金属切削原理与刀具(第5版)课件与课后习题复习参考题

金属切削原理与刀具第五版上海理工大学陆剑中孙家宁主编机械工业出版社金属切削原理与刀具第五版上海理工大学陆剑中孙1绪论第一节我国切削加工技术发展概况一、切削加工的定义

是指利用刀具切除被加工零件多余材料的方法。二、发展概况1、古代铜车铜马

绪论第一节我国切削加工技术发展概况铜车铜马2第一章刀具几何角度及切削要素第一节切削运动与切削用量第二节刀具切削部分的基本定义第三节刀具角度的换算第四节刀具角度的一面二角分析法第五节刀具的工作角度第六节切削层和切削方式第一章刀具几何角度及切削要素第一节切削运动与切削用量3第一章刀具几何角度及切削要素第一节切削运动与切削用量一、切削运动与切削层1、切削运动(1)主运动

主运动是切削时最主要的、消耗动力最多的运动，它是刀具与工件之间产生的主要的相对运动。第一章刀具几何角度及切削要素第一节切削运动主运动是切4(2)进给运动

进给运动是刀具与工件之间产生的附加运动，以保持切削连续地进行。(2)进给运动52、车削中的工件表面和切削层（1）工件表面 1)待加工表面：加工时即将切除的工件表面。 2)已加工表面：已被切去多余金属而形成符合要求的工件新表面。 3)加工表面(或称切削表面、过渡表面)：加工时由切削刃在工件上正在形成的那部分表面；它是待加工表面和已加工表西之间的过渡表面。2、车削中的工件表面和切削层6(2)切削层: 切削时刀具切过工件的一个单程所切除的工件材料层。公称横截面积实际横截面积

残留面积

(2)切削层:公称横截面积实际横截面积残留面积7二、切削用量、切削时间与材料切除率1、切削用量三要素：（1）切削速度

指切削刃选定点相对工件主运动的瞬时速度，单位为m/s或m/min。车削时（1-1）二、切削用量、切削时间与材料切除率（1-1）8(2)进给量进给量为刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，可用工件每转(行程)的位移量来度量，单位为mm/r。 进给量又可用进给速度表示：指切削刃选定点相对工件进给运动的瞬时速度，单位为mm/s或m/min。车削时进给运动速度：

（1-2）(2)进给量（1-2）9（3）背吃刀量(切削深度)指垂直于进给速度方向测量的切削层最大尺寸，单位为mm。车外圆时：(1-3)（3）背吃刀量(切削深度)(1-3)10

2、切削时间(机动时间)

指切削时直接改变工件尺寸、形状等工艺过程所需的时间，单位为min。它是反映切削效率高低的一个指标。2、切削时间(机动时间)11 由式(1-5)知，提高切削用量中任一要素均可降低切削时间。(1-5)(1-4) 由式(1-5)知，提高切削用量中任一要素均可降低切削时间。123．材料切除率Q它是单位时间内所切除材料的体积，是衡量切削效率高低的另一个指标，单位 为mm3／min.(1-6)3．材料切除率Q(1-6)13

三、合成切削运动与合成切削速度

主运动与进给运动合成的运动称合成切削运动。切削刃选定点相对工件合成切削运动的瞬时速 度称合成切 削速度。三、合成切削运动与合成切削速度14金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题15第二节刀具切削部分的基本定义一、刀具的组成

三面两刃一尖1．刀面(1)前面(前刀面)(2)后面(后刀面)

(3)副后面(副后刀面)

2．切削刃(1)主切削刃S(2)副切削刃S'第二节刀具切削部分的基本定义16金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题173．刀尖主切削刃法向断面3．刀尖主切削刃法向断面18刀尖参数有:1)刀尖圆弧半径2)倒角刀尖长度3)刀尖倒角偏角刀尖参数有:19二、刀具角度参考系

1、刀具参考系的概念（1）刀具静止参考系它是刀具设计时标注、刃磨和测量的基准，用此定义的刀具角度称刀具标注角度；（2）刀具工作参考系它是确定刀具切削工作时角度的基准，用此定义的刀具角度称刀具工作角度。二、刀具角度参考系202、参考系1正交平面参考系

基面Pr

通过切削刃上某一选定点，垂直于切削速度的平面切削平面Ps过主切削刃选定点，与切削刃相切并垂直与基面正交平面Po通过切削刃上选定点同时垂直于切削平面与基面的平面。2、参考系基面Pr通过切削刃上某一选定点，垂直于切削速度的21金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题222法平面参考系由Pr、Ps、Pn三个平面组成法平面(Pn)

过切削刃上选定点并垂直于切削刃或其切线的平面2法平面参考系233假定工作平面参考系由Pr、Pf、Pp三个平面组成假定进给平面Pf

过切削刃选定点平行于假定进给运动方向并垂直于基面的平面假定切深平面(背平面)Pp

过切削刃选定点既垂直假定进给平面又垂直于基面的平面。3假定工作平面参考系24金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题25三、刀具角度1、正交平面参考系刀具角度定义(1)前角γo

正交平面中测量的前面与基面间夹角。(2)后角αo正交平面中测量的后面与切削平面间夹角。(3)主偏角κr

基面中测量的主切削平面与假定工作平面间夹角。(4)刃倾角λs切削平面中测量的切削刃与基面间夹角。三、刀具角度26PrPr27(1-8)(1-9)(1-8)(1-9)28（5）派生角度 1)楔角βo正交平面中测量的前面与后面间夹角。(1-10) 2)刀尖角εr，基面投影中，主、副切削刃间的夹角。(1-11)

（5）派生角度29金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题302、其它参考系刀具角度

1）在法平面中2、其它参考系刀具角度31金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题322）在假定进给平面、背平面中2）在假定进给平面、背平面中33金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题343、刀具角度正负的规定

3、刀具角度35四、不同参考系角度小结

刀具角度四、不同参考系角度小结刀具角度36第三节刀具角度的换算

一、正交平面、法平面系前、后角换算(1-12)第三节刀具角度的换算一、正交平面、法平面系前、后角换算(37(1-13)(1-13)38金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题39金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题40二、垂直于基面的任一剖面与正交平面的前、后角换算二、垂直于基面的任一剖面与正交平面的前、后角换算41(1-14)(1-16)(1-15)(1-14)(1-16)(1-15)42(1-17)(1-18)(1-17)(1-18)43金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题44在前面的图中若假想图中的前面为刀具的后面，则上面推导的公式中的角度可以用代替，则公式（1-14）变为（1-19）在前面的图中若假想变为（1-19）45若令（1-18）中的则可得到假定进给平面和背平面的后角换算公式（1-20）（1-21）若令（1-18）中的46第四节刀具角度的一面二角分析法

