金属切削原理与刀具

2012-2013学年 春季学期金属切削过程金属切削过程Ø 金属切削过程的变形金属切削过程的变形 Ø 切削的类型及控制切削的类型及控制Ø 切削力切削力Ø 切削热和切削温度切削热和切削温度Ø 刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命金属切削过程定义：金属切削过程定义： 刀具和工件相互作用形成切屑的过程刀具和工件相互作用形成切屑的过程目的：目的： 使使被被加加工工零零件件的的尺尺寸寸精精度度、、形形状状和和位位置置精精度度、、表表面面质质量量达达到到设设计计与与使使用要求两个基本条件：两个基本条件： 切削运动和刀具切削运动和刀具过程中的现象：过程中的现象： 切削切削变形、切削力、切削形、切削力、切削热、、积屑瘤、加工硬化和刀具磨屑瘤、加工硬化和刀具磨损意义：意义： 有助于切削加工技术的发展，保证加工质量，提高生产率和降低成本有助于切削加工技术的发展，保证加工质量，提高生产率和降低成本 金属切削过程金属切削过程 FABOM45°a）正挤压）正挤压FABOM45°b）偏挤压）偏挤压OMFc）切削）切削Ø 正正挤挤压压：：金金属属材材料料受受挤挤压压时时，，最最大大剪应力方向与作用力方向约成剪应力方向与作用力方向约成4545°°Ø 偏偏挤挤压压：：金金属属材材料料一一部部分分受受挤挤压压时时，，OBOB线线以以下下金金属属由由于于母母体体阻阻碍碍，，不不能能沿沿ABAB线滑移，而只能沿线滑移，而只能沿OMOM线滑移线滑移Ø 切切削削：：与与偏偏挤挤压压情情况况类类似似。

弹弹性性变变形形→→剪剪切切应应力力增增大大，，达达到到屈屈服服点点→→产产生生塑塑性性变变形形，，沿沿OMOM线线滑滑移移→→剪剪切切应应力力与与滑滑移移量量继继续续增增大大，，达达到到断断裂裂强强度度→→切切屑屑与与母母体脱离体脱离切削的形成过程切削的形成过程金属切削过程中的变形金属切削过程中的变形金属切削过程中的变形金属切削过程中的变形以塑性材料的切屑形成为例，以塑性材料的切屑形成为例，金属切削区可大致划分为：金属切削区可大致划分为： 三个变形区三个变形区 Ⅰ Ⅰ 第一变形区第一变形区 Ⅱ Ⅱ 第二变形区第二变形区 Ⅲ Ⅲ 第三变形区第三变形区金属切削过程中的变形金属切削过程中的变形OA—始滑移线始滑移线:塑性变形开始；塑性变形开始； OM—终滑移线：金属晶粒的剪终滑移线：金属晶粒的剪切滑移基本完成，切滑移基本完成，成为切屑金成为切屑金属切削过程的塑性变形主要集中属切削过程的塑性变形主要集中于此区域于此区域变形的主要特征：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般速度范围内ⅠⅠ区宽度为区宽度为0.02～～0.2mm，速度越高，宽度越小，可看作，速度越高，宽度越小，可看作一个剪切平面一个剪切平面（（1）第一变形区）第一变形区（剪切滑移区）（剪切滑移区）金属切削过程中的变形金属切削过程中的变形ⅠⅢⅡ前刀面挤压与摩擦，前刀面挤压与摩擦， 金金属纤维化的二次变形。

属纤维化的二次变形 此变形区的变形是造成前此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因主要原因2）第二变形区）第二变形区（挤压摩擦区）（挤压摩擦区）金属切削过程中的变形金属切削过程中的变形 ⅠⅢⅡ（3）第三变形区第三变形区切削刃钝圆部分和后刀面的挤切削刃钝圆部分和后刀面的挤切削刃钝圆部分和后刀面的挤切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦，压和摩擦，压和摩擦，压和摩擦，并进一步产生弹、并进一步产生弹、并进一步产生弹、并进一步产生弹、塑性变形塑性变形塑性变形塑性变形，造成纤维化和加工，造成纤维化和加工，造成纤维化和加工，造成纤维化和加工硬化，硬化，硬化，硬化，影响巳加工表面质量影响巳加工表面质量影响巳加工表面质量影响巳加工表面质量此区变形是造成已加工面加工此区变形是造成已加工面加工此区变形是造成已加工面加工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硬化和残余应力的主要原因硬化和残余应力的主要原因硬化和残余应力的主要原因刃前区：三个变形区汇集在切削刃附近，此处的应力集中刃前区：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而复杂，被切削层在此与工件本体材料分离（挤压摩擦回弹区）（挤压摩擦回弹区） 切屑根部金相照片M刀具切屑OA终滑移线始滑移线：τ=τsΦ剪切角金属切削过程中的变形金属切削过程中的变形切屑的类型及控制切屑的类型及控制1 1）带状切屑）带状切屑产生条件：加工塑性金属，且产生条件：加工塑性金属，且切削厚度较小，切削速度较高、切削厚度较小，切削速度较高、刀具前角较大。

