切削过程的基本规律-成都电子机械高等专科学校

2.2切削过程的基本规律2.2.1切削力1.切削力分析及切削功率

（1）切削力的产生

①、切削力的概念：刀具在切削过程中克服加工阻力所需的力。②、切削力的产生A、克服被加工材料对弹性变形的抗力B、克服被加工材料对塑性变形的抗力C、克服切屑对刀具前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面和已加工表面间的摩擦力。切削力的产生

（2）切削合力及分力Fr

＝FD＝合力Fr

＝Ff——进给力FP——背向力Fc——切削力FD为总合力在切削层尺寸平面上的投影切削合力及分解（3）切削功率概念：切削过程中所消耗的功率称为切削功率Pc。背向力FP在力的方向无位移，不做功，因此切削功率为进给力Ff与切削力Fc所做的功。根据功率公式切削功率：

Pc

＝（Fcυc＋Ffnf/1000）×10-3KW式中，Fc切削力（N），υc切削速度（m/min），Ff进给力（N），n工件转速（r/s），f进给量（㎜）由于Ff消耗功率一般小于1％～2％，可以忽略不计，因此功率公式可简化为：

Pc

＝Fcυc×10-3KW２.切削力的计算：（1）指数公式指数公式应用较广，它的形式如下：上式中，C、C、C

为被加工金属的切削条件系数，

K、K、K

为当加工条件与经验公式条件不同时的修正系数。

（2）单位切削力公式①概念：单位切削力指单位切削面积上的切削力。公式：Kc==（N/㎜2）式中，Fc切削力（N），AD切削面积（㎜2），ap背吃刀量(㎜)，f进给量（㎜/r）。Kc可以查表。

３.影响切削力的因素（1）工件材料（2）切削用量①、背吃刀量ap与进给量f影响②、切削速度（3）刀具几何参数①、刀具前角②、刀具主偏角κr和刀尖圆弧半径③、刀具刃倾角λs

（4）刀具材料与切削液（1）工件材料一般材料的强度愈高，硬度越大，加工硬化性越强，塑性变形越大，加工此材料所需的切削力也越大。有多种因素影响时，综合考虑。如奥氏体不锈钢，虽然强度、硬度低，但加工硬化能力大，因此切削力也较大。铜、铝塑性变形大，但加工硬化小，切削力较低。（2）切削用量背吃刀量ap与进给量f影响因为切削面积AD＝apf，所以背吃刀量ap与进给量f的增大都将增大切削面积。切削面积的增大将使变形力和摩擦力增大，切削力也将增大，但两者对切削力影响不同。由于进给量

f的增大会减小切削层的变形，所以背吃刀量ap对切削力的影响比进给量f大。在生产中，如机床消耗功率相等，为提高生产效率，一般采用提高进给量而不是背吃刀量的措施。积屑瘤产生阶段，由于刀具实际前角增大，切削力减小。在积屑瘤消失阶段，切削力逐渐增大，积屑瘤消失时，切削力Fc达到最大，以后又开始减小。（与对变形系数的影响一样，都有马鞍形变化。）切削速度对切削力的影响（3）刀具几何参数前角γO：对切削力影响最大。切削力随着前角的增大而减小。这是因为前角的增大，切削变形与摩擦力减小，切削力相应减小。刀具主偏角κr：对切削力Fc的影响不大，κr＝60o～75o时，Fc最小，因此，主偏角κr

＝75o的车刀在生产中应用较多。背向力Fp随主偏角κr的增大而减小。进给力Ff随主偏角κr的增大而增大。刀尖圆弧半径增大，切削变形增大，切削力也增大。相当于κr减小对切削力影响。（4）刀具材料与切削液

刀具材料影响到它与被加工材料摩擦力的变化，因此影响切削力的变化。同样的切削条件，陶瓷刀切削力最小，硬质合金次之，高速钢刀具切削力最大。切削液的正确应用，可以降低摩擦力，减小切削力。１.切削热的产生与传导切削热产生的原因:①、在金属切削过程中，切削层发生弹性与塑性变形②、切屑、工件与刀具的摩擦也产生了大量的热量。切削热产生的区域：①、剪切面，②、切屑与刀具前刀面的接触区，③、刀具后刀面与工件过渡表面接触区。2.2.2切削热与切削温度金属切削层的塑性变形产生的热量最大，即主要在剪切面区产生。切削热量的近似计算公式：

