金属切削加工的基本知识

机械制造及工艺第一章金属切削加工的基本知识金属切削加工的基本概念金属切削过程中的基本规律提高生产率的途径第一节金属切削加工的基本概念

切削加工是通过刀具与工件之间的相对运动，从毛坯上切除多余的金属，从面获得合格零件的加工方法。

切削加工的基本形式：车削铣削刨削磨削钻削钳工加工一、切削运动与切削要素

1、切削运动

切削运动是为了形成工件表面所必需的、刀具与工件之间的相对运动。金属切削机床的基本运动有直线运动和回转运动。但是，按切削时工件与刀具相对运动所起的作用来分，可分为主运动和进给运动。主运动

是切下金属所必须的最基本的运动。通常它的速度最高，消耗机床功率最多。一般只有一个主运动。进给运动

使新的金属不断投入切削的运动。进给运动可以是连续运动，也可以是间歇运动。可以有一个或多个进给运动。切削过程中，主运动与进给运动的合理组合，便可以加工各种不同的工件表面。在新的表面的形成过程中，工件上有三个依次变化的表面：待加工表面：即将被切去金属层的表面;加工表面：切削刃正在切削着的表面;已加工表面：已经切去一部分金属形成的新表面。2、切削要素切削速度v

切削用量进给速度vf和进给量f

背吃刀量ap

切削宽度aw

切削层横截面要素切削厚度ac

切削面积Ac（1）切削速度v

主运动的线速度。主运动是旋转运动时：

vc=πdn/1000

m/s

或m/min

式中d－工件或刀具上某一点的回转直径（mm)

n－工件或刀具的转速（r/s或r/min)

注：磨削速度单位用m/s

其它加工的切削速度单位用m/min切削用量三要素（2）进给速度vf和进给量f进给速度vf是单位时间内刀具对工件沿进给方向的相对位移，单位是mm/s或mm/min。进给量f是工件或刀具每回转一周时两者沿进给运动方向的相对位移，单位是mm/r。二者关系：

vf=f×n

切削用量三要素（3）背吃刀量工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位为mm。外圆柱表面车削的深度可用下式计算：

ap=（dw-dm）/2mm

对于钻孔工作

ap=dm/2mm

上两式中dm——已加工表面直径（mm）

dw——待加工表面直径（mm）切削用量三要素切削层横截面要素由切削刃正在切削的这一层金属叫作切削层。切削层的截面尺寸称为切削层参数。它决定了刀具切削部分所承受的负荷和切屑尺寸的大小，通常在基面Pr内度量。

1.切削厚度ac(λs=0)

ac＝

fsinκr

2.切削宽度aw

aw＝ap/sinκr3.切削层面积Ac(=0)

Ac＝ac

aw＝f

ap二、刀具切削部分的基本定义前刀面三面后刀面副后刀面车刀的主切削刃组成二刃副切削刃一尖：刀尖前刀面Ar:

切屑流过的表面。后刀面Aa:

与工件上新形成的过渡表面相对表面。副后刀面Aa’:

与副切削刃毗邻,与工件上已加工表面相对的刀面。主切削刃：指前刀面与后刀面相交的锋边；副切削刃：指前刀面与副后刀面相交的锋边。刀尖：刀尖可以是主、副切削刃的实际交点，也可以是主、副两条切削刃连接起来的一小段切削刃，它可以是圆弧，也可以是直线，通常都称为过渡刃。图1-32、刀具角度参考系刀具标注角度参考系刀具制造、测量、刃磨时的基准刀具工作角度参考系确定刀具在切削运动中有效工作角度的基准

构成刀具标注参考系的参考平面

基面切削平面主剖面切削刃法剖面进给剖面切深剖面

其中基面与切削平面是两个基本的参考平面，以它们作基准，加上其它任意一个剖面，便构成各种不同的刀具标注角度参考系。基面pr：通过切削刃选定点，垂直于主运动方向的平面。切削平面ps：通过切削刃选定点、与切削刃相切、并垂直于基面pr的平面。主剖面po：通过切削刃选定点，同时垂直于基面pr和切削平面ps的平面。主剖面参考系pr–ps–po是目前生产中最常用的刀具标注角度参考系主剖面与法剖面参考系切削刃法剖面pn：通过切削刃选定点，并垂直于切削刃的平面。近年来，我国主要采用主剖面参考系pr–ps–po

