金属切削原理与刀具全套课件.ppt

1、MMT金属切削原理与刀具MMT 绪论绪论本章要点MMT金属切削原理与刀具金属切削原理与刀具绪论绪论IntroductionMMT我国金属切削加工技术的发展概况 一、明代发展成与近代相类似的切削加工方法，如车、铣、刨、磨削等。二、建国以来，我国的机械制造业不断壮大，金属切削加工技术也得到了飞速发展。大力推广先进的切削方法；在金属切削变形、切削力、切削热、刀具磨损和刀具耐用度、以及加工质量等方面都取得了一定水平的科研成果；广泛推广应用了机夹重磨刀具和可转位刀具。三、80年代以后，我国金属切削技术达到较高的水平，计算机已在切削理论研究和刀具设计中应用，各种先进的测试仪器已应用于切削机理的分析和研究中

2、，并取得一系列科研成果。MMT一、金属切削加工在机械制造工业中的地位和作用：一、金属切削加工在机械制造工业中的地位和作用：（一）在机械制造工业中的地位：（一）在机械制造工业中的地位：金属切削加工是现代机械制造和国防工业中广泛采用的重要加工方法之一。因为任何一种精度和粗糙度要求较高的零件，都离不开切削加工。原材料经加工制成所需产品制造过程有多种，大致分两种：1、改变性质制造过程（、改变性质制造过程（化学反应、混合、热处理等）附加加工：焊接、加压焊、钎焊电镀、真空镀；2、改变形状的制造过、改变形状的制造过程程变形加工：塑性加工、铸造、烧结等；除去加工：切削、磨削、电火花、电子束、电解等。进入21世

3、纪后，切削加工量仍将占机械加工总量的90%左右；研究切削加工技术，提高切削加工的效率和质量，降低加工成本，对机械制造工业的发展仍具有十分重大的意义。绪论绪论MMT绪论绪论（二）在机械制造工业中的作用：（二）在机械制造工业中的作用：1、不断采用新技术和新的加工方法是机械制造工业发展的基础；2、提高加工精度是机械制造工业发展的核心和关键；因为市场竞争的核心是产品质量，而产品质量的好坏决定于加工精度。3、当前微电子技术和计算机技术改造机械制造工业，采用机电一体化产品，实现生产过程的自动化、柔性化是机械制造工业发展的必由之路；4、采用CAD/CAM、CAPP、FMS及CIMS等高新技术，对切削理论、切

4、削加工技术的研究提出了更高的要求，而切削理论和切削加工技术的发展又是应用这些高新技术的基础。MMTMMT绪论绪论MMTENDTHEMMT本章要点切削变形第第2 2章章 金属切削过程的基本规律金属切削过程的基本规律切屑种类切削力和切削功率切削热与切削温度积屑瘤MMT第第2章章 金属切削过程的基本规律金属切削过程的基本规律Thebasicruleofmetalcuttingprocess2.1切削变形切削变形Cuttingdeformation金属切削原理与刀具金属切削原理与刀具MMT研究金属切削变形过程的意义研究金属切削变形过程的意义金属切削过程是指：通过切削运动，使刀具从工件上切下金属切削过程

5、是指：通过切削运动，使刀具从工件上切下多余的金属层，形成切屑和已加工表面的过程。即被加工多余的金属层，形成切屑和已加工表面的过程。即被加工工件的切削层在刀具前面推挤下产生塑性变形，形成切屑工件的切削层在刀具前面推挤下产生塑性变形，形成切屑而被切下来的过程。而被切下来的过程。在这过程中产生一系列现象，如形成在这过程中产生一系列现象，如形成切屑、切削力、切削切屑、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损热与切削温度、刀具磨损等，它们产生的根本原因是切削等，它们产生的根本原因是切削过程中的弹性变形和塑性变形过程中的弹性变形和塑性变形金属切削变形过程的研究是金属切削原理的基础理论研究。金属切削变形过程的研究

6、是金属切削原理的基础理论研究。是适应生产发展的需要，有助于保证加工质量，提高生产是适应生产发展的需要，有助于保证加工质量，提高生产率和降低成本。率和降低成本。2.1切削变形切削变形MMT2.1.1切削变形的原理切削变形的原理研究金属研究金属切削过程切削过程的意义的意义金属切削加工中各种物理现象金属切削加工中各种物理现象,生产实践中生产实践中出现的许多问题出现的许多问题,都同切削过程有关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量要求亦不断提高 研究金属研究金属切削过程切削过程的方法的方法高频摄影法高频摄影法 侧面方格变形观察法侧面方

7、格变形观察法快速落刀法快速落刀法 扫描电镜显微观察法扫描电镜显微观察法 光弹性、光塑性试验法光弹性、光塑性试验法 其他试验方法其他试验方法 MMT2.1.1切削变形的原理切削变形的原理切屑形成过程切屑形成过程切削层切削层的金属的金属弹性变形弹性变形塑性变形塑性变形挤裂挤裂切离切离切切屑屑切削层的金属受切削层的金属受到刀具前刀面的到刀具前刀面的推挤后产生弹性推挤后产生弹性变形变形随着切应力、切应变逐渐增大，随着切应力、切应变逐渐增大，达到其屈服强度时，产生塑性变达到其屈服强度时，产生塑性变形而滑移形而滑移刀具继续切入时，材料刀具继续切入时，材料内部的应力、应变继续内部的应力、应变继续增大，当切应