Q＝Fcυc（J/s）实际上是切削力所做的功。其中：切削力Fc

（N），切削主运动速度υc

（m/s）。切削产生的热量在各种介质中传送的比例切削产生的热量主要由切屑、刀具、工件和周围介质（空气或切削液）传出，如不考虑切削液，则各种介质的比例参考如下：（1）车削加工切屑，50％～86％；刀具，10％～40％；工件，3％～9％；空气，1％。切削速度越高，切削厚度越大，切屑传出的热量越多。（2）钻削加工切屑，28％；刀具，14.5％；工件，52.5％；空气5％。切削温度的分布（1）切削最高温度并不在刀刃，而是离刀刃有一定距离。对于45钢，约在离刀刃1㎜处前刀面的温度最高。（2）后刀面温度的分布与前刀面类似，最高温度也在切削刃附近，不过比前刀面的温度低。（3）终剪切面后，沿切屑流出的垂直方向温度变化较大，越靠近刀面，温度越高，这说明切屑在刀面附近被摩擦升温，而且切屑在前刀面的摩擦热集中在切屑底层。（1）切削用量经验公式：高速钢刀具(加工材料45钢)：θ＝140～170afv硬质合金刀具(加工材料45钢)：θ＝320afv切削用量三要素υc、ap、f中，切削速度υc对温度的影响最显著，因为指数最大，切削速度增加一倍，温度约增加32％；其次是进给量f，进给量增加一倍，温度约升高18％，背吃刀量ap影响最小，约7％。主要的原因是速度增加，使摩擦热增多；f增加，切削变形减小，切屑带走的热量也增多，所以热量增加不多；背吃刀量ap的增加，使切削宽度增加，显著增加热量的散热面积。影响切削温度的因素（2）刀具的几何参数前角γo：前角γo增大，切削温度降低。因前角增大时，单位切削力下降，切削热减少。主偏角κr：主偏角κr减小，切削宽度bD增大，切削厚度减小，因此切削温度也下降。（3）工件材料P54材料的强度与硬度增大时，单位切削力增大，因此切削热增多，切削温度升高。导热系数影响材料的传热，因此导热系数大，产生的切削温度低。例如，低碳钢，强度与硬度较低，导热系数大，产生的切削温度低。不锈钢与45钢相比，导热系数小，因此切削温度比45钢高。（4）切削液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都有很大关系。切削液的导热性越好，温度越低，则切削温度也越低。从导热性能方面来看，水基切削液优于乳化液，乳化液优于油类切削液。2.2臣.3桐刀具磨领损与耐拢用度1.刀传具的磨叉损形式（1）前群刀面磨损①、特恳点：在前刀清面上离深切削刃袋小段距搜离有一贸月牙洼交，随着键磨损的糠加剧，栏主要是牲月牙洼忠逐渐加展深，洼童宽变化业并不是诊很大。桑磨损程生度用洼冠深KT学表示。（2）产后刀面寒磨损①、特乐点：在刀具后霸刀面上出射现与加工省表面基本扔平行的磨嚼损带。②、C、B蚕、N三梯个区C区是刀拨尖区，由充于散热差孝，强度低无，磨损严邪重，最大近值VC；B区处于伙磨损带中贺间，磨损桥均匀，最睡大磨损量墙VBma际x；N区处株于切削著刃与待卷加工表而面的相敲交处，暮磨损严浙重，磨彻损量以使VN表江示，此盐区域的缴磨损也抓叫边界漆磨损，加工铸件虑、锻件等洁外皮粗糙达的工件时医，N区曾区域容易苏磨损。（3）梯破损刀具破行损比例研较高，兄硬质合顿金刀具嗓有50场％～6涉0％是遮破损。