第三节 金属的切削过程
一、切屑的形成过程及切屑的种类 二、积屑瘤 三、切削力和切削功率 四、切削热和切削温度 五、刀具磨损
金属在切削过程中，会出现一系列物理现象， 如金属变形、切削力、切削热、刀具磨损等，这 些都是以切屑形成过程为基础而生产中出现的许 多问题，如积屑瘤、振动、卷屑、断屑等，都与 切削过程密切相关。
四、切削热和切削温度
1、切削热 • 来源 （1）被加工件材料的弹性变形和塑性变形； （2）切屑与前刀面的摩擦； （3）后刀面与已加工表面之间的摩擦。 • 传散 （1）切屑，50-86%； （2）工件，40-10%； （3）车刀，9-3%； （4）空气，1%。
2、切削温度及影响因素
切削温度 一般指切屑、工件与刀具接触表面 上的平均温度。 决定因素：工件材料、切削用量和刀具角度。
三、刀具角度
1、车刀的切削部分 车刀的切削部分由三 个刀面、两个刀刃和一 个刀尖组成。
• 三面：前刀面、主后刀 面、副后刀面。 • 两刃：主刀刃、副刀刃。 • 一尖：刀尖。
2、车刀切削部分的主要角度
（1）辅助平面 为确定刀具的几何角度 而引入的辅助平面包括切 削平面、基面和正交平面。 • 切削平面：通过主刀刃上 某一点，并与该点加工表 面相切的平面。 • 基面：通过主刀刃上某一 点，并与该点切削速度方 向垂直的平面。 • 正交平面：通过主刀刃上 某一点，并与主刀刃在基 面上的投影垂直的平面。
待加工表面和已加工表面的垂直距离。
在车削外圆时：
ap=（dw-dm）/2 （mm）
其中： dw、 dm—分别为待加工表面和已加工表 面的直径。
3、切削层参数
切削层包括切削厚度、 切削宽度和切削面积。
（1）切削厚度ac 垂直于加工表面度量的切削层尺寸。 （2）切削宽度aw 沿着加工表面度量的切削层的尺寸。 （3）切削面积Ac 切削层截面面积。 Ac= acaw=fap
3）在切削平面内测量的角度
刃倾角λs：主刀刃与基面间的 夹角。
主要作用是影响排屑的方向和 刀具强度。
• 刀具角度的选择： （1）粗加工时，为了减轻刀具的负荷，采用较大的 前角，可适当的减小后角。这时切削刃不会明显削 弱。 （2）精加工时，为了减小主后刀面与加工面间的摩 擦，可采用较大的后角，并适当减小前角。 （3）在切削较硬材料或有冲击情况时，可采用较小 的主偏角和负的刃倾角，而不必明显地减小前角。 （4）当加工精度要求高的细长轴时，为了减小振动， 须选用较大的主偏角；为避免划伤已加工表面，须 选用正的刃倾角，并相应减小前角。
2）在基面内测量角度
（a）主偏角κr：主刀刃在基 面上投影与进给方向的夹角。
它能改变径向切削力和轴 向切削力的比例。常用的主 偏角有45°、60°、75°、 90°几种。
（b）副偏角κr´：副刀刃在 基面上投影与进给反方向的 夹角。
主要作用是减少副刀刃和 已加工表面之间的摩擦。 一 般为5°~15°左右。
第一节 金属切削加工的运动要素
一、切削运动 二、运动要素
一、切削运动
切削运动包括主运动和进给运动两类。 1、主运动
在切削运动中，运动速度最高、消耗动力最大、 为切除切屑的最基本的运动。 例如：车削时工件的旋转运动； 刨削时刀具（牛头刨）或工件（龙门刨） 的直线往复运动； 钻削、铣削和磨削时，钻头、铣刀和砂轮 的旋转运动。
（1）工件材料的影响
（a）工件材料的强度、硬度越高，切削中消耗 的功越大，所产生的切削热越多，切削温度就越 高。 （b）工件材料的导热性好，温度低。脆性材料， 温度低。
（2）切削用量的影响
（a）切削速度增加，温度升高。当速度升高一 倍时，温度升高20-30%； （b）进给量 f 增加，温度升高。当 f 增加一 倍时，温度升高10%； （c）背吃刀量（切削深度）ap增加，温度升高 不多。如ap增加一倍时，温度只升高3%。
2、进给运动
在切削过程中，为了使新的金属层连续投入切 削，从而切出工件全部加工表面所需要的运动。 例如：车削时车刀沿纵向、横向的直线走刀运动； 钻削时钻头的轴向移动； 铣削时工件随工作台的直线运动。
注释:
1、主运动可以使旋转运动，也可以是往复运动； 2、主运动可以是工件来实现（车外圆）,也可以是刀具来实现（刨、 铣加工）; 3、主运动只有一个，进给运动可以一个以上。
（2）节状切屑
节状切屑上面呈较大的 锯齿状，底面有不贯穿的 裂纹 形成条件：切速低、进 给量大、中等硬度材料。 缺点：切削力波动大、 工件表面较粗糙。
（3）崩碎切屑
切削层金属发生弹性变形 后，一般不经过塑性变形就突 然崩裂而形成形状不规则的崩 碎切屑 形成条件：铸铁、铸造黄 铜等脆性材料。 缺点：切削热和切削力集 中在刀具的主刀刃和刀尖处， 刀尖易磨损、易产生振动，表 面质量不高。
2、常用刀具材料
