机械制造工程学课件

《机械制造工程学》

《机械制造工程学》1概述本节要点机械制造业的发展与作用本课程的任务机械制造=中国制造?机械制造=智能制造?什么是机械制造?中国制造：

中国制造（MadeinChina、MadeinPRC）是一个全方位的概念，它不仅包括物质成分，也包括文化成分和人文内涵。

中国制造可以在广泛的商品上找到，从服装到电子产品；中国制造的商品在世界各地都有分布。

中国制造在进行物质产品出口的同时，也将人文文化和国内的商业文明连带出口到国外。智能制造：

智能制造（IntelligentManufacturing，IM）是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。

通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它把“制造自动化”扩展到柔性化、智能化和高度集成化。你是吃过香蕉吗？你吃过苹果吧？吃苹果使用的工具吃苹果使用的工具吃苹果使用的工具机械制造工业：用机器为主要手段，以金属为主要原材料进行加工的工业。机器的概念：由各种金属和非金属部件组装成的装置，消耗能源，可以运转、做功；它是用来代替人的劳动、进行能量变换、以及产生有用功。机器的构成：动力部分、传动部分、执行部分、控制部分。机械产品的制造过程使用制造设计1.1机械制造业的发展机械制造业的发展（暴风影音播放器）1.1机械制造业的发展

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(以大量生产为特征)美国福特汽车公司，为了开发新产品，广泛搜集各国名牌车，逐项分析各自优点，组织人员评出400多项优点，有80%优点体现在金牛座和黑貂车上，创出了自己的名牌。福特原来的生产线装配一辆T型车需12个半小时，他认为太慢了，决心改进，但苦无良策。后来他去参观屠宰场、罐头厂，看看他们运输材料的生产过程。在那里他看到生产线很长，整块猪肉经切碎、蒸煮、装罐，输送过程全用滑轮，不用人力，迅速简便。看了一个多小时，立即回厂，召集技术人员设计制造了装配汽车的输送带，装配一辆车的时间降为83分种，极大地提高了装配速度。1.1机械制造业的发展20世纪中期，即二战后，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与生产模式。智能制造机械制造工业是夕阳产业自上世纪50年代，随着知识经济的兴起，一些人把传统的制造业贬成为“日薄西山”的“夕阳产业”、“旧经济”，制造技术的发展受到极大的冷遇。事实果真如此吗？

结果导致美国产品的市场竞争力大大下降，整个制造业遇到国际竞争者的致命打击，大量日本、欧洲机械电子产品纷纷涌入美国市场，贸易赤字巨增，经济空前滑坡。直到80年代后期，重新重视制造技术后才挽回当时的经济形势。?(1)信息化

信息化是制造技术发展的生长点，信息技术正在以人们难以想象的速度高速发展。(2)精密化

现代高新技术产品需要高精度制造，社会的发展对机械产品的质量提出了越来越高的要求。这决定了发展精密加工、超精密加工技术是机械制造未来的一个重点。(3)集成化

现代制造业的方向并不只是计算机的集成，信息的集成，而是人、技术、组织的整体集成，包括功能集成、组织集成、信息集成、过程集成、知识集成和企业间的集成。(4)柔性化

柔性化不仅是指企业的制造技术柔性化，还包括生产方式柔性化，管理模式柔性化。(5)动态化

由于先进制造技术本身是针对一定的应用目标、不断吸收各种高新技术逐渐形成、不断发展的新技术，因而其内涵不是绝对的和一成不变的。

进入21世纪，制造技术的发展趋势：(6)虚拟化

指在计算机内对产品、工艺和整个产品的性能进行仿真、建模和分析，在虚拟制造环境中生成软产品原型，代替传统的硬样品进行试验，对其性能和可制造性进行预测和评价，从而缩短产品的设计与制造周期，降低产品的开发成本，提高对市场变化的响应能力。(7)智能化

指综合利用各个学科、各种先进技术和方法，解决和处理制造系统中的各种问题。系统能领会设计人员的意图，能够检测失误，回答问题，提出建议方案等。(8)绿色化

绿色制造技术是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源利用的一种现代制造模式。(9)快速化

指对市场的快速响应，对生产的快速重组。它要求生产模式有高度的柔性与高度敏捷性。快速化能强有力地推动着制造技术的进步与发展，它是先进制造技术发展的“动力”。

(10)全球化

先进制造技术的竞争正在导致制造业在全球范围内的重组，新的制造模式不断出现，更加强调实现优质、高效、清洁、灵活的生产。进入21世纪，制造技术的发展趋势：制造业在国民经济中的作用1.2机械制造业在国民经济中的地位机械工业在国民经济中的地位、任务和作用【支柱产业】【

提供技术装备】【促进经济发展】纺织机械动力机械家用电器通讯设备出版印刷网络媒体文化娱乐冶金机械建筑机械交通工具环保设备军事装备医疗设备机器制造农业机械化工设备制造业

当今制造业的社会功能1.2机械制造业在国民经济中的地位1.2机械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。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。美国在一段相当长时间内忽视了制造技术的发展，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。

2014年－美国制造业发展新动力

德国机床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：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

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，生产率低下，科技投入严重不足。

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。

1.3我国机械制造业面临的机遇和挑战全球冲程最大的船用曲轴，李克强测量其精度1.3我国机械制造业面临的机遇和挑战1.3我国机械制造业面临的机遇和挑战中国钢企研发圆珠笔头1.3我国机械制造业面临的机遇和挑战中国为什么不受发达国家待见?原因很简单，因为中国是一个奋发向上的国家。过去100年，由欧美澳日组成的发达国家俱乐部始终只有为数不多的成员，其中人口大国更是寥寥无几。例如韩国，只有5000万人，而且其产业主要冲击的是日本，所以列强还能忍，中国的体量是韩国的20多倍，从欧美到日韩统统受到冲击，发达国家会怎么想？中国给发达国家带来的冲击主要是三点：（1）中国产业的全面性，导致中国同许多发达国家有竞争。