歇特别是闭用脆性俱大的刀沿具连续限切削或计加工高缩慧硬度材留料时，标破损较甩严重。衡它又分跳为以下骑几种形腊式：①、崩刃特点是在柱切削刃产授生小的缺闸口，尺寸从与进给量立相当。硬鞠质合金刀都具连续切钢削时容易泥产生。②、剥落特点是它前后刀归面上平俘行于切火削刃剥孩落一层减碎片，芹常与切庆削刃一饭起剥落性。陶瓷兆刀具端福铣常发尾生剥落临，另外方硬质合内金刀具霞连续切骆削也发菊生。③、裂纹特点是座垂直或意倾斜于扫切削刃扯有热裂立纹。由哄于长时耻间连续辟切削，劈燕刀具疲牌劳而引徐起。④、塑性破挡损特点是刀量刃发生塌速陷。是由内于切削时砌高温高压系作用引起异的。2.胸刀具稼的磨损炸原因：（1）硬意质点磨损（2）粘狂结磨损（3）扩袖散磨损（4）票氧化磨翼损（5）何相变磨骂损（1）硬疼质点磨损因为工部件材料声中含有优一些碳萌化物、表氮化物榆、积屑亭瘤残留钉物等硬爬质点杂收质，在膜金属加较工过程素中，会躬将刀具旺表面划毙伤，造州成机械讯磨损。列低速刀饺具磨损牛的主要绪原因是祝硬质点药磨损。（2）粘碑结磨损加工过保程中，趣切屑与幕刀具接兆触面在欧一定的温度与压考力下，产生灿塑性变形翻而发生冷轨焊现象后皮，刀具表面卫粘结点被户切屑带走而发生的已磨损。一闷般，具有交较大的抗洁剪和抗拉拢强度的刀闻具抗粘结脚磨损能力喂强，如高洁速钢刀具蛮具有较强龙的抗粘结宋磨损能力窄。（3）葡扩散磨时损由于切削街时高温作用，刀具与根工件材料拐中的合金元素丸相互扩散，而造像成刀具壮磨损。词硬质合伴金刀具乔和金刚融石刀具腔切削钢肠件温度煤较高时漆，常发躺生扩散坚磨损。齐金刚石歇刀具不努宜加工标钢铁材轮料。一惜般在刀讽具表层裳涂覆T喊iC、游TiN井、Al2O3等，能有掉效提高抗祝扩散磨损捡能力。（4）氧共化磨损硬质合渐金刀具葵切削温购度达到组700o～800o时，刀猴具中一帝些C、贝CO、碍TiC摘等被空野气氧化殃，在刀辞具表层在形成一财层硬度愧较低的拨氧化膜颤，当氧绣化膜磨作损掉后娱在刀具斥表面形蕉成氧化料磨损。（5）胖相变磨投损在切削叔的高温愈下，刀厌具金相童组织发恋生改变渡，引起敌硬度降指低造成篇的磨损翠。总的来说，刀具磨绒损可能是缺其中的一泥种或几种避。对一定呢的刀具和滤工件材料榜，起主导拉作用的是阿切削温度疯。在低温区，亩一般以硬催质点磨损恐为主；在菊高温区以利粘结磨损搞、扩散磨内损、氧化积磨损等为堵主。积屑瘤竟对金属素切削过狗程产生傻的影响驼问题？（1）仓实际刀宾具前角薪如何变剑化？（2）实臭际切削厚脂度如何变怎化？（3）加冒工后表面柜粗糙度如鸦何变化？（4）切轨削刀具的竿耐用度如绳何变化？（1）实炸际刀具前谷角增大刀具前顿角γo指前刀裳面与基炊面之间桑的夹角霸，其概领念将在朵后节详池细论述面。如图胀所示，宜由于积对屑瘤的汤粘附，示刀具前棕角增大挑了一个γb角度，雁如把切穴屑瘤看概成是刀乏具一部碌分的话晒，无疑虎实际刀默具前角择增大,病现为γo＋γb。刀具前脂角增大腊可减小秃切削力援，对切凯削过程敞有积极橡的作用婆。而且对，切削净瘤的高逗度Hb越大，实奇际刀具前避角也越大宣，切削更雄容易。（2）实懒际切削厚么度增大由图2-昨9可以看敬出，当切驴削瘤存在暴时，实际搞的金属切痰削层厚度池比无切削誓瘤时增加纲了一个△hD，显然，突这对工件胞切削尺寸颈的控制是蚁不利的。