表示空间任意一个平面方位的定向角度只需两个，所以判断刀具切削部分需要标注的独立角度数量可用一面二角分析法确定。1．直头外圆车刀

三面六角

前面定向角γo、λs

后面定向角αo、κr

副后面定向角αo'、κr'

第四节刀具角度的一面二角分析法 表示空间任意一个平面方47

2．45o弯头车刀四面八角主切削刃12前面定向角γo、λs；主切削刃12后面定向角αo、κr；副切削刃23副后面定向角αo'、κr‘副切削刃14副后面定向角αo'、κr'

2．45o弯头车刀四面八角483．切断刀

四面八角 习惯上标注左切削刃上的角为主角，右刃为派生角度前面定向角γo、λsL后面定向角αo、κrL左副后面定向角αoL'、κrL'右副后面定向角αoR'、κrR'

3．切断刀494．倒角刀尖、倒棱的参数

一面二角倒角刀尖刃：倒角切削刃后角αoε偏角κrε

倒棱刃：倒棱刃前角γo1倒棱刃倾角λs1=λs倒棱刃宽度bγ1

4．倒角刀尖、倒棱的参数50第五节刀具的工作角度一、刀具工作参考系及工作角度因此研究切削过程中的刀具角度，必须以刀具与工件的相对位置、相对运动为基础建立参考系，这种参考系称工作参考系。用工作参考系定义的刀具角度称工作角度。第五节刀具的工作角度一、刀具工作参考系及工作角度因此研究切51工作正交平面poe

通过切削刃选定点，同时垂直于工作切削平面与1．刀具工作参考系工作正交平面参考系工作基面pre

通过切削刃选定点垂直于合成切削速度方向的平面工作切削平面pse

通过切削刃选定点与切削刃相切，且垂直于工作基面的平面。该平面包含合成切削速度方向工作基面的平面工作正交平面poe1．刀具工作参考系工作基面pre工作切522．刀具工作角度

刀具工作角度的定义与标注角度类似，它是前、后面与工作参考系平面的夹角。 工作角度的标注符号分别是：γoe,αoe,κre,λse,γfe,αfe,γpe,αpe2．刀具工作角度53二、刀具安装对工作角度的影响1、刀柄偏斜对工作主、副偏角的影响

二、刀具安装对工作角度的影响542．切削刃安装高低对工作前、后角的影响

2．切削刃安装高低对工作前、后角的影响55三、进给运动对工作角度的影响1．进给运动方向不平行工件旋转轴线时对工作主、副偏角的影响三、进给运动对工作角度的影响562．纵向进给运动对工作前、后角的影响(1-22)2．纵向进给运动对工作前、后角的影响(1-22)57金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题58第六节切削层与切削方式一、切削层参数1、切削层在各种切削加工中，刀具同工件沿进给运动方向每移动f(mm/r)或af(mm/Z)之后，由一个刀齿正在切的金属层称为切削层。切削层的尺寸称为切削参数。第六节切削层与切削方式一、切削层参数592．切削公称厚度hD垂直于过渡表面来度量的切削层尺寸，也称为切削厚度

(1-24)2．切削公称厚度hD(1-24)603.切削公称宽度bD平行于过渡表面度量的切削层尺寸，也称为切削宽度

(1-25)3.切削公称宽度bD(1-25)614．切削层公称横截面积AD在切削层尺寸平面里度量的横截面积，也称为切削层横截面积。实际切削横截面积

(1-23)4．切削层公称横截面积AD(1-23)62二、切削方式1．自由切削与非自由切削自由切削--只有一个主切削刃参加切削

非自由切削--主、副切削刃同时参加切削

2．正交切削(直角切削)与非正交切削(斜角切削)

正交切削--切削刃与切削速度方向垂直的切削非正交切削--切削刃不垂直切削速度方向的切削刃倾角不等于零的刀具均属斜角切削方式

二、切削方式63金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题64金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题65金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题66金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题67金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题68金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题69金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题70金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题71金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题72金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题73金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题74金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题75金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题76金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题77金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题78第二章刀具材料第一节概述

一、刀具材料应具有的性能

1．高的硬度

常温硬度60HRC以上，并要求保持较好的高耐热性。

2.足够的强度和韧性为了承受切削力、冲击和振动，刀具材料应具有足够的强度和韧性。

第二章刀具材料第一节概述793．高的耐磨性

耐磨性表示抵抗磨损的能力，它是刀具材料机械性能、组织结构和化学性能的综合反映。

4．好的导热性5．良好的工艺性和经济性

锻造性能、磨削性能、热处理性能等二、刀具材料类型

1、工具钢包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢

2、硬质合金

3、陶瓷

4、超硬刀具材料3．高的耐磨性80金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题81三、刀体材料刀体一般均用普通碳钢或合金钢制作

尺寸较小的刀具或切削负荷较大的刀具宜选用合金工具钢或整体高速钢制作机夹、可转位硬质合金刀具，镶硬质合金钻头，可转位铣刀等的刀体可用合金工具钢制作

对于一些尺寸较小、刚度较差的精密孔加工刀具，如小直径镗刀、铰刀，为保证刀体有足够的刚度，宜选用整体硬质合金制作，以提高刀具寿命和加工精度

三、刀体材料82第二节高速钢高速钢是含有W、Mo、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。

第二节高速钢83一、通用型高速钢

（含碳量0.7～0.9%，62～66HRC）1、钨系高速钢W18Cr4V优点：具有较好的综合性能。因含钒量少，刃磨工艺性好。淬火时过热倾向小，热处理控制较容易。缺点：缺点是碳化物分布不均匀，不宜做大截面的刀具；热塑性较差；钨价高

2、钨钼系高速钢

W6Mo5Cr4V2优点：因一份Mo可代替两份W，这就能减少钢中的合金元素，降低钢中碳化物的数量及分布的不均匀一、通用型高速钢（含碳量0.7～0.9%，62～66HR84性，有利提高热塑性、抗弯强度与韧性。加入3％-5％质量分数的钼，可改善刃磨工艺性。因此6-5-4-2的高温塑性及韧性胜过18-4-1，故可用于制造热轧刀具如扭制麻花钻等。W9M03Cr4V其抗弯强度与韧性均比6-5-4-2好。高温热塑性好，而且淬火过热、脱碳敏感性小，有良好的切削性能。