刀具前角较大优点：切削过程平稳，切削力波优点：切削过程平稳，切削力波动范围小，已加工表面粗糙度较动范围小，已加工表面粗糙度较小缺点：容易缠绕刀具或工件，缺点：容易缠绕刀具或工件，影响加工过程影响加工过程带状切屑切屑的类型（从变形观点出发）切屑的类型（从变形观点出发）2 2）挤裂）挤裂( (节状节状) )切屑切屑产生条件：加工塑性金属，在低产生条件：加工塑性金属，在低速、切削厚度较大、刀具前角较速、切削厚度较大、刀具前角较小小特点：切削过程不平稳，切削特点：切削过程不平稳，切削力有波动，已加工表面粗糙度力有波动，已加工表面粗糙度较大挤裂切屑切屑的类型及控制切屑的类型及控制3 3）单元）单元( (粒状粒状) )切屑切屑产生条件：加工塑性金属，切削产生条件：加工塑性金属，切削速度极低时，增大进给量，减小速度极低时，增大进给量，减小前角特点：切削过程不平稳，切削力特点：切削过程不平稳，切削力波动大，已加工表面粗糙度大波动大，已加工表面粗糙度大粒状切屑切屑的类型及控制切屑的类型及控制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 ↑γ0↑v↓ hD↓γ0 ↓v ↑ hD↓γ0 ↓v ↑hD↑γ0↑v↓ hD4 4）崩碎切屑）崩碎切屑 切脆性材料，工件材料越是脆硬、切脆性材料，工件材料越是脆硬、进给量越大则越容易产生这种切进给量越大则越容易产生这种切屑。

材料所受应力超过了抗拉强屑材料所受应力超过了抗拉强度切削力的幅度小，但波动大，切削力的幅度小，但波动大，切削过程不平稳，易损坏刀具，切削过程不平稳，易损坏刀具，已加工表面粗糙已加工表面粗糙崩碎切屑切屑的类型及控制切屑的类型及控制减小切削厚度，使切屑成针状或片状，同时提高切削速度，减小切削厚度，使切屑成针状或片状，同时提高切削速度，以增加工件材料的塑性以增加工件材料的塑性切屑的控制切屑的控制1 ）采用断屑槽）采用断屑槽对对流流动动中中的的切切屑屑施施加加一一定定的的约约束束力力，，使使切切屑屑应应变变增增大大，，切切屑卷曲半径减小屑卷曲半径减小切屑的类型及控制切屑的类型及控制切切削削加加工工中中采采用用适适当当的的措措施施来来控控制制切切屑屑的的卷卷曲曲、、流流出出与与折折断断，，形成形成““可接受可接受””的良好切屑的良好切屑切屑的类型及控制切屑的类型及控制增大刀具主偏角增大刀具主偏角 切削厚度变大，有切削厚度变大，有利于断屑利于断屑2 2）改变刀具角度）改变刀具角度减小刀具前角减小刀具前角 可使切屑变形加大，可使切屑变形加大，切屑易于折断切屑易于折断。

刃倾角刃倾角 正值正值 切屑常卷曲后碰到后刀面折断切屑常卷曲后碰到后刀面折断 负值负值 切屑常卷曲后碰到已加工表面折断切屑常卷曲后碰到已加工表面折断 切屑的类型及控制切屑的类型及控制3 3）调整切削用量）调整切削用量 即据实际条件适当选择切削用量即据实际条件适当选择切削用量 进给量进给量 切削厚度切削厚度 对断屑有利对断屑有利 加工表面粗糙度加工表面粗糙度 切削速度切削速度 切削变形切削变形 利于断屑利于断屑 切除效率切除效率 切屑的类型及控制切屑的类型及控制 积屑瘤的成因积屑瘤的成因速度不高、切削塑性金属、形速度不高、切削塑性金属、形成带状切屑，刀具和切屑间的成带状切屑，刀具和切屑间的压力和摩擦，使得切屑冷焊并压力和摩擦，使得切屑冷焊并层积在前刀面上，形成硬度很层积在前刀面上，形成硬度很高的一块剖面呈三角状的硬块，高的一块剖面呈三角状的硬块，其硬度是工件材料硬度的其硬度是工件材料硬度的2～～3倍，能够代替刀刃进行切削，倍，能够代替刀刃进行切削，并以一定的频率生长和脱落。

并以一定的频率生长和脱落这硬块称为积屑瘤这硬块称为积屑瘤1 1）积屑瘤的形成）积屑瘤的形成积屑瘤的形成及其影响积屑瘤的形成及其影响（（1）工件材料的性质）工件材料的性质塑性材料的加工硬化倾向越强，越易产生积屑瘤；塑性材料的加工硬化倾向越强，越易产生积屑瘤；切削区的温度和压力很低时，不会产生积屑瘤；切削区切削区的温度和压力很低时，不会产生积屑瘤；切削区的温度太高时，由于材料变软，也不会产生积屑瘤的温度太高时，由于材料变软，也不会产生积屑瘤2 2）积屑瘤的成因）积屑瘤的成因（（2）切削区的温度分布和压力分布有关切削区的温度分布和压力分布有关3）刀具前角）刀具前角 增大刀具前角可以有效抑制积屑瘤的形成增大刀具前角可以有效抑制积屑瘤的形成4）冷却润滑条件）冷却润滑条件 加注切削液可以有效抑制积屑瘤的形成加注切削液可以有效抑制积屑瘤的形成积屑瘤的形成及其影响积屑瘤的形成及其影响 根据积屑瘤的有无及生长高度根据积屑瘤的有无及生长高度根据积屑瘤的有无及生长高度根据积屑瘤的有无及生长高度H H H Hb b b b与切削速度关与切削速度关与切削速度关与切削速度关系，可分为四个区：系，可分为四个区：系，可分为四个区：系，可分为四个区：（（5）） 切削速度切削速度 I I 区：区：区：区：切削速度很低，形成粒状或节状切屑，切削速度很低，形成粒状或节状切屑，切削速度很低，形成粒状或节状切屑，切削速度很低，形成粒状或节状切屑，没有积屑瘤生成；没有积屑瘤生成；没有积屑瘤生成；没有积屑瘤生成；ⅡⅡⅡⅡ区：区：区：区：形成带状切屑，冷焊条件逐渐形成，形成带状切屑，冷焊条件逐渐形成，形成带状切屑，冷焊条件逐渐形成，形成带状切屑，冷焊条件逐渐形成，随着切削速度的提高，积屑瘤高度也增加。