• 碳素工具钢：T8A、T10、T12A。如丝锥、锉刀、锯条等。 • 合金工具钢：9SiCr、CrWMn。如拉刀、铰刀、钻头等。 • 高速钢：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。如钻头、铣刀、齿轮刀具 等。 • 硬质合金：粗加工YG6、YG8、YT5；精加工YT15、YT30。能 耐1000℃高温，耐磨性好。 • 陶瓷：Al2O3、Al2O3-TiC、Si3N4；车刀（高速）。特点：热 硬性好，耐磨，抗弯性差，易碎。 • 立方氮化硼：如车刀、铣刀（中高速）。特点：热硬性强， 可耐1500℃高温，与铁亲和力小。 • 人造金刚石：如车刀、铣刀等。特点：热硬性好。
金属切削加工基本知识
第一节 金属切削加工的运动要素
第二节 刀具材料和角度
第三节 金属的切削过程 第四节 技术经济分析
概述
• 金属切削加工是用刀具从金属材料（毛坯）上切去 多余的金属层，从而获得几何形状、尺寸精度和表 面质量都符合要求的机器零件的加工方法。 • 分为钳工和机械加工两部分。 • 机械加工是通过工人操作机床对工件进行切削加工， 常见的加工方法有：车、钻、刨、铣、磨以及齿形 加工等。
有利方面
积屑瘤的存在，使 增加工作 刀具的实际工作前 前角 角增大
可减小切削变 形和切削力， 使切削轻快
不利方面
影响工件尺 寸精度
时大时小，时有时无，使切削力 产生波动而引起振动 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 积屑瘤破裂后会划伤表面，加快 刀具磨损 会形成硬点和毛刺，使工件表面粗造度 值增大
（2）总切削力的分解
切削力是一个空间力，为了便于研究将其分解为三个相 互垂直的分力,即主切削力、进给力和背向力。。
主切削力:
切削合力在切削速度方向上的分力， 垂直于基面，其大小约占总的切削合 力的８５％～９０％
切削合力在进给方向上的分力;它 在基面内，与进给方向平行，但 方向相反 切削合力在切削深度方向上的分力;它 在基面内，与切深方向相反
（2）进给量f
在主运动的一个循环（或单位时间）内，工件 与刀具间沿进刀方向相对运动的距离。 如在车削、镗削、钻削时，进给量表示工件或 刀具每转一转，刀具或工件移动的距离，单位是 mm/r。
在牛头刨床（龙门刨）刨削时，刀具（工件） 每往复一次，工件（刀具）移动的距离。
（3）背吃刀量（切削深度）ap
待加工表面和已加工表面的垂 直距离。
（1）切削速度 在单位时间内，工件和刀具沿主运动方向相对 移动的距离。 例如：主运动为旋转运动时 v=πdwn/1000(m/s) 式中：dw—工件待加工表面的直径或刀具最大直 径（mm） n—工件或刀具的转速（r/s） 主运动为往复直线运动时
v=2Ln/1000×60（m/s） 式中：L—往复运动行程长度（mm） n—主运动每分钟往复次数
一、切屑的形成过程及切屑种类
1. 切屑形成过程
随着切应力、切应变逐 渐增大，达到其屈服强 度时，产生塑性变形而 滑移
塑性变形 挤裂 切离
切削层 的金属
切 屑
弹性变形
切削层的金属 受到刀具前刀 面的推挤后产 生弹性变形
刀具继续切入时，材料 内部的应力、应变继续 增大，当切应力达到其 断裂强度时，金属材料 被挤裂
二、积屑瘤
1刀尖的部位粘附着一小块很硬的金属，称为积屑瘤。 一般认为，积屑瘤是由于切屑与前刀面在切削过程中剧烈的摩 擦而形成的。
2、积屑瘤对加工过程的影响
保护刀具 积屑瘤硬 度很高 可代替切削刃进 行切屑，减少刀 具的磨损
进给力：
背向力:
工件材料
刀具角度 2、影响切削力的主要因素 切削用量 积屑瘤
（1）工件材料的影响
（a）强度和硬度高，则切削力大。 （b）塑性和韧性高，则切削力大。
塑性大的材料，切屑与前刀面的摩擦系数大，接触区较 长，故切削力较大； 韧性高的材料，致使其发生变形或破坏所消耗的能量较 多，故切削力也较大。 如不锈钢0Gr18Ni9Ti与正火的中碳钢的强度硬度基本相 同，但不锈钢的塑性韧性较高，其切削力要比正火的中碳钢 约高25%。
第二节 刀具材料和角度
一、刀具 二、刀具材料 三、刀具角度
一、刀具
1、刀具结构
车刀的组成和形式 （a）焊接式 （b）整体式 （c）机夹式
铣刀
（a）三面刃铣刀 （b）圆柱铣刀 （c）端铣刀
刨刀的结构
钻头和镗刀的对比
二、刀具材料
1、刀具材料的性能 （1）较高的硬度：为工件硬度的1.3-1.5倍，一般要求 HRC60以上。 （2）足够的强度和韧性。 （3）良好的耐磨性 （4）较高的耐热性 （5）良好的导热性
（2）车刀的主要角度
车刀的主要 角度包括前角、 后角、主偏角、 负偏角和刃倾角。
1）在正交平面内测量角度
（a）前角γ0：正交平面中，前刀 面与基面之间的夹角。 前角的大小对切屑变形、切削 力以及切削刃强度都有很大影响。 通常为-5至+25°之间。 （b）后角α0：主后刀面与切削平 面之间的夹角。 主要作用是减少主后刀面与工 件间的摩擦。通常为6-12°。