8、力达到其增大，当切应力达到其断裂强度时，金属材料断裂强度时，金属材料被挤裂被挤裂沿刀具沿刀具前刀面前刀面流出流出切削变形实验设备与录像装置MMTM刀具切屑OA终滑移线始滑移线：=s工件材料：Q235A vc=0.01m/min，ap=0.15mm，o=30金属切削层变形图2.1.1切削变形的原理切削变形的原理MMT 第变形区：即剪切滑移变形区，金属剪切滑移，成为切屑。金属切削过程的塑性变形主要集中于此区域。切削部位三个变形区第III变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要原因。变形区划分第变形区：靠近前刀面处，切屑排出时受前刀面挤压与摩擦。

9、此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。2.1.1切削变形的原理切削变形的原理16MMT2.1.1切削变形的原理切削变形的原理（一）第一变形区（一）第一变形区OA始滑移线始滑移线OM终滑移线终滑移线变形的主要特征：变形的主要特征：剪切滑移变形剪切滑移变形加工硬化加工硬化一般速度范围内一区一般速度范围内一区宽度为宽度为0.02.2mm，速度越高，宽度越小，速度越高，宽度越小，可看作一个可看作一个剪切平面剪切平面（剪切滑移区）（剪切滑移区）17MMT2.1.1切削变形的原理切削变形的原理切屑沿刀具前面排出时会进一步受到前刀切屑沿刀具前面排出时会进一步受到前刀面的阻碍，在刀具和切屑界面

10、之间存在强烈的面的阻碍，在刀具和切屑界面之间存在强烈的挤压和摩擦，使切屑底部靠近前刀面处的金属挤压和摩擦，使切屑底部靠近前刀面处的金属发生发生“纤维化纤维化”的二次变形。这部分区域称为的二次变形。这部分区域称为第二变形区（第二变形区（）。2.第二变形区第二变形区 此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。刀刀-屑接触区屑接触区18MMT2.1.1切削变形的原理切削变形的原理在已加工表面上与刀具后面挤压、摩擦形成在已加工表面上与刀具后面挤压、摩擦形成的变形区域称为的变形区域称为第三变形区（第三变形区（）。由于刀具刃口不可能绝对锋利

11、由于刀具刃口不可能绝对锋利,钝圆半径的存钝圆半径的存在使切削层参数中公称切削厚度不可能完全切除，在使切削层参数中公称切削厚度不可能完全切除，会有很小一部分被挤压到已加工表面，与刀具后会有很小一部分被挤压到已加工表面，与刀具后刀面发生摩擦，并进一步产生弹、塑性变形，从刀面发生摩擦，并进一步产生弹、塑性变形，从而影响已加工表面质量。而影响已加工表面质量。3.第三变形区第三变形区 刃前区：刃前区：三个变形区汇集在切削刃附近，此处的应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力集中而复杂，被切削层在此与工件本体材料分离19MMT卡片模型卡片模型n切切削削层层金金属

12、属就就象象一一摞摞卡卡片片，在在刀刀具具作作用用下下受受剪剪应应力力后后，沿沿刀具前刀面滑移刀具前刀面滑移而成为切屑。滑移方向就是而成为切屑。滑移方向就是剪切面方向剪切面方向。卡片模型2.1.1切削变形的原理切削变形的原理20MMT2.1.1切削变形的原理切削变形的原理切屑形成过程切屑形成过程FEM模拟模拟MMT2.1.2影响切削变形的主要因素影响切削变形的主要因素1.工件材料工件材料工件材料强度愈高，切屑变形愈小。工件材料强度愈高，切屑变形愈小。原因：原因：工件材料强度愈高，工件材料强度愈高，减小，减小，增大增大,变形系数减小变形系数减小。通过试验，可以发现工件通过试验，可以发现工件材料强度

13、和切屑变形有密材料强度和切屑变形有密切的关系。切的关系。从图可以看出，随着工件从图可以看出，随着工件材料强度的增大，切屑的材料强度的增大，切屑的变形越来越小。变形越来越小。MMT由图可以看到，由图可以看到，当刀具当刀具前角前角O O增增大时大时，沿刀面流出的金属切削层，沿刀面流出的金属切削层将比较平缓的流出，将比较平缓的流出，金属切屑的金属切屑的变形也会变小。变形也会变小。通过对高速钢刀具所作的切削试通过对高速钢刀具所作的切削试验也证明了这一点。在同样的切验也证明了这一点。在同样的切削速度下，刀具前角削速度下，刀具前角O O愈大，材愈大，材料变形系数愈小。料变形系数愈小。刀尖圆弧半径对切削变形