性，有利提高热塑性、抗弯强度与韧性。加入385二、高生产率高速钢

（增加碳量钒量，添加钴铝等,常温硬度65～70HRC）1、高钒高速钢

耐磨性提高，刃磨难度加大2、钴高速钢高温硬度和抗氧化能力得到提高，因此能适用于较高的切削速度。3、铝高速钢高温硬度、热塑性与韧性得到提高二、高生产率高速钢（增加碳量钒量，添加钴铝等,常温硬度686三、粉末冶金高速钢 是通过高压惰性气体或高压水雾化高速钢水而得到的细小的高速钢粉末，然后压制或热压成形，再经烧结而成的高速钢优点：1)由于可获得细小均匀的结晶组织(碳化物晶粒2～5μm)，从而完全避免了碳化物的偏析，提高了钢的硬度与强度2)由于物理力学性能各向同性，可减少热处理变形与应力，因此可用于制造精密刀具。三、粉末冶金高速钢873)由于钢中的碳化物细小均匀，使磨削加工性得到显著改善，含钒量多者，改善程度就更显著。4)粉末冶金高速钢提高了材料的利用率缺点：成本高四、涂层高速钢高速钢刀具的表面涂层是采用物理气相沉积(PVD)方法，在适当的高真空度与温度环境下进行气化的钛离子与氮反应，在阳极刀具表面上生成TiN。特点：硬度可高达2200HV，有较高的热稳定性，与钢的摩擦系数较低。切削力、切削温度约下降3)由于钢中的碳化物细小均匀，使磨削加工性得到显著改善，含钒8825％，切削速度、进给量、刀具寿命显著提高。典型涂层：TiC、TiCN、TiAlN、A1TiN、TiAlCN、DLC(diamend-likecoating金刚石类涂层)、CBC(carbon-basedcoating硬质合金基类涂层)。25％，切削速度、进给量、刀具寿命显著提高。89第三节硬质合金一、硬质合金组成与性能 金属碳化物(WC、TiC、TaC、NbC等)＋金属粘接剂(Co、Ni等)高压成形后，高温烧结而成。硬度、耐热性、耐磨性很高，切削速度远高于高速钢

抗弯强度低、脆性大，抗冲击振动性能差第三节硬质合金90二、普通硬质合金分类、牌号与使用性能分类

K

(YG)类P

(YT)类M(YW)类短切屑铸铁，非铁材料与非金属材料WC+Co加工长切屑的以钢为代表的塑性材料WC+TiC+Co钢材、铸铁等有色金属非金属WC+TiC+TaC(NbC)+Co二、普通硬质合金分类、牌号与使用性能分K(YG)类91常用硬质合金牌号及应用范围牌号应用范围YG3硬度、抗弯耐磨强度性、韧性切削进给速度量铸铁、有色金属、高温合金的精、半精加工，无冲击YA6冷硬铸铁、淬硬钢、有色金属及合金的精、半精加工YG6X铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精、半精加工，YG6铸铁、有色金属、高温合金的半精加工和粗加工YG8铸铁、有色金属、高温合金粗加工，可用于断续切削YT30硬度、抗弯耐磨强度切削韧性速度进给碳素钢、合金钢的精加工YT15碳钢、合金钢连续切时粗、半精加工，断续切精加工YT5碳素钢、合金钢的粗加工，可用于断续切削YW1同上高强度钢、碳钢、铸铁、有色金属等的精、半精加工YW2高强度钢、碳钢、铸铁、有色金属等的半精与粗加工YN05同上碳钢、合金钢的高速精车，系统刚性好的细长轴精车YN10碳钢、合金钢、淬硬钢连续表面的精加工常用硬质合金牌号及应用范围牌号应用范围YG3硬92三、细晶粒、超细晶粒合金

普通硬质合金中为几个微米

细晶粒合金平均粒度在1.5μm左右

超细晶粒合金粒度在0.2—1μm之间，其中绝大多数在0.5μm以下

特点：硬度与强度，抗弯强度，高温硬度都比同样成分的合金高WC粒度三、细晶粒、超细晶粒合金普通硬质合金中为几个微米细晶粒合93使用场合：

1)高硬度、高强度的难加工材料；2)难加工材料的间断切削，如铣削等；3)低速切削的刀具，如切断刀、小钻头、成形刀等；4)要求有较大前角、后角，较小刀尖圆弧半径的能进行薄层切削的精密刀具，如铰刀、拉刀等刀具。使用场合：94

四、钢结硬质合金 是由WC、TiC作硬质相，高速钢作粘结相，通过粉末冶金工艺制成。特点：可以锻造、切削加工、热处理与焊接。淬火后硬度高于高生产率高速钢，强度、韧性胜过硬质合金。

应用场合： 可用于制造模具、拉刀、铣刀等形状复杂的工具或刀具。四、钢结硬质合金95五、涂层硬质合金

采用化学气相沉积(CVD)工艺和真空溅射等方法，在硬质合金表面涂覆一层或多层(5～13μm)难熔金属碳化物。

五、涂层硬质合金96TiC涂层

具有很高的硬度与耐磨性，抗氧化性也好，切削时能产生氧化钛薄膜，降低摩擦系数，减少刀具磨损，切削速度可提高40％左右，适合于精车。抗弯强度低，涂层易崩裂。TiN涂层TiC-TiN复合涂层

切削温度低，抗月牙洼及后刀面磨损能力比TiC涂层刀片强，抗热振性能也较好，适合切削钢与易粘刀的材料。与基体结合强度不及TiC涂层，而且涂层厚时易剥落

TiC-A12O3

复合涂层

Al2O3使表面层具有良好的化学稳定性与抗氧化性能。

TiC涂层具有很高的硬度与耐磨性，抗氧化性也好，切削时能产97第四节陶瓷

一、陶瓷刀具的特点（硬、脆、价格低）

陶瓷刀具是以氧化铝(Al2O3)或以氮化硅(Si3N4)为基体再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。

1)有高硬度与高耐磨性，常温硬度达91～95HRA，超过硬质合金。

2)有高的耐热性，1200°C下硬度为80HRA，强度韧性降低较少。3)有高的化学稳定性。

4)有较低的摩擦系数，切屑不易粘刀，不易产生积屑瘤。

5)强度与韧性低。强度只有硬质合金的1／2。

第四节陶瓷98

6)热导率低，仅为硬质合金的1／2—1／5，热胀系数比硬质合金高10％一30％，这就使陶瓷刀抗热冲击性能较差。二、陶瓷刀具的种类与应用特点

氧化铝--碳化物系陶瓷这类陶瓷是将一定量的碳化物(一般多用TiC)添加到Al2O3中，并采用热压工艺制成，称混合陶瓷或组合陶瓷。

TiC的质量分数达30％左右时即可有效地改善刀具的性能。混合陶瓷适合在中等切削速度下切削难加工材料

6)热导率低，仅为硬质合金的1／2—1／5，热胀系数比硬质99氮化硅基陶瓷

氮化硅基陶瓷是将硅粉经氮化、球磨后添加助烧剂置于模腔内热压烧结而成。

性能特点是：1)硬度高，达到1800～1900HV，耐磨性好。2)耐热性、抗氧化性好，达1200～1300°C。3)氮化硅与碳和金属元素化学反应较小，摩擦系数也较低。

