加工基础

1.1制造业的发展及其在国民经济中的地位1编辑ppt1.1.1制造业的发展17世纪60年代，瓦特改进蒸汽机，标志第一次工业革命兴起，工业化大生产从此开始；18世纪中，麦克斯韦尔建立电磁场理论，电气化时代开始；20世纪初，福特汽车生产线，泰勒科学管理方法，标志自动化时代到来；二战后，计算机、微电子技术，信息技术及软科学的发展，以及市场竞争的加剧和市场需求多样性的趋势，使中小批量生产自动化成为可能，并产生了综合自动化和许多新的制造哲理的生产模式；进入21世纪，制造技术向自动化、柔性化、集成化、智能化、精密化和清洁化的方向发展。2编辑ppt1.1.2制造业在国民经济中的地位国民经济的支柱产业，国民经济总收入的60%以上来自制造业，世界发达国家无不具有强大的制造业。美国：约1/4人口直接从事制造业，其余人口中有约半数人所做工作与制造业有关。日本由于重视制造业，二次大战后30年时间，发展成为世界经济大国。机械制造业是制造业的基础,是重中之重。与此相反，美国在一段相当长时间内忽视了制造技术的作用，结果导致经济衰退，竞争力下降，出现在家电、汽车等行业不敌日本的局面。直至上世纪80年代初，美国才开始清醒，重新关注制造业的发展，至1994年美国汽车产量重新超过日本。3编辑ppt1.1.2制造业在国民经济中的地位

东芝事件图1-1多轴数控机床改进核潜艇性能4编辑ppt1.1.3我国机械制造业面临的机遇和挑战我国机械制造业与世界发达国家的差距困难：技术上落后，资金不足，资源短缺，管理体制、周边环境还存在诸多问题（地方保护，信用危机…）。机遇：中国已加入WTO；制造业的世界格局已经和正在发生重大变化，欧、亚、美三分天下局面正在形成，世界经济重心开始向亚洲转移已出现征兆，制造业的产品结构、生产模式也在迅速变革之中。

机遇与挑战总体上看，发展迅速，成绩瞩目。存在阶段性的差距：产品质量和水平不高，技术开发能力不强，基础元器件和基础工艺不过关。机械制造业人均产值仅为发达国家的几十分之一。挑战与机遇并存。5编辑ppt1.1.4本课程的主要内容

(1)各种表面的切削成形加工；(2)金属切削机床（3）机械加工工艺规程制订的原则、方法和步骤；(4)机械加工精度的影响因素及其提高措施；(5)机械加工表面质量的影响因素及其提高措施；(6)机械装配工艺过程设计的理论和方法.

主要研究内容机械制造工艺学是以机械制造过程中的工艺问题为研究对象的一门技术学科，包括零件加工和装配两方面，其指导思想是在保证质量的前提下，实现高效、经济的加工与装配。6编辑ppt1.2机械制造工艺过程机械制造中与产品生成直接有关的生产过程常被称为机械制造工艺过程机械制造工艺过程主要内容毛坯和零件成形——铸造、锻压、冲压、焊接、压制、烧结、注塑、压塑…

机械加工——切削、磨削、特种加工材料改性与处理——热处理、电镀、转化膜、涂装、热喷涂…

机械装配——把零件按一定的关系和要求连接在一起，组合成部件和整台机械产品，包括零件的固定、连接、调整、平衡、检验和试验等工作7编辑ppt1.2.1零件表面形成方法轨迹法成形法相切法(铣削）展成法a）轨迹法b）成形法c）相切法d）展成法图1-2零件表面成形方法8编辑ppt主运动

指直接切除工件上的余量形成加工表面的运动。主运动的速度即切削速度，用v（m/s）表示。

◆主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可以由刀具来完成，也可以由工件来完成；可以是直线运动（用T表示），也可以是回转运动（用R表示）。正是由于上述不同运动形式和不同运动执行元件的多种组合，产生了不同的加工方法。

（熟悉各种床子的成形运动）进给运动

指为不断把余量投入切削的运动。进给运动的速度用进给量（f—mm/r）或进给速度（vf—mm/min）表示。定位和调整运动

使工件或刀具进入正确加工位置的运动。如调整切削深度，工件分度等。1.2.2切削加工的成形运动9编辑ppt10编辑ppt图1-3切削运动和加工表面a）车削b）铣削c）刨削d）钻削e）磨削1—主运动2—进给运动3—待加工表面4—过渡表面5—已加工表面11编辑ppt三、切削要素1.切削用量三要素1）切削速度（v）m/s单位时间内，工件或刀具沿主运动方向的相对位移。旋转运动（m/s）往复直线运动（m/s）nf1.2.3切削用量12编辑ppt2）进给量（f）