西方发达国家（含日本）总共十几亿人，就单个国家来看，其人口体量无法支撑全面工业。因此他们的工业体系是在多个发达国家之间分工的。1.3我国机械制造业面临的机遇和挑战中国为什么不受发达国家待见?例如，美国的造船工业，只剩下军用造船，民用造船基本退出了世界市场竞争，游轮买欧洲的，商船买亚洲的。导致美国军舰造价奇高无比，造船厂没有民用订单，都靠军队养，美国高昂的军费，相当一部分就是这样被用掉的。又如，德国的智能手机、笔记本电脑、平板电脑、芯片制造和封装、液晶面板这些产业都比较弱。再如，日本，卫星导航、民航客机、航空发动机、智能手机芯片设计、通讯设备、无人机、互联网这些产业普遍较弱，航天工业没有全球航天测绘网、载人航天和空间站。再比如军事工业，美国一家独大，航空母舰、四代机、超高音速飞行器、无人机、洲际导弹、核潜艇，这些主战武器其他国家难以望其项背。1.3我国机械制造业面临的机遇和挑战中国为什么不受发达国家待见?中国：上面列举的各个产业全部都有，而且都不差。除了这些高技术制造业，技术要求相对低端的玩具、服装、家具、水泥、玻璃、纺织等产业，美日德这些发达国家早就放弃了，而中国照样通吃，而且占了世界一半以上的份额。（2）中国工业不仅是个全能型选手，而且许多产业都能进入世界前五，很多是世界前三甚至第一。以时下最前沿的云计算、大数据、人工智能为例，中国凭借着阿里，华为，腾讯，百度等紧追美国。德意志银行2016年5月公布的报告，世界三强是美国亚马逊、微软和中国阿里巴巴。再比如液晶面板，论产值和利润中国仅次于韩国，普通人印象中牛得不得了的日本液晶产业，现在只有JDI一家，份额不到全球10%，2016年还在裁员……1.3我国机械制造业面临的机遇和挑战中国为什么不受发达国家待见?再比如服务器，2016年Q3全球出货前五是惠普、戴尔、联想、华为、浪潮，都是中美企业，日本和德国都没有。1.3我国机械制造业面临的机遇和挑战中国为什么不受发达国家待见?（3）在全产业链和发达国家竞争的情况下，中国工业还在高速增长，而发达国家增速放缓。中国和发达国家人均工业产值最高之一的日本对比，2015年中国人均工业产值已经是日本的40%，保持6%的增速，追平日本并不遥远。液晶面板排在中国进口主要工业品的第三位，而到现在包括液晶面板的核心材料和生产设备在内，例如玻璃基板、偏光片等，已经逐步实现国产化，替代液晶面板技术的下一代OLED显示技术，中国目前进度仅次于韩国。汽车和汽车零部件进口排在中国进口工业产品的第二位，国产汽车自主品牌势头已经起来了，国内各大车企对汽车的投资也是天量，这个产业也在逐渐向上攀爬。1.3我国机械制造业面临的机遇和挑战中国为什么不受发达国家待见?空调，2004年，中国空调的龙头企业格力电器实现销售收入138.32亿元，比上年增长37.74％，实现净利润4.20亿元，比上年增长22.74％，净利润率为3%。而到2015年，格力营收977.45亿元，净利润125.32亿元，净利润率高达13%。10年间收入增长了7倍，利润增长了30倍，净利润率提高了4倍。全球市场占有率2015年也增长到了23.1%，跃居世界第一，同时期美的、海尔空调的全球份额也在增加。那么谁的份额被抢走了？欧洲、美国、日本的家电企业。中国还在进一步扩大世界市场份额。以2016年上半年为例，格力空调出口增幅高达17亿美元，增长24.5%。如果算上在巴西等海外工厂，格力来自海外的销售额更高。世界空调生产企业主要就是中国、韩国、日本，格力出口的增长，就是在挤压日本韩国的份额。1.4本课程的内容和学习要求本课程主要介绍机械产品的生产过程及生产活动的组织、机械加工过程及其系统。以机械制造工艺为主线，将机械设备、刀具、夹具、加工质量有机地结合在一起，系统地介绍：金属切削原理金属切削机床与刀具机械制造工艺学与机床夹具设计机械工业的制造方法

传统的制造方法

热加工：铸造、塑性加工、焊接、热处理、表面改性等冷加工：切削加工、特种加工等

现代制造技术

以机械为主体，交叉融合了光、电、声、信息、材料、管理等学科的综合体，并与社会科学、文化、艺术等关系密切1.4本课程的内容和学习要求(1）掌握金属切削的基本规律，并能对加工方法、机床、刀具、夹具及各种切削参数和刀具几何参数进行合理选择，对加工质量进行正确分析；(2）掌握常用机械加工方法的工作原理、工艺特点、质量保证措施；(3）掌握拟订机械加工工艺规程、机器装配工艺规程拟订的基本知识及有关计算方法，具有拟订中等复杂程度零件机械加工工艺规程的能力；(4）掌握机械加工精度和表面质量的基本理论和基本知识，初步具备分析解决现场工艺问题的能力；(5）了解先进制造技术和先进制造模式的发展概况，初步具备对制造系统、制造模式选择决策的能力。学习要求：唐宗军，机械制造基础，机械工业出版社，2000李伟等，机械制造工程学，机械工业出版社，2009黄健求等，机械制造技术基础，机械工业出版社，2005卢秉恒，机械制造技术基础，机械工业出版社，2005周泽华，金属切削原理，上海科技出版社，1994吴圣庄，金属切削机床概论，机械工业出版社，1989鄂峻桥，互换性与测量，辽宁科技出版社，1990参考资料清华博士梁值，超牛挖掘机演讲制造兴邦：课程名称：机械制造工程学；使用教材：机械制造基础，沈阳工业大学唐宗军，机械工业出版社。上课时间：1-16周；期间要做8课时的实验，由班长和姚华老师联系，确定时间。