随着切削速度的提高，积屑瘤高度也增加随着切削速度的提高，积屑瘤高度也增加随着切削速度的提高，积屑瘤高度也增加摩擦阻力摩擦阻力摩擦阻力摩擦阻力F F F Ff f f f与切削流动推力与切削流动推力与切削流动推力与切削流动推力T T T T：：：：F Ff f>T >T 积屑瘤高度增大；积屑瘤高度增大；积屑瘤高度增大；积屑瘤高度增大；F Ff f

ⅣⅣⅣⅣ区：区：区：区：切削速度进一步提高，由于切削速度较高而冷焊消失，此时积屑瘤切削速度进一步提高，由于切削速度较高而冷焊消失，此时积屑瘤切削速度进一步提高，由于切削速度较高而冷焊消失，此时积屑瘤切削速度进一步提高，由于切削速度较高而冷焊消失，此时积屑瘤不再存在，当切屑底部的纤维化依然存在，切屑的滞留倾向也依然存在不再存在，当切屑底部的纤维化依然存在，切屑的滞留倾向也依然存在不再存在，当切屑底部的纤维化依然存在，切屑的滞留倾向也依然存在不再存在，当切屑底部的纤维化依然存在，切屑的滞留倾向也依然存在积屑瘤的形成及其影响积屑瘤的形成及其影响积屑瘤的形成及其影响积屑瘤的形成及其影响（（1）增大刀具前角）增大刀具前角 减小了切屑变形，降低切削力，减小了切屑变形，降低切削力，使切削过程容易进行使切削过程容易进行2）增大切削厚度）增大切削厚度 ΔΔh hD D的变化导致切削厚度的变的变化导致切削厚度的变化，从而导致切削力的波动和影化，从而导致切削力的波动和影响加工质量响加工质量3 3）积屑瘤对切削过程的影响）积屑瘤对切削过程的影响积屑瘤的形成及其影响积屑瘤的形成及其影响（（3）增大已加工表面粗糙度）增大已加工表面粗糙度 积屑瘤伸出切削刃外的部分积屑瘤伸出切削刃外的部分高低不平，外形极不规则，增高低不平，外形极不规则，增大了已加工表面的粗糙度，降大了已加工表面的粗糙度，降低了表面加工质量。

低了表面加工质量4）对刀具寿命的影响）对刀具寿命的影响 积屑瘤积屑瘤 如生长稳定，起到了保护了刀具，提高了刀具的使如生长稳定，起到了保护了刀具，提高了刀具的使用寿命的作用；如频繁脱落，则加剧了刀具的磨损，降低了用寿命的作用；如频繁脱落，则加剧了刀具的磨损，降低了刀具的使用寿命刀具的使用寿命 积积屑屑瘤瘤对对切切削削过过程程的的影影响响有有积积极极的的一一面面，，也也有有消消极极的的一一面面在在粗粗加加工工时时，，可可充充分分利利用用积积屑屑瘤瘤, ,精精加加工工时时必必须须防防止止积积屑屑瘤瘤的的产产生，可采取的控制措施有：生，可采取的控制措施有： （（2 2））使使用用润润滑滑性性能能好好的的切切削削液液，，目目的的在在于于减减小小切切屑屑底底层层材材料料与刀具前刀面间的摩擦与刀具前刀面间的摩擦1 1）合理选用切削速度，使切削速度避开产生积屑瘤的区域合理选用切削速度，使切削速度避开产生积屑瘤的区域 （（3 3）增大刀具前角，减小刀具前）增大刀具前角，减小刀具前刀面与切屑之间的压力刀面与切屑之间的压力4 4）降低工材塑性，适当提高工）降低工材塑性，适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。

件材料硬度，减小加工硬化倾向4 4）控制措施）控制措施（（5 5）减小进给量减小进给量积屑瘤的形成及其影响积屑瘤的形成及其影响l l））克克服服切切削削层层材材料料和和工工件件表表面面层层材材料料对对弹弹性性变变形形的抗力；的抗力；2 2）克服塑性变形的抗力；）克服塑性变形的抗力；切削力来源于以下三个方面：切削力来源于以下三个方面：1 1）切削力）切削力3 3））克克服服刀刀具具与与切切屑屑、、刀刀具具与与工工件件表表面面间间摩摩擦擦阻阻力力所需的力；所需的力；切削过程受力分析切削过程受力分析κrFcFFpFf ·pFfFf ·pFf ·pfv切削力的分解F 切削合力Fc主切削力Fp背向力Ff进给力2 2）切削合力及分解）切削合力及分解 切削合力及分解切削合力及分解 切屑的受力分析切屑的受力分析前刀面：前刀面： 法向力法向力 F Fn n 摩擦力摩擦力 F Ff f剪切面：剪切面： 正压力正压力 F Fnsns 剪切力剪切力 F Fs s切屑形成力切屑形成力 F F第一步：受力分析第一步：受力分析切屑的受力分析切屑的受力分析 剪切角剪切角 ΦΦ 摩擦角摩擦角 ββ第二步：角度分析第二步：角度分析切屑的受力分析切屑的受力分析第三步：分力计算第三步：分力计算切屑切屑变形变形过程过程被切削金属层好比一叠被切削金属层好比一叠卡片，刀具进行切削时，卡片，刀具进行切削时，卡片之间发生滑移。