14、也有影刀尖圆弧半径对切削变形也有影响，响，刀尖刀尖圆弧半径圆弧半径越大，越大，表明刀表明刀尖越钝，对加工表面挤压也越大，尖越钝，对加工表面挤压也越大，表面的切屑变形也越大。表面的切屑变形也越大。2.1.2影响切削变形的主要因素影响切削变形的主要因素2.前角前角MMT2.1.2影响切削变形的主要因素影响切削变形的主要因素由图可以看出，随切削速度变化的材料变形系数曲线并不由图可以看出，随切削速度变化的材料变形系数曲线并不是一直递减，而是在某一段有一个波峰，这实际是积屑瘤是一直递减，而是在某一段有一个波峰，这实际是积屑瘤产生的影响。所以切削速度对材料变形的影响分为两个段，产生的影响。所以切削速度对材

15、料变形的影响分为两个段，一个是一个是积屑瘤这一段积屑瘤这一段，另一个是，另一个是无积屑瘤段无积屑瘤段。3.切削速度切削速度MMT2.1.2影响切削变形的主要因素影响切削变形的主要因素在积屑瘤增长阶段，积屑瘤随着切削速度的增大而增大，积屑在积屑瘤增长阶段，积屑瘤随着切削速度的增大而增大，积屑瘤越大，实际刀具前角也越大，切屑的变形相对减少，所以在瘤越大，实际刀具前角也越大，切屑的变形相对减少，所以在此阶段，切削速度增加时，材料变形系数此阶段，切削速度增加时，材料变形系数也减少。当增大到也减少。当增大到一定值时，积屑瘤高度一定值时，积屑瘤高度H Hb b和实际前角均达最大值，而和实际前角均达最大值，

16、而达到最达到最小值。小值。随着速度的增加，积屑瘤增大到一定程度又会消退，在消退阶随着速度的增加，积屑瘤增大到一定程度又会消退，在消退阶段，积屑瘤随着切削速度的增加而减小，同时，实际刀具前角段，积屑瘤随着切削速度的增加而减小，同时，实际刀具前角也减小，材料的变形将增大，在积屑瘤完全消退时，材料变形也减小，材料的变形将增大，在积屑瘤完全消退时，材料变形将最大。将最大。积屑瘤段情况（中低速）积屑瘤段情况（中低速）MMT2.1.2影响切削变形的主要因素影响切削变形的主要因素在无积屑瘤段（高速）在无积屑瘤段（高速）材料变形系数是随着材料变形系数是随着切削速度切削速度的增加而减小。主要是因为塑的增加而减小

17、。主要是因为塑性变形的传播速度比弹性变形的慢，速度低时，金属始剪性变形的传播速度比弹性变形的慢，速度低时，金属始剪切面为切面为OAOA，当速度增大到一定值时，金属流动速度大于塑，当速度增大到一定值时，金属流动速度大于塑性变形速度，在性变形速度，在OAOA面金属并未充分变形，相当于始剪切面面金属并未充分变形，相当于始剪切面后移至后移至OAOA面，终剪切面面，终剪切面OMOM也后移至也后移至OMOM，第一变形区后移，第一变形区后移，使得材料变形系数减小。另外，速度越大，摩擦系数减小，使得材料变形系数减小。另外，速度越大，摩擦系数减小，材料变形系数也会减小。材料变形系数也会减小。MMT2.1.2影响

18、切削变形的主要因素影响切削变形的主要因素4.进给量进给量下图显示了进给量（即切削厚度）对切屑变形的影响。下图显示了进给量（即切削厚度）对切屑变形的影响。在无积屑瘤段，在无积屑瘤段，进给量进给量f越大，切削厚度越大，切削厚度 a ac c 增加，增加，av av 增加，增加，减小，减小，增大，材料的变形系数增大，材料的变形系数减小。减小。MMT2.2切屑种类切屑种类Chiptype金属切削原理与刀具金属切削原理与刀具第第2章章 金属切削过程的基本规律金属切削过程的基本规律ThebasicruleofmetalcuttingprocessMMT2.3切屑种类切屑种类从变形观点出发，可将切屑归纳为四

19、种形态：从变形观点出发，可将切屑归纳为四种形态：切塑性材料切塑性材料带状切屑带状切屑挤裂切屑挤裂切屑单元切屑单元切屑切削平稳，力波动小切削平稳，力波动小滑移量较大，局部滑移量较大，局部切削不平稳，力波动大切削不平稳，力波动大加工面光洁，断屑难加工面光洁，断屑难剪应力达断裂强度剪应力达断裂强度加工表面粗糙加工表面粗糙少见少见0vac0vac0vac0vac崩碎切屑崩碎切屑切脆性材料切脆性材料不平稳不平稳,表面粗糙表面粗糙应应0vacMMT2.3切屑种类切屑种类形成条件影响名称简图形态变形带状带状,底面光滑，背面呈毛茸状节状节状，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

20、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，易崩刀带状切屑节状切屑粒状切屑崩碎切屑切屑类型及形成条件切屑类型及形成条件MMT带状切屑节状切屑粒状切屑崩碎切屑切屑形态照片2.3切屑种类切屑种类MMT2.3切屑种类切屑种类带状切屑带状切屑外形