最大特点：能进行高速切削，速度可达500～600m/min，而且只要机床条件许可，还可进一步提高速度

氮化硅陶瓷适宜于精车、半精车，精铣或半精铣

氮化硅氮化硅基陶瓷是将硅粉经氮化、球磨后添加助烧剂性能特点是100第五节超硬刀具材料一、金刚石(最硬、耐磨性好，耐热性较差800℃)1．天然单晶金刚石刀具

主要用于非铁材料及非金属的精密加工。不可自由刃磨

2．人造聚晶金刚石

人造金刚石是通过合金触媒的作用，在高温高压下由石墨转化而成。 人造聚晶金刚石是将人造金刚石微晶在高温高压下再烧结而成，可制成所需形状尺寸，镶嵌在刀杆上使用。可自由刃磨

第五节超硬刀具材料1013．金刚石烧结体

是在硬质合金基体上烧结一层约0.5mm厚的聚晶金刚石。金刚石烧结体强度较好，允许切削断面较大，也能间断切削，可多次重磨使用。

金刚石刀具的主要优点

1)有极高的硬度与耐磨性。 2)有很好的导热性，较低的热膨胀系数。3)刃面粗糙度较小，刃口非常锋利

缺点1)耐热度低只有700～800°C2)易与铁亲和，故不宜加工钢铁材料。

3．金刚石烧结体金刚石1)有极高的硬度与耐磨性。 缺点1)102二、立方氮化硼(CBN)（热稳定性和化学惰性大大优于金刚石）

是由六方氮化硼(白石墨)在高温高压下转化而成的。

优点1)有很高的硬度与耐磨性，达到3500～4500HV，仅次于金刚石。2)有很高的热稳定性，1300°C时不发生氧化，与大多数金属、铁系材料都不起化学作用。3)有较好的导热性，与钢铁的摩擦系数较小。4)抗弯强度与断裂韧性介于陶瓷与硬质合金之间。

能对淬硬钢、冷硬铸铁进行粗加工与半精加工。同时还能高速切削高温合金、热喷涂材料等难加工材料。

二、立方氮化硼(CBN)（热稳定性和化学惰性大大优于金刚石103金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题104金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题105金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题106金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题107金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题108金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题109金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题110金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题111金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题112金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题113金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题114金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题115金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题116金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题117金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题118金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题119金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题120金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题121金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题122金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题123金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题124金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题125金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题126金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题127金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题128金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题129金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题130第三章金属切削过程的基本规律

研究金属切削过程的意义金属切削加工中各种物理现象,生产实践中出现的许多问题,都同切削过程有关难加工材料的应用愈来愈多，对零件的质量要求亦不断提高

研究金属切削过程的方法高频摄影法

侧面方格变形观察法快速落刀法

扫描电镜显微观察法

光弹性、光塑性试验法

其他试验方法

第三章金属切削过程的基本规律研究金属金属切削加工中各种物131第一节切削变形与切屑形成一、变形区的划分

以塑性材料的切屑形成为例，金属切削区可大致划分为：

三个变形区

第一变形区第二变形区第三变形区第一节切削变形与切屑形成一、变形区的划分132二、金属在切削过程中的变形

1．第一变形区内金属的剪切变形

OA—始滑移线OM—终滑移线变形的主要特征：

剪切滑移变形

加工硬化一般速度范围内第一区宽度为0.02～0.2mm，速度越高，宽度越小，可看作一个剪切平面二、金属在切削过程中的变形1．第一变形区内金属的剪切变形133金属晶体沿滑移线的剪切变形金属晶体沿滑移线的剪切变形134剪切面剪切角剪切面剪切角1352．第二变形区内金属的挤压变形

切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面的金属纤维化，基本与前刀面平行。2．第二变形区内金属的挤压变形 切屑沿前刀面排出时进一步受136金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题137切削变形金相显微照片切削变形金相显微照片1383．第三变形区内金属的挤压摩擦回弹

已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化和加工硬化。3．第三变形区内金属的挤压摩擦回弹已加工表面139三、切屑类型

从变形观点出发，可将切屑归纳为四种形态：带状切屑节状切屑（挤裂切屑）粒状切屑(单元切屑)

崩碎切屑

三、切屑类型从变形观点出发，可将切屑归纳为四种形态：带状切1401．带状切屑 切削层经塑性变形后被刀具切离，其外形呈延绵不断的带状，并沿刀具前面流出。

1．带状切屑1412．节状切屑（挤裂切屑）

切削层在塑性变形过程中，剪切面上局部位置处切应力达到材料强度极限而产生局部断裂，使切屑顶面开裂形成节状。2．节状切屑1423．粒状切屑(单元切屑)

在剪切面上产生的切应力超过材料强度极限，形成的切屑被剪切断裂成颗粒状。

3．粒状切屑1434．崩碎切屑

在切削铸铁类脆性金属时，切屑层未经塑性变形，在材料组织中的石墨与铁素体之间疏松界面上产生不规则断裂，而形成崩碎切屑。

4．崩碎切屑144四、变形程度的表示方法

1、切削厚度压缩比Λh：切屑厚度与切削层厚度的比值。切屑厚度与切削层厚度的比值。（3-2）四、变形程度的表示方法（3-2）1452、剪切角Φ：剪切面与切削速度方向之间的夹角。（3-3）2、剪切角Φ：剪切面与切削速度方向之间的夹角。（3-3）1463.相对滑移ε：滑移距离Δs与单元厚度Δy之比。

ε=Δs/Δy=NP/MK=(NK+KP)/MK=ctgΦ+tan(Φ-γ0）3.相对滑移ε：滑移距离Δs与单元厚度Δy之比。147五、前面上摩擦特点

切塑性金属时前刀面上应力分布情况→刀-屑接触区可分两部分：粘接区lf1:剪切滑移，内摩擦滑动区lf2:滑动摩擦，外摩擦一般内摩擦力约占总摩擦力的85%(3-4)滞流层：接近前刀面的切屑底层晶粒拉长，形成与前刀面平行的纤维层，流速很慢，变形程度非常剧烈。五、前面上摩擦特点切塑性金属时前刀面上应力(3-4)滞流层148六、积屑瘤

在速度不高切削塑性金属形成带状切屑的情况下，滞流层金属粘接在前刀面上，形成硬度很高的硬块，称为积屑瘤。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六、积屑瘤在速度不高切削塑性金属形成积屑瘤对切削过程的影响149积屑瘤的产生原因切屑底层产生滞留层滞留层与切屑分离，粘结在前刀面前刀面和切屑底面的挤压和摩擦逐层滞留粘结形成楔块冲击振动不断破裂，脱落再生积屑瘤的产生原因切屑底层产生滞留层滞留层与切屑分离，粘结在前150积屑瘤对精加工是不利的，应避免它产生：1)采用低速或高速切削。2)减小进给量、增大刀具前角、提高刀具刃磨质量和合理选用切削液，使摩擦和粘结减少，可达到抑制积屑瘤的作用。3)合理调整各切削参数值，以防止形成中温区域。