（mm）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。单位时间的进给量—进给速度（Vf）（mm/s）3）背吃刀量（ap）（mm）dmdwfn12fapKr1.2.3切削用量13编辑ppt1.3刀具结构

车刀a）焊接式车刀b）整体式车刀c）机夹式车刀车刀的结构外圆车刀是最基本、最典型的刀具，由刀头和刀体组成。车刀的切削部分由3个刀面（前刀面、主后刀面和副后刀面），2个刀刃（主切削刃和副切削刃）和1个刀尖组成。14编辑ppt

CA6140机床布局

卧式车床主要加工轴类和直径不太大的盘、套类零件，故采用卧式布局。主轴水平安装，刀具在水平面内作纵、横向进给运动。

另：

CT6140车床主轴箱进给箱溜板箱尾座床身挂轮机构刀架床腿光杠丝杠15编辑ppt1.3.1刀具结构

刨刀、铣刀、钻头等其他刀具可视为车刀的演变或组合各种刀具切削部分的形状16编辑ppt1.3.2刀具几何角度

刀具标注角度坐标系（主剖面坐标系）主切削刃主后刀面前刀面副切削刃主剖面PoA1）基面Pr：通过切削刃选定点与主运动方向垂直的平面。基面与刀具底面平行。切削平面Ps基面Pr车刀主剖面坐标系2）切削平面Ps：通过切削刃选定点与主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。3）主剖面Po：通过切削刃选定点垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。17编辑ppt2.刀具的主要标注角度1）主偏角（kr）2）副偏角（kr’）在基面Pr内标注的角度:主切削平面与假定工作平面间夹角，即主切削刃在基面上的投影与进给方向间夹角（40⁰~90⁰）。nfKr’kr副切削平面与假定工作平面间夹角，即副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向间夹角。1.3.2刀具几何角度

18编辑ppt主偏角kr、副偏角kr′越大，残留面积越大，表面粗糙度越大。nfkrKr’2.刀具的主要标注角度主、副偏角的作用及选用1.3.2刀具几何角度

19编辑ppt主偏角kr越小，进给抗力越小，切深抗力越大，加大工件的变形挠度，容易引起系统振动。nfkrKr’2.刀具的主要标注角度主、副偏角的作用及选用1.3.2刀具几何角度

20编辑ppt主偏角kr、副偏角kr′越大，残留面积越大，表面粗糙度越大。nfkrKr’2.刀具的主要标注角度主、付偏角的作用及选用1.3.2刀具几何角度

21编辑ppt选用系统刚性好：取较小的kr，10°~30°、45°。系统刚性差：取较大的kr，60°、75°、90°。2.刀具的主要标注角度主、副偏角的作用及选用1.3.2刀具几何角度

22编辑ppt2.刀具的主要标注角度在正交平面po标注的角度:1）前角（γo）

2）后角(αo)前刀面与基面间夹角（0⁰~15⁰）。主后刀面与主切削平面间夹角（6⁰~12⁰）nfkr00Kr’prpspo1.3.2刀具几何角度

23编辑ppt正交平面2.刀具的主要标注角度在正交平面po标注的角度:ponfkrKr’00prps1.3.2刀具几何角度

24编辑ppt2.刀具的主要标注角度在正交平面po标注的角度:1）前角（γo）

2）后角(αo)前刀面与基面间夹角（0⁰~15⁰）。主后刀面与主切削平面间夹角（6⁰~12⁰）nfkr00Kr’prpspo1.3.2刀具几何角度

25编辑ppt作用影响切削力大小；影响刀头强度和散热条件。0前角的作用及选用2.刀具的主要标注角度1.3.2刀具几何角度

26编辑ppt前角的作用及选用前角越大，刀越锋利、切削轻快，强度下降、不利散热2.刀具的主要标注角度1.3.2刀具几何角度

27编辑ppt选择加工塑性材料和精加工—取大前角（）0加工脆性材料和粗加工—取小前角（）0前角的作用及选用2.刀具的主要标注角度1.3.2刀具几何角度

28编辑ppt00后角的作用及选用2.刀具的主要标注角度后角有正、负、零之分1.3.2刀具几何角度

29编辑ppt后角的作用及选用减小主后刀面与加工表面的摩擦2.刀具的主要标注角度1.3.2刀具几何角度

30编辑ppt选用加工塑性材料和精加工—取大后角（）0加工脆性材料和粗加工—取小后角（）0后角（0）只能是正的后角的作用及选用2.刀具的主要标注角度1.3.2刀具几何角度