洋值得注意米的是，这喷个厚度△hD的增加嘴并不是绍固定的，因为惭切削瘤召在不停腹变化，嗓它是一轨个产生乳，长大命，最后型脱落的挖周期性泼变化过吼程，这居样可能县在加工党中产生振动。（3）短加工后梯表面粗忘糙度增坐大积屑瘤的抱变化不但督是整体，扣而且积屑则瘤本身也吴有一个变摄化过程。积屑瘤厉的底部一般比较稳定，而它冷的顶部极裹不稳定怪，经常腹会破裂，然后摩再形成闪。破裂的一部扯分随切套屑排除，另一部分辩留在加工纪表面上，使加工表江面变得非壶常粗糙。可以看妥出，如果崇想提高表兆面加工质忌量，必须菜控制积屑尸瘤的发生电。（4）切牌削刀具的教耐用度降私低从积屑瘤己在刀具上非的粘附来下看，积屑永瘤应该对赌刀具有保耗护作用，捉它代替刀套具切削，减少了吉刀具磨类损。积屑瘤弃的粘附归是不稳轿定的，板它会周惯期性的坝从刀具舒上脱落语，当它榜脱落时膜，可能骄使刀具表尿面金属韵剥落，从而使刀具换磨损加铁大。对于笔硬质合轿金刀具笼这一点姻表现尤糕为明显柳。课堂问题避免积屑者瘤的发生阻的措施？避免积蒜屑瘤的含发生的兵措施P灾45①、首先匙从加工前揪的热处理箩工艺阶段紧解决。通连过热处理抗，提高零件材料的硬度，降低材料的加工硬洲化。②、调娇整刀具角度，增大前角破，从而减小朝切屑对刀腔具前刀面杰的压力。③、调低切削速度，使切削层柳与刀具前怕刀面接触腰面温度降低赏，避免粘舱结现象的犬发生。或采用较高的切挽削速度，增加切捐削温度魔，因为温度高埋到一定柿程度，积屑瘤矮也不会棋发生。⑤、更换切削液，采用氧润滑性愿能更好勤的切削暑液，减辞少切削量摩擦。影响切削笑变形的因托素问题？1．随着遭工件材料帅强度的增村大，切屑瓶的变形如徐何变化？2．当刀具前角γO增大时，辆金属切屑霉的变形趋龄势？刀尖圆弧半径越大，表面的切锈削变形是要增大还是葛减小？3．随切碎削速度变宾化的材料铺变形系数裹曲线是一直蜂递减的吗？慰为什么接？4．在无锣积屑瘤段皇，进给量f越大讽，材料陶的变形愿系数ξ如何变键化？1．工件旁材料通过试验稠，可以发辅现工件材馆料强度和斯切屑变形辞有密切的答关系。从图可辅以看出般，随着工件孩材料强度况的增大，屋切屑的变俭形越来越尘小。图2-1怪0材斥料强度对方变形系数饱的影响2．刀汪具几何糟参数由图2-轮7可以看才到，当刀具前角γO增大时负，沿刀面稼流出的让金属切缎削层将熊比较平嗓缓的流忘出，金属切屑啦的变形也颈会变小。刀尖圆弧胞半径对切胳削变形也息有影响，刀尖圆弧半径越大，表明刀缘瑞尖越钝，丘对加工表木面挤压也货越大，表面的切潜削变形也叉越大。3、切削务速度由图2粉-11卧可以看种出，随踏切削速息度变化览的材料雹变形系土数曲线并不是胶一直递浙减，而是畜在某一狐段有一述个波峰蜘，这实抵际是积继屑瘤产垫生的影杯响。所哄以切削欲速度对繁材料变可形的影标响分为西两个段觉，一个疑是积屑励瘤这一恒段，另苦一个是顾无积屑办瘤段。积屑瘤段姿情况切削速度北对切屑变昆形的影响姥主要是通佣过积屑瘤英对切屑变劲形的影响燥来实现的晃。在积屑瘤增愉长阶段，积盯屑瘤随着娃切削速度忍的增大而遥增大，积蹄屑瘤越大母，实际刀吴具前角处也越大，切屑的变鸣形相对减怎少，所以在丝式此阶段，迈切削速度乖增加时，惩材料变形躺系数ξ也减少。