，兼用法剖面参考系pr-ps-pn。主剖面与法剖面参考系进给剖面Pf:

过切削刃上选定点并垂直于刀杆轴线及基面的平面

切深剖面Pp:

过切削刃上选定点平行刀杆轴线并垂直基面的平面进给剖面与切深剖面参考系前角：在主剖面内度量的基面与前刀面间的夹角。楔角：在主剖面内度量的前刀面与后刀面的夹角。后角：在主剖面内度量的后刀面与切削平面的夹角。

主剖面参考系内的标注角度主偏角：在基面内度量的切削平面与进给平面的夹角。副偏角：在基面内度量的副切削刃与进给方向在基面上投影间的夹角。刃倾角：在切削平面内度量的主切削刃与基面的夹角。余偏角：在基面内度量的切削平面与切深平面的夹角，也是主偏角的余角。刀尖角：主切削刃与副切削刃在基面上的投影间的夹角。法前角γn法后角αn法楔角βn

与主剖面参考系内的标注角度的区别仅在于以法剖面代替主剖面作为测量前角、后角、楔角的平面。其余角度完全相同。法剖面参考系内的标注角度刀具的工作角度以上所讲的刀具标注角度，是在假定运动条件和假定安装条件下的标注角度。如果考虑合成运动和实际安装情况，则刀具的参考系将发生变化，刀具角度也随之发生变化。按照刀具工作中的实际情况，在刀具工作角度参考系中确定的角度，称为刀具工作角度。进给运动对工作角度的影响刀具安装情况对工作角度的影响刀具安装高低的影响刀杆中心线与进给方向不垂直的影响

γoe=γo＋η

αoe=αo－η进给运动的影响

η角称为合成切削速度角，它是主运动方向与合成运动切削速度方向之间的夹角。由η角定义可知：

当进给量f一定时，随d值↓，η值↑，接近中心αoe为负值。当f↑，η值↑。横车时f不宜过大，并应适当加大αo刀具安装高低的影响假定车刀λs＝0,刀尖高于工件中心γpe=γp＋θpαpe=αp－θptanθp＝h/

γoe=γo＋θ

αoe=αo－θ

tanθ＝tanθp

cosκr若刀尖低于工件中心，角度变化与上述相反=+G

=-G=-G

=+G刀杆中心线与进给方向不垂直的影响三、刀具材料及选用刀具的切削性能决定于刀具结构、切削部分的材料和几何参数1.刀具材料必须具备的性能

(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。一般来说，硬度越高越耐磨。

(2)足够的强度和冲击韧性(3)高耐热性(4)良好的工艺性

(6)经济性(5)好的导热性和小的膨胀系数2.常用刀具材料的种类及特性高速钢（1）通用型高速钢（含碳量0.7～0.9%，62～66HRC）

钨系高速钢

W18Cr4V

钨钼系高速钢W6Mo5Cr4V2

高温塑性好主要用于一般材料的常规加工，速度不高于50m/min.目前，生产中所用的刀具材料以高速钢和硬质合金居多。炭素工具钢（如T10A、T12A）、工具钢（如9SiCr、CrWMn）因耐热性差，仅用于一些手工或切削速度较低的刀具。（2）高性能高速钢

是在通用高速钢的基础上再增加一些含碳量、含钒量及添加钴、铝等元素。按其耐热性，又称为高热稳定性高速钢。具有更好的切削性能，耐用度较通用型高速钢高1.3～3倍。适合于加工高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。典型牌号有高碳高速钢9W18Cr4V，高钒高速钢W6MoCr4V3、钴高速钢W6MoCr4V2Co8、超硬高速钢W2Mo9Cr4Co8等。（3）粉末冶金高速钢

用高压氩气或氮气雾化熔融的高速钢水，直接得到细小的高速钢粉末，高温下压制成致密的钢坯，而后锻压成材或刀具形状。具有良好的机械性能：其强度和韧性分别是熔炼高速钢的2倍和2.5～3倍；磨削加工性能好；淬火变形小；耐磨性能提高20％～30％。适合制造切削难加工材料的刀具，大尺寸刀具（如滚刀、插齿刀）、精密刀具、磨加工量大的复杂刀具、高压动载荷下使用的刀具等。硬质合金

由难熔金属化合物（如WC、TiC）和金属粘结剂（Co）经粉末冶金法制成。

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，抗冲击振动性能差分类

YG

(K)