21、特征：外形特征：它的内表面是光滑的，外表面是毛茸茸的。它的内表面是光滑的，外表面是毛茸茸的。形成条件：形成条件：用大前角的刀具、较高的切削速度和较小的进给量用大前角的刀具、较高的切削速度和较小的进给量 切削塑性材料切削塑性材料优优 点：点：切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙 度较小。度较小。缺缺 点：点：切屑连续不断，不太安全或可能擦伤已加工表面，因切屑连续不断，不太安全或可能擦伤已加工表面，因此要采取断屑措施。此要采取断屑措施。MMT2.3切屑种类切屑种类挤裂挤裂(节状节状)切屑切屑 外形特征：外形特征：刀屑接触刀屑接触面有裂纹，外表面是

22、面有裂纹，外表面是锯齿形。锯齿形。形成条件：形成条件：采用较低采用较低的切削速度和较大的的切削速度和较大的进给量，刀具前角较进给量，刀具前角较小小,粗加工中等硬度粗加工中等硬度的钢材料的钢材料 特点：特点：切削力波动较切削力波动较大，工件表面较粗糙大，工件表面较粗糙 MMT2.3切屑种类切屑种类单元单元(粒状粒状)切切屑屑在挤裂在挤裂(节状节状)切屑产生的前提切屑产生的前提下下,当进一步降当进一步降低切削速度，增低切削速度，增大进给量，减小大进给量，减小前角时则出现单前角时则出现单元元(粒状粒状)切屑。切屑。MMT2.3切屑种类切屑种类崩碎切屑：崩碎切屑：在切削铸铁和黄铜等在切削铸铁和黄铜等脆

23、性材料时，切削层金属发生弹性脆性材料时，切削层金属发生弹性变形以后，一般不经变形以后，一般不经 过塑性变形过塑性变形就突然崩落，形成不规则的碎块状就突然崩落，形成不规则的碎块状屑片，即为崩碎切屑。屑片，即为崩碎切屑。当当刀具前角小、进给量大刀具前角小、进给量大时易产生时易产生这种切屑，这种切屑，产生崩碎切屑时，切削热和切削力产生崩碎切屑时，切削热和切削力都集中在主切削刃和刀尖附近，刀都集中在主切削刃和刀尖附近，刀具易崩刃、刀尖易磨损，并容易产具易崩刃、刀尖易磨损，并容易产生振动，影响表面质量。生振动，影响表面质量。MMT2.3切屑种类切屑种类MMT2.3 积屑瘤积屑瘤Built-upedge金

24、属切削原理与刀具金属切削原理与刀具第第2章章 金属切削过程的基本规律金属切削过程的基本规律ThebasicruleofmetalcuttingprocessMMT2.3.1积屑瘤的形成积屑瘤的形成在一定的切削速度和保持连续切削的情况下，加工在一定的切削速度和保持连续切削的情况下，加工塑塑性材料性材料时，在刀具前刀面常常粘结一块剖面呈三角状时，在刀具前刀面常常粘结一块剖面呈三角状的硬块，这块金属被称为的硬块，这块金属被称为积屑瘤积屑瘤。MMT积屑瘤的产生原因积屑瘤的产生原因切屑底切屑底层产生层产生滞留层滞留层滞留层与切滞留层与切屑分离，粘屑分离，粘结在前刀面结在前刀面前刀面和切前刀面和切屑底面的

25、挤屑底面的挤压和摩擦压和摩擦逐层滞逐层滞留粘结留粘结形成楔块形成楔块冲击冲击振动振动不断破裂，不断破裂，脱落再生脱落再生2.3.1积屑瘤的形成积屑瘤的形成MMT2.3.1积屑瘤的形成积屑瘤的形成积屑瘤的积屑瘤的成因成因：当金属切削层从终滑移面流出时，受：当金属切削层从终滑移面流出时，受到到刀具前刀面的挤压和摩擦刀具前刀面的挤压和摩擦，切屑与刀具前刀面接触面，切屑与刀具前刀面接触面温度升高，挤压力和温度达到一定的程度时，就温度升高，挤压力和温度达到一定的程度时，就产生粘产生粘结现象结现象，也就是常说的，也就是常说的“冷焊冷焊”。切屑流过与刀具粘附。切屑流过与刀具粘附的底层时，产生内摩擦，这时底层

26、上面金属出现加工硬的底层时，产生内摩擦，这时底层上面金属出现加工硬化，并与底层粘附在一起，逐渐长大，成为积屑瘤，如化，并与底层粘附在一起，逐渐长大，成为积屑瘤，如图所图所示。示。积屑瘤的产生与不但与材料的加工硬化有关，而且也积屑瘤的产生与不但与材料的加工硬化有关，而且也与刀刃前区的温度和压力有关。与刀刃前区的温度和压力有关。MMT积屑瘤对金属切削过程产生的影响积屑瘤对金属切削过程产生的影响：v（1）实际刀具前角增大）实际刀具前角增大v（2）实际切削厚度增大）实际切削厚度增大v（3）加工后表面粗糙度增大）加工后表面粗糙度增大v（4）切削刀具的耐用度降低）切削刀具的耐用度降低从积屑瘤在刀具上的粘附