卡片之间发生滑移切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本不变可用切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本不变可用其表示切削层的变形程度其表示切削层的变形程度lchhDhchlC 切屑与切削层尺寸切屑与切削层尺寸◆◆◆◆ 厚度变形系数厚度变形系数◆◆◆◆ 长度变形系数长度变形系数1. 变形系数变形系数* *变形系数值变形系数值变形系数值变形系数值ΛΛΛΛh h h h是大于是大于是大于是大于1 1 1 1的数；值越大，变形越大；可实测；的数；值越大，变形越大；可实测；的数；值越大，变形越大；可实测；的数；值越大，变形越大；可实测； ΛΛΛΛh h h h与剪切与剪切与剪切与剪切角角角角ФФФФ有关，有关，有关，有关， ФФФФ增大，增大，增大，增大， ΛΛΛΛh h h h 减小，切削减小，切削减小，切削减小，切削变变形减小切屑变形程度切屑变形程度切屑变形程度切屑变形程度相对滑移模型：相对滑移模型：平平行行四四边边形形OHNMOHNM发发生生剪剪切切变变形形后后，，变变为为平平行行四四边边形形OGPMOGPM，其相对滑移，其相对滑移2 2．相对滑移．相对滑移εε切屑变形程度切屑变形程度3．剪切角．剪切角φ （（1）根据材料力学平面应力状态理论）根据材料力学平面应力状态理论 ——主应力与切应力主应力与切应力 45º F Fs （（2）根据合力学最小理论：）根据合力学最小理论： 切屑变形程度切屑变形程度 分析上式可知：分析上式可知： 1））前前角角增增大大时时，，剪剪切切角角随随之之增增大大，，变变形形减减小小。

这这表表明明，，在在保保证证切切削削刃刃强强度度的的前前提提下下，，增增大大刀刀具具前前角角可可减少切削变形，对改善切削过程有利减少切削变形，对改善切削过程有利 2））摩擦角增大时，剪切角随之减小，变形增大摩擦角增大时，剪切角随之减小，变形增大提高刀具刃磨质量、采用润滑性能好的切削液可以减提高刀具刃磨质量、采用润滑性能好的切削液可以减小前刀面和切屑之间的摩擦系数，有利于改善切削过小前刀面和切屑之间的摩擦系数，有利于改善切削过程影响切屑因素影响切屑因素1 1．工件材料的影响．工件材料的影响工件材料的硬度和强度越大，工件材料的硬度和强度越大，工件材料的硬度和强度越大，工件材料的硬度和强度越大，剪剪剪剪切角将随之越大，切角将随之越大，切角将随之越大，切角将随之越大，变形系数越小，变形系数越小，变形系数越小，变形系数越小，切屑的变形越小切屑的变形越小切屑的变形越小切屑的变形越小 刀刀刀刀具具具具前前前前角角角角增增增增大大大大，，，，剪剪剪剪切切切切角角角角将将将将随随随随之之之之增增增增大大大大；；；；变变变变形形形形系系系系数数数数随随随随着着着着刀刀刀刀具具具具的的的的前前前前角角角角增增增增大大大大而而而而减减减减小小小小。

切切切切屑屑屑屑的变形减小的变形减小的变形减小的变形减小2 刀具前角的影响刀具前角的影响影响切屑因素影响切屑因素3．切削速度的影响．切削速度的影响A段：段： 积屑瘤随着切削速度的增大逐渐积屑瘤随着切削速度的增大逐渐形成，前角逐渐增大，所以变形形成，前角逐渐增大，所以变形系数减小系数减小 积积屑屑瘤瘤消消失失，，随随着着vc的的增增大大，，切切削削温温度度增增高高，，使使切切屑屑底底层层材材料料的的剪剪切切屈屈服服强强度度τsτs下下降降，，导导致致前前刀刀面面摩摩擦擦系系数数μμ减减小小，，摩摩擦擦角角随随之之减减小小，，剪切角增大，故变形系数减小剪切角增大，故变形系数减小C段：段： •切削塑性金属时切削塑性金属时vc是通过积屑瘤的生长消失过程影响切削变形大小的是通过积屑瘤的生长消失过程影响切削变形大小的•切削铸铁等脆性金属时，一般不产生积屑瘤随着切削速度增大，变形系数切削铸铁等脆性金属时，一般不产生积屑瘤随着切削速度增大，变形系数 逐渐地减小逐渐地减小B段：段： 积屑瘤随着积屑瘤随着vc的增大逐渐消失，前的增大逐渐消失，前角逐渐减小，所以变形系数增大角逐渐减小，所以变形系数增大。