类

YT

(P)类

YW(M)类短切屑黑色金属加工长切屑的钢材、铸铁等有色金属非金属黑色金属有色金属非金属

WC+CoWC+TiC+CoWC+TiC+TaC+Co常用硬质合金牌号及应用范围见教材第12页表1-2：其它刀具材料

(1)涂层刀具

它是在韧性较好的硬质合金基体上，或在高速钢刀具基体上，涂抹一薄层耐磨性高的难熔金属化合物而获得的。常用的涂层材料有TiC、TiN、Al2O3等。

特点：有较高的耐磨性和抗月牙洼磨能力；有低的摩擦系数，耐热性高；通用性好，便于刀具的管理；不能采用焊接结构，不能重磨。（2）陶瓷

有纯Al2O3陶瓷及Al2O3－TiC混合陶瓷两种，以其微粉在高温下烧结而成。特点：很高的硬度（HRA91~95）和耐磨性；很高的耐热性，在高温1200℃以上仍能进行切削；切削速度比硬质合金高2～5倍；有很高的化学稳定性、与金属的亲合力小，抗粘结和抗扩散的能力好；脆性大、抗弯强度低、冲击韧性差，易崩刀。（3）金刚石

是目前人工制造出的最硬的物质，分天然和人造两种。特点：耐磨性好，可用于加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等高硬度、高耐磨的材料；其热稳定性差，强度低、脆性大、对振动敏感，只宜微量切削；与铁有极强的化学亲合力，不适于加工黑金属。（4）立方氮化硼

由软的立方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而成。特点：有很高的硬度及耐磨性；热稳定性好，可用来加工高温合金；化学惰性大，可用与加工淬硬钢及冷硬铸铁；有良好的导热性、较低的摩擦系数。第二节金属切削过程中的基本规律一、切削变形

1.变形区的划分第Ⅰ变形区近切削刃处切削层内产生的塑性变形区；是切削过程中产生变形的主要区域。第Ⅱ变形区

与前刀面接触的切屑层内产生的变形区；

第Ⅲ变形区

近切削刃处已加工表层内产生的变形区。2.切削的形成过程

如图所示，对于切削层mn

来说，移至剪切面AB时，产生滑移后形成切屑m’n’。这个过程连续进行，切削层便连续地通过前刀面转变为切屑。

剪切面AB与切削速度vc之间的夹角Φ

称为剪切角。

由此可知，第І变形区就是形成切屑的主要区域，其变形特点是切削层产生剪切滑移变形。第二变形区内金属的挤压摩擦变形

经过第一变形区后，形成的切屑要沿前刀面方向排出，还必须克服刀具前刀面对切屑挤压而产生的摩擦力。切屑在受前刀面挤压摩擦过程中进一步发生变形（第二变形区的变形）这个变形主要集中在与前刀面摩擦的切屑底面一薄层金属里，表现为该处晶粒纤维化的方向和前刀面平行。第三变形区内金属的挤压摩擦变形

已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压摩擦，造成纤维化与加工硬化。带状切屑：外形呈带状，最常见，切削过程最平衡。挤裂切屑：切屑上与前刀面接触的一面较光洁，其背面局部开裂成节状。单元切屑：切屑沿厚度断裂成均匀的颗粒状。崩碎切屑：脆性材料的切屑。切削层几乎不经过塑性变形就产生脆性崩裂，得到的切屑呈不规则的细粒状。切屑的类型是由材料的应力—应变特性和塑性变形程度决定的。4.切削变形程度的度量与计算相对滑移ε

衡量指标变形系数剪切角Φ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=ctan

Φ+tan(Φ-γ0）变形系数Λh

变形系数用来表示切屑的外形尺寸变化大小。如图所示，切屑经过剪切变形、又受到前刀面摩擦后，与切削层比较，它的长度缩短LDh<LD，厚度增加即hDh>hD(宽度不变)，这种切屑外形尺寸变化的变形现象称为切屑的收缩。变形系数Λh表示切屑收缩的程度，即：

Λh=hDh/hD=LD/LDh>1Λh越大，表示变形越大。剪切角Φ

：

剪切面与切削速度方向之间的夹角。剪切角Φ越大，切屑变形程度越小；5.前刀面上的摩擦与积屑瘤（1）刀—屑接触面的摩擦特性及摩擦系数粘结区内摩擦滑动区外摩擦

Ffi、Fni—分别指粘结区内的摩擦力和正压力；

Ari—粘结面积；

σav——粘结区内平均正应力。（2）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，工件精度

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：降低工材塑性；合理选切削速度；增大前角；减小进给量；采用润滑液等6.影响切削变形的主要因素工件材料刀具前角切削速度切削厚度二、切削力与切削功率1.切削力的来源与分解：