27、来看，积屑瘤应该对刀具有保护从积屑瘤在刀具上的粘附来看，积屑瘤应该对刀具有保护作用，它代替刀具切削，作用，它代替刀具切削，减少了刀具磨损减少了刀具磨损。积屑瘤的粘附是不稳定的，它会周期性的从刀具上脱落，积屑瘤的粘附是不稳定的，它会周期性的从刀具上脱落，当它脱落时，可能使当它脱落时，可能使刀具表面金属剥落刀具表面金属剥落，从而，从而使刀具磨损使刀具磨损加大加大。对于硬质合金刀具这一点表现尤为明显。对于硬质合金刀具这一点表现尤为明显。（1）实际刀具前角增大）实际刀具前角增大2.3.2积屑瘤对加工过程的影响积屑瘤对加工过程的影响MMT（2）实际切削厚度增大）实际切削厚度增大由由图可图可以看出，当切削

28、瘤存在以看出，当切削瘤存在时，实际的金属切削层厚度比时，实际的金属切削层厚度比无切削瘤时增加了一个无切削瘤时增加了一个hD，显然，这对工件切削尺寸的控显然，这对工件切削尺寸的控制是不利的。值得注意的是，制是不利的。值得注意的是，这个厚度这个厚度hD的增加并不是固的增加并不是固定的定的，因为切削瘤在不停变化，因为切削瘤在不停变化，它是一个产生，长大，最后脱它是一个产生，长大，最后脱落的周期性变化过程，这样可落的周期性变化过程，这样可能在加工中产生能在加工中产生振动。振动。2.3.2积屑瘤对加工过程的影响积屑瘤对加工过程的影响MMT（3）加工后表面粗糙度增大）加工后表面粗糙度增大积屑瘤的变化不但是

29、整体，而且积屑瘤本身也有一个变化过积屑瘤的变化不但是整体，而且积屑瘤本身也有一个变化过程。程。积屑瘤的底部积屑瘤的底部一般比较一般比较稳定稳定，而它的，而它的顶部极不稳定，经顶部极不稳定，经常会破裂常会破裂，然后再形成。，然后再形成。破裂破裂的一部分随切屑的一部分随切屑排除排除，另一部分留在加工表面上，另一部分留在加工表面上，使加使加工表面变得非常工表面变得非常粗糙粗糙。可以看出，如果想提高表面加工质量，。可以看出，如果想提高表面加工质量，必须控制积屑瘤的发生。必须控制积屑瘤的发生。（4）切削刀具的耐用度降低）切削刀具的耐用度降低从积屑瘤在刀具上的粘附来看，积屑瘤应该对刀具有保护从积屑瘤在刀具

30、上的粘附来看，积屑瘤应该对刀具有保护作用，它代替刀具切削，作用，它代替刀具切削，减少了刀具磨损减少了刀具磨损。积屑瘤的粘附是不稳定的，它会周期性的从刀具上脱落，积屑瘤的粘附是不稳定的，它会周期性的从刀具上脱落，当它脱落时，可能使当它脱落时，可能使刀具表面金属剥落刀具表面金属剥落，从而，从而使刀具磨损使刀具磨损加大加大。对于硬质合金刀具这一点表现尤为明显。对于硬质合金刀具这一点表现尤为明显。2.3.2积屑瘤对加工过程的影响积屑瘤对加工过程的影响MMT问题某工厂车工师傅在粗加工一件零件时，他采用了在刀具上某工厂车工师傅在粗加工一件零件时，他采用了在刀具上产生积屑瘤的加工方法，而在精加工时，他又努力

31、避免积产生积屑瘤的加工方法，而在精加工时，他又努力避免积屑瘤的产生，请问这是为什么？在防止积屑瘤方面，你认屑瘤的产生，请问这是为什么？在防止积屑瘤方面，你认为能用哪些方法。为能用哪些方法。1、根据本节积屑瘤对加工的影响分析可知，积屑瘤能增大、根据本节积屑瘤对加工的影响分析可知，积屑瘤能增大刀具实际前角，使刀具实际前角，使切削更容易切削更容易，所以这位师傅在粗加工时，所以这位师傅在粗加工时采用了利用积屑瘤的加工方法，采用了利用积屑瘤的加工方法，2、积屑瘤很不稳定积屑瘤很不稳定，它会周期性地脱落，这就造成了刀具，它会周期性地脱落，这就造成了刀具实际切削厚度在变化，实际切削厚度在变化，影响零件的加工

32、尺寸精度。影响零件的加工尺寸精度。3、积屑瘤的剥落和形状的不规则积屑瘤的剥落和形状的不规则又使零件加工表面变得又使零件加工表面变得非非常粗糙常粗糙，影响零件表面光洁度。所以在精加工阶段，这位，影响零件表面光洁度。所以在精加工阶段，这位师傅又努力避免积屑瘤的发生。师傅又努力避免积屑瘤的发生。2.3.2积屑瘤对加工过程的影响积屑瘤对加工过程的影响MMT有利方面有利方面保护刀具保护刀具增加工增加工作前角作前角积屑瘤硬积屑瘤硬度很高度很高可代替切削刃可代替切削刃进行切屑，减进行切屑，减少刀具的磨损少刀具的磨损积屑瘤的存在，积屑瘤的存在，使刀具的实际工使刀具的实际工作前角增大作前角增大可减小切削变可减小