姚华老师工培中心楼314#期末考试时间：学校统一安排。考核成绩总成：课堂检查、作业等平时成绩：10%期末考试：90%友情提醒工件与刀具之间要有相对运动----切削运动；切削过程必须具备的三条件：刀具材料必须具有一定的性能；刀具必须具有适当的几何参数----切削角度。《机械制造工程学》切削运动工件加工表面切削用量刀具几何参数主运动、进给运动三个变化的表面三要素刀具组成要素、刀具标注角度及其参考平面和参考系《机械制造工程学》切削运动：刀具与工件间的相对运动，用以切除工件毛坯上多余的金属。2.1切削运动进给运动：使主运动能够不断地切除工件上多余的金属，以形成工件的新表面所需要的运动。主运动：主运动是使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本运动。

主运动的速度最高，消耗功率最大。待加工表面：指工件上即将被切去的表面。随切削的继续，待加工表面逐渐减小，直至全部切去。2.2工件加工表面切削表面：指刀刃正切削着的表面。切削表面处于待加工表面和已加工表面间。在切削过程中，切削表面是不断变化的。已加工表面：刀具切削后在工件上形成的新表面。1.切削速度v：切削加工时，刀刃上选定点相对工件的主运动速度。

(m/s或m/min)主运动为旋转运动v=

πdn

/1000

往复运动v=2Lnr/10002.3切削用量三要素2.进给量f：主运动每转一周或一个行程时，工件和刀具两者在进给运动方向上的相对位移量。

(mm/r或mm/双行程)

进给速度

vf

=nf

=nfzz

（mm/s或mm/min)3.背吃刀量(切削深度)

ap：工件上，已加工表面和待加工表面间的垂直距离。

车削外圆时

ap=(dw-dm)/2

钻孔时

ap=dm/2

例题：解：

v=πdn

/

1000=π·62·4/1000

=0.779m/sf=vf/n

=2/4=0.5mm/rap=(dw-dm)/2

=

(62-56)/2

=3mmt=(L+L1+L2)

/vf=(110+3+0)/2

=

56.5

s车外圆时工件加工前直径为62mm，加工后直径为56mm，工件转速为4r/s，刀具每秒钟沿工件轴向移动2mm，工件加工长度为110mm，切入长度为3mm，求v、f、ap和切削工时t。2.4刀具几何参数2.4.1车刀的组成要素2.4刀具几何参数两刃

主切削刃S

副切削刃S′2.4.1车刀的组成要素前刀面：直接作用于被切削的金属层；切屑沿该面流出。后刀面：与切削表面相作用的相对表面。副后刀面：与已加工表面相作用的相对表面。三面前刀面

后刀面

副后刀面一尖过渡刃：刀尖刀尖：实际磨刀时，常磨成小直线或圆弧。刀具标注角度参考系

(刀具静止参考系)设计、制造、测量角度时的基准刀具工作角度参考系实际切削中确定角度的基准vc2.4刀具几何参数2.4.2确定刀具切削角度的参考系刀具的参考平面2.4刀具几何参数2.4.2确定刀具切削角度的参考系基面：通过主切削刃上选定点，垂直于主运动方向的平面。平行或垂直于刀具在制造、刃磨时便于安装。切削平面：通过主切削刃上选定点，与工件切削表面相切的平面。正交平面：通过主切削刃上选定点，垂直于基面和切削平面的平面。法平面：通过主切削刃上选定点，垂直于切削刃的平面。2.4.2确定刀具切削角度的参考平面假定工作平面：通过主切削刃上选定点，平行于进给运动方向，并垂直于基面的平面。背平面：通过主切削刃上选定点，垂直于基面和假定工作平面的平面。(1)正交平面参考系

pr、ps、po(2)法平面参考系

pr、ps、pn(3)假定工作平面参考系

pr、pp、pf2.4.2确定刀具切削角度的参考系基面切削平面正交平面法平面基面假定工作平面背平面2.4刀具几何参数2.4.3刀具的标注角度2.4.3刀具的标注角度在正交平面内标注的角度

前角：在正交平面内，前刀面与基面之间的夹角。后角：在正交平面内，后刀面与切削平面之间的夹角。楔角：在正交平面内，前刀面与后刀面之间的夹角。在切削平面内标注的角度

轫倾角：在切削平面内，主切削刃与基面之间的夹角。在基面内标注的角度

主偏角：主切削刃在基面上的投影，与进给运动方向的夹角。副偏角：副切削刃在基面上的投影，与进给运动反方向的夹角。刀尖角：在基面内，主切削刃与副切削刃之间的夹角。在正交平面参考系中的标注角度“一刃四角”（5）副偏角（6）副后角

派生角度：楔角、刀尖角余偏角（4）主偏角（2）后角（3）刃倾角（1）前角（1）主偏角（2）刃倾角（3）法前角（4）法后角“一刃四角”（5）副偏角（6）副后角在法平面参考系中的标注角度（1）主偏角（2）进给前角（3）进给后角（4）背前角（5）背后角（6）副偏角在进给切深平面参考系中的标注角度关于刀具角度与运动方向直角切削：λs＝0的切削，主切削刃与切削速度方向垂直。斜角切削：λs

≠

0的切削，主切削刃与切削速度方向不垂直。关于刃倾角基面切削平面基面切削平面刃倾角对排屑的影响（1）横向进给运动的影响2.4.4刀具的工作角度进给运动对刀具工作角度的影响①当进给量f一定时，

d值↓，μ值↑，接近中心，为负值。②当f↑，μ值↑横车时f不宜过大，并应适当加大（2）纵向进给运动的影响在正交平面内工作角度：f↑或dw↓时，μf、μ均↑车右螺纹时左侧刃，在假定工作平面内：