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Fc

—主切削力与切削速度方向一致，消耗功率最多的力。计算刀具强度、设计机床零件、确定机床功率的主要依据。Ff—进给力

处于基面内与工件轴线方向平行设计刀具进给机构、确定进给功率的主要依据。Fp—背向力

处于基面内与工件轴线垂直，又称径向力确定工件挠度、切削过程振动的力17页图1-212.切削力的计算切削力的经验公式用单位切削力计算切削力

单位切削力p=Fc/Ac=Fc/(ap

f)=Fc/(ac

aw)可查手册

∴Fc=pAc

KFc

KFc为切削条件修正系数3.切削功率

消耗在切削过程中的功率，它是Fc、Ff、Fp在切削过程中单位时间内所消耗的功的总和。外圆车削时的功率计算电动机功率PE

PE>Pc/ηm

ηm

为机床传动效率Pm＝

Pc＋Pf＝（Fc

v+Ff

nwf

10-3

）×10-3

≈Fc

v×10-3

（KW）

4.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、塑性和韧性越大，切削力越大。（二）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

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↑，温度升高，摩擦系数↓变形程度↓→F↓

（三）刀具几何参数的影响

1.前角γ0

的影响

加工塑性材料时，γ0↑→Φ↑→变形程度↓→F↓Fc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2.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°～75°之间时，Fc最小。（2）κr对Fp、Ff影响较大

Fp＝FN

cosκr

Ff＝FN

sinκr

Fp随κr增大而减小，

Ff随κr增大而增大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（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

三、

切削热与切削温度1.切削热的产生和传导

切削热产生于三个变形区，切削过程中消耗的能量约

98%转换为热能切削热通过切屑、工件、刀具和周围介质向外传出切削温度对加工的影响改变前刀面的摩擦系数改变工件材料的性能影响积屑瘤的产生影响已加工表面质量影响零件的加工精度2.切削温度的分布红外胶片法测得切钢料的温度场，分析归纳切削温度分布规律：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3.影响切削温度的主要因素切削温度θ一般指前刀面与切屑接触区内的平均温度两个方面：切削热的产生与传出（一）切削用量的影响由实验得出切削温度经验公式如下

θ＝Cθvzθ

fyθ

ap

xθ式中系数及指数可在手册中查出：

zθ在0.3～0.5之间，yθ在0.15～0.3，xθ在0.05～0.1切削用量↑时切削温度↑，其中v对θ影响最大，进给量f的影响比v小，背吃刀量ap的影响很小。（二）刀具几何参数的影响前角γ0

的影响

γ0↑→变形程度↓→F↓q↓→θ↓

但γ0

＞20°时，因散热面积↓，对θ的影响减小主偏角κr的影响

κr↑，切削宽度aw↓

，散热面积↓→θ↑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（三）工件材料的影响强度硬度、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（四）刀具磨损的影响后刀面磨损增大，切削温度升高;VB达一定值影响加剧;v越高刀磨损对θ影响越显著（五）切削液的影响浇切削液对↓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

四、刀具磨损和刀具耐用度刀具失效形式：磨损（正常工作时逐渐产生的损耗）

破损（突发的破坏，随机的）1.刀具的磨损形式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，

以最大深度KT表示后刀面磨损切铸铁或v和ac较小切塑性材料时，主要发生这种磨损。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。（三）非正常磨损

主要指刀具的脆性破损（如崩刃、碎断、剥落、裂纹等）和塑性破损（如塑性流动）。主要由于刀具材料选择不合适，刀具结构、制造工艺不合理等原因造成。2.刀具磨损的原因（1）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（2）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。

中速切削时较严重；刀工材料硬度比小亲合力大时磨损严重；刀具刃磨质量差磨损严重。（3）扩散磨损

刀具与切屑、工件接触处由于高温作用，双方化学元素在固态下互相扩散，使刀材成分、结构改变造成磨损。

切削温度越高扩散越快；刀工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）化学磨损

一定温度下，刀材与空气中的氧、切削液中的硫、氯起化学作用，生成较软的化合物，造成刀具磨损。（5）热电磨损切削区高温，在刀工间产生热电势加快扩散加剧刀具磨损。3.刀具磨损过程及磨钝标准（1）刀具磨损过程初期磨损阶段