随着速度筋的增加，东积屑瘤增呈大到一定说程度又会归消退，在消退阶厕段，积诉屑瘤随衡着切削眼速度的吓增加而寻减小，同时，实际刀具萍前角也减泼小，材料苍的变形将摧增大，在积屑间瘤完全造消退时埋，材料喝变形将虚最大。在无积股屑瘤段材料变形蚕系数是随虾着切削速杆度的增加扭而减小庄。主要是因寄为塑性变形堂的传播速理度比弹性介变形的慢，速度逗低时，航金属始最剪切面类为OA竖，当速外度增大翻到一定快值时，稳金属流废动速度怀大于塑完性变形乱速度，在OA面坚金属并未诊充分变形茅，相当于傍始剪切面归后移至O汇A`面（见图2仍-12）鞠，终剪切锈面OM郊也后移柴至OM滚`，第一变铸形区后欺移，使都得材料变形朵系数减小。另外夸，速度越财大，摩斥擦系数谦减小，走材料变图形系数底也会减碗小。4．进饶给量如图2-恰11所示惠，显示了送进给量对冒切屑变形独的影响。趣在无积屑皆瘤段，进给量f越大，竟材料的变以形系数ξ越小。课堂问题三个方即向的分杯力Ff—进给力夫、FP—背向素力、Fc—切削力兽中，哪个宗方向分力岔不做功？嫌为什么？背向力FP在力的匠方向无俗位移，不做功，因此切壶削功率为冲进给力Ff与切削力机Fc所做的功暑。影响切削脚力的因素吼问题？1、一葵般材料向的强度愈高，硬度越大，加工硬吹化性越强，砌塑性变形少越大，加负工此材料障所需的切削力美也越大妇还是越纪小？2、在生接产中，如机床消田耗功率际相等，为提笼高生产梅效率，恳一般采治用提高背吃铁刀量而不是进给量幼的措施，对吗？驱为什么？3、切胜削速度滔如何影删响切削述力的影册响？（1）朱工件材趴料一般材料饺的强度愈高，硬度越大，加工硬化性越强，遵塑性变形看越大，加释工此材料改所需的切削力也少越大。（2）枝切削用挠量背吃刀量ap与进给践量f影响因为切贝削面积AD＝apf，所以背备吃刀量ap与进给谨量f的增大都裹将增大切杏削面积。切削面优积的增灭大将使变形魂力和摩擦肯力增大，切削力也哗将增大，但两亩者对切汇削力影耳响不同怀。由于进给胃量f的担增大会匆减小切龄削层的嗽变形，所以背吃刀乎量ap对切削力唐的影响比雅进给量f大。在生产中猪，如机床消耗支功率相等，为提高请生产效率渡，一般采拒用提高进给圈量而不是背吃刀量汪的措施。积屑瘤产营生阶段，晒由于刀具榜实际前角贺增大，切斥削力减小类。在积屑瘤浇消失阶段段，切削力戚逐渐增大维，积屑瘤消竖失时，切败削力Fc达到最大除，以后又抵开始减小氏。（与对砌变形系巡寿数的影短响一样喷，都有霜马鞍形务变化。拣）切削速券度对切自削力的肃影响4、切削形力随着前寻角的增大如远何变化就？为什义么？5、刀留具主偏珠角κr：背向力Fp随主偏角κr的增大如渴何变化？进给力Ff随主偏龄角κr的增大铃如何变债化？6、刀缓尖圆弧半径增山大，切削力如何变轻化？7、同句样的切涌削条件凶，陶瓷刀切笔削力、硬籍质合金、宋高速钢刀习具切削力此中哪个力梨？哪个力疲小？（3）刀雹具几何参撕数前角γO：对切扶削力影融响最大音。切削塔力随着销前角的增大而减槐小。这是值因为前牌角的增末大，切昨削变形舅与摩擦含力减小劝，切削类力相应怜减小。刀具主偏兄角κr：对切削力Fc的影响仍不大，κr＝6移0o～75o时，Fc最小，开因此，找主偏角κr＝75o的车刀贷在生产荒中应用仪较多。背向力Fp随主偏银角κr的增大而后减小。进给力Ff随主偏角κr的增大而劣增大。刀尖圆堡弧半径增大，切削变检形增大，切削力也谎增大。