金属切削原理.ppt

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1、第 1 章 金属切削原理,1-1 基本定义,1. 金属切削过程,刀具从工件上切除多余的金属的过程，并使工件得到符合图纸要求的尺寸、形状和表面质量。 必须具备以下三个条件： 1.工件和刀具之间要有相对运动及，即切削运动； 2.刀具材料必须具备一定的切削性能； 3.刀具必须有合理的几何参数，即切削角度等。,一、切削运动与切削用量,1.工件加工表面,待加工表面 已加工表面 过渡表面（切削表面）,在切削过程中，工件上存在三个不断变化的表面：,一、切削运动与切削用量,2.切削运动,通常，切削运动按其作用可分为主运动和进给运动，这两个运动的向量和，称为合成切削运动。,工件和刀具之间的相对运动。,一、切削运

2、动与切削用量,2.切削运动,主运动 是实现切除工件或毛坯上多余金属，形成工件新表面所必须的基本运动。,方向：在不考虑进给运动的条件下，切削刃上选定点相对于工件的瞬时运动方向。,特点：速度高、消耗功率最大；主运动只有且必须有一个。,一、切削运动与切削用量,2.切削运动,进给运动 是实现依次地或连续不断地切除金属, 形成已加工表面的附加运动。,方向：在不考虑主运动的条件下，切削刃上选定点相对于工件的瞬时运动方向（进给方向）。,特点：速度低、消耗功率小；进给运动可以是一个或多个运动的合成运动。,一、切削运动与切削用量,2.切削运动,不同切削加工的切削运动,一、切削运动与切削用量,2.切削运动,方向：

3、切削刃上选定点相对于工件的瞬时合成运动方向。,合成切削运动是同时存在的主运动和进给运动合成的运动。 Ve=Vc+Vf,一、切削运动与切削用量,2.切削运动,进给运动角 瞬时主运动方向与进给运动方向之间的夹角。,合成切削速度角 瞬时主运动方向与合成切削运动方向之间的夹角。,一、切削运动与切削用量,2.切削运动,一、切削运动与切削用量,3.切削用量,切削用量三要素： 切削速度 进给速度（进给量） 背吃刀量,一、切削运动与切削用量,3.切削用量,1）切削速度 Vc 切削刃上选定点相对于工件沿主运动方向的瞬时速度。单位：m/s或m/min（r/s或r/min),一、切削运动与切削用量,3.切削用量,2

4、）进给速度 Vf 切削切削刃上选定点相对于工件沿进给运动方向的瞬时速度。单位：mm/s或m/min,一、切削运动与切削用量,3.切削用量,2）进给速度 Vf,进给量 f：工件或刀具每回转一周或往返一个行程时，两者沿进给运动方向的相对位移。单位：mm/r或mm/dstr（double stroke双行程） 例如，车削时进给速度 Vf = fn 每齿进给量 fz：在用多刃刀具进行切削时，后一个刀齿相对前一个刀齿的进给量。f = zfz ，单位：mm/齿 例如，铣削时进给速度为 Vf = fn = zfzn,一、切削运动与切削用量,3.切削用量,3）背吃刀量 ap （在基面上）垂直于进给运动方向测量

5、的切削层最大尺寸。单位：mm 例如，外圆车削: ap(dw-dm)/2,二、刀具几何参数,1.刀具切削部分的组成要素,刀具由工作部分和非工作部分构成。 以外圆车刀为例来介绍其几何参数。,“三面” “两刃” “一尖”,二、刀具几何参数,1.刀具切削部分的组成要素,刀具由工作部分和非工作部分构成。,（1）前刀面 A 切屑流过的刀面。 （2）主后刀面 A 与工件正在被切削加工的表面 （过渡表面）相对的刀面。 （3）副后刀面 A 与工件已切削加工的表面相对的刀面。,二、刀具几何参数,1.刀具切削部分的组成要素,刀具由工作部分和非工作部分构成。,（4）主切削刃S 前面与主后面在空间的交线。 （5）副切削

6、刃S 前面与副后面在空间的交线。,二、刀具几何参数,2.定义刀具角度的参考系,用于定义和规定刀具角度的各基准坐标面称为参考系。,参考系可分为： 刀具静止参考系：在设计、制造、刃磨和测量时，用于定义刀具几何参数的参考系称为刀具静止参考系或标注角度参考系。在该参考系中定义的角度称为刀具的标注角度。 刀具工作参考系：在考虑进给运动在内的合成切削运动和刀具实际安装情况下的参考系称为刀具工作参考系。在该参考系中的角度称为刀具的工作角度。,二、刀具几何参数,2.定义刀具角度的参考系,最常用的刀具标注角度参考系,正交平面参考系 法平面参考系 假定工作平面与背平面参考系,二、刀具几何参数,2.定义刀具角度的参