与刀具刃磨质量有关正常磨损阶段

VB与切削时间近似正比斜率表示磨损强度急剧磨损阶段

切削力、温度急升，刀具磨损加剧，之前换刀（二）刀具磨损标准

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。

1.小厂、有经验工人根据一些现象来判断刀具是否磨钝；

2.ISO标准规定以1/2ap处的VB值作为刀具的磨钝标准；

在不同的加工条件下，磨钝标准的具体数值是不同的。粗车碳素钢0.6～0.8粗车铸铁0.8～1.2

粗车合金钢0.4～0.5精车碳钢0.1～0.3

系统刚性大、粗加工，加工大件，取较大值；反之，取较小值；

3.自动化精加工刀具，以径向磨损量NB作为磨钝标准4、刀具耐用度（1）刀具使用寿命T（耐用度）

刀具刃磨后开始切削到磨损量达到磨钝标准为止的切削时间。单位：min

刀具总使用寿命＝刀具使用寿命×刃磨次数（2）刀具使用寿命与切削速度的关系

工件、刀具材料和刀具几何形状确定后，v对T影响最大。通过实验得经验公式：v

Tm=A

指数m

表示v对

T的影响程度，Y合金,m=0.2~0.4;HSS,

m=0.1~0.125。m越小，则v对

T的影响越大。系数A

，与刀具、工件材料和切削条件有关。（3）刀具使用寿命与切削用量的关系经过实验得类似关系式：f

Tn=C1

ap

Tp=C2

综合可得到切削用量与刀具使用寿命的关系式：T=

CT

v1/mf

1/nap1/p令x=1/m，y=1/n，z=1/p，则

T=

CT

vxf

y

apz用YT5车削σb=0.637GPa碳钢时，

T=

CT

v5

f

2.25

ap0.75由上式看出，切削用量↑，

T

↓，其中速度v对T影响最大，进给量f次之，背吃刀量ap影响最小，与对温度θ影响一致。5.刀具耐用度的合理选择原则刀具耐用度的选择依据最大生产率耐用度tp

：依据单件工序工时最低原则制定的刀具耐用度。经济耐用度tc

：依据单件工序成本最低原则制定的刀具耐用度。（1）.工序费用与刀具耐用度的关系（2）.最大生产率耐用度tp原则单件工序工时最低，令dtw/dt=0tm：工序切削加工工时；tct：一次换刀所需时间；tot：除换刀以外的辅助时间；t：刀具耐用度（3）.经济耐用度tc原则单件工序费用＝加工费用＋换刀费用＋刀具使用成本＋辅助费用tm：工序切削加工工时；tct：一次换刀所需时间；tot：除换刀以外的辅助时间；M：单位时间内工序分摊的企业费用；Ct：刀具成本；t：刀具耐用度单件工序成本最低，令dC/dt=0其中m是刀具耐用度Vtm＝A中的指数，tc对于的速度为经济切削速度vc4.两种刀具耐用度的比较

一般情况下，多采用刀具经济耐用度；

只有当生产任务紧迫或出现不平衡等薄弱环节时，才选用最大生产率耐用度。第三节提高生产率的途径一、工件材料的切削加工性指材料被加工成合格零件的难易程度,是一个相对的概念

1、衡量材料切削加工性的方法

以刀具使用寿命T或切削速度vT来衡量

相同切削条件比T

；T一定，比速度vT

或切除材料体积

以切削力或切削温度来衡量

粗加工、机床刚性或功率不足用力或功率;导热差用温度以已加工表面质量来衡量

以断屑性能来衡量

自动机床、数控机床、自动线等，断屑性能是主要指标

常用的衡量指标：

（1）.切削速度vT：当刀具使用寿命为T(min)时切削某种材料所允许的切削速度。

vT越高，材料的切削加工性越好。通常取T

=

60

min，

vT写作v60

；难加工材料，vT为v15或v30。（2）.相对加工性Kr：以σb=0.637GPa的45钢的v60作为基准，写作(v60)j，将某种材料的v60与其相比的比值，即

Kr

＝

v60/(v60)j

Kr仅反映不同材料对刀具使用寿命的影响程度，并未反映表面粗糙度和断屑问题，仅对选择切削速度有指导意义。若以某材料的Kr乘以45钢的切削速度即得该材料的许用切削速度。