33、切削变形和切削力，形和切削力，使切削轻快使切削轻快2.3.2积屑瘤对加工过程的影响积屑瘤对加工过程的影响MMT不利方面不利方面影响工件尺影响工件尺寸精度寸精度影响工件表影响工件表面粗造度面粗造度积屑瘤破裂后会划伤表面，加积屑瘤破裂后会划伤表面，加快刀具磨损快刀具磨损会形成硬点和毛刺，使工件表面粗会形成硬点和毛刺，使工件表面粗造度值增大造度值增大时大时小，时有时无，使切削时大时小，时有时无，使切削力产生波动而引起振动力产生波动而引起振动积屑瘤的顶端突出于切削刃之外，积屑瘤的顶端突出于切削刃之外，使实际的切削深度不断变化使实际的切削深度不断变化2.3.2积屑瘤对加工过程的影响积屑瘤对加工过程的影响

34、MMT积屑瘤对精加工是不利的，应避免它产生：积屑瘤对精加工是不利的，应避免它产生：1)1)采用低速或高速切削。采用低速或高速切削。2)2)减小进给量、增大刀具前角、提高刀具刃磨质减小进给量、增大刀具前角、提高刀具刃磨质量和量和合理选用切削液，使摩擦和粘结减少，可达合理选用切削液，使摩擦和粘结减少，可达到到抑制抑制积屑瘤的作用。积屑瘤的作用。3)3)合理调整各切削参数值，以防止形成中温区域。合理调整各切削参数值，以防止形成中温区域。2.3.3积屑瘤的控制积屑瘤的控制MMT、首先从加工前的热处理工艺阶段解决。通过热处、首先从加工前的热处理工艺阶段解决。通过热处理，理，提高提高零件零件材料材料的的硬

35、度硬度，降低降低材料的材料的加工硬化加工硬化。、调整、调整刀具刀具角度，角度，增大前角，增大前角，从而减小切屑对刀具从而减小切屑对刀具前刀面的压力。前刀面的压力。、调低调低切削速度切削速度，使切削层与刀具前刀面接触面使切削层与刀具前刀面接触面温温度降低，避免粘结现象的发生。度降低，避免粘结现象的发生。或采用或采用较高的切削速较高的切削速度，度，增加切削温度，因为增加切削温度，因为温度高到一定程度，温度高到一定程度，积屑瘤积屑瘤也不会发生。也不会发生。、更换、更换切削液切削液，采用润滑性能更好的切削液，减少，采用润滑性能更好的切削液，减少切削摩擦。切削摩擦。2.3.3积屑瘤的控制积屑瘤的控制MM

36、T2.4 切削力和切削功率切削力和切削功率Thecuttingforceandcuttingpower金属切削原理与刀具金属切削原理与刀具第第2章章 金属切削过程的基本规律金属切削过程的基本规律ThebasicruleofmetalcuttingprocessMMT2.4.1切削力切削力切屑的弹切屑的弹塑性变形塑性变形抗力抗力工件的弹工件的弹塑性变形塑性变形抗力抗力后刀面与后刀面与工件的摩工件的摩擦力擦力前刀面与前刀面与切屑的摩切屑的摩擦力擦力1 1、来源、来源MMT2.4.1切削力切削力2、合力、合力两者作用两者作用在刀具上在刀具上的合力为的合力为F F3、分力、分力（1）切削力切削力Fc：

37、又称为主切削力，是总切削力在主运动方向上的正投影（分力），单位为N。它与主运动方向一致，垂直于基面，是3个切削分力中最大的。切削力作用在工件上，并通过卡盘传递到机床主轴箱，是计算机床切削功率，校核刀具、夹具的强度与刚度的依据。MMT（2）背向力背向力Fp：又称径向力，是总切削力在垂直于工作平面上的分力，单位为N。由于在背向力方向上没有相对运动，所以背向力不消耗切削功率，但它作用在工件和机床刚性最差的方向上，易使工件在水平面内变形，影响工件精度，并易引起震动。背向力是校验机床刚度的主要依据。（3）进给力进给力Ff：又称轴向力，是总切削力在进给运动方向上的正投影（分力），单位为N。进给力作用在机床

38、的进给机构上，是校验机床进给机构强度和刚度的主要依据。2.4.1切削力切削力MMT3影响切削力的主要因素（1）工件材料：工件材料：工件材料的强度、硬度越高，材料的剪切屈服强度越高，切削力越大。工件材料的塑性、韧性好，加工硬化的程度高，由于变形严重，故切削力也增大。此外，工件的热处理状态、金相组织不同，也会影响切削力的大小。通常情况下韧性材料主要以强度，脆性材料主要以硬度来判别其对切削力的影响。（2）切削用量：切削用量：背吃刀量ap与进给量f的影响。当ap或f加大时，切削层的公称横截面积增大，变形抗力和摩擦阻力增加，因而切削力随之加大。切削速度vc的影响。在低速切削范围内，随着切削速度的增加，积