车削右螺纹时，左侧刀刃应↑(α左8°α右2°)，右侧刀刃应↑刀具安装位置对工作角度的影响（1）刀具安装高低的影响在正交平面内：在背平面内：刀具安装位置对工作角度的影响假定：车刀λs＝0,刀尖高于工件中心若刀尖低于工件中心，角度变化与上述相反。（1）刀具安装高低的影响（2）刀杆中心线与进给方向不垂直的影响=+G

=-G=-G

=+G

级金属碳化物(WC[碳化钨]、TiC[碳化钛]、TaC[碳化钽]、NbC

[碳化铌]等)＋金属粘接剂

(Co、Ni等)高压成形后，高温烧结而成。大多数的车刀、铣刀、深孔钻、铰刀、齿轮滚刀等

硬度、耐热性、耐磨性很高，切削速度远高于高速钢，加工效率高。可加工淬火钢等抗弯强度低、韧性差，抗冲击振动性能差制造工艺性差分类K(YG)短切屑黑色金属有色金属非金属

(WC)+(Co)2.硬质合金2.6.3常用刀具材料的种类及特性P(YT)类加工长切屑的黑色金属(WC+TiC)

+(Co)M

(YW)类钢材、铸铁等有色金属非金属(WC)

+TiC+TaC+(Co)常用牌号有P01、P10、P20、P30等，数字越大，TiC含量越少，耐磨性越低而韧性越高；P01精加工、P10半精加工，P40粗加工；不能用于切削含Ti元素的不锈钢。工件与刀具之间要有相对运动----切削运动；切削过程必须具备的三条件：3.刀具材料必须具有一定的性能。2.刀具必须具有适当的几何参数----切削角度；《机械制造工程学》《机械制造工程学》2.6刀具材料本节要点刀具材料的要求刀具材料的类型2.6刀具材料刀具材料是指刀具切削部分的材料。刀具能否胜任金属切削加工，取决于构成刀具切削部分的材料、切削部分具有合理的几何角度和合理的结构。在切削过程中，刀具切削部分由于受切削力、切削热和摩擦的综合作用而磨损。一把好的刀具不仅要锋利，而且还要经久耐用，不易磨损变钝。刀具切削性能的优劣对于切削加工生产率的高低，刀具耐用度的长短，刀具材料的消耗，加工成本的多少，工件加工精度及表面质量的好坏等均有极其密切的关系。能不能切削？能不能持续切削？生产率？加工质量？经济性？2.6.1刀具材料的发展过程20世纪前：用碳素钢作刀具材料，切削速度低。

20世纪初：出现高速钢，使切削速度提高了6倍，随后又有硬质合金问世，进一步提高了切削加工的生产率。近几十年：刀具新材料的发展更快更多，有高性能高速钢、碳化钛基硬质合金、表面涂层硬质合金、涂层高速钢、人造金刚石、立方氮化硼和陶瓷刀片等。使刀具耐用度几倍甚至几十倍地提高。特别地，对于过去只能用很低切削速度或者不能切削的难加工材料工件，已可以进行高效率的加工，同时使加工表面质量达到较高水平。

1.高的硬度和耐磨性常温硬度60HRC以上，耐磨性是硬度、组织结构及化学性能等的综合反映。2.足够的强度和抗冲击韧性承受切削力、抵抗冲击和振动，防止刀具脆性断裂。3.高的耐热性高温硬度、强度、耐磨性，抗氧化性、抗扩散粘结性等4.良好的导热性和工艺性为便于刀具的制造，要求有良好的可加工性，如锻造性能、磨削性能、热处理性能等5.经济性2.6.2刀具材料必须具备的性能另外，用于切削加工自动化的数控机床，对于刀具磨损及耐用度等指标应具有良好的可预测性。碳素工具钢合金工具钢高速钢硬质合金陶瓷金刚石立方氮化硼常用刀具材料主要有：}耐热性差，用于低速切削，如手工工具}仅用于特殊场合的加工2.6.3常用刀具材料的种类及特性

1898年，美国机械与管理工程师泰勒和冶金学家怀特研制发明了高速钢，并做了系统切削试验。当时确定的高速钢成分为C-0.67%，W-18.91%，Cr-5.47%，Mn-0.11%，V-0.29%，与现在的W18Cr4V成分很接近。高速钢刀具可用30m/min的速度切削钢材，其效率比碳素工具钢和合金工具钢提高了好几倍，为美国当时的机械工业生产赢得了巨大的经济效益。W18Cr4V高速钢的热塑性不好，由于麻花钻热轧工艺的需要，后来研制成功了W6Mo5Cr4V2高速钢，此外，还有W9Mo3Cr4V。这三种高速钢的切削性能和力学性能近似，称为通用型。

20世纪中叶以后，科学技术迅速发展，各种难加工材料不断涌现，通用高速钢的性能已不复使用，于是高性能高速钢和粉末冶金高速钢相继出现，使高速钢刀具材料的性能得到了很大提高。高速钢刀具的综合性能好，可加工性优于其他刀具材料，各种刀具都可用高速钢制作；加上它的性能不断提高，至今仍是用得最多的刀具材料之一。1.高速钢2.6.3常用刀具材料的种类及特性（2）高性能高速钢（增加碳量、钒量，添加钴铝等，66～70HRC）

9W18Cr4V、W6Mo5Cr4V3、W6Mo5Cr4V2Co8、W2Mo9Cr4VCo8、W6Mo5Cr4V2Al、W10Mo4Cr4V3Al

主要用于难加工材料的加工，加工普通材料可达90m/min.（1）通用型高速钢（含碳量0.7～0.9%，62～66HRC，工艺性好）钨系高速钢

W18Cr4V、W14Cr4MnRE

抗冲击，可磨性好：复杂刀具钼系高速钢W6Mo5Cr4V2

抗弯强度好，高温塑性好：热轧刀具主要用于一般材料的常规加工，速度不高于50m/min.