2、工件材料的物理力学性能对加工性的影响例45钢

1Cr18Ni9Ti

3、常用金属材料的切削加工性（1）有色金属普通铝及铝合金、铜及铜合金，强度硬度低，导热性好，易切削。（2）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，切削性良好工件表面若有硬皮应进行退火处理。（3）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，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。合金结构钢强度硬度提高，切削加工性变差。（4）难加工材料高强度硬度，高塑性韧性或高脆性，耐高温，导热性差。切削力大，温度高，刀具磨损快，断屑难，加工性差。4、改善切削加工性的途径（1）改善材料切削加工性调整材料的化学成分

钢中加硫、铅等元素；铸铁中增加石墨成分进行适当的热处理

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，降低表皮硬度，消除内应力（2）改善切削加工条件选择合适的刀具材料和切削用量

难加工材料，导热性差，选YG、YW合金或涂层刀片；

刀具合理几何参数，断屑槽、卷屑槽，控制排屑；选择合理切削用量等。选用合适的设备和加工方法难加工材料加工，机床要有足够的功率和刚性；选择合适的切削液，供给充足；高硬度材料加工采用磨削加工更容易；选择切削加工性好的材料状态

低碳钢选冷拔状态；中碳钢选热轧状态二、切削液1．切削液的作用（1）润滑作用切削液能在刀具的前、后刀面与工件之间形成一层润滑薄膜，可减少或避免刀具与工件或切屑间的直接接触，减轻摩擦和黏结程度，因而可以减轻刀具的磨损，提高工件表面的加工质量。切削速度对切削液的润滑效果影响最大，一般速度越高，切削液的润滑效果越低。切削厚度越大，材料强度越高，润滑效果越差。（2）冷却作用流出切削区的切削液带走大量的热量，从而降低工件与刀具的温度，提高刀具耐用度，减少热变形，提高加工精度。不过切削液对刀具与切屑界面的影响不大，试验表明，切削液只能缩小刀具与切屑界面的高温区域，并不能降低最高温度，一般的浇注方法主要冷却切屑。切削液如喷注到刀具副后面处，将对刀具和工件的冷却效果更好。切削液的冷却性能取决于它的导热系数、比热容、汽化热、气化速度及流量、流速等。切削液自身温度对冷却效果影响很大。（3）清洗作用

在车、铣、磨削、钻等加工时，常浇注和喷射切削液来清洗机床上的切屑和杂物，并将切屑和杂物带走。

（4）防锈作用

一些切削液中加入了防锈添加剂，它能与金属表面起化学反应而生成一层保护膜，从而起到防锈的作用。2．切削液添加剂及切削液分类（1）切削液添加剂①、油性添加剂

作用：单纯矿物油与金属的吸附力差，润滑效果不好，如在矿物油中添加油性添加剂，将改善润滑作用。动植物油、皂类、胺类等与金属吸附力强，形成的物理吸附油膜较牢固，是理想的油性添加剂。物理吸附油膜在温度较高时将失去吸附能力，因此一般油性添加剂切削液在200℃以下使用。②、极压添加剂主要利用添加剂中的化合物，在高温下与加工金属快速反应形成化学吸附膜，从而起固体润滑剂作用。目前常用的添加剂中一般含氯、硫和磷等化合物。由于化学吸附膜与金属结合牢固，一般在400℃～800℃高温仍起作用。硫与氯的极压切削油分别对有色金属和钢铁有腐蚀作用，应注意合理使用。③、乳化液

乳化液是一种有机化合物，它使矿物油微小颗粒稳定分散在水中，形成稳定的水包油乳化液。表面活性剂除起乳化作用外，还能吸附在金属表面，形成润滑膜，起润滑作用。（2）切削液的种类非水溶性切削油切削液乳化液水溶性水溶液①、切削油切削油分为两类：

A、以矿物油为基体加入油性添加剂的混和油，一般用于低速切削有色金属及磨削中；

B、极压切削油，是在矿物油中添加极压添加剂制成，适用于重切削和难加工材料的切削。②、乳化液乳化液：用乳化油加70％～98％的水稀释而成的乳白色或半透明状液体，它由切削油加乳化剂制成。乳化液具有良好的冷却和润滑性能。乳化液的稀释程度根据用途定。浓度高润滑效果好，但冷却效果差；浓度低，冷却效果好，润滑效果差。③、水溶液水溶液的主要成分是水，为具有良好的防锈性能和一定的润滑性能，常加入一定的添加剂（如亚硝酸钠、硅酸钠等）。常用的水溶液有电介质水溶液和表面活性水溶液。