7、考系,1）正交平面参考系,组成： 基面Pr 通过切削刃上选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。通常平行于车刀的安装面（底面）。 切削平面Ps 通过切削刃上选定点，垂直于基面并与主切削刃相切的平面。 正交平面Po 通过切削刃上选定点，同时与基面和切削平面垂直的平面。,二、刀具几何参数,2.定义刀具角度的参考系,2）法平面参考系,组成： 基面Pr 切削平面Ps 法平面Pn 通过切削刃上选定点，垂直于主切削刃或其切线的平面。,2.定义刀具角度的参考系,3）假定工作平面与背平面参考系,组成： 基面Pr 假定工作平面Pf 通过切削刃上选定点，垂直于该点基面且平行于假定进给运动方向的平面。 背平面Pp 通

8、过切削刃上选定点，垂直于该点基面且垂直于假定进给运动方向的平面。,二、刀具几何参数,3.刀具的标注角度,以外圆车刀在正交平面参考系中的角度为例,（1）主偏角r 主切削刃在基面上的投影与进给运动速度Vf方向之间的夹角。 （2）副偏角r副切削刃在基面上的投影与进给运动速度vf反方向之间的夹角。 （3）刀尖角r 主、副切削刃在基面上的投影之间的夹角，它是派生角度。r=180-(r r)。r是标注角度是否正确的验证公式之一。,1）基面中测量的刀具角度,二、刀具几何参数,3.刀具的标注角度,二、刀具几何参数,3.刀具的标注角度,2）切削平面中测量的刀具角度 （1）刃倾角s 主切削刃与基面之间的夹角。,在

9、切削平面内标注或测量，但有正、负之分。 当主切削刃与基面平行时s=0； 当刀尖点相对基面处于主切削刃上的最高点时s0；反之，s0。,二、刀具几何参数,3.刀具的标注角度,二、刀具几何参数,3.刀具的标注角度,3）正交平面中测量的刀具角度 (1) 前角o 前刀面与基面之间的夹角。 (2) 后角o 后刀面与切削平面之间的夹角。 (3) 楔角o 前刀面与后刀面之间的夹角。,楔角是个派生角。它与前角、后角有如下的关系：o90(oo)，o也是判断标注是否正确的验证式之一。,二、刀具几何参数,3.刀具的标注角度,二、刀具几何参数,3.刀具的标注角度,4）其它角度 （1）副后角o在通过副切削刃上选定点的正交

10、平面po内的副后刀面与副切削平面之间的夹角。 （2）余偏角r 主切削刃在基面上的投影与进给方向垂线之间的夹角，r= 90- r。,二、刀具几何参数,4.刀具的工作角度,刀具在工作状态下的切削角度（即工作角度），应该考虑包括进给运动在内的合成切削运动和刀具的实际安装情况，因而它的参考系也就不同于标注角度参考系，各参考平面的空间位置也相应的有所改变。,二、刀具几何参数,4.刀具的工作角度,基面Pre 通过切削刃上选定点，垂直于该点合成切削速度方向的平面。 基面Pr 通过切削刃上选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。通常平行于车刀的安装面（底面）。,合成切削速度角,二、刀具几何参数,4.刀具的工作角

11、度,1）横向进给运动对刀具工作角度的影响,二、刀具几何参数,4.刀具的工作角度,1）横向进给运动对刀具工作角度的影响,当横向进给量f一定时，切削刃愈接近工件中心，值愈小，值急剧增大，工作后角oe将变为负值。因此，对于横向切削不宜选用过大的进给量f，并应适当加大刀具标注后角o。,二、刀具几何参数,4.刀具的工作角度,2）纵向进给运动对刀具工作角度的影响,二、刀具几何参数,4.刀具的工作角度,3）刀具安装高度工作角度的影响,二、刀具几何参数,4.刀具的工作角度,3）刀具安装高度工作角度的影响,二、刀具几何参数,4.刀具的工作角度,4）刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响,三、切削层参数,切削层是指在

12、切削过程中，由刀具在切削部分的一个单一动作（或指切削部分切过工件的一个单程，或指只产生一圈过渡表面的动作）所切除的工件材料层。,三、切削层参数,切削层厚度hD 垂直于正在加工的表面（过渡表面）度量的切削层参数。 hDfsinr 切削层宽度bD 平行于正在加工的表面（过渡表面）度量的切削层参数。 bDapsinr 切削层横截面积AD 在切削层参数平面内度量的横截面积。 ADhDbD=apf 上述公式中可看出 hD、bD均与主偏角有关，但切削层横截面积 AD 只与 hD、bD 或 f、ap有关。,三、切削层参数,切削层厚度hD 垂直于正在加工的表面（过渡表面）度量的切削层参数。 hDfsinr 切