在碳素工具钢中加入了较多的钨、钼、钒、铬等合金元素所构成的高合金工具钢。耐热性在600～700°C。通常：碳元素的质量占0.7%～1.6%；

Cr元素的质量占4%左右；Mo、Cr、V、Co等合金元素占10%～40%。1.高速钢2.6.3常用刀具材料的种类及特性按切削性能的不同，分：优点：碳化物颗粒小、分布均匀性好、强度及韧性好。不足：过热敏感性高，热处理时氧化脱碳(淬火温度范围榨)，可加工性稍差。优点：较低的过热敏感性，可热塑变温度范围宽，抗氧化脱碳能力强，工艺性良好不足：导热性、热塑性较差，韧性低。目前已较少使用优点：综合性能好，硬度高达70HRC，高温硬度也高，可磨削性好，适用于切削高温合金。不足：脆性大，易崩刃。

级金属碳化物(WC[碳化钨]、TiC[碳化钛]、TaC[碳化钽]、NbC

[碳化铌]等)＋金属粘接剂

(Co、Ni等)高压成形后，高温烧结而成。大多数的车刀、铣刀、深孔钻、铰刀、齿轮滚刀等

硬度、耐热性、耐磨性很高，切削速度远高于高速钢，加工效率高。可加工淬火钢等抗弯强度低、韧性差，抗冲击振动性能差制造工艺性差分类K(YG)短切屑黑色金属有色金属非金属

(WC)+(Co)2.硬质合金2.6.3常用刀具材料的种类及特性P(YT)类加工长切屑的黑色金属(WC+TiC)

+(Co)M

(YW)类钢材、铸铁等有色金属非金属(WC)

+TiC+TaC+(Co)常用牌号有P01、P10、P20、P30等，数字越大，TiC含量越少，耐磨性越低而韧性越高；P01精加工、P10半精加工，P40粗加工；不能用于切削含Ti元素的不锈钢。常用硬质合金牌号及应用范围牌号应用范围K01硬度、抗弯耐磨强度、性、韧性、切削进给速度量特硬灰铸铁、淬火钢、有色金属、钛合金的高速精加工K10高硬度铸铁、有色金属及合金的精、半精加工K20低硬度铸铁、有色金属及合金中速精加工、半精加工K30低硬度灰铸铁、低强度钢在不利条件下的低速粗加工K30有色金属及合金在不利条件下粗加工，可用于断续切削P01硬度、抗弯耐磨强度、切削韧性、速度进给钢、铸钢的高速、小切屑截面、无振动条件下精加工P10钢、铸钢的高速、中小截面时，车削铣削半精加工P30钢、铸钢的低速、大切屑及不利条件的低速粗加工M10同上钢、铸钢、锰钢、铸铁和合金铸铁中、高速车削加工M20锰钢、铸钢、不锈钢、灰铸铁中速中截面车削半精加工M30同上钢、铸钢、耐高温合金中速中截面的车削、铣削粗加工M40低强度钢、有色金属的车削、切断，适合自动机床加工新型硬质合金简介1.调整化学成份，提高综合性能添加TaC、NbC；添加稀土元素；TiC(N)基，高速钢基等2.涂层硬质合金（可转位刀片）

TiC涂层、TiN涂层、复合涂层、陶瓷涂层3.细晶粒和超细晶粒硬质合金其它刀具材料简介1.陶瓷（硬、脆、价格低）普通陶瓷、复合氧化铝陶瓷、复合氮化硅陶瓷，适于精加工2.金刚石（最硬、耐磨性好，耐热性较差800℃

加工陶瓷、硬合金、有色金属等，不适于铁系金属加工3.立方氮化硼硬度仅次于金刚石，化学稳定性、耐热性好，加工淬火钢等金属切削过程：指刀具从工件表面上切除多余金属，从开始形成切屑到形成已加工表面为止这一完整过程。概念机械制造：用机器为主要手段，以金属为主要原材料进行加工。《机械制造工程学》3.1切削层的变形本节要点切屑的形成过程刀-屑接触区的变形与摩擦积屑瘤刀-工接触区的变形与加工质量切屑的类型以塑性材料的切屑形成为例，进行说明。

3.1.1切屑的形成过程挤压、滑移、挤裂、切离切削开始时，切削刃和前刀面在接触点处开始挤压工件，工件内产生的应力、应变；随着切削运动的继续，挤压作用不断增加，晶粒被拉长，工件内的应力和应变逐渐增大，当应力达到材料的屈服极限时，被切削层的金属开始沿切应力最大的方向滑移，产生塑性变形；随着滑移的产生，切应力不断增大，当滑移到4的位置时，应力与应变达到最大值，被切削层金属与本体切离，形成切屑。切屑根部金相照片M刀具切屑OA终滑移线始滑移线：τ=τsΦ剪切角金属切削变形过程（一）第一变形区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，第一变形区宽度为0.02～0.2mm，速度越高，宽度越小，可看作一个剪切平面。（剪切滑移区）金属切削过程的三个变形区：第一变形区：剪切滑移区第二变形区：切屑的挤压摩擦区第三变形区：工件的挤压摩擦回弹区

（二）第二变形区

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。（挤压摩擦区）特点：切屑沿前刀面缓慢流出，晶粒被进一步拉长，沿前刀面方向纤维化：切屑底边长度增加，切屑向外侧卷曲。切屑底层与前刀面的强烈摩擦，对切削力、切削热、积屑瘤的形成与消失，以及对刀具的磨损都有直接影响。（三）第三变形区