积屑瘤对精加工是不利的，应避免它产生：1)采用低速或高速切削151七、已加工表面变形和加工硬化

刀刃钝圆半径rn弹性恢复区CD变形特征：挤压、摩擦与回弹

金属进入第一变形区时，晶粒因压缩而变长，因剪切滑移而倾斜。

金属层接近刀刃时，晶粒更为伸长，成为包围在刀刃周围的纤维层，最后在O点断裂。七、已加工表面变形和加工硬化刀刃钝圆半径rn变形特征：152

已加工表面的金属纤维被拉伸的又细又长，纤维方向平行于已加工表面，金属晶粒被破坏，发生了剧烈的塑性变形，产生加工硬化，表面残余应力，称之为加工变质层。经过严重塑性变形而使表面层硬度增高的现象称为加工硬化亦称冷硬。

硬化程度的指标:加工硬化程度N硬化层深度△hDH1是已加工表面显微硬度，H是金属材料基体显微硬度已加工表面的金属纤维被拉伸的又细又长，纤维方向平行153减轻硬化程度的措施：1)磨出锋利的切削刃

2)增大前角或后角

3)减小背吃刀量ap4)合理选用切削液

减轻硬化程度的措施：154八、影响切削变形的主要因素1．加工材料强度、硬度刀-屑面间正压力、平均正应力σav

则由：(3-4)（3-3）（3-2）八、影响切削变形的主要因素(3-4)（3-3）（3-2）1552．前角γo

前角γo增大，楔角βo减小，切削刃钝圆弧半径rn减小，切屑流出阻力小，使摩擦系数μ减小，剪切角φ增大，故切削变形减小。

γ=15°γ=-15°2．前角γoγ=15°γ=-15°1563．切削速度vc 切削速度是通过切削温度和积屑瘤影响切削变形的。

3．切削速度vc1574．进给量f

当进给量增大时，切屑厚度hD与切屑厚度hch增加，使前面上正压力Frn增大，使平均正应力σav增大，因此，摩擦系数μ减小和切屑厚度压缩比Λh减小。4．进给量f158第二节切削力切屑的弹塑性变形抗力工件的弹塑性变形抗力后刀面与工件的摩擦力前刀面与切屑的摩擦力一、切削力来源、合力及其分力1、来源第二节切削力切屑的弹塑性变形抗力工件的弹塑性变形抗力后刀面1592、合力两者作用在刀具上的合力为F

3、分力切削力Fc(主切削力Fz)——在主运动方向上的分力；背向力Fp(切深抗力Fy)——在垂直于假定工作平面上分力；进给力Ff(进给抗力Fx)——在进给运动方向上的分力。

（3-5）2、合力3、分力切削力Fc(主切削力Fz)——在主运动方向上160二、各分力的作用

1、切削分力的作用---切削力Fc（主切削力Fz）它是设计机床主轴、齿轮和计算主运动功率的主要依据，也是用于选用刀杆、刀片尺寸、设计夹具和选择切削用量的重要依据。使车刀产生弯矩，也是计算切削功率的依据二、各分力的作用1612、切削分力的作用---背向力Fp（切深抗力Fy）Fp使工件产生弯曲，是影响加工工件精度，引起切削振动的主要原因，是计算系统刚度的依据。

2、切削分力的作用---背向力Fp（切深抗力Fy）1623、切削分力的作用---进给力Ff(进给抗力Fx)Ff作用在机床进给机构上，是计算和检验进给机构薄弱环节零件强度的主要依据。

3、切削分力的作用---进给力Ff(进给抗力Fx)163三、切削力的实验公式

1．切削力的测定原理及种类

(1)电阻应变片式测力仪

三、切削力的实验公式164(2)压电晶体测力仪

(2)压电晶体测力仪1652．切削力实验公式

Fc,Fp、Ff——各切削分力，单位为N；CFz、CFp、CFf——公式中系数，根据加工条件由实验确定；xF、yF、nF——表示各因素对切削力的影响程度指数；KFc、KFp、KFf——不同加工条件对各切削分力的影响修正系数。

(3-6)2．切削力实验公式Fc,Fp、Ff——各切削分力，单位为N1663．单位切削力 单位切削力是切削单位切削层面积所产生的作用力。

(3-7)(3-8)3．单位切削力(3-7)(3-8)1674．切削功率主运动消耗的切削功率Pc(单位为kW)应为：

Fc——切削力，单位为N；vc——切削速度，单位为m/min。Pc——切削功率，单位为kW。

4．切削功率Fc——切削力，单位为N；168四、影响切削力的因素

（一）切削用量的影响1．背吃刀量ap与进给量fap↑→Ac成正比↑，kc不变，ap的指数约等于1，因而

切削力成正比增加

f↑→Ac成正比↑，但kc略减小，f的指数小于1，因而

切削力增加但与f不成正比如果从切削力和切削功率来考虑，加大进给量比加大切削深度有利。

四、影响切削力的因素（一）切削用量的影响如果从切削力和切削1691)在积屑瘤增长阶段

随v↑→积屑瘤高度↑变形程度↓，F↓

2)在积屑瘤减小阶段

v↑→变形程度↑，F↑3)在无积屑瘤阶段

随v↑，F↑,v中速后，温度升高，摩擦系数↓变形程度↓→F↓

2．切削速度vc速度v对F的影响在无积屑瘤阶段，v↑→变形程度↓→切削力减小1)在积屑瘤增长阶段2)在积屑瘤减小阶段3)在无积屑170（二）工件材料的影响（系数CF或单位切削力kc体现）工件材料的强度、硬度、塑性和韧性越大，切削力越大。加工脆性金属时，因变形和摩擦均较小，故切削速度对切削力影响不大。

(三)刀具几何参数影响

1.前角γ0加工塑性材料时，γ0↑→变形程度↓→F↓加工脆性材料时，切削变形很小，γ0对F影响不显著γ0＞30°γ0对F影响不显著（二）工件材料的影响（系数CF或单位切削力kc体现）加工脆1712.主偏角κr的影响（1）κr对Fc影响较小，

影响程度不超过10%

κr在60°～70°之间时，Fc最小。（2）κr对Fp、Ff影响较大Fp＝FDcosκr

Ff＝FDsinκrFp随κr增大而减小，Ff随κr增大而增大2.主偏角κr的影响（2）κr对Fp、Ff影响较大172(四)其它因素影响

1.刃倾角λs的影响（1）λs对Fc影响很小（2）λs对Fp、Ff影响较大Fp随λs增大而减小，Ff随λs增大而增大(四)其它因素影响（2）λs对Fp、Ff影响较大1732.刀尖圆弧半径rε的影响（1）rε对Fc影响很小（2）Fp随rε增大而增大Ff随rε增大而减小rε增大相当于κr减小的影响2.刀尖圆弧半径rε的影响（1）rε对Fc影响很小rε增大相1743．刀具磨损