影响切屑因素影响切屑因素4 4．切削层公称厚度的影响．切削层公称厚度的影响 进给量增大，切削层厚度增大进给量增大，切削层厚度增大进给量增大，切削层厚度增大进给量增大，切削层厚度增大; ;在无积屑瘤的切削速度范围内在无积屑瘤的切削速度范围内在无积屑瘤的切削速度范围内在无积屑瘤的切削速度范围内(Vc=200)(Vc=200)，切削厚度越大，变形，切削厚度越大，变形，切削厚度越大，变形，切削厚度越大，变形系数越小系数越小系数越小系数越小5 5．刀尖圆弧半径的影响．刀尖圆弧半径的影响 刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r r    越大，变越大，变越大，变越大，变形系数越大，切削变形越大形系数越大，切削变形越大形系数越大，切削变形越大形系数越大，切削变形越大 l l））克克服服切切削削层层材材料料和和工工件件表表面面层层材材料料对对弹弹性性变变形形的抗力；的抗力；2 2）克服塑性变形的抗力；）克服塑性变形的抗力；切削力来源于以下三个方面：切削力来源于以下三个方面：1 1）切削力）切削力切削力、切削合力与分力、切削功率切削力、切削合力与分力、切削功率3 3））克克服服刀刀具具与与切切屑屑、、刀刀具具与与工工件件表表面面间间摩摩擦擦阻阻力力所需的力；所需的力；切削力切削力κrFcFFpFf ·pFfFf ·pFf ·pfv切削力的分解F 切削合力Fc主切削力Fp背向力Ff进给力2 2）切削合力及分解）切削合力及分解 切削力切削力主偏角主偏角Kr的大小影响的大小影响 Fp 和和 Ff 的配置。

当工艺系统刚性较的配置当工艺系统刚性较差时，应尽可能使用大的主偏角刀具进行切削差时，应尽可能使用大的主偏角刀具进行切削根据实验，当根据实验，当Kr =45º, λs= 0º, γo≈ 15º，，F c、、F p和和F f有以有以下近似关系：下近似关系： F p =（（0.15~0.7）） F c F f = （（0.1~0.6）） F c可以得到：可以得到： Fp.f=（（1.02~1.36）） F c三者会随着刀具材料、刀具几何参数、切削用量、工件材三者会随着刀具材料、刀具几何参数、切削用量、工件材料、刀具磨损情况而在较大范围内变化料、刀具磨损情况而在较大范围内变化切削力切削力 3 3）切削功率）切削功率式中式中 Fc —— 主切削力主切削力（（N）；）； v —— 主运动速度主运动速度（（m/s） 4 4）机床电机功率）机床电机功率式中式中 η —机床传动效率，通常机床传动效率，通常η= 0.75～～0.85 只有前者只有前者1%~2%切削力切削力5 5）切削力的测量及切削力经验公式）切削力的测量及切削力经验公式目前常用的测力仪有电目前常用的测力仪有电阻式测力仪和压电式测阻式测力仪和压电式测力仪。

力仪2 2．切削力的经验公式．切削力的经验公式1 1．切削力的理论公式．切削力的理论公式 切削过程非常复杂，理论模型还存在较大缺点，计算结切削过程非常复杂，理论模型还存在较大缺点，计算结果与实验结果不能很好的吻合果与实验结果不能很好的吻合1）切削力的测量）切削力的测量切削力切削力（（2 2）切削力的经验公式的建立（详参冯之敬书））切削力的经验公式的建立（详参冯之敬书）测量仪测出切削力后，再将实验数测量仪测出切削力后，再将实验数据用图解法、线性回归等进行处理，据用图解法、线性回归等进行处理，其实质就是测定其实质就是测定 FC、、 FP、、 Ff后，后，如何确定如何确定3个系数和个系数和6个指数切削力切削力图解法图解法 切削力切削力（（3 3）切削力经验公式应用）切削力经验公式应用( (指数公式指数公式) )与实验条件不符的要考虑修正系数，切削力的获得是通过查与实验条件不符的要考虑修正系数，切削力的获得是通过查表所得，是建立在表所得，是建立在前人实验的基础前人实验的基础之上式中式中 C CFc Fc , C, CFp Fp , C, CFfFf ———— 与工件、刀具材料有关系数；与工件、刀具材料有关系数； x xFc Fc , x, xFp Fp , x, xFfFf ———— 切削深度对切削力影响指数；切削深度对切削力影响指数； y yFc Fc , y, yFp Fp , y, yFfFf ———— 进给量对切削力影响指数；进给量对切削力影响指数； n nFc Fc , n, nFp Fp , n, nFfFf ———— 切削速度切削速度对切削力影响指数；对切削力影响指数； K KFc Fc , K, KFp Fp , K, KFfFf ———— 考虑刀具几何参数、刀具磨损等因素影响考虑刀具几何参数、刀具磨损等因素影响的修正系数。

的修正系数切削力切削力6 6）单位切削力的概念）单位切削力的概念用用kc（（N／／mm2）表示：）表示：切削力切削力7 7）单位切削功率的概念）单位切削功率的概念Qz—单位时间内金属切除量（mm3/s）强强度度、、硬硬度度越越高高，，塑塑性性、、韧韧性性越越大大，，切屑变形略小，总切削力越大切屑变形略小，总切削力越大 8 8）影响切削力的因素）影响切削力的因素1 1．工件材料的影响．工件材料的影响2 2．切削用量的影响．切削用量的影响1）背吃刀量和进给量）背吃刀量和进给量反映在经验公式中，反映在经验公式中，ap的指数近似为的指数近似为1，而，而f的指数为的指数为0.75~0.9，从切，从切削力和切削功率的角度考虑，切削面积相同，加大削力和切削功率的角度考虑，切削面积相同，加大f比加大比加大ap有利f↑→AD成正比成正比↑，但，但 kc略略减小，减小， 变形系数减小，变形系数减小， 切削力增加但与切削力增加但与f 不成正比不成正比 ap↑→AD成正比成正比↑，， kc不变，不变， 变形系数不变，变形系数不变， 切削力成正比增加；切削力成正比增加； 切削力切削力切削力切削力切削力切削力（（1）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↓，，F ↓ （（2）） 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 ↑（（3）） 在无积屑瘤阶段在无积屑瘤阶段 随随v ↑，温度升高，摩擦系，温度升高，摩擦系数数↓变形程度变形程度↓→ F ↓ 2 2）切削速度）切削速度塑性材料塑性材料切削力切削力切削力切削力切切削削速速度度对对切切削削力力没没有有显显著著影影响。