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。（挤压摩擦回弹区）第三变形区，对已加工表面的质量和刀具的磨损都有很大的影响。刃前区：三个变形区汇集在切削刃附近，此处的应力集中而复杂，被切削层在此与工件本体材料分离。在切屑与工件本体分离时，分离点O与刃口最低点K之间的一层薄金属没有被切下，仍然留在了工件上，并在经受了刃口圆弧的挤压变形后，流经刀具的后刀面，产生弹性恢复，成为已加工表面。已加工表面的形成1.剪切角Φ

：剪切面与切削速度方向之间的夹角。

2.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=ctanΦ+tan(Φ-γ0）3.切削厚度压缩比Λh：切屑厚度与切削层厚度的比值。

Λh＝MB/MA

＝sin(π/2

-

Φ+

γ0）/sinΦ

＝cos(Φ-

γ0）/sinΦ可以看出：

γ0↑

，Φ↑→Λh↓ε↓

3.1.2变形程度的表示方法图3-3剪切变形示意图AB3.1.3刀-屑接触区的变形与摩擦滞流层：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。切塑性金属时前刀面上应力分布：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%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积屑瘤对精加工是不利的，应避免它产生：降低工件材料塑性；合理选切削速度；增大前角；减小进给量；采用润滑液等切屑刀具积屑瘤积屑瘤成因◆

一定温度、压力作用下，切屑底层与前刀面发生粘接◆粘接金属严重塑性变形，产生加工硬化◆

增大前角，保护刀刃◆

影响加工精度和表面粗糙度滞留—粘接—长大积屑瘤形成过程积屑瘤影响切屑刀具积屑瘤积屑瘤3.1.4刀-工接触区的变形与加工质量

刀刃存在钝圆半径

rn，刀具磨损时，rn增大；后刀面磨损棱带VB，其aoe=0°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。

已加工表面的金属纤维被拉伸得又细又长，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。金属切削过程残余应力

◆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◆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加工硬化

切屑类型带状切屑挤裂切屑节状切屑崩碎切屑图3-6切屑形态照片3.1.5切屑的类型及控制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3-1切屑类型及形成条件3.1.5切屑的类型及控制3.1.5切屑的类型及控制从变形角度，可将切屑归纳为四种形态：切塑性材料

带状切屑挤裂切屑单元切屑切削平稳，力波动小滑移量较大，局部切削不平稳，力波动大加工面光洁，断屑难剪应力达断裂强度加工表面粗糙少见↑γ0↑v↓ac↓γ0↓v↑ac↓γ0↓v↑ac↑γ0↑v↓ac切脆性材料不平稳,表面粗糙应↑γ0↑v↓ac金属切削过程：指刀具从工件表面上切除多余金属，从开始形成切屑到形成已加工表面为止这一完整过程。概念机械制造：用机器为主要手段，以金属为主要原材料进行加工。《机械制造工程学》3.1切削层的变形本节要点切屑的形成过程刀-屑接触区的变形与摩擦积屑瘤刀-工接触区的变形与加工质量切屑的类型以塑性材料的切屑形成为例，进行说明。

3.1.1切屑的形成过程挤压、滑移、挤裂、切离切削开始时，切削刃和前刀面在接触点处开始挤压工件，工件内产生的应力、应变；随着切削运动的继续，挤压作用不断增加，晶粒被拉长，工件内的应力和应变逐渐增大，当应力达到材料的屈服极限时，被切削层的金属开始沿切应力最大的方向滑移，产生塑性变形；随着滑移的产生，切应力不断增大，当滑移到4的位置时，应力与应变达到最大值，被切削层金属与本体切离，形成切屑。切屑根部金相照片M刀具切屑OA终滑移线始滑移线：τ=τsΦ剪切角金属切削变形过程（一）第一变形区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，第一变形区宽度为0.02～0.2mm，速度越高，宽度越小，可看作一个剪切平面。（剪切滑移区）金属切削过程的三个变形区：第一变形区：剪切滑移区第二变形区：切屑的挤压摩擦区第三变形区：工件的挤压摩擦回弹区

（二）第二变形区

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。（挤压摩擦区）特点：切屑沿前刀面缓慢流出，晶粒被进一步拉长，沿前刀面方向纤维化：切屑底边长度增加，切屑向外侧卷曲。切屑底层与前刀面的强烈摩擦，对切削力、切削热、积屑瘤的形成与消失，以及对刀具的磨损都有直接影响。（三）第三变形区

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。（挤压摩擦回弹区）第三变形区，对已加工表面的质量和刀具的磨损都有很大的影响。刃前区：三个变形区汇集在切削刃附近，此处的应力集中而复杂，被切削层在此与工件本体材料分离。在切屑与工件本体分离时，分离点O与刃口最低点K之间的一层薄金属没有被切下，仍然留在了工件上，并在经受了刃口圆弧的挤压变形后，流经刀具的后刀面，产生弹性恢复，成为已加工表面。已加工表面的形成1.剪切角Φ

：剪切面与切削速度方向之间的夹角。

2.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=ctanΦ+tan(Φ-γ0）3.切削厚度压缩比Λh：切屑厚度与切削层厚度的比值。

Λh＝MB/MA

＝sin(π/2

-

Φ+

γ0）/sinΦ

＝cos(Φ-

γ0）/sinΦ可以看出：

γ0↑

，Φ↑→Λh↓ε↓

3.1.2变形程度的表示方法图3-3剪切变形示意图AB3.1.3刀-屑接触区的变形与摩擦滞流层：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。切塑性金属时前刀面上应力分布：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%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积屑瘤对精加工是不利的，应避免它产生：降低工件材料塑性；合理选切削速度；增大前角；减小进给量；采用润滑液等切屑刀具积屑瘤积屑瘤成因◆