刀具的切削刃及后刀面产生磨损后，会使切削时摩擦和挤压加剧，故使切削力Fc和Fp增大。

4．切削液

切削液润滑作用越好，力减小越显著，低速时更突出。

5．刀具材料

各种刀具材料对切削力的影响，是通过刀具材料与工件之间的亲和力、摩擦力和磨损等因素决定的。按立方氮化硼、陶瓷、涂层、硬质合金、高速钢顺序，切削力依次增大。3．刀具磨损175第三节切削热与切削温度一、切削热的来源与传散第三节切削热与切削温度176切削层金属发生弹性变形和塑性变形

切屑与前刀面、工件与后刀面间消耗的摩擦功

1、来源（3-10）切削层金属切屑与前1、来源（3-10）1772、切削热的传出Q切削热Qt刀具Qw工件Qc切屑Qm介质Q屑占50％～86％、Q刀占10％～40％、Q工占3％～9％、Q介占l％

2、切削热的传出Q切削热Qt刀具Qw工件Qc切屑Qm178二、切削温度测定原理与切削温度分布（一）切削温度测定原理

1．自然热电偶法 2、人工热电偶法二、切削温度测定原理与切削温度分布179(二)切削温度分布

1)刀-屑接触面间摩擦大，热量不易传散，故温度值最高

温度分布规律

(二)切削温度分布1)刀-屑接触面间摩擦大，温度分布规律1802)切削区域的最高温度点在前面上近切削刃处，在离切削刃1mm处的最高温度约900℃，因为在该处热量集中，压力高。在后面上离切削刃约0.3mm处的最高温度为700℃；3)切屑带走热量最多，切屑上平均温度高于刀具和工件上的平均温度，因切屑剪切面上塑性变形严重，其上各点剪切变形功大致相同。各点温度值也较接近。工件切削层中最高温度在近切削刃处，它的平均温度较刀具上最高温度点低2～3倍。2)切削区域的最高温度点在前面上近切削刃处，在离切削刃1mm181三、影响切削温度的因素

1．切削用量1）切削速度

切削速度

切削温度

增加最显著，但不成正比的增加三、影响切削温度的因素切削速度切削温度增加最显1822）进给量

进给量的增大

，切削温度上升，但切削温度随进给量增大而升高的幅度不如切削速度那样显著。2）进给量进给量的增大，切削温度上升，但切削温度1833）切削深度

虽然随着切削深度的增加，切削温度也有所增加，但是切削深度ap对切削温度的影响很小

。3）切削深度虽然随着切削深度的增加，切削温度也有所184影响程度规律是：vc增加1倍，切削温度约增32％；进给量增加1倍，切削温度增加18％；背吃刀量增加1倍，切削温度增加7％。

影响程度规律是：1852．工件材料强度硬度、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2．工件材料强度硬度、塑性和韧性越大，1863．刀具几何参数

1）前角γo的影响γo↑→变形程度↓→摩擦热↓→θ↓但γo＞20°时，因散热面积↓，对θ的影响减小3．刀具几何参数γo↑→变形程度↓→1872）主偏角κr的影响κr↑，切削刃工作长度↓刀尖角减小↓，散热面积↓→θ↑2）主偏角κr的影响κr↑，1883）刀尖圆弧半径、负倒棱的影响rε↑、bγ↑切屑变形程度↑→切削热

↑同时散热条件改善，两者趋于平衡，对θ影响很小4．切削液

浇切削液对切削温度↓刀具磨损↓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切削热录象临时放置位3）刀尖圆弧半径、负倒棱的影响rε↑、bγ↑切屑变形程189第四节刀具磨损与刀具寿命一、刀具磨损

(一)刀具磨损形式

磨损（正常工作时逐渐产生的损耗）破损（突发的破坏，随机的）1．正常磨损

(1)前面磨损第四节刀具磨损与刀具寿命磨损（正常工作时逐1．正常磨190切塑性材料，切削速度

和切削厚度较大时，在前刀面上形成月牙洼磨损，

以最大深度KT

表示(2)主后面磨损切铸铁或切削速度

和切削厚度较小切塑性材料时，主要发生这种磨损,而不产生月牙洼磨损。后刀面磨损带不均匀，刀尖部分磨损严重，最大值为VC；中间部位磨损较均匀，平均磨损宽度以VB表示；边界处磨损严重，以VN表示。切塑性材料，切削速度和切削厚度较大时，在前刀面上191(3)副后面磨损在切削过程中因副后角αo′及副偏角κr′过小，致使副后面受到严重摩擦而产生磨损。2．非正常磨损（破损）

(1)沟槽磨损

因刀具材料耐磨性不够，或加工材料表面有硬质点摩擦等所致。

(3)副后面磨损因刀具材料耐磨性192(2)切削刃细小缺口(3)塑性变形

是由于刀片硬度高、脆性增大、切削刃锋利使强度变差、断续切削或切屑碰坏造成的。切削温度过高和切削压力过大，刀头强度和硬度降低。尤其在高速钢刀具上较易出现。(2)切削刃细小缺口是由于刀片硬度切削193(4)切削刃崩裂在切削刃和前刀面上受较大冲击力作用、背吃刀量ap和进给量f过大使切削力增大，中间切人使主、副切削刃均受切削力作用，刀具前角大和强度低等情况(4)切削刃崩裂194(5)切削刃剥落

(6)热裂

常发生在硬度高、脆性大的陶瓷刀具上。并在压力和摩擦力较大情况下易产生。由热循环使材料疲劳，或因间断切削和切削液浇注不均匀使切削温度骤变，易引起前、后刀面上出现细微裂纹。(5)切削刃剥落常发生在硬度高、脆性195(二)磨损过程和磨损标准(磨损判据)

1．磨损过程曲线

1）

初期磨损阶段与刀具刃磨质量有关2）正常磨损阶段VB与切削时间近似正比斜率表示磨损强度3）急剧磨损阶段切削力、温度急升，刀具磨损加剧，之前换刀(二)磨损过程和磨损标准(磨损判据)1）初期磨损阶段1962．磨损标准

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钝标准。正常磨损VB=0.3mm后面：非正常磨损

VBmax=0.6mm前面：KT=(0.06+0.3f)mm2．磨损标准正常磨损VB=0.3mm后面：非正常磨损VB197(三)刀具磨损原因切削过程中的刀具磨损具有下列特点： (1)刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜表面。(2)接触压力非常大，有时超过被切削材料的屈服强度。(3)接触表面的温度很高，对于硬质合金刀具可达800～1000℃，对于高速钢刀具可达800～600℃。(三)刀具磨损原因1981．磨粒磨损（磨料磨损）切屑或工件表面上的硬质点（碳化物、氧化物等）对刀具表面刻划作用造成的机械磨损。低速切削时，磨料磨损是刀具磨损的主要原因1．磨粒磨损（磨料磨损）切屑或工件表面上的硬质点（碳化物、氧1992．相变磨损