39、屑瘤逐渐长大，刀具实际前角逐渐增大，切削变形减小，使切削力逐渐减小。在中速切削范围内，随着切削速度的增加，积屑瘤逐渐减小并消失，使切削力逐渐增至最大。在高速切削阶段，由于切削温度升高，摩擦力逐渐减小，使切削力得到稳定的降低。2.4.1切削力切削力MMT1)在积屑瘤增长阶段在积屑瘤增长阶段随随v积屑瘤高度积屑瘤高度变形程度变形程度，F2)在积屑瘤减小阶段在积屑瘤减小阶段v变形程度变形程度，F速度速度v对对F的影响在无积屑瘤的影响在无积屑瘤阶段，阶段，v变形程度变形程度切削力减小切削力减小3)在无积屑瘤阶段在无积屑瘤阶段随随v，F,v中速后，温度升中速后，温度升高，摩擦系数高，摩擦系数变形程度变形

40、程度F2.4.1切削力切削力MMT加工脆性金属时，因变形和摩擦均较小，故切削速度加工脆性金属时，因变形和摩擦均较小，故切削速度对切对切削削力影响不大。力影响不大。(三三)刀具几何参数影响刀具几何参数影响 1.1.前角前角0 0加工塑性材料时，加工塑性材料时，0 0 变形变形程度程度F F加工脆性材料时，切削变形很小，加工脆性材料时，切削变形很小，0 0对对 F F 影响不显著影响不显著0 0 30300 0对对 F F 影响不显著影响不显著2.4.1切削力切削力MMT2.2.主偏角主偏角r r的影响的影响（1 1）r r对对F Fc c影响较小影响较小，影，影响程度不超过响程度不超过1010%

41、r r在在60607070之之 间间时，时，F Fc c最最小。小。（2）r r对对F Fp p、F Ff f影响较大影响较大 F Fp p F FD D coscosr r F Ff f F FD D sinsinr r F Fp p随随r r 增大而减小，增大而减小，F Ff f随随r r 增大而增大增大而增大2.4.1切削力切削力MMT3.3.刃倾角刃倾角s s的影响的影响（1 1）s s对对F Fc c影响很影响很小小（2）s s对对F Fp p、F Ff f影响较大影响较大 F Fp p随随s s增大而减小，增大而减小，F Ff f随随s s增大而增大增大而增大2.4.1切削力切削力

42、MMT（4）其他影响因素：其他影响因素：刀具材料不同时，影响切屑与刀具间的摩擦状态，从而影响切削力。在相同切削条件下，使切削力依次减小的刀具是立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、硬质合金刀具和高速钢刀具。切削液有润滑作用，使用合适的切削液可降低切削力。由以上分析可知，影响切削变形和摩擦的因素都要影响切削力的大小，凡是使切削变形增大、摩擦增大的因素均可使切削力增大。2.4.1切削力切削力MMT2.2.刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r r的影响的影响r r增大相当于增大相当于r r减小的影响减小的影响（1 1）r r对对F Fc c影响很小影响很小（2 2）F Fp p随随 r r增大而增大增大而增大 F Ff

43、f随随 r r增大而减小增大而减小2.4.1切削力切削力MMT2.4.2切削功率切削功率切削功率切削功率主运动消耗的切削功率主运动消耗的切削功率Pc(Pc(单位为单位为kW)kW)应为：应为：F Fc c切削力，单位为切削力，单位为N N；v vc c切削速度，单位为切削速度，单位为m/minm/min。P Pc c切削功率，单位为切削功率，单位为kWkW。MMT2.5 切削热与切削温度切削热与切削温度Cuttingheatandcuttingtemperature金属切削原理与刀具金属切削原理与刀具第第2章章 金属切削过程的基本规律金属切削过程的基本规律Thebasicruleofmetal

44、cuttingprocessMMT2.5切削热和切削温度切削热和切削温度(1).切削切削热热:工件切屑刀具切削热的产生与传导切削热的产生与传导切削热由切屑、工件、刀具和周围介质（切削液、空气)等传散出去。切削热来源于两个方面：u切削层金属发生弹性和塑性变形所消耗的能量；u切屑与前刀面、工件与后刀面间产生的摩擦热。切削温度一般指切屑与刀具前刀面接触区内平均温度，是由切削热的产生与传出的平衡条件所的。(2).切削温度切削温度MMT3影响切削温度的因素（1）工件材料的影响工件材料的影响:工件材料的强度越大、硬度越高，切削时消耗的功越多，产生的切削热越多，切削温度升高。工件材料的热导率大，热量容易传出