响脆性材料：脆性材料：在生产实践中，尽可能采用高在生产实践中，尽可能采用高速切削，既能提高生产效率，速切削，既能提高生产效率，又能减小切削力又能减小切削力切削力切削力3 3．刀具几何参数的影响．刀具几何参数的影响 （（1 1）前角）前角γγ0 0增大前角增大前角γo ，可以减小切，可以减小切削变形，减小变形抗力，切削变形，减小变形抗力，切削力减小削力减小塑性材料塑性材料γγ0 0 ↑→ ↑→变形程度变形程度↓→↓→F F↓↓脆性材料脆性材料切削变形很小，切削变形很小，γγ0 0对对 F F 影响不影响不显著；显著；（（2 2）主偏角）主偏角K Kr ra.a.κκr r对对F Fc c影响较小，影响较小， 影响程度不超过影响程度不超过10%10%；；κκr r在在6060°°～～7575°°之间时，之间时，F Fc c最小b.κκr r对对F Fp p、、 F Ff f影响较大影响较大 F Fp p＝＝ F FD D coscosκκr r F Ff f＝＝ F FD D sinsinκκr r F Fp p随随κκr r 增大而减小，增大而减小， F Ff f随随κκr r 增大而增大增大而增大切削力切削力（（3 3）刃倾角）刃倾角λλs sa. a. λλs s对对F Fc c影响很小影响很小b. λλs s对对F Fp p、、 F Ff f影响较大影响较大 F Fp p随随λλs s增大而减小，增大而减小， F Ff f随随λλs s增大而增大增大而增大切削力切削力4 4）负倒棱）负倒棱b bγ1 γ1 与与f f 之比增大之比增大, ,切削力随之增大。

切削力随之增大 当切钢当切钢b bγ1γ1/ /f f ≥5≥5或或 切铸铁切铸铁b bγ1γ1/ /f f ≥3≥3时，时， 切削力趋于稳定，接近于负前角的状态切削力趋于稳定，接近于负前角的状态切削力切削力5 5）过渡圆弧刃半径）过渡圆弧刃半径r rεε增大相当于增大相当于κκr r减小的影响减小的影响（（1 1））r rεε对对F Fc c影响很小影响很小（（2 2））F Fp p随随 r rεε增大而增大；增大而增大；F Ff f随随 r rεε增大而减小增大而减小（（ rε ↑ —— Fp↑，，Ff↓）） 切削力切削力4 4．刀具磨损．刀具磨损后刀面平均磨损带宽度后刀面平均磨损带宽度VBVB越大，越大，摩擦越强烈，切削力也越大摩擦越强烈，切削力也越大VBVB对背向力对背向力F Fp p影响最显著影响最显著 5 5．切削液．切削液以以润润滑滑为为主主的的切切削削液液能能减减小小切切削削力力以以冷冷却却为为主主的的对对切切削削力力的影响不大的影响不大 6 6．刀具材料．刀具材料亲合力和摩擦系数；切削条件完全相同的情况下：亲合力和摩擦系数；切削条件完全相同的情况下： 立方氮化硼立方氮化硼<陶瓷陶瓷<涂层涂层<硬质合金硬质合金<高速钢高速钢 切削力切削力切削热的产生与传导切削热的产生与传导————切削热的来源切削热的来源1)1)切削层金属发生弹性变形和塑性变形切削层金属发生弹性变形和塑性变形所消耗的能量（三个区）；所消耗的能量（三个区）；2)2)切屑与前刀面、工件与后刀面间产生切屑与前刀面、工件与后刀面间产生的的摩擦热摩擦热。

塑性材料？塑性材料？脆性材料？脆性材料？工件工件切屑切屑刀具刀具 切削热的来源与传出切削热的来源与传出切削热和切削温度切削热和切削温度切削切削热是切削是切削过程中的重要物理程中的重要物理现象切削所消耗的能量切削所消耗的能量=形成新表面和以晶格扭曲等形式的潜藏能形成新表面和以晶格扭曲等形式的潜藏能（（1-2%））+热能（能（98-99%））切削温度升高会影响？切削温度升高会影响？（变形（变形+ +摩擦）摩擦）（后面摩擦为主）（后面摩擦为主）（摩擦因素、积屑瘤、刀具磨损、加工精度、加工表面）（摩擦因素、积屑瘤、刀具磨损、加工精度、加工表面）单位时间产生的切削热：单位时间产生的切削热： Q= = Fcvc = CFz ap xFz f yFz v（（nFZ+1）） KFz工件切屑刀具 切削热的来源与传出热的传导及其影响因素热的传导及其影响因素1）工件材料的导热系数）工件材料的导热系数2）刀具材料的导热系数）刀具材料的导热系数3）周围介质）周围介质切削热和切削温度切削热和切削温度切削用量切削用量ap 基本成正比例影响，切削速度基本成正比例影响，切削速度v 或或 进给量量f等等因素因素对切削切削热影响影响=对切削力影响切削力影响 不同的加工方法其切削热由切屑、工件、刀具和介质传出的比不同的加工方法其切削热由切屑、工件、刀具和介质传出的比例不同。