13、削层宽度bD 平行于正在加工的表面（过渡表面）度量的切削层参数。 bDapsinr 切削层横截面积AD 在切削层参数平面内度量的横截面积。 ADhDbD=apf 上述公式中可看出 hD、bD均与主偏角有关，但切削层横截面积 AD 只与 hD、bD 或 f、ap有关。,三、切削层参数,切削层厚度hD 垂直于正在加工的表面（过渡表面）度量的切削层参数。 hDfsinr 切削层宽度bD 平行于正在加工的表面（过渡表面）度量的切削层参数。 bDapsinr 切削层横截面积AD 在切削层参数平面内度量的横截面积。 ADhDbD=apf 上述公式中可看出 hD、bD均与主偏角有关，但切削层横截面积 AD

14、只与 hD、bD 或 f、ap有关。,1-2 刀具材料,刀具材料通常是指刀具切削部分的材料。 加工质量、加工效率、加工成本，在很大程度上取决于刀具材料的合理选择。因此，材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的主要因素。 金属切削过程除了要求刀具具有适当的几何参数外，还要求刀具材料具备一定性能。,硬度：必须高于工件的硬度，一般常温硬度不低于HRC62； 强度和韧性：能够承受切削中的压力、冲击和振动，避免崩刃和折断。 耐磨性：通常硬度高则耐磨； 耐热性（热硬性）：在高温下保持较高硬度、耐磨性、硬度和冲击韧性； 化学稳定性：高温下抗氧化、抗黏结和扩散；,一、刀具材料应具备的性能,导热性：导热系数大、

15、散热性好，可降低切削区温度，延长刀具寿命； 热变形：热膨胀系数小、热变形小，有利于工件尺寸精度的稳定； 工艺性：加工性好，如锻、焊接、热处理、机加工； 经济性：资源丰富，价格低廉。,一、刀具材料应具备的性能,早期的刀具材料 主要是高碳钢，现在仍用于低速刀具，如锉刀、手锯条（渗碳钢）等，其切削速度只有5m/min左右； 1910年 出现了高速钢，切削速度提高到30m/min； 1930年 出现了硬质合金，切削速度提高到100m/min以上； 现在 刀具技术仍在不断进步，涂层刀具（在韧性基体上用物理气相沉积法PVD或化学气相沉积法CVD涂上硬度很高的薄膜）、采用超硬刀具材料，进一步提高了切削性能。

16、 常用刀具材料有碳素工具钢(如T10A、T12A)、合金工具钢（如9SiCr、CrWMn）、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方炭化硼等。,二、常用刀具材料,常用刀具材料的种类及其特性 碳素工具钢 高速钢 硬质合金 其它刀具材料（涂层刀具、陶瓷、金刚石、立方氮化硼 ）,优点、缺点、种类、常用牌号、应用等,二、常用刀具材料,1-3 金属切削过程,金属切削过程：是刀具从工件表面切除多余金属，从切屑形成开始到已加工表面形成为止的完整过程。 在切削过程中，产生了切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等各种现象，分析产生诸现象的原因及对切削过程的影响规律，以解决生产上出现的各种问题，如改善工件材料

17、的切削加工性，合理选择切削液，合理选择刀具几何参数与切削用量等。对提高生产率，保证加工质量，降低生产成本起着重要的作用。,1-3 金属切削过程,待加工表面、 已加工表面、 过渡表面（切削表面）。,在切削过程中，工件上存在三个不断变化的表面：,1-3 金属切削过程,一、切削层的变形,以塑性材料的切屑形成为例，说明金属切削层的变形。 切削金属形成切屑的过程是一个类似于金属材料受挤压作用，产生塑性变形进而产生剪切滑移的变形过程。,一、切削层的变形,通常把切削刃作用部分的金属层划分为三个变形区。,第变形区 近切削刃处切削层内产生的塑性变形区； 第变形区 与前刀面接触的切屑层内产生的变形区； 第变形区

18、近切削刃处已加工表层内产生的变形区。,一、切削层的变形,1.第一变形区 塑性变形从始滑移面OA开始至终滑移面OM终了，之间形成AOM塑性变形区。,主要特征是金属沿滑移面的剪切变形，随之产生的加工硬化现象。,一、切削层的变形,1.第一变形区 1)剪切面:OA与OM非常接近，通常用OO面来表示该剪切区。,一、切削层的变形,1.第一变形区 2)剪切角:剪切面与切削速度(主运动)方向之间的夹角称为剪切角。,剪切角反映了切削变形的程度，剪切角小则变形大。,一、切削层的变形,2.第二变形区 当切屑沿前刀面流动时，会进一步受到前刀面的强烈挤压和摩擦，进一步发生变形，变形主要集中在与前刀面摩擦的切屑底面一薄层