31编辑ppt2.刀具的主要标注角度刃倾角（S）在切削平面pS标注的角度:nfkrKr’00prpsAA向主切削刃与基面之间的夹角。（-5⁰~+5⁰）。1.3.2刀具几何角度

32编辑ppt刃倾角的作用及选用2.刀具的主要标注角度作用:影响切屑流出方向。选用：粗加工：可取零或负（S

=0、-S）精加工：取正（+S

）1.3.2刀具几何角度

33编辑ppt刃倾角的作用及选用刃倾角对切屑排出方向的影响2.刀具的主要标注角度1.3.2刀具几何角度

34编辑ppt对刀具切削部分材料的要求1）高的硬度和耐磨性；2）足够的强度和韧性；3）较好的热硬性；4）良好的工艺性；5）经济性。1.3.3刀具材料

刀具材料的发展35编辑ppt1.3.3刀具材料

图2-55刀具材料的发展与切削加工高速化的关系切削速度（m/min）2000100050020010050201018001850190019502000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）36编辑ppt1.3.3刀具材料

天然金刚石PCBNPCD氧化物陶瓷氮化物陶瓷硬质合金涂层WC硬质合金涂层超细粒状硬金属涂层高速钢TiN涂层高速钢断裂韧性耐磨性图2-56刀具材料的耐磨性与断裂韧性37编辑ppt刀具材料种类很多，常用的有工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢）、硬质合金、陶瓷、金刚石（天然和人造）和立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具钢，因其耐热性很差，目前仅用于手工工具。◆高速钢高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。

特点：1)强度高，抗弯强度为硬质合金的2～3倍；2)韧性高，比硬质合金高几十倍；3)硬度HRC63以上，且有较好的耐热性；4)可加工性好，热处理变形较小。

应用：常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。1.3.3刀具材料

常用刀具材料38编辑ppt◆硬质合金硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物(如WC、TiC、TaC、NbC等)粉末和金属粘结剂(如Co、Ni、Mo等)经高压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。

硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高，允许的切削速度远高于高速钢。硬质合金的不足是与高速钢相比，其抗弯强度较低、脆性较大，抗振动和冲击性能也较差。硬质合金切削性能优良，被广泛用来制作各种刀具。在我国，绝大多数车刀、面铣刀和深孔钻都采用硬质合金制造，目前，在一些较复杂的刀具上，如立铣刀、孔加工刀具等也开始应用硬质合金制造。1.3.3刀具材料

39编辑ppt◆陶瓷刀具材料陶瓷材料比硬质合金具有更高的硬度（HRA91～95）和耐热性，在1200℃的温度下仍能切削，耐磨性和化学惰性好，摩擦系数小，抗粘结和扩散磨损能力强，因而能以更高的速度切削，并可切削难加工的高硬度材料。1.3.3刀具材料

主要缺点是性脆、抗冲击韧性差，抗弯强度低。40编辑ppt◆超硬刀具材料

天然金刚石是自然界最硬的材料，耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01μm，刀具寿命可达数百小时。因价格昂贵，主要用于高速、精密加工。

聚晶金刚石由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，硬度比天然金刚石略低（HK6500～8000），价格便宜，焊接方便，可磨削性好，已成为金刚石刀具主要材料。

金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。

聚晶立方氮化硼（CBN）由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。硬度为HV3000～4500，耐热性达1200℃，化学惰性很好，在1000℃的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。1.3.3刀具材料

41编辑ppt1.3.3刀具材料

刀具材料种类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W18Cr4VYG6Si3N4

金刚石

PCD化硼PCBN材料性能硬度HRC65HRC66HRA90HRA93HV10000

HV7500HV4000抗弯强度2.4GPa3.2GPa1.45GPa0.8GPa0.3GPa2.8GPa1.5GPa导热系数40-5020-3070-10030-40146.5