例不同导热率高，热量容易传出，切削温度随之降低，刀具不易磨损，导热率高，热量容易传出，切削温度随之降低，刀具不易磨损，有利于提高刀具寿命有利于提高刀具寿命切削热和切削温度切削热和切削温度加工方法加工方法切屑切屑工件工件刀具刀具车削车削50-86%3-9%10-40%钻削钻削28%52.5%14.5%铣削铣削70%<30%5%镗削镗削30%>50%15%磨削磨削4%>80%12%切削热和切削温度切削热和切削温度切屑与刀具接触时间长短也切屑与刀具接触时间长短也影响刀具切削温度影响刀具切削温度车削？车削？钻削？钻削？（脱离速度快）（脱离速度快）（仍存在接触）（仍存在接触）2 切削温度分布切削温度分布剪切面上各点温度几乎相等，各点剪切面上各点温度几乎相等，各点的应变规律基本相同；的应变规律基本相同；前后刀面最高温度点不在刀刃上；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；切屑上最高温度比剪切区温度高；切屑底层温度比上层温度高切屑底层温度比上层温度高Ø切削塑性材料切削塑性材料 ———— 前刀面靠近刀尖处温度最高前刀面靠近刀尖处温度最高Ø切削脆性材料切削脆性材料 ———— 后刀面靠近刀尖处温度最高。

后刀面靠近刀尖处温度最高切削温度的测量切削温度的测量——1 1 测量方法测量方法热电偶法、辐射温度计法热电偶法、辐射温度计法 切削热和切削温度切削热和切削温度影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素θθ ——刀具与切屑接触区平均温度，单位为刀具与切屑接触区平均温度，单位为℃℃；； Cθθ——切削温度系数，主要取决于加工方法和刀具材料；切削温度系数，主要取决于加工方法和刀具材料； zθθ、、yθθ、、xθθ——切削速度、进给量、背吃刀量的影响指数切削速度、进给量、背吃刀量的影响指数1）切削用量）切削用量 经验公式经验公式 切削热和切削温度切削热和切削温度Ø ap、、f 和和vc增大，增大，单位位时间内材料的切除量增大，切削内材料的切除量增大，切削热增多，切削温度随之上升增多，切削温度随之上升Ø三个影响指数三个影响指数 zθ>yθ>xθ，说明，说明vc 影响最大，进给量影响最大，进给量 f 的影的影响次之，背吃刀量响次之，背吃刀量ap的影响最小的影响最小切削热和切削温度切削热和切削温度Ø在提高金属切除率的同在提高金属切除率的同时，，为了有效控制切削温了有效控制切削温度以延度以延长刀具寿命，刀具寿命，优先先增大增大ap ，其次是增大，其次是增大f ，，严格控制格控制vc；；Ø在刀具材料与机床性能在刀具材料与机床性能允许条件下，应尽可能提允许条件下，应尽可能提高高vc ，以进行高效率、高，以进行高效率、高质量切削。

质量切削切削热和切削温度切削热和切削温度2）刀具几何参数）刀具几何参数1)1)前角前角γγo oγγ0 0 ↑→ ↑→变形程度变形程度↓→↓→F F↓ ↓ q ↓→↓→θ ↓↓但但γγ0 0 ＞＞2020°°时，时，散热体积散热体积↓↓，对，对θ的影响减小的影响减小切削热和切削温度切削热和切削温度2)主偏角主偏角krκκr r ↑↑，切削刃工作接触长度、刀尖角和切削宽度，切削刃工作接触长度、刀尖角和切削宽度↓↓ ，，散散热面积热面积↓ →↓ →θθ↑↑切削热和切削温度切削热和切削温度3 3）工件材料的影响）工件材料的影响 强度度、、硬硬度度高高，，则加加工工硬硬化化能能力力强，，切切削削抗抗力力越越大大，，消消耗耗的的功功多多，，产生的生的热就越多 热导率率越越小小，，传散散的的热越越少少，，切切削削区区的的切切削削温温度就越高度就越高切削热和切削温度切削热和切削温度4 4）刀具磨损的影响）刀具磨损的影响后刀面磨损增大，塑性变形后刀面磨损增大，塑性变形增大，增大，摩擦加剧摩擦加剧，切削温度，切削温度升高升高 VB达一定值达一定值 ，， v越高刀磨损越高刀磨损对对θ影响越显著影响越显著刀具磨损是影响切削温度的刀具磨损是影响切削温度的主要因素。

主要因素5 5）切削液的影响）切削液的影响切削液对切削液对↓切削温度切削温度↓刀具磨损刀具磨损↑加工质量有明显效果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热导率比热容和流量越大，本身温度越低冷却效果越显著切削热和切削温度切削热和切削温度切削液：切削液：（（1）水溶液：水）水溶液：水+防锈剂，透明状，冷却性能好，润滑性能差防锈剂，透明状，冷却性能好，润滑性能差常用于磨削常用于磨削2）乳化液：乳化油加水稀释，乳白色，冷却及清洗性能良）乳化液：乳化油加水稀释，乳白色，冷却及清洗性能良好，润滑性能一般适用于粗加工及磨削好，润滑性能一般适用于粗加工及磨削3）切削油：矿物油，润滑性能好，冷却性能差主要用于）切削油：矿物油，润滑性能好，冷却性能差主要用于精加工切削热和切削温度切削热和切削温度一般钢材：一般钢材：铜及有色金属：铜及有色金属：脆性材料：脆性材料：低速加工：低速加工：乳化液乳化液不含硫的切削液不含硫的切削液不使用切削液不使用切削液煤油煤油切削热对工件、刀具及切削过程影响：切削热对工件、刀具及切削过程影响：（（1 1）工件材料强度和切削力）工件材料强度和切削力对工件材料强度基本无影响：变形速度高，抵消温度影响；只对工件材料强度基本无影响：变形速度高，抵消温度影响；只对切削底层的抗剪强度产生影响。