19、金属区域（第变形区）。,主要特征是“纤维化”塑性变形，晶粒纤维化的方向和前刀面平行。切屑底面光滑、外侧呈毛茸状。,一、切削层的变形,2.第二变形区 1）刀屑接触区的挤压与摩擦 接触界面处压强大（达23GPa）、温度高，新鲜的切屑底面。,在粘结区，切屑底层与前刀面呈现冷焊状态，切屑底层的流速要比上层缓慢得多，从而在切屑底部形成一个滞流层。,一、切削层的变形,2.第二变形区 1）刀屑接触区的挤压与摩擦 “内摩擦”就是指滞流层与上层流屑层内部之间的摩擦，也就是金属内部的剪切滑移。,切屑离开粘结区后进入滑动区。在该区域内刀屑间的摩擦仅为外摩擦。,一、切削层的变形,2.第二变形区 2）积屑瘤 在中低速切

20、削塑性金属材料时, 常在刀具前面刃口处形成一块硬度很高的楔块，称之为积屑瘤。,一、切削层的变形,2.第二变形区 2）积屑瘤,特点：硬度高，比工件基体硬度高23倍；以一定的频率反复生长和脱落。 形成原因：滞流层金属不断堆积的结果。,影响因素：积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬化程度有关，也与刀刃前区的温度和压力状况有关。,一、切削层的变形,2.第二变形区 2）积屑瘤,对切削过程的影响： 优点：稳定的积屑瘤代替刀刃进行切削，延长刀具寿命； 加大刀具的工作前角，使变形下降，切削容易。 缺点：形状极不规则，影响加工精度和表面粗糙度； 不稳定积屑瘤的频繁脱落，加速刀具的磨损，产生振动。 在精加工

21、时应尽可能避免积屑瘤的产生，但在粗加工时，有时可充分利用积屑瘤。,一、切削层的变形,2.第二变形区 2）积屑瘤,抑制或消除积屑瘤的措施 采用低速或高速切削，以切削45钢为例，在低速vc3m/min和较高速度vc60m/min范围内不易形成积屑瘤； 采用高润滑性的切削液，使摩擦和粘结减少； 适当减少进给量、增大刀具前角； 适当提高工件材料的硬度； 提高刀具的刃磨质量； 合理调节各切削参数间关系，以防止形成中温区域。,一、切削层的变形,3.第三变形区 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第三变形区（）。,由于刀具刃口不可能绝对锋利, 钝圆半径的存在使切削层参数中公称切削厚度不可能完

22、全切除，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，从而影响已加工表面质量。,主要特征：已加工表面的纤维化，形成加工变质层。,一、切削层的变形,3.第三变形区,刀具刃口钝圆半径及刃口磨损形成的磨损棱面，会使已加工表面产生剧烈的塑性变形。 塑性变形造成已加工表面加工硬化及表面层的残余应力。 加工硬化和残余应力的存在，会影响已加工表面的质量和工件的疲劳强度，并增加了下道工序加工的困难及刀具磨损。 钝圆半径的大小取决于刀具材料、楔角大小、刃磨质量等因素。,已加工表面的形成过程,1-3 金属切削过程,由于工件材料、刀具角度和切削用量的不同，切削过程中变形情况也就不

23、同，因而产生的切屑种类也就多种多样。从变形观点出发，可将切屑归为以下四种状态。,二、切屑的类型,1.带状切屑 2.挤裂切屑 3.单元切屑 4.崩碎切屑,二、切屑的类型,1.带状切屑,外形特征：内表面光滑，外表面毛茸。 形成条件：加工塑性材料、高切削速度、小切削厚度、大的刀具前角。 特 点：切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙 度小。不易断屑、影响加工过程和安全。,二、切屑的类型,1.带状切屑,二、切屑的类型,2、挤裂切屑,外形特征：刀屑接触面有裂纹，外表面是锯齿形，如骨节状。 形成条件：加工塑性材料、中等切削速度、切削厚度较大或刀具前角较小。 特 点：切屑冷硬度高，脆且易断，已加工表面