100-12040-100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高最高很高一般精度Ra≤0.8高精度Ra=0.4-0.2加工质量Ra≤0.8IT7-8Ra=0.1-0.05IT5-6IT7-8IT5-6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表1-1普通刀具材料与超硬刀具材料性能与用途对比42编辑ppt1.4切削原理机械制造技术基础

1.4.1切屑的形成过程43编辑ppt切屑根部金相照片M刀具切屑OA终滑移线始滑移线：τ=τsΦ剪切角金属切削过程的变形

金属切削变形过程44编辑ppt

第Ⅰ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。切削部位三个变形区ⅠⅢⅡ

第Ⅲ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。金属切削过程的变形

三个变形区分析

第Ⅱ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。45编辑ppt切屑类型与变形系数

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，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，易崩刀带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑表1-2切屑类型及形成条件46编辑ppt切屑类型与变形系数

切屑类型带状切屑挤裂切屑节状切屑崩碎切屑切屑形态照片47编辑ppt

粘结区：高温高压使切屑底层软化，粘嵌在前刀面高低不平的凹坑中，形成长度为lfi的粘接区。切屑的粘接层与上层金属之间产生相对滑移，其间的摩擦属于内摩擦。切屑与前刀面的摩擦变形

切屑与前刀面的摩擦

在高温高压作用下，切屑底层与前刀面发生沾接，切屑与前刀面之间既有外摩擦，也有内摩擦。

滑动区：切屑在脱离前刀面之前，与前刀面只在一些突出点接触，切屑与前刀面之间的摩擦属于外摩擦。lfolfi特点两个摩擦区48编辑ppt已加工表面的变形

σn切削刃存在刃口圆弧，导致挤压和摩擦，产生第Ⅲ变形区。A点以上部分沿前刀面流出，形成切屑；A点以下部分受挤压和摩擦留在加工表面上，并有弹性恢复。hDΔhDΔhACFE已加工表面变形A点前方正应力最大，剪应力为0。A点两侧正应力逐渐减小，剪应力逐渐增大，继而减小。变形原因变形情况应力分布ττ49编辑ppt

1.4.2磨削机理★磨粒切削刃几何形状不确定（通常刃口前角为－60～－85°）★磨粒及切削刃随机分布★磨削厚度小（＜几μm），磨削速度高，磨削点瞬时温度高（达1000℃以上）磨削特点50编辑ppt

1.4.2磨削机理磨屑形成过程★弹性变形：磨粒在工件表面滑擦而过，不能切入工件★塑性变形：磨粒切入工件，材料向两边隆起，工件表面出现刻痕（犁沟），但无磨屑产生★切削：磨削深度、磨削点温度和应力达到一定数值，形成磨屑，沿磨粒前刀面流出具体到每个磨粒，不一定三个阶段均有磨屑形成过程a）平面示意图b）截面示意图51编辑pptκrFcFFpFf·pFfFf·pFf·pfv切削力的分解1.4.3切削力的来源与分解

切削力来源★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F切削合力Fc主切削力Fp吃刀抗力Ff进给抗力切削力分解52编辑ppt4)切削力的估算1.切削力的产生及切削分力例：用γo=15o、Kr=75o的硬质合金刀切削热轧结构钢外圆53编辑ppt1.4.3切削力经验公式

单位切削力

切除单位切削层面积的主切削力（令修正系数KFc

=1）式中Fc

——主切削力（N）；

v

——主运动速度（m/s）。切削功率54编辑ppt1.4.3影响切削力因素

工件材料◆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519283555100130

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切削用量55编辑ppt1.4.3影响切削力因素

◆

前角γ0

增大，切削力减小◆

主偏角κr

对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（κr

↑——Fp↓，Ff↑）前角对γ0切削力的影响前角γ0切削力Fγ0-Fcγ0–Fpγ0–Ff主偏角κr对切削力的影响主偏角κr/°切削力/N3045607590κr