A、电介质水溶液是在水中加入电介质作为防锈剂；

B、表面活性水溶液是加入皂类等表面活性物质，增强水溶液的润滑作用。3．切削液的选用原则（1）粗加工

粗加工时，切削用量大，产生的切削热量多，容易使刀具迅速磨损。此类加工一般采用冷却作用为主的切削液，如离子型切削液或3％～5％乳化液。切削速度较低时，刀具以机械磨损为主，宜选用润滑性能为主的切削液；速度较高时，刀具主要是热磨损，应选用冷却为主的切削液。硬质合金刀具耐热性好，热裂敏感，可以不用切削液。如采用切削液，必须连续、充分浇注，以免冷热不均产生热裂纹而损伤刀具。

（2）精加工精加工时，切削液的主要作用：提高工件表面加工质量和加工精度。加工一般钢件，在较低的速度（6.0m/min～30m/min）情况下，宜选用极压切削油或10％～12％极压乳化液，以减小刀具与工件之间的摩擦和粘结，抑制积屑瘤。精加工铜及其合金、铝及合金或铸铁时：宜选用粒子型切削液或10％～12％乳化液，以10％～12％极压乳化液，以降低加工表面粗糙度。注意：A、加工铜材料时，不宜采用含硫切削液，因为硫对铜有腐蚀作用。B、加工铝时，也不适于采用含硫与氯的切削液，因为这两种元素宜与铝形成强度高于铝的化合物，反而增大刀具与切屑间的摩擦。也不宜采用水溶液，因高温时水会使铝产生针孔。（3）难加工材料的切削一般处于高温高压的边界润滑摩擦状态，应选用润滑性能好的极压切削油或高浓度的极压乳化液。当用硬质合金刀具高速切削时，可选用冷却作用为主的低浓度乳化液。

三、刀具几何参数的合理选择

刀具的切削角度刀面的形式切削刃的形式刃区形式

刀具的几何参数

所谓刀具的”合理“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，从而能够达到提高切削效率，降低生产成本的目的的几何参数。全面考虑，综合分析

1.前角的选择

(1).前角的作用

γ0↑→变形程度↓→F↓q↓→θ↓→T↑振动↓质量↑

刀刃和刀头强度↓散热面积容热体积↓断屑困难在一定的条件下，存在一个合理值对于不同的刀具材料和工件材料，T随γ0的变化趋势为驼峰形。高速钢的合理前角比Y合金的大。加工塑材的合理前角比脆材的大2.合理前角的选择原则①粗加工、断续切削、刀材强度韧性低工材强度硬度高，选较小的前角；②工材塑韧性大、系统刚性差，易振动或机床功率不足，选较大的前角；③成形刀具、自动线刀具取小前角；④Aγ磨损增大前角，Aα磨损减小前角（二）后角的选择

1.后角的作用

α0↑→rn↓锋利、

lα↓摩擦F↓→

质量↑

VB一定，磨损体积↑→T↑但NB↑

刀头强度↓散热体积↓重磨体积↑

在一定的条件下，存在一个合理值2.合理后角的选择原则①粗加工、断续切削、工材强度硬度高，选较小后角,已用大负前角应↑α0

；②精加工取较大后角，保证表面质量；③成形、复杂、尺寸刀具取小后角；④系统刚性差，易振动，取较小后角；⑤工材塑性大取较大后角，脆材↓α0

（三）主偏角的选择

1.主偏角的作用

κr↓→ac↓aw↑→单位刃长负荷↓→

T↑

刀尖强度↑散热体积↑，Ra↓

Fp↑→变形↑加工精度↓，易振动→Ra↑，T↓

在一定的条件下，存在一个合理值2.合理主偏角的选择原则①主要看系统刚性。若刚性好，不易变形和振动，κr取较小值；若刚性差（细长轴），κr取较大值（90°）；②考虑工件形状、切屑控制、减小冲击等，车台阶轴，取

90°；镗盲孔＞90°；κr小切屑成长螺旋屑不易断；较小κr，改善刀具切入条件，不易造成刀尖冲击。（四）副偏角的选择副偏角的主要作用是形成已加工表面。

副偏角↓→

Ra↓刀尖强度↑散热体积↑

副刃工作长度↑→

摩擦↑Fp↑易振