24、粗糙度小。切削力幅值大，且波动明显，易产生振动。,二、切屑的类型,3、单元切屑,外形特征：刀屑沿挤裂面完全断开成单元状。 形成条件：加工塑性较差的材料、切削速度很低、切削厚度很大或刀具前角很小。 特 点：切削力波动大，振动明显，已加工表面非常粗糙、有振纹。,应尽量避免产生单元切屑。,二、切屑的类型,4、崩碎切屑,外形特征：刀屑呈不规则碎块状。 形成条件：切削脆性材料，如铸铁、黄铜等。 特 点：切削力幅值较小但波动幅度大，易产生振动，已加工表面粗糙度较大。,1-4 切削力与切削热,切削力的分析及计算 影响切削力的因素 切削热的产生与传导 影响切削温度的因素,一、切 削 力,1.切削力的来源,变形

25、区内产生的弹性变形抗力和塑性变形抗力 切屑、工件与刀具间的摩擦力。,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称为切削力。,一、切 削 力,2.切削力的分解,切削力Fc 切于过渡表面，并垂直于基面。 进给力Ff 处于基面内与进给方向相反。 背向力Fp 处于基面内并垂直于进给方向。,为了便于分析切削力的作用和测量、计算切削力的大小,通常将合力Fr分解为相互垂直的三个分力：切削力Fc 、进给力Ff 、背向力Fp。,一、切 削 力,3.切削力计算的经验公式,一、切 削 力,4.影响切削力的因素,材料的强度、硬度越高，则屈服强度越高，切削力越大。 在强度、硬度相近的情况下，材料的塑性

26、、韧性越大，则刀具前面上的平均摩擦系数越大，切削力也就越大。,主要有四个方面：工件材料、切削用量、刀具几何参数及其它方面的因素。,1）工件材料,一、切 削 力,4.影响切削力的因素,背吃刀量ap增大，切削力增大。 进给量f增大，切削力增大，但比ap影响小。 实际加工中，加大f比加大ap有利。,1）工件材料 2）切削用量,一、切 削 力,4.影响切削力的因素,背吃刀量ap 进给量f 切削速度VC :,1）工件材料 2）切削用量,a.切削速度在520m/min区域内增加时，积屑瘤高度逐渐增加，切削力减小； b.切削速度在2035m/min范围内增加，积屑瘤逐渐消失，切削力增加； c.在切削速度大于

27、35m/min时，由于切削温度上升，摩擦系数减小，切削力下降。 d.一般切削速度超过90m/min时，切削力无明显变化。 e.在切削脆性金属材料时，因塑性变形很小，刀屑界面上的摩擦也很小，所以切削速度Vc对切削力Fc无明显影响。,一、切 削 力,4.影响切削力的因素,背吃刀量ap 进给量f 切削速度:,1）工件材料 2）切削用量,在实际生产中，如果刀具材料和机床性能许可，采用高速切削，既能提高生产效率，又能减小切削力。,一、切 削 力,4.影响切削力的因素,前角: o 切削变形切削力（塑性材料）。 负倒棱：增加了负倒棱前角(负前角)参加切削，负前角的绝对值切削变形程度切削力。,1）工件材料 2

28、）切削用量 3）刀具几何参数,一、切 削 力,4.影响切削力的因素,主偏角： Kr FP, Ff,1）工件材料 2）切削用量 3）刀具几何参数,FP=FDcosKr Ff=FDsinKr,一、切 削 力,4.影响切削力的因素,刀尖圆弧半径 ： r切削刃长度切削变形切削力。 r主偏角平均值,使Fp、Ff。,1）工件材料 2）切削用量 3）刀具几何参数,一、切 削 力,4.影响切削力的因素,刀具材料、刀具磨损、切削液等对切削力的大小都有一定的影响。,1）工件材料 2）切削用量 3）刀具几何参数 4）其它因素,二、切削热和切削温度,切削热是切削过程的重要物理现象之一。由它引起的切削温度的升高会影响刀

29、具磨损和耐用度，同时抑制了切削速度的提高，还将导致工件、机床，刀具和夹具的热变形，降低零件的加工精度和表面质量。,切削热的产生与传导 切削温度的分布 影响切削温度的因素,二、切削热和切削温度,1.切削热的产生与传导,二、切削热和切削温度,2.切削温度及分布,切削温度是指前刀面与切屑接触区内的平均温度。,切削塑性材料时，温度最高点不在切削刃的刀尖上，而是位于距离刀尖有一小段距离的位置。 切削脆性材料时，第三变形区产生的热量是主要的，热量集中在刀尖处，刀尖接近后刀面的位置切削温度最高。,二、切削热和切削温度,3.影响切削温度的主要因素,1）切削用量的影响,以硬质合金切削45钢为例，其切削温度经验公

