7.3金属切削过程

任务7.3金属切削过程【知识点】1.切屑形成过程及积屑瘤的产生；2.切削力和切削功率；3.切削热和切削温度；4.刀具磨损和耐用度。【技能点】1.切屑种类和积屑廇的分析判断；2.切削热和切削温度的影响分析；3.刀具耐用度的正确选择。2

金属的切削过程是指切削刀具从工件表面切除多余材料，获得符合一定形状、尺寸精度和表面质量要求的零件的过程。

在切削过程中伴有多种物理现象产生，例如切削力、切削热、积屑廇、表面变形强化和残余应力等。

了解这方面的知识，有助于提高加工质量、提高劳动效率、降低生产成本等。7.3.1切屑的形成和积屑廇

1.切屑的形成

（1）切削过程：就是切削层材料在刀具切削刃和前角的作用下，经挤压、产生剪切滑移变形而成为切屑的过程。

（2）切屑的种类

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、节状切屑、粒状切屑、崩碎切屑

带状切屑

挤裂切屑（节状切屑）粒状切屑

崩碎切屑

（1）带状切屑

切削塑性材料、进给量（切削层厚度）较小、切削速度较高、刀具前角较大时，得到带状切屑。它在切削过程比较平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙度较小。

切削塑性较高的金属材料,例如碳素钢、合金钢、铜和铝合金时,常出现这类切屑。

特点

外形呈带状，切屑底层表面是光滑的，上层表面是毛茸茸的。带状屑：高速切削塑性金属，易緾绕，不易清除，不好，一般应力求避免长紧卷屑：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

：易勾挂牵拉，不易清除，不好

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

崩碎屑

：碎片飞出，极易伤人，磨损导轨。

（2）挤裂切屑（节状切屑）

特点

与前刀面接触的一面较光洁,其背面局部开裂成节状。

加工塑性材料、进给量（切削层厚度）较大、切削速度较低、刀具前角较小时得到挤裂切屑。

剪切面上的剪应力未全部达到最大剪应力，上层表面呈锯齿形，切削力大，已加工表面粗糙度值大，断屑效果有提高。

切削黄铜或用低速切削钢,

较易得到这类切屑。（3）粒状切屑

加工塑性材料、进给量（切削厚度）更大、切削速度更低、刀具前角更小（或为负值）易形成单元切屑。当切屑形成时，整个剪切面上剪应力超过了材料的抗拉强度，即整个单元被切离，成为梯形的粒状切屑。形成粒状切屑时切削力波动最大。单元切屑比较少见。

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

切削脆性金属时，由于材料的塑性很小、抗拉强度较低，刀具切入后，切削层内靠近切削刃和前刀面的局部金属几乎不经过塑性变形就产生脆性崩裂,形成不规则的碎块状切屑，同时使工件加工表面凹凸不平。

工件材料越脆硬，切削厚度越大时，越容易产生这类切屑。

切削铸铁、黄铜等材料,

可得到这种不规则的细粒状切屑。

第Ⅰ变形区（剪切区）：切削层金属在第一变形区发生剪切滑移转变成为切屑。

第Ⅱ变形区（磨擦区）：切削塑性材料时，由于切屑底层与刀具前刀面的挤压和剧烈摩擦，使底层金属流速减缓，形成滞流层。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。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。

2、切屑受力变形与积屑瘤（1）切削时的三个变形区

第Ⅲ变形区（挤压区）：被切削金属在刀具圆角o点以上的金属成为切屑，o点以下的金属经过挤压和摩擦产生剧烈的塑性变形，导致晶格扭曲，晶粒破碎，硬度强度提高而塑性韧性降低，这种现象称为形变强化或加工硬化。（2）积屑瘤的利与弊

积屑瘤能增大实际前角γoe

，减小切屑变形和切削力；可代替刀刃切削，保护切削刃。但是因为它形成的是圆弧刃口，对工件会产生挤压和过切现象，使实际切削厚度增大，会影响工件的尺寸精度；积屑瘤的形态是一个不断长大和脱落的动态过程，因而会增加已加工表面的粗糙度和加速刀具的磨损，并使切削力波动。因此，在加工中应当尽量避免积屑瘤，一般情况下尤其是精加工时是不希望积屑瘤产生的。

如果掌握好积屑瘤的变化规律，利用好积屑瘤，将有利于粗加工。

（3）控制积屑瘤的措施

适当提高工件材料的硬度；选用极低或高的切削速度，避免在中速切削加工；适当减小进给量；适当增大刀具前角，提高刀具的刃磨质量或减小前刀面的粗糙度；选用润滑性好的切削液等都会避免积屑瘤的产生。

切屑受力：刀具作用的正压力Fn与摩擦力Ff，合力F。

总切削力：切削力、进给力、背向力切屑上受力分析7.3.2切削力和切削功率（1）作用力分析切屑力的来源工件材料

工件材料的成分，组织、性能是影响切削力的主要因素。切削用量

对切削力影响最大的是被吃刀量，其次是进给量，切削速度对切削力的影响最小。刀具几何角度

刀具前角增大时，刀刃锋利，切屑变形形小，同时摩擦小切，削力也小。后角增大时，摩擦减小，切削力也减小。改变主偏角的大小可以改变进给力和背向力的比例。当加工细长工件时，增大主偏角，可减小背向力，从而避免工件弯曲。其他因素

使用切削液可减小摩擦，减小切削力。（2）影响切削力的因素7.3.3切削热和切削温度

1切削热的来源材料的变形热；前刀面的摩擦热；后刀面的摩擦热。2切削热的传散

通过切屑、工件、刀具和周围介质等传散。变形热+前面摩擦热+后面摩擦热=散热（切屑+工件+刀具+介质）3切削温度及影响因素

切削区域的平均温度称切削温度。其高低取决于切削热的产生与散热条件的好坏。影响切削温度的因素有切削用量工件材料刀具几何角度使用切削液刀具的磨损7.3.4刀具磨损和耐用度

1刀具磨损（1）前刀面磨损：形状为月牙洼（以最大深度KT表示）。（2）后刀面磨损：刀尖部分C区（VC表示）、中间B区（VB表示）、靠工件外表面N区（VN表示）。（3）前、后刀面同时磨损

切削塑性材料，如切削厚度适中出现。通常以较能代表刀具磨损性能的VB和VBmax来代表刀具磨损量。2刀具磨损过程及磨钝标准刀具磨损过程初期磨损阶段正常磨损阶段急剧磨损阶段刀具磨钝标准刀具磨损到一定限度就不能继续使用，这个磨损限度称为磨钝标准。国标规定以1/2背吃刀量处后刀面上测定的磨损带宽度VB值，作为刀具的磨钝标准。刀具耐用度刀具刃磨后开始切削，一直到刀具达到磨损标准所经过的总切削时间，称为刀具耐用度。用T表示，单位为min。是确定换刀时间的重要依据。

刀具耐用度是衡量材料切削加工性、刀具切削性能优劣以及刀具几何参数和切削用量选择是否合理的重要标志。

VxTm=Cv对T的影响最大，其次是f,影响最小的是ap。3刀具耐用度的选择原则。（1）根据刀具复杂程度、制造和刃磨的成本来选择。（2）对机夹可转位刀具，由于换刀时间短，刀具耐用度可选择低一些。（3）装刀、调刀、