一定温度、压力作用下，切屑底层与前刀面发生粘接◆粘接金属严重塑性变形，产生加工硬化◆

增大前角，保护刀刃◆

影响加工精度和表面粗糙度滞留—粘接—长大积屑瘤形成过程积屑瘤影响切屑刀具积屑瘤积屑瘤3.1.4刀-工接触区的变形与加工质量

刀刃存在钝圆半径

rn，刀具磨损时，rn增大；后刀面磨损棱带VB，其aoe=0°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。

已加工表面的金属纤维被拉伸得又细又长，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。金属切削过程残余应力

◆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◆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加工硬化

切屑类型带状切屑挤裂切屑节状切屑崩碎切屑图3-6切屑形态照片3.1.5切屑的类型及控制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3-1切屑类型及形成条件3.1.5切屑的类型及控制3.1.5切屑的类型及控制从变形角度，可将切屑归纳为四种形态：切塑性材料

带状切屑挤裂切屑单元切屑切削平稳，力波动小滑移量较大，局部切削不平稳，力波动大加工面光洁，断屑难剪应力达断裂强度加工表面粗糙少见↑γ0↑v↓ac↓γ0↓v↑ac↓γ0↓v↑ac↑γ0↑v↓ac切脆性材料不平稳,表面粗糙应↑γ0↑v↓ac3.2切削力本节要点切削力的计算切削力的影响因素3金属切削过程

3.2.1切削力概述切屑的受力分析前刀面上的法向力Fn、摩擦力Ff；剪切面上的正压力Fns、剪切力Fs。这两对力的合力互相平衡。?在直角自由切削的情况下，作用在切屑上的力：（1）自由切削与非自由切削自由切削：只有一条直线切削刃参加切削工作，切削金属的变形基本上发生在二维平面内。非自由切削中，切削刃为曲线，或有几条切削刃（包括副切削刃）都参加了切削，金属变形更为复杂，且发生在三维空间内。（2）直角切削与斜角切削直角切削：指主切削刃的刃倾角λs=0的切削。此时，主切削刃与切削速度向量成直角，故又称它为正交切削。斜角切削是指刀具主切削刃的刃倾角λs≠0的切削。

3.2.1切削力概述切削力的概念金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形成为切屑所需要的力。切削力的来源被切削材料的弹性、塑性变形抗力刀具与切屑、工件表面之间的摩擦力κrFcFFpFf·pFfFf·pFf·pfv图3-15切削力的分解F切削合力Fc主切削力Fp吃刀抗力Ff进给抗力

将切削合力F分解为三个互相垂直的分力Fc

、Ff

、Fp

Fc—主切削力，与切削速度方向一致

Ff—进给力，与进给方向平行，车外圆时称为轴向力

Fp—背向力(切深抗力)，与进给方向垂直，又称径向力切削力的分解一般情况下，Fc最大，Fp次之，Ff最小。随切削条件的不同，Fp、Ff与Fc的比值在一定范围内变动。Fp

=

(0.15～0.7)FcFf

=(0.1～0.6)Fc切削分力的大小3.2.2切削力与切削功率的计算（一）用指数经验公式计算切削力（二）用切削层单位面积切削力计算切削力单位面积切削力

可查手册

∴Fc=

kcAcKFcKFc为切削条件修正系数

CFc、CFf、CFp与工件材料切削条件有关的系数；

xFc、yFc、zFc等为指数，均可在切削用量手册中查到；

kFc、kFf、kFp为切削条件修正系数。（三）计算切削功率工作功率Pe：在切削加工过程中所消耗的功率

Pe

=

Pc

+

Pf

≈

Pc注：背向力Fp在受力方向不运动，即速度为0，故不做功。切削功率Pc：主运动消耗的功率进给功率Pf：进给运动消耗的功率工作功率PePe＝Pc＋Pf

＝Fcv+Ffnwf10-3≈Fcv

（W）式中Fc、Ff为切削力、进给力（N）；

v为切削速度（m/s）；

nw为工件转速（r/s）；

f为进给量（mm/r）2.电动机功率PmPm

>

Pc/ηmηm为机床传动效率用测力仪直接测得作用在刀具上的切削分力Fc和Fp，在忽略被切材料对刀具后刀面作用力的条件下，即可求得β，进而可近似求得前刀面与切屑间的摩擦系数μ。切屑的受力分析前刀面对切屑作用的摩擦角β3.2.3影响切削力的因素（一）工件材料的影响（二）刀具几何参数的影响（三）切削用量的影响（四）刀具磨损的影响（五）切削液的影响（六）刀具材料的影响3.2.3影响切削力的因素（一）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、硬度越高，则材料的屈服强度越大，虽然切削变形有所减小，但切削力还是会明显变大。与45钢相比，加工35钢的切削力，减小13%；与正火钢相比，加工调质钢和淬火钢切削力，明显要高。对于强度和硬度相近而塑性、韧性大的材料，切削时产生的变形大，切屑与切具间的摩擦增加，切削力也就大。不锈钢Cr18Ni9Ti的伸长率是45钢的4倍，加工时产生的切削力比45钢要增大25%。切削脆性材料时，为崩碎切屑，塑性变形及前刀面的摩擦都很小，切削力就小。灰铸铁HT200与45钢的硬度较接近，但加工时切削力要小40%。（二）刀具几何参数的影响Fc前角γ0