30、式如下：,由公式可见，切削速度的影响最大，背吃刀量的影响最小。,二、切削热和切削温度,3.影响切削温度的主要因素,1）切削用量的影响 2）刀具几何参数的影响,影响最明显的因素是前角o和主偏角r，其次是刀尖圆弧半径r。,前角o切削温度。但前角不能太大，否则刀具切削部分的锲角过小，容热、散热体积减小，切削温度反而上升。 主偏角r切削刃工作接触长度，切削宽度bD，散热条件变差，故切削温度。 增大刀尖圆弧半径能增大散热面积，降低切削温度。,二、切削热和切削温度,3.影响切削温度的主要因素,1）切削用量的影响 2）刀具几何参数的影响 3）刀具磨损的影响,刀具主后面磨损时，后角减小，后面与工件间摩擦加剧,

31、切削温度增大。 刃口磨损时，切屑形成过程的塑性变形加剧，使切削温度增大,二、切削热和切削温度,3.影响切削温度的主要因素,1）切削用量的影响 2）刀具几何参数的影响 3）刀具磨损的影响 4）工件材料的影响,材料的强度、硬度越高，则切削抗力越大，消耗的功越多，产生的热就越多； 导热系数越小，传散的热越少，切削区的切削温度就越高。,二、切削热和切削温度,3.影响切削温度的主要因素,1）切削用量的影响 2）刀具几何参数的影响工件材料 3）刀具磨损的影响 4）工件材料的影响 5）切削液的影响,利用切削液的润滑功能降低摩擦系数，减少切削热的产生； 利用切削液的冷却功用吸收大量的切削热。,采用切削液是降低

32、切削温度的重要措施。,1-5 刀具磨损和耐用度,刀具磨损的形式 刀具磨损的原因 刀具磨损过程及磨钝标准 刀具耐用度,切削过程中，刀具本身要发生磨损或破损。,磨损是连续的、逐渐的过程； 破损是随机的、突发的破坏。 刀具磨损使加工工件尺寸精度受到影响，同时切削条件变坏，表面质量也会恶化。,一、刀具磨损的形式,1.刀具的磨损（正常磨损）,1）前刀面磨损,切削塑性材料，切削速度、切削厚度较大时，在前刀面上磨出一个月牙洼。,一、刀具磨损的形式,1.刀具的磨损（正常磨损）,1）前刀面磨损 2）后刀面磨损,加工脆性材料或在切削速度较低、切削厚度较小（hD0.1mm），由于前刀面上刀屑间的作用相对较弱，主要发

33、生后刀面磨损。,一、刀具磨损的形式,1.刀具的磨损（正常磨损）,1）前刀面磨损 2）后刀面磨损 前刀面和后刀面同时磨损,一般在以中等切削用量加工塑性金属材料时会出现这种形式磨损。,一、刀具磨损的形式,1.刀具的磨损（正常磨损）,1）前刀面磨损 2）后刀面磨损 3）边界磨损,切削钢材时，常在主切削刃靠近工件外皮处以及刀尖处的后刀面上，磨出较深的沟纹，这就是边界磨损。加工铸、锻 件等外皮粗糙的工件，也容易发生边界磨损。,一、刀具磨损的形式,2.刀具的破损（非正常磨损）,刀具在切削过程中突然或过早产生损坏。,脆性破损：在振动、冲击切削条件的作用下，刀具尚未发生明显磨损（VB0.1mm），但刀具切削部

34、分却出现了刀刃微崩或刀尖崩碎、刀片或刀具折断、表层剥落、热裂纹等现象，使刀具不能继续工作，这种破损称为脆性破损。 塑性破损：切削时，刀具由于高温高压的作用，使刀具前、后刀面的材料发生塑性变形，刀具丧失切削能力，这种破损称为塑性破损。,二、刀具磨损的原因,1.磨料磨损,主要是机械磨损，热、化学磨损。,工件、切屑中的硬质点（碳化物、氮化物、氧化物等）、积屑瘤碎片等划擦刀具表面造成磨损。,低速切削时的主要磨损原因。,2.黏结磨损,切屑材料与刀具在压力和摩擦条件下发生冷焊黏结，带走刀具材料，产生表面破坏伤痕。,在形成不稳定积屑瘤的条件下，黏结磨损较为严重。,二、刀具磨损的原因,3.扩散磨损,工件、刀具

35、材料在高温条件下相互扩散，造成刀具磨损。,扩散磨损是硬质合金刀具的主要磨损原因之一。,4.化学磨损,高温下刀具材料与周围介质起化学作用，在刀具表面形成一层硬度较低的化合物，被切屑或工件擦掉而形成磨损。,在高速切削时，产生边界磨损的主要原因。,二、刀具磨损的原因,切削速度对刀具磨损强度的影响 1-磨料磨损 2-粘结磨损 3-扩散磨损 4-化学磨损,三、刀具磨损过程及磨钝标准,1.刀具磨损过程,初期磨损阶段、正常磨损阶段、剧烈磨损阶段。,实际生产中，必须控制刀具不进入剧烈磨损阶段。,三、刀具磨损过程及磨钝标准,2.刀具磨钝标准,含义：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。,具