-Fcκr

–Ffκr

–Fp2006001000140018002200刀具几何角度影响56编辑ppt1.4.3影响切削力因素

刀具几何角度影响◆与主偏角相似，刃倾角λs对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（λs

↑——Fp↓，Ff↑）◆

刀尖圆弧半径rε

对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（rε

↑——Fp↑，Ff↓）；其他因素影响◆

刀具材料：与工件材料之间的亲和性影响其间的摩擦，而影响切削力；◆

切削液：有润滑作用，使切削力降低；◆

后刀面磨损：使切削力增大，对吃刀抗力Fp的影响最为显著；57编辑ppt1、增大前角——切塑性材料时多用2、增大主偏角

减小背向力——工艺系

统刚性差时用3、减小背吃刀量减小切削力——少用4、改善冷却润滑条件

减小切削力的措施58编辑ppt1.4.4切削热的来源与传出

切削热来源★切削过程变形和摩擦所消耗功，绝大部分转变为切削热切削热由切屑、工件、刀具和周围介质（切削液、空气)等传散出去工件切屑刀具切削热的来源与传出切削热传出★主要来源QA=QD+QFF+QFR式中，QD

,QFF,QFR分别为切削层变形、前刀面摩擦、后刀面摩擦产生的热量59编辑ppt2、切削热的传出(1)车削加工：50%～86%由切屑带走，10%～40%传入车刀，3%～9%传入工件，1%左右通过辐射传入空气。(2)钻削加工：28%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。(3)磨削加工：4%由磨屑带走，12%传给砂轮，84%传入工件。

60编辑ppt1.4.4影响切削温度的因素

刀具几何参数的影响

前角o↑→切削温度↓主偏角r↓→切削温度↓负倒棱及刀尖圆弧半径对切削温度影响很小

工件材料的影响

工件材料机械性能↑→切削温度↑工件材料导热性↑→切削温度↓vc（m/min）切削速度、工件材料对切削温度的影响1—GH1312—1Cr18Ni9Ti3—45钢(正火)4—HT200刀具材料：YT15；YG8刀具几何参数：o=15，o=6~8，r=75，1=-10，s=0，b=0.1mm，r=0.2mm切削用量：ap=3mm，f=0.1mm/rθ（℃）103050709011013040060080010001243

刀具磨损的影响

冷却液的影响

61编辑ppt二、积屑瘤在一定的切削速度下切削塑性材料时，常在刀具前刀面上靠近刀刃部位粘附着的一小块很硬的金属—称为积屑瘤。1.积屑瘤的形成1.4.5积屑瘤、残余应力与加工硬化62编辑ppt2.积屑瘤对加工过程的影响有利①使0增大，使切削过程变得轻快。②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。二、积屑瘤不利①积屑瘤不稳定，易引起振动，使Ra增大。②会引起ap的变化，使加工精度降低。所以：精加工时应尽量避免。1.4.5积屑瘤、残余应力与加工硬化63编辑ppt3.积屑瘤的影响因素及控制二、积屑瘤

切削速度（切中碳钢）<5m/min不产生5~50m/min产生>100m/min不产生冷却润滑条件300~500oC最易产生>500oC趋于消失提高硬度，降低塑性>HRC50

低速或高速选用切削液控制措施工件材料塑性越大，越易产生影响因素1.4.5积屑瘤、残余应力与加工硬化64编辑ppt1.4.5残余应力

残余应力概念未施加任何外力作用情况下，材料内部保持平衡而存在的应力。残余应力种类及影响◆

残余张应力：易使加工表面产生裂纹，降低零件疲劳强度◆残余压应力：有利于提高零件疲劳强度◆残余应力分布不均：会使工件发生变形，影响形状和尺寸精度65编辑ppt1.4.5残余应力

◆热塑变形效应：表层张应力，里层压应力◆里层金属弹性恢复：若里层金属产生压缩变形，则弹性恢复后表层得到压应力，里层为张应力◆表层金属相变：影响复杂，若切削区温度超过相变温度，则珠光体受热转变成奥氏体，冷却后又转变成马氏体，体积膨胀，表层产生压应力◆实际应力状态是上述各因素影响的综合结果残余应力产生原因◆控制切削过程：尽可能减小残余应力◆时效处理：最大限度减小残余应力◆残余压应力的利用：采用滚压、喷丸等方法残余应力的控制66编辑ppt3.4.3加工硬化

加工硬化概念已加工表面表层金属硬度高于里层金属硬度的现象加工表面严重变形层内金属晶格拉长、挤紧、扭曲、碎裂，使表层组织硬化◆硬化程度（3-13）式中H——硬化层显微硬度（HV）；

H0——基体层显微硬度（HV）。◆硬化层深度指硬化层深入基体的距离Δhd（μm）加工硬化产生原因加工硬化度量67编辑ppt1.4.5加工硬化

◆减小切削变形：提高切速，加大前角，减小刃口半径等◆减小摩擦：如加大后角，提高刀具刃磨质量等◆进行适当的热处理加工硬化的控制距表面深度HVH0hiH0图3-24加工硬化与表面深度的关系68编辑ppt1.