的影响加工塑性材料时，γ0↑→Φ↑→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°或高速切削时，

γ0对F

影响不显著3.2.3影响切削力的因素γ0Φ

2.主偏角kr的影响（1）Kr对Fc影响较小，

影响程度不超过10%

Kr在60°～75°之间时，Fc最小。（2）kr对Fp、Ff影响较大

Fp＝FD

coskr

Ff＝FD

sinkrFp随kr增大而减小，

Ff随kr增大而增大（二）刀具几何参数的影响3.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（二）刀具几何参数的影响4.负倒棱bγ1的影响

bγ1

提高刀刃区的强度，提高刀具使用寿命。bγ1与f之比增大，切削力随之增大。当切钢bγ1/f≥5或切铸铁bγ1/f≥3时，切削力趋于稳定，接近于负前角的状态。（二）刀具几何参数的影响5.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（二）刀具几何参数的影响3.2.3影响切削力的因素（三）切削用量的影响

ap↑→

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不成正比切削速度v

对F

的影响分为有积屑瘤和无积屑瘤两种情况在无积屑瘤阶段，v

↑→

变形程度↓→切削力减小1.在积屑瘤增长阶段

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↑，温度升高，前刀面摩擦系数↓，变形程度↓，F↓

计算F时乘以修正系数Kv

或指数zF约为-0.15来体现在有积屑瘤阶段（六）刀具材料的影响按立方氮化硼、陶瓷、涂层、硬质合金、高速钢顺序，切削力依次增大。（五）切削液的影响切削液润滑作用越好，力减小越显著，低速时更突出。（四）刀具磨损的影响

后刀面平均磨损带宽度VB越大，摩擦越强烈，切削力也越大。

VB对背向力Fp影响最显著

切削热产生于三个变形区:剪切区切屑与前切面的接触区已加工表面与后刀面的接触区切削过程中消耗的能量约98%转换为热能。

单位时间内产生的切削热：

q≈Pc≈Fcv=Cfcap1f0.75v-0.15KFcv

=

Cfcapf0.75v0.85KFc3.3.1切削热的产生与传导硬质合金刀具，车结构钢，其抗拉强度σb=630MPa

3.3.1切削热的产生与传导切削热对切削加工非常不利：传入工件，使工件温度升高，产生热变形，影响加工精度；传入刀具，使刀具温度升高，加剧刀具磨损，减低刀具耐用度；同时，切削温度升高，影响工件材料的性能、前刀面上的摩擦系数和切削力的大小。∴切削热要及时排出!切削热通过切屑、工件、刀具和周围介质向外传出。车削时，

50-86%的切削热由切屑带走；

10-40%传入刀具；

3-9%传入工件；

1%扩散到周围介质。钻孔时，

28%的切削热由切屑带走；

14.5%传入刀具；

52.5%传入工件；

5%扩散到周围介质。高速车削时，则切屑带走的热量更多；切屑的温度很高，工件和刀具的温度相对低，有利于加工质量。材料名称线胀系数（K-1）钨3.5×10-5钼5.2×10-5钢1.2×10-53.3.2切削温度

切削温度θ：指前刀面与切屑接触区的平均温度。(一)切削温度的分布切削温度场：在切削变形区中，工件、切屑和刀具上的切削温度分布。右图：红外胶片法，切削钢材时，正交平面内的温度场(一)切削温度的分布切削温度分布规律：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。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。后刀面接触长度小，已加工表面的温度下降很快。(二)影响切削温度的主要因素凡是增大切削力、切削功率的因素都会使切削温度θ上升；凡是有利于切削热传出的因素都会降低切削温度θ。决定切削温度高低的两个方面：切削热的产生与传出，产生↑，传出↓，则θ↑；（1）切削用量由实验得出切削温度经验公式如下：

θ＝Cθvzθ

fyθapxθ

Cθ：切削温度系数；zθ、yθ、xθ：指数

zθ

在0.3～0.5之间，yθ

在0.15～0.3，xθ

在0.05～0.1

切削用量↑，切削温度↑

，其中v对θ影响最大，背吃刀量ap的影响很小。为什么？切削速度对切削温度的影响

GH1131(GH131)：高温合金，一种以钨、钼、铌、氮等元素复合固溶强化的高性能铁基高温合金，含镍量约为28%。良好的热加工塑性和焊接、冷成型工艺性能。主要产品有冷轧薄板、热轧中板等，制作在700～1000℃短时工作的火箭发动机和在700～750℃长期工作的航空发动机的高温部件。

1Cr18Ni9Ti：普通不锈钢，现已基本淘汰，被06Cr18Ni11Ti取代。（2）刀具几何参数

1.前角γ0

的影响

γ0↑→切屑变形程度↓→F↓q↓→θ↓

但γ0

＞20°时，因散热面积↓，对θ的影响减小2.主偏角κr

的影响

κr↑→切削宽度aw↓→散热面积↓→θ↑3.负倒棱和刀尖圆弧半径的影响bγ1、rε↑，切屑变形程度↑→q↑同时散热条件改善，两者趋于平衡对θ影响很小(二)影响切削温度的主要因素

3.4.1刀具的磨损形式刀具失效形式：磨损（正常工作时逐渐产生的损耗）破损（突发的破坏，随机的）刀具磨损的特点为：刀面上具有很大的接触压力，很高的接触温度；与刀具表面接触的切屑底面是新鲜表面，其具有高活性。因此，刀具磨损存在着机械的、热的、化学的作用以及摩擦、粘接、扩散现象。（一）前刀面磨损切塑性材料，v和ac较大时，在前刀面上形成月牙洼磨损，发生于切削温度最高的位置，以最大深度KT表示。切削刃破损：月牙洼扩大时，其边缘与切削刃间的棱边变得很窄时，切削刃强度降低，容易导致切削刃破损。（二）边界磨损切钢料时，主刃、副刃与工件待加工表面或已加工表面接触处磨出沟纹。原因：边界处的加工硬化层、硬质点、较大的应力梯度和温度梯度所造成。刀具磨损发生在与切屑接触的前刀具、与工件接触的后刀面。主要包括前刀面磨损、后刀面磨损、边界磨损。

3.4.1刀具的磨损形式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。（三）后刀面磨损发生场合：铸铁等脆性材料用较小v和ac

切削塑性材料

3.4.1刀具的磨损形式3.4.2刀具磨损的原因（1）磨料磨损(机械磨损)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(HSS刀)。（2）粘结磨损刀具与切屑、工件间存