36、体衡量方法： 1）ISO标准规定统一以1/2背吃刀量处的后刀面上测定的磨损带宽度（VB）作为刀具的磨钝标准。,三、刀具磨损过程及磨钝标准,2.刀具磨钝标准,含义：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。,具体衡量方法： 1）ISO标准规定统一以1/2背吃刀量处的后刀面上测定的磨损带宽度（VB）作为刀具的磨钝标准。 2）自动化生产中的精加工刀具，常以沿工件径向的刀具磨损尺寸（NB）作为刀具的磨钝标准，称为径向磨钝标准,三、刀具磨损过程及磨钝标准,2.刀具磨钝标准,磨钝标准的具体数值可从切削用量手册中查得。,例如，ISO推荐的车刀耐用度试验的磨钝标准： 硬质合金刀具：VB=0.

37、3mm；VBmax=0.6mm；KT=0.06+0.3f。,三、刀具磨损过程及磨钝标准,2.刀具磨钝标准,规定磨钝标准应考虑的因素： 工艺系统刚性：工艺系统刚性差，VB应取较小数值。 工件材料：一般材料，VB可取较大值；难加工材料（如高温合金、不锈钢、钛合金等）， VB应取较小数值。 加工精度和表面质量：加工精度和表面质量要求高时， VB应取小值。 工件尺寸：加工大型工件时，为避免频繁换刀， VB应取大值。,四、刀具耐用度,1.定义,刀具耐用度是指刃磨后的刀具从开始切削到磨损量达到磨钝标准(VB、NB)为止所用的切削时间。用T表示，单位：min。,刀具耐用度是衡量刀具材料切削性能、工件材料的切

38、削加工性及刀具几何参数是否合理的重要参数。,四、刀具耐用度,2.影响刀具耐用度的因素,刀具几何参数 合理选择刀具几何参数能提高刀具寿命。 刀 具 材 料 合理选用刀具材料，采用涂层刀具材料和使用新型刀具材料，是提高刀具寿命和切削速度的重要途径之一。 工 件 材 料 工件材料的物理力学性能也是影响刀具寿命的重要因素，工件材料的强度、硬度和韧性越高，延伸率越小，切削时均能使切削温度升高，刀具寿命降低。 切 削 用 量 切削速度、进给量、背吃刀量是影响刀具耐用度的重要因素。,四、刀具耐用度,3.切削用量与刀具耐用度的关系,1）切削速度与刀具耐用度的关系,在双对数坐标上的Tv曲线为直线： LgVc=-

39、mlgT+lgC0 式中， m=tg，即该直线的斜率；C0 当T1s（或1min）时直线在纵坐标上的截距。 VcTm = C0,四、刀具耐用度,3.切削用量与刀具耐用度的关系,1）切削速度与刀具耐用度的关系,VcTm = C0,T-V关系式反映了切削速度与刀具耐用度之间的关系,指数m表示切削速度对刀具耐用度的影响程度。高速钢：m=0.1-0.125； 硬质合金：m=0.2-0.3;陶瓷刀具：m=0.4。,切削速度增大，刀具耐用度降低。且 m 越小，直线越平，刀具耐用度对切削速度变化越敏感。,四、刀具耐用度,3.切削用量与刀具耐用度的关系,2）进给量、被吃刀量与刀具耐用度的关系,fTm1 = C

40、1 ， apTm2= C2,进给量、背吃刀量增大，刀具耐用度降低。,1）切削速度与刀具耐用度的关系,VcTm = C0,四、刀具耐用度,3.切削用量与刀具耐用度的关系,综合以上三式，可以得到切削用量三要素与耐用度的关系:,例如，用YT15硬质合金车刀切削b637MPa的碳钢时，切削用量与刀具寿命的关系式为：,显然，ap的指数最小，对T的影响最小，f次之，Vc的指数最大，对T的影响最大。若T给定，就存在 ap、f、Vc的最优组合问题（即切削用量的选择）。,四、刀具耐用度,4.刀具耐用度的选择,根据切削过程的优化指标：单件平均生产时间tW、单件平均加工成本C、平均利润率Pr,可分别计算出三种刀具耐