刀具磨损形式①后刀面磨损VB②前刀面磨损KT③前后刀面同时磨损KTVB1.4.6刀具磨损

刀具磨损形态◆正常磨损69编辑ppt1.4.6刀具磨损

◆非正常磨损破损（裂纹、崩刃、破碎等），卷刃（刀刃塑性变形）刀具磨损过程初期磨损后刀面磨损量VB正常磨损急剧磨损切削时间刀具磨损过程3个阶段所以：应在刀具正常磨损阶段后期，急剧磨损阶段之前刃磨刀具。70编辑ppt1.4.7刀具寿命

刀具寿命（耐用度）概念◆刀具从切削开始至磨钝标准的切削时间，用T表示。◆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。71编辑ppt3.

刀具耐用度2）影响刀具耐用度的因素※vc>f>apCT---与工件材料和刀具材料有关的常数切削用量影响刀具耐用度：※vc,f,ap愈大，刀具磨损加剧例：硬质合金车削σb=735MPa碳素结构钢工件材料和刀具材料影响刀具耐用度72编辑ppt切削加工用量的选择顺序:尽可能大的背吃刀量ap尽可能大的进给量f切削速度vc3.

刀具耐用度2）影响刀具耐用度的因素73编辑ppt1.4.7刀具寿命

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）1235681020304060800600500400300200100806050切削速度v（m/min）不同刀具材料寿命（耐用度）比较74编辑ppt1.5工件材料切削加工性

1.5.1工件材料切削加工性的概念和衡量指标一、切削加工性的概念

切削加工性是指在一定切削条件下，对工件材料进行切削加工的难易程度。如难加工材料，加工性差。

切削加工性是相对的75编辑ppt二、切削加工性的衡量指标

1、以加工质量衡量切削加工性：在一定条件下，以是否易达到所要求的表面质量的各项指标来衡量。

2、以考虑生产率和刀具耐用度衡量切削加工性:①在保证生产率的条件下，以刀具耐用度的高低来衡量。

②在保证耐用度的条件下，以允许切削速度的高低来衡量。76编辑ppt3、以单位切削力衡量切削加工性4、以考虑工作的稳定性和安全生产衡量切削加工性：

①在自动化生产中，以是否易断屑来衡量。②在重型机床上以考虑人身和设备安全，在相同切削条件下，以切削力的大小来衡量。由此可知，同一材料很难在各项指标中同时获得良好的评价。但总的来说：某材料被切削时，刀具的耐用度高，所允许的切削速度高，质量易保证，易断屑，切削力小，则加工性好，反之加工性差。77编辑ppt三、常用衡量加工性的标志

VＴ是最常用的切削加工性标志，它的含义是：当刀具耐用度为T(min或s)时，切削某种材料所允许的切削速度。VＴ愈高，加工性愈好。一般情况下，可取T＝60min，VＴ写作V60。

常以σb＝0.637GPa(60kgf／min)的45钢的V60作为基准，写作(V60)j，其它被切材料的V60与之相比，则得相对加工性Kv为当Kv>1时，表明该材料比45钢易切削；当Kv<1时，表明该材料比45钢难切削。

各种材料的相对加工性Kv乘以45钢的切削速度，即可得出切削各种材料的可用切削速度。

78编辑ppt一、影响工件材料切削加工性的因素

1、工件材料的物理力学性能和化学性质硬度：硬度越高，切削加工性越低；硬质点越多，形状越尖锐，分布越广，加工性越低；加工硬化指标越高，切削加工性越低。强度：强度越高，切削加工性越低；塑性、韧性、热导率1.5.2影响工件材料切削加工性的因素及改善切削加工性的措施不硬不强塑韧性适中热导率大适于切削79编辑ppt2、化学成分对切削加工性的影响；材料的化学成分是通过对其物理力学性能的影响而影响切削加工性的。钢（高碳钢、中碳钢、低碳钢）钢中加入Cr、Ni、Mn、V、Mo等可提高强度和硬度；而加入Al、Si等易形成硬质点，加剧刀具磨损。