刀具在较高速度切削时，由于切削温度升高，使刀具材料产生相变，硬度降低，若继续切削，会引起前面塌陷和切削刃卷曲的“塑性变形”2．相变磨损2003．粘结磨损

刀具与切屑、工件间存在高温高压和强烈摩擦，达到原子间结合而产生粘结现象，又称为冷焊。相对运动使粘接点破裂而被工件材料带走，造成粘结磨损。

在高速钢刀具的正常工作速度和硬质合金刀具偏低的工作速度下比较严重

3．粘结磨损在高速钢刀具的正常工作速度和硬质合金刀具2014．扩散磨损

扩散磨损是在高温作用下，使工件与刀具材料中合金元素相互扩散置换造成的。切削温度越高扩散越快；刀体材料亲合力越大扩散越快；高速切削时扩散磨损是刀具磨损的主要原因。4．扩散磨损切削温度越高扩散越快；刀体材料亲合力越大扩散越快202

5．氧化磨损

一定温度下，刀材与空气中的氧起化学作用，生成较软的氧化物，造成刀具磨损。

氧化磨损是边界磨损原因之一；主要发生在较高速切削条件下。5．氧化磨损氧化磨损是边界磨损原因之一；主要发生在较高速203二、刀具寿命(一)刀具寿命概念 刀具寿命T定义为刀具磨损达到规定标准时的总切削时问(单位为min)。达到正常磨损VB=0.3mm

刀具寿命：在规定加工条件下，按质完成额定工作数量的可靠性寿命为保持工件尺寸精度，通常用达到该尺寸精度的工件数量来表示的寿命达到规定承受冲击次数的疲劳寿命二、刀具寿命达到正常磨损VB=0.3mm刀具寿命：在规定加204(二)影响刀具寿命的因素1．切削速度vc 切削速度vc↑，切削温度↑，磨损↑，刀具寿命T↓。m——vc对T的影响程度指数（3-11）常数C是T=1s(或1min)时的速度,指数m由切削实验求得

(二)影响刀具寿命的因素m——vc对T的（3-11）常数C是2052．进给量f与背吃刀量ap

f和ap↑，均使T↓，但f↑后，切削温度↑较多，故对T影响较大；ap↑，改善了散热条件，故使切削温度↑少，因此对T影响较小。3．刀具几何参数的影响前角γo↑,切削温度↓,T↑；γo↑太多,强度低，散热差，T↓主偏角κr

↓副偏角κr′↓刀尖圆弧半径rε↑T↑2．进给量f与背吃刀量apT↑2064．工件材料

加工材料的强度、硬度越高和韧性越高，切削时均能使切削温度升高，刀具寿命降低。5．刀具材料 是影响刀具寿命的重要因素4．工件材料207(三)刀具寿命方程式

xT、yT——背吃刀量ap和进给量f对刀具寿命T的影响程度指数；KT——其它因素对刀具寿命影响的修正系数。(3-12)(三)刀具寿命方程式xT、yT——背吃刀量ap和进给量f对208(四)合理的刀具寿命确定原则1．最高生产率刀具寿命Tp Tp是根据切削一个零件所化时间最少或在单位时间内加工出的零件数量最多来确定。(四)合理的刀具寿命确定原则2092．最低生产成本刀具寿命Tc

Tc是根据加工零件的一道工序最低成本来确定的。2．最低生产成本刀具寿命Tc210各种刀具寿命，一般根据上述原则来制订，例如：1)简单刀具的制造成本低，故它的寿命较复杂刀具的低；2)可转位刀具的切削刃转位迅速、更换刀片简便，刀具寿命低；3)自动线、数控刀具能自动换刀，在线重磨，刀具寿命更低些；4)精加工刀具的寿命较高。各种刀具寿命，一般根据上述原则来制订，例如：211(五)刀具寿命允许的切削速度vT计算

当确定了进给量f，背吃刀量ap和其它参数后，可根据已定的刀具寿命的合理数值T再最后计算切削速度vc，该vc称为刀具寿命允许的切削速度(3-13)xv、yv——达到刀具寿命T时ap与f对vT的影响指数；KvT——达到刀具寿命T时其它因素对vT的影响系数。(五)刀具寿命允许的切削速度vT计算(3-13)xv、yv212金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题213金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题214金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题215金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题216金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题217金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题218金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题219金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题220金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题221金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题222金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题223金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题224金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题225金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题226金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题227金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题228金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题229金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题230金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题231金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题232金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题233金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题234金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题235金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题236金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题237金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题238金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题239金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题240金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题241金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题242金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题243金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题244金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题245金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题246金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题247金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题248金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题249第四章切削基本理论的应用第一节切屑控制一、切屑形状的分类第四章切削基本理论的应用第一节切屑控制250金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题251金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题252金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题253

二、切屑的流向和折断1．切屑的流向A点：主切削刃切削的终了点B点：副切削刃切削的终了点vch：切屑流速，方向垂直A、B点的连线流屑角ηc：vch流向与正交平面夹角二、切屑的流向和折断A点：主切削刃切B点：副切削刃切vch254影响流屑方向的主要参数：刀具刃倾角λs-λs：切屑流向已加工表面+λs：切屑流向待加工表面主偏角κrκr=90°时，切屑流向是偏向已加工表面

前角γo-γo切屑易流向加工工件一侧影响流屑方向的主要参数：刀具刃倾角λs-λs：切屑流向主偏角2552．切屑的折断有利于断屑的因素：切屑厚度hch↑,切屑卷曲半径ρ↓及切屑材料的极限应变值εb

↓如：断屑槽宽度LBn

↓，刀-屑接触长度l↑和断屑台高度hBn↑都可ρ↓，并有利断屑

2．切屑的折断有利于断屑的因素：切屑厚度hch↑,切屑卷曲半256三、断屑措施1．作出断屑槽1）断屑槽的型式影响断屑效果的主要参数是：槽宽LBn和槽深hBn

三、断屑措施影响断屑效果的主要参数是：槽宽LBn和槽深hBn2572）断屑槽的位置及刃倾角的作用：外倾式：-λs,切屑易折小段，并流向已加工表面平行式：λs=0,切屑呈较短盘螺旋状，并碰在加工表面上折断内斜式：+λs,使切屑流向刀具后刀面而折断2）断屑槽的位置及刃倾角的作用：外倾式：-λs,切屑易折小段258