41、用度。,1）最大生产率耐用度TP 2）最低成本耐用度TC 3）最大利润耐用度TPr,当销售价格大于生产成本是时： TCTPrTP,四、刀具耐用度,4.刀具耐用度的选择,最大生产率耐用度TP 产品急需情况； 最低成本耐用度TC 产品研发试制阶段或滞销情况； 最大利润耐用度TPr 产品供不应求的情况。,TCTPrTP,具体考虑的因素： 刀具成本低，耐用度低；反之耐用度高。 安装、调整复杂的刀具，耐用度要高。 加工大型工件，耐用度要高。,1-6 工件材料的切削加工性,含义： 工件材料切削加工性是指对某种材料进行切削加工的难易程度。,一、材料切削加工性的衡量指标,1.衡量指标,1）以一定耐用度下的切削

42、速度vT衡量加工性； 2）以加工表面质量衡量加工性； 3）以切削力或切削温度衡量加工性； 4）以切屑控制或断屑的难易衡量加工性。,一般生产中，常以保证刀具一定耐用度下的切削速度vT作为衡量材料切削加工性的指标。 当刀具耐用度T=60min时，允许的切削速度VT记作V60的高低来评定材料的加工性。难加工材料可取T=30min或T=15min，相应的VT记作V30或V15。,一、材料切削加工性的衡量指标,1. 材料的相对加工性,以b637MPa的45钢的V60为基准记作(V60)j，将某种材料的V60与其相比，比值称为该材料相对加工性。,即：Kr=V60/(V60)j,当 Kr1时，该材料比45钢

43、容易切削，例如有色金属Kr3； 当 Kr1时，该材料比45钢难切削，例如高锰钢、钛合金 Kr0.5，均属难加工材料。,二、改善材料切削加工性的途径,1.调整材料的化学成分； 2.进行适当的热处理； 3.选择好的材料状态（毛坯）,生产实际中，热处理是最常用的处理方法。,1-7 切削条件的选择,合理的切削条件是保证加工质量、获得高生产率和低加工成本的前提。主要包括以下几方面：,1.刀具材料的选择 2.刀具几何参数（角度）的选择 3.刀具耐用度的选择 4.切削用量的选择 5.切削液的选用,一、刀具几何参数（角度）的选择,一、刀具几何参数（角度）的选择,1.前角 o,前角的功用 控制切削变形和切削力，

44、同时也影响刀具的散热和强度。前角加大会降低切削变形和切削力、切削热的产生，但也使刀尖强度下降，散热条件恶化。此外，也影响切屑形态和断屑效果，以及加工表面质量。,一、刀具几何参数（角度）的选择,1.前角 o,前角的选择 工件材料：加工脆性材料，变形不大，取较小的前角；加工塑性材料，取大前角。工件强度、硬度高，取小前角。 刀具材料：硬质合金刀具强度、韧性差，不耐冲击，取小前角（515）；高速钢刀具可取大前角。 刀具承受冲击载荷，应取较小的前角。 工艺系统刚度低，易振动，应加大前角，以降低切削力。 自动线上为保证可靠性，应取较小的前角。 成形刀具、前角影响切削刃形状的刀具(铣刀和齿轮刀等)，常取较小

45、的前角。,一、刀具几何参数（角度）的选择,2.后角 o,后角的功用 减少后刀面与加工表面间的摩擦，同时也影响刀具的强度和散热条件。后角加大，可使切削刃更锋利；在相同磨钝标准VB下，可以延长刀具使用时间。,一、刀具几何参数（角度）的选择,2.后角 o,后角的选择 精加工时，切削力和温度条件不严重，提高加工表面质量应以减小摩擦为主，宜取较大的后角（812）；粗加工时，为提高强度，应取较小的后角（6） 工件材料强度、硬度高时，为保证切削刃强度，宜取小后角；工件材料软、塑性大，后刀面摩擦严重影响加工表面质量和刀具的磨损，应加大后角；加工脆性材料，应取较小后角。 工艺系统刚性差，易振动，应减小后角，增加

46、阻尼。 有尺寸精度要求的刀具（定尺寸刀具），宜取小后角，减小重磨后尺寸的变化。,一、刀具几何参数（角度）的选择,2.后角 o,后角的选择 后角大、小对刀具磨损、刃磨的影响,一、刀具几何参数（角度）的选择,3.刃倾角s,一、刀具几何参数（角度）的选择,3.刃倾角s,一、刀具几何参数（角度）的选择,3.刃倾角s,一、刀具几何参数（角度）的选择,4.主偏角r,一、刀具几何参数（角度）的选择,5.副偏角r,二、切削用量的选择,三、切削液的选用,主要从以下几方面考虑切削液的选用 1.工件材料 塑性材料、脆性材料 2.刀具 硬质合金刀具、高速钢刀具、碳素工具钢 3.加工方法 切削加工（钻、铰、攻丝）、成形加工（齿轮刀具）、磨削 4.加工要求 粗加工、精加工,