易切钢铸铁（化学元素对碳的石墨化作用，促进石墨化作用（Al、Si、Ni、Cu、Ti）时切削加工性提高，反之降低。80编辑ppt3、金属组织对切削加工性的影响

金属材料中不同的金相组织，产生不同的力学性能，对切削加工性影响也不同。

低碳钢（铁素体组织多，强度、硬度低，延伸率高，易塑性变形）

中碳钢（珠光体＋铁素体，中等强度、硬度和塑性）淬火钢（以马氏体为主，强度、硬度均高，刀具磨损剧烈）而加入Al、Si等易形成硬质点，加剧刀具磨损。

铸铁（灰铸铁、冷硬铸铁）各相的分布、形状和大小。珠光体（片状、球状）4、切削条件对切削加工性的影响81编辑ppt1、调整化学成分，发展易切钢易切钢：切削力小，容易断屑刀具耐用度高加工表面质量好。如钢中加入少量的硫、硒、铅、铋、磷等。虽略降低钢的强度，但也同时降低钢的塑性，对加工性有利。硫能引起钢的红脆性，但若适当提高锰的含量，则可避免；硫与锰形成的硫化锰，与铁形成的硫化铁等，质地很软，可成为切削时塑性变形区中的应力集中源，能降低切削力，使切屑易折断，减小积屑瘤的形成，减少刀具磨损；硒、铅、铋也有类似作用；磷能降低铁素体的塑性，使切屑易于折断。二、改善工件材料切削加工性的途径82编辑ppt2、对工件进行相应的热处理，使材料尽可能在最适宜的组织状态下进行切削。

同样成分的材料，金相组织不同，加工性也不同。低碳钢通过正火处理后，细化晶粒，硬度提高，塑性降低，有利于减小刀具的粘结磨损，减小积屑瘤，改善工件表面粗糙度;

高碳钢和工具钢球化退火后，硬度下降，可减小刀具磨损；

不锈钢以调质到HRC28为宜，硬度过低，塑性大，工件表面粗糙度差，硬度高则刀具易磨损；

白口铸铁可在950～1000℃长时间退火而成可锻铸铁，切削就较容易。

83编辑ppt1）、选择合适的刀具材料。2）、选择合理的刀具几何参数，合理地制订切削用量。3)、恰当地选用切削液等。4)、对排屑、卷屑、断屑和容屑给予足够的重视。5)、提高工艺系统的刚性，增大机床的功率。6)、研磨刀具各刀面，使其达到很低的表面粗糙度，以减小粘结，减少因冲击造成的微崩刃。3、改善切削条件84编辑ppt

刀具合理几何参数的选择刀具耐用度的选择切削用量的选择切削液的选择1.6金属切削基本条件的合理选择

85编辑ppt刀具几何参数包括：刀具角度、刀面形式、切削刃形状等。

刀具合理的几何参数，是指在保证加工质量的前提下，能够获得最高刀具耐用度，从而达到提高切削效率或降低生产成本目的的几何参数。

1.6.1刀具合理几何参数的选择86编辑ppt

前角及前面形状的选择

（1）前角的功用及合理前角的选择1）前角的主要功用①影响切削区的变形程度②影响切削刃与刀头的强度③影响切屑形态和断屑效果④影响已加工表面质量

87编辑ppt2）合理前角的概念一定条件下，前角有一个合理的数值。3）合理前角的选择原则①工件材料强度越大，硬度越高，应取越小的前角，甚至可取负值。②加工塑性材料应取较大的前角，加工脆性材料可取较小的前角。③粗加工，特别是断续切削，应适当减小前角。88编辑ppt图3-1前角的合理数值返回本章目录89编辑ppt图3-2加工材料不同时的合理前角90编辑ppt后角的选择

（1）后角的功用1）后角的主要功用是减小后面与过渡表面之间的磨擦。2）后角越大，值越小，切削刃越锋利。3）增大后角，刀头的强度削弱，导热面积和容热体积减小91编辑ppt（2）合理后角的选择原则1）工件塑>脆2）刀具硬<高3）工艺系统刚性差，应适当减小后角92编辑ppt主偏角、副偏角及刀尖形状的选择

(1)主偏角和副偏角的功用1)影响切削加工残留面积高度减小主偏角和副偏角，可以减小已加工表面粗糙度。

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