2．改变切削用量 f↑，使切屑厚度hch↑，在切屑较易折断。 ap↑对断屑作用不大，只有当同时↑f时，才能有效地断屑。 切削速度对断屑影响较小3．其它断屑方法(1)固定附加断屑挡块(2)采用间断切削(3)切削刃上开分屑槽2．改变切削用量259

第二节工件材料的切削加工性工件材料切削加工性:是指在一定的加工条件下工件材料被切削的难易程度一、切削加工性指标1．加工材料的性能指标

材料加工性能难易程度主要决定于材料结构和金相组织，及具有的物理和力学性能第二节工件材料的切削加工性工件材料切削加工性:是指在260例45钢

1Cr18Ni9Ti例45钢1Cr18Ni9Ti2613．刀具寿命指标用刀具寿命高低来衡量被加工材料切削的难易程度。V60,V20来表示2．相对加工性指标以切削45钢，刀具寿命T=60分钟的切削速度作为标准，将某种材料的v60与其相比的比值，即

（4-1）3．刀具寿命指标用刀具寿命高低来衡量被加工材料切削的难易2．262二、常用材料切削加工性简述

（一）铸铁

白口铸铁硬度高（HBS600)，难切削；

灰口铸铁硬度适中，强度塑性小，切削力较小，但高硬度碳化物对刀具有擦伤，崩碎切屑，切削力热集中刀刃上且有波动，刀具磨损率并不低，应采用低于加工钢的切削速度。

球墨铸铁、可锻铸铁的强度塑性比灰铁高，但其切削性比灰铸铁要好

工件表面若有硬皮应进行退火处理二、常用材料切削加工性简述白口铸铁硬度高（HBS60263（二）碳素结构钢

碳素结构钢切削加工性取决于含碳量。

低碳钢硬度低，塑韧性高，变形大，断屑难，粘屑，加工表面粗糙，加工性较差；

高碳钢硬度高，塑性低及热导率低，切削力大，温度高，刀具耐用度低，加工性差；

中碳钢性能适中，加工性良好。

(三)合金结构钢

在碳素结构钢中加入合金元素，如Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti等，提高了结构钢的性能，其加工性也随着变化。（二）碳素结构钢(三)合金结构钢在碳素结构钢中加入合金元素264(四)难加工材料

1．高强度合金钢

高强度合金钢是含合金的结构钢，经过热处理均有较好综合性能金相组织多为马氏体，通常应在退火状态下切削切削高强度钢应选用高的耐热性、耐磨性和耐冲击的刀具材料2．不锈钢切削时的塑性变形大，故切削力大，切削温度高，加工硬化程度高，易与刀具中合金元素亲合，产生粘屑并易形成积屑瘤。断屑困难。刀具上温度高、导热差，使刀具产生粘结磨损和扩散磨损。切削不锈钢应选用高的耐热性、强度和耐磨的刀具材料。

(四)难加工材料高强度合金钢是含合金的结构钢，经过热处理2653．高锰钢

高锰钢的锰质量分数高达(11％～14％)强度和硬度均较高，在切削时晶格滑移和晶粒扭曲及伸长变形严重，故加工硬化很严重韧性和伸长率均很高，故切削力大，切屑不易折断热导率小，切削温度高切削高锰钢可选用耐磨性和韧性较高的硬质合金刀具4．钛合金

具有高的硬度和强度，导热性差；是高度活泼的金属

塑性变形小,屑与刀面间接触长度短，刀尖处受力大、温度集中；弹性复原大，后刀面上粘屑严重刀具易产生粘结磨损和破损刀具易产生粘结磨损和扩散磨损，刀尖又易破损切削钛合金刀具应选用亲合力小、导热性好、强度高的含钴量多、细晶粒和含稀有金属的硬质合金材料

3．高锰钢高锰钢的锰质量分数高达(11％～12665．其它难加工材料加工性特点简介

镍基高温合金----热导率低，切削力大，切削温度高，加工硬化严重，切削时刀具上粘屑严重。淬火钢和硬质合金----硬度高、塑性低、热导率小，切削时冲击力大，切削温度集中刀尖区域，刀具磨损快、破损严重。冷硬铸铁和高硅铝合金----硬度均很高、性脆，材料中分布着硬质点，耐磨性高，切屑呈崩碎状，刀刃刀尖处受冲击力大，刀具产生磨粒磨损和破损。工程陶瓷----具有高的硬度2500～3000HV、很高耐磨性和耐热性，性脆。5．其它难加工材料加工性特点简介镍基高温合金----热导率267金属切削原理与刀具(第5版)ppt课件与课后习题复习参考题268三、 改善材料切削加工性途径(一)调剂工件材料中化学元素和进行热处理

1.调整材料的化学成分钢中加硫、铅等元素；铸铁中加入铝、铜合金元素2.进行适当的热处理

低、中碳钢宜选正火处理，均匀组织，调整硬度塑性；

高碳钢宜用球化退火,降低硬度,均匀组织,改善加工性；

中碳以上的合金钢硬度较高，需退火以降低硬度；

不锈钢常要进行调质处理，降低塑性，以便加工；铸铁需进行退火处理，降低硬度,降低表皮硬度，消除内应力三、 改善材料切削加工性途径2.进行适当的热处理269(二)合理选用刀具材料高强度、超高强度钢，益选用耐磨性强的刀具材料高锰钢，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冷硬铸铁，应选用硬度、强度都好的刀具材料纯金属，可以用高速钢刀具，也可以用硬质合金刀具不锈钢和高温合金，一般宜采用YG类硬质合金钛合金，宜采用YG类合金(二)合理选用刀具材料高强度、超高强度钢，益选用耐磨性强的刀270(三)其它措施1．合理选择刀具几何参数2．保持切削系统的足够刚性3．选用高效切削液及有效浇注方式4．采用新的切削加工技术(三)其它措施271第三节切削液的选用一、切削液作用1．冷却作用↓热的产生；将热量带走。冷却性能的好坏取决于本身导热系数、比热、汽化热及流量、流速、冷却方式等。2．润滑作用摩擦干摩擦

流体润滑摩擦

边界润滑摩擦

低温低压边界润滑

高温边界润滑

高压边界润滑

高温高压边界润滑即极压润滑

第三节切削液的选用1．冷却作用↓热的产生；将热量带走。冷2724．防锈作用3．排屑和洗涤作用物理吸附膜，化学吸附膜排屑和洗涤性能的好坏，与切削液的渗透性、流动性和使用的压力有关切削液中加入防锈添加剂，使与金属表面起化学反应形成保护膜，起到防锈、防蚀作用。

当金属切削中产生碎屑(如切铸铁)或磨粉(如磨削)时，要求切削液具有良好的清洗作用及排屑和洗涤作用

4．防锈作用3．排屑和洗涤作用物理吸附膜，化学