45、，若产生的切削热相同，则热容量大的材料切削温度低。工件材料的塑性越好，切削变形越大，切削时消耗的功越多，产生的切削热越多，切削温度升高。（2）切削用量的影响切削用量的影响:切削用量中，切削速度对切削温度影响最大。切削速度vc增加，切削的路径增长，切屑底层与刀具前面发生强烈摩擦从而产生大量的切削热，切削温度显著升高。进给量f对切削温度有一定的影响。随着进给量的增大，单位时间内金属的切除量增加，消耗的功率增大，切削热增大，切削温度上升。背吃刀量ap对切削温度影响很小。随着背吃刀量的增加，切削层金属的变形与摩擦成正比例增加，产生的热量按比例增加。2.5切削热和切削温度切削热和切削温度MMT（3）刀具

46、几何角度的影响：刀具几何角度的影响：刀具几何参数对切削温度影响较大的是前角和主偏角。前角o增大，切削变形及切屑与刀具前面的摩擦减小，产生的热量小，切削温度下降。反之，切削温度升高。但是如果前角太大，刀具的楔角减小，散热体积减小，切削温度反而升高。主偏角r增大，刀具主切削刃工作长度缩短，刀尖角r减小，散热面积减少，切削热相对集中，从而提高了切削温度。反之，主偏角减小，切削温度降低。（4）其他因素：其他因素：刀具后面磨损较大时，会加剧刀具与工件的摩擦，使切削温度升高，切削速度越高，刀具磨损对切削温度的升高越明显。2.5切削热和切削温度切削热和切削温度MMT2.5.3刀具磨损与刀具寿命刀具磨损与刀具

47、寿命1刀具的磨损刀具磨损是指刀具在使用和刃磨质量符合要求的情况下，在切削过程中逐渐产生的磨损，如图所示。切削时，刀具的前刀面与切屑、后刀面与工件接触，产生剧烈摩擦，同时在接触区内有很高的温度和压力。因此，前刀面和后刀面都会发生磨损。MMT2.5.3刀具磨损与刀具寿命刀具磨损与刀具寿命(一一)刀具磨损形式刀具磨损形式磨磨损损（正常工作时逐（正常工作时逐渐产生的损耗）渐产生的损耗）破损破损（突发的破坏，（突发的破坏，随机的）随机的）MMT2.5.3刀具磨损与刀具寿命刀具磨损与刀具寿命1正常磨损正常磨损(1)前面磨前面磨损：损：在切削塑性材料、切削速度较高、切削厚度较大的情况下，当刀具的耐热性和耐磨

48、性稍有不足时，切屑在前刀面上经常会磨出一个月牙洼。切塑性材料，切削速度切塑性材料，切削速度 和切削厚度较大时，和切削厚度较大时，在前刀面上在前刀面上形成月牙洼磨损，形成月牙洼磨损，以最大深度以最大深度KT 表示表示MMT2.5.3刀具磨损与刀具寿命刀具磨损与刀具寿命（2）后面磨后面磨损：损：由于工件表面和刀具后面间存在着强烈的挤压、摩擦，在后面上毗邻切削刃的地方很快被磨出后角为零的小棱面，这就是后面磨损。切铸铁或切削速度切铸铁或切削速度 和切削厚度较小切塑性材料时，主要发和切削厚度较小切塑性材料时，主要发生这种磨损生这种磨损,而不产生月牙洼磨损。后刀面磨损带不均匀，刀尖而不产生月牙洼磨损。后刀

49、面磨损带不均匀，刀尖部分磨损严重，最大值为部分磨损严重，最大值为VC；中间部位磨损较均匀，平均磨损；中间部位磨损较均匀，平均磨损宽度以宽度以VB表示；边界处磨损严重，以表示；边界处磨损严重，以VN表示。表示。（3）边界磨边界磨损：损：切削钢料时，常在主切削刃靠近工件外皮处以及副切削刃靠近刀尖处的后刀面上，磨出较深的沟纹，这就是边界磨损MMT2.5.3刀具磨损与刀具寿命刀具磨损与刀具寿命（2）非正常磨损2.刀具的磨损过程图2-13刀具磨损典型曲线磨损过程，大致分三个阶段:初期磨损阶段正常磨损阶段急剧磨损阶段举例MMT3.刀具磨损的原因刀具磨损的原因（1）硬质点磨损：硬质点磨损：切削时切屑、工件材

50、料中含有的一些碳化物、氮化物和氧化物等硬质点以及积屑瘤碎片等，可在刀具表面刻划出沟纹，这就是刀具的硬质点磨损。（2）黏结磨损：黏结磨损：黏结磨损是指切屑与刀具前面、工件加工表面与刀具后面在高温高压作用下，发生黏结现象，由于接触面滑动时在黏结处产生剪切破坏，造成刀具表面的微粒被带走而产生的磨损。（3）扩散磨损扩散磨损：当切屑温度达9001000时，刀具材料中的Ti、W、Co等元素会逐渐扩散到切屑或工件材料中，工件材料中的Fe元素也会扩散到刀具表层里，从而使硬质合金刀具表层硬度变脆弱，加剧了刀具磨损。（4）氧化磨损：氧化磨损：当切削温度达700800时，空气中的氧气易与硬质合金中的Co、WC、Ti