相当于κr减小对切素削力影响妹。（4）刀笼具材料刀具材料税影响到它挠与被加工铺材料摩擦利力的变化休，因此影光响切削力闪的变化。南同样的切卸削条件，陶瓷刀言切削力吩最小，敌硬质合寺金次之岔，高速默钢刀具歌切削力流最大。1、切施削速度υc、进给量曾f、背吃刀量ap哪一个对诉温度的影响最适显著？现说明原逃因？2、前角γo对切削温听度的影响后？3、主偏能角κr对切削温腊度的影响叛？4、材料火的强度与愿硬度增结大时，切写削温度周升高还惧是降低奖？5、从谷导热性捧能方面宏来看，板水基切皆削液优工于乳化齿液，油恼类切削尸液优于强乳化液桑。对吗歇？为什奥么？（1）切标削用量经验公湾式：高速钢离刀具(加设工材料4挽5钢)：θ＝悉140～绢170a壮f谱v硬质合金猜刀具(加宇工材料4父5钢)：θ＝范320a军f配v切削用拴量三要哭素υc、ap、f中，切削速度υc对温度霞的影响最显享著，因为指数最大，切削蚁速度增及加一倍摸，温度绍约增加管32％规；其次是进申给量f，进给量煎增加一倍秀，温度约懒升高18丙％，背吃刀左量ap影响最洪小，约7％剥。主要的原悬因是速度增态加，使摩擦热源增多；f增加，切削变江形减小扛，切屑带走的热炕量也增多础，所以粘热量增半加不多塌；背吃刀量ap的增加，使切削诸宽度增加较，显著增爬加热量的散热面积。影响切树削温度胞的因素（2）刀拔具的几何低参数前角γo：前角γo增大，切颂削温度降秘低。因前撑角增大时犹，单位切枕削力下降蝴，切削热具减少。主偏角κr：主偏角κr减小，赴切削宽狂度bD增大，切蓝削厚度减仆小，因此练切削温度交也下降。（3）菜工件材遥料材料的强度与耻硬度增必大时，单凡位切削斥力增大延，因此阴切削热匹增多，泻切削温草度升高阴。导热系耐数影响扑材料的券传热，险因此导剪热系数大，产生的罚切削温度低。（4）羞切削液从导热衡性能方专面来看唐，水基视切削液哈优于乳杠化液，毕乳化液宰优于油候类切削端液。切削液的焦导热性越恭好，温度用越低，则渡切削温度斥也越低。2.勺刀具满的磨损攻原因：（1）硬秤质点磨损（2）逆粘结磨凑损（3）扩逃散磨损（4）烟氧化磨油损（5）嚼相变磨秃损问题？在低温区蝇，一般胃以哪些秀磨损为灵主？在拐高温区弱又以哪份些磨损私等为主萄？总的来说，刀具川磨损可字能是其剃中的一膏种或几拾种。对另一定的老刀具和糠工件材粒料，起踢主导作洗用的是逗切削温曲度。在低温区，治一般以硬阀质点磨损浆为主；在困高温区以俊粘结磨损士、扩散磨闹损、氧化征磨损等为谎主。3．刀提具破损航原因：在断续乏切削条径件下，细由于强丧烈的机械与安热冲击，超过赖刀具材倍料强度骨，引起跃刀具破鬼损断续切借削时，霞在交变机械含载荷作用下舱，降低左了刀具无材料的羞疲劳强降度，容解易引起假机械裂游纹而破讯损。由于切削与辆空切的变化叉，刀具粥表面温奖度发生忙周期性盘变化，皂容易产呼生热裂晋纹，又妖在机械粱力的混天和作用颗下，发舅生破损杯。采取措施：提高韧性风、使抗弯胡强度提高充等，防止发刀具破损它。4.概刀具磨钝道标准及耐燃用度（1）刀忙具磨钝标弯准磨钝标准概念：刀具磨损悄到一定程乓度，将不寨能使用的海限度，狡国际标准掀中规定以熊1/2背不吃刀量处僚后刀面上掘测量的磨蕉损带宽V影B作为刀具磨钝姻标准。实际生肿产中，摊考虑到添不影响恋生产，努