对切削底层的抗剪强度产生影响切削力：预热切削，切削力下降，用于难加工材料切削力：预热切削，切削力下降，用于难加工材料 普通切削？普通切削？（（2 2）刀具材料）刀具材料各类刀具材料都具有相应的最佳切削温度范围各类刀具材料都具有相应的最佳切削温度范围硬质合金高温下韧性较好硬质合金高温下韧性较好切削热和切削温度切削热和切削温度（（3 3）工件尺寸精度）工件尺寸精度材料自身材料自身““热障冷缩热障冷缩””特性4 4）自动控制切削速度及进给量）自动控制切削速度及进给量————保持最佳切削温度保持最佳切削温度（（5 5）控制刀具磨损）控制刀具磨损————利用利用““刀具刀具——工件工件——热电偶热电偶””方法，方法，延长刀具寿命延长刀具寿命切削热和切削温度切削热和切削温度车削加工时车削加工时工件：工件：刀杆：刀杆：外圆及长度发生变化外圆及长度发生变化被吃刀量增加被吃刀量增加刀具磨损形态和磨损机制刀具磨损形态和磨损机制 1 1．刀具磨损的形态．刀具磨损的形态1 1））前刀面磨损前刀面磨损形成条件：加工塑性材形成条件：加工塑性材料，料，v v高，高，h hD D大；刀具大；刀具的耐热性和耐磨性不足的耐热性和耐磨性不足. . 刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命AA刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命形式：月牙洼形式：月牙洼影响：削弱刀刃强度，降低加工质量影响：削弱刀刃强度，降低加工质量磨损值以其最大深度磨损值以其最大深度 KT KT 表示表示 。

前前刀面上的摩擦刀面上的摩擦1 1 摩擦的类型摩擦的类型摩擦的类型摩擦的类型（（（（1 1）峰点接触型）峰点接触型）峰点接触型）峰点接触型 （外摩擦）（外摩擦）（外摩擦）（外摩擦） 接触点的应力达到屈服极限，发生了塑性变形，形成接触点的应力达到屈服极限，发生了塑性变形，形成接触点的应力达到屈服极限，发生了塑性变形，形成接触点的应力达到屈服极限，发生了塑性变形，形成滑动接触滑动接触服从古典摩擦法则服从古典摩擦法则服从古典摩擦法则服从古典摩擦法则实际接触面积：实际接触面积：实际接触面积：实际接触面积：摩擦系数：摩擦系数：摩擦系数：摩擦系数：（（（（2 2）紧密接触型）紧密接触型）紧密接触型）紧密接触型 （内摩擦）（内摩擦）（内摩擦）（内摩擦） 接触点发生强烈的塑性变形，氧化膜和吸附膜被破坏，金属对金属的直接触点发生强烈的塑性变形，氧化膜和吸附膜被破坏，金属对金属的直接触点发生强烈的塑性变形，氧化膜和吸附膜被破坏，金属对金属的直接触点发生强烈的塑性变形，氧化膜和吸附膜被破坏，金属对金属的直接接触，发生接接触，发生接接触，发生接接触，发生冷焊粘结冷焊粘结摩擦力就是破坏冷焊粘结的抗剪力和犁耕力（滑。

摩擦力就是破坏冷焊粘结的抗剪力和犁耕力（滑摩擦力就是破坏冷焊粘结的抗剪力和犁耕力（滑摩擦力就是破坏冷焊粘结的抗剪力和犁耕力（滑移剪切），不服从古典摩擦法则移剪切），不服从古典摩擦法则移剪切），不服从古典摩擦法则移剪切），不服从古典摩擦法则摩擦力：摩擦力：摩擦力：摩擦力：摩擦系数：摩擦系数：摩擦系数：摩擦系数：切塑性金属时前刀面上应力切塑性金属时前刀面上应力分布情况：分布情况：刀刀-屑接触区摩擦可分两部分：屑接触区摩擦可分两部分：OA 段粘接区段粘接区:形成紧密接触型摩擦，形成紧密接触型摩擦，剪切滑移，内摩擦剪切滑移，内摩擦AB 段滑动区段滑动区:形成峰点接触型滑动形成峰点接触型滑动摩擦，外摩擦摩擦，外摩擦一般内摩擦力约占总摩擦力的一般内摩擦力约占总摩擦力的85%前前刀面上的摩擦刀面上的摩擦影响影响前刀面摩擦的因素前刀面摩擦的因素（（1）工件材料（相同的切削条件））工件材料（相同的切削条件） 材料的强度和硬度越大，摩擦系数略有减小；是因为切削速度不变时，材料的强度和硬度越大，摩擦系数略有减小；是因为切削速度不变时，材料的强度和硬度越大，摩擦系数略有减小；是因为切削速度不变时，材料的强度和硬度越大，摩擦系数略有减小；是因为切削速度不变时，温度增高，导致摩擦系数减小。

温度增高，导致摩擦系数减小温度增高，导致摩擦系数减小温度增高，导致摩擦系数减小2）切削厚度）切削厚度 切削厚度越大，正应力增大，摩擦系数略有减小切削厚度越大，正应力增大，摩擦系数略有减小切削厚度越大，正应力增大，摩擦系数略有减小切削厚度越大，正应力增大，摩擦系数略有减小 （（3 3）切削速度）切削速度 （（4 4）刀具前角）刀具前角 影响影响前刀面摩擦的因素前刀面摩擦的因素2 2）） 后刀面磨损后刀面磨损形成条件：后刀面与工件小形成条件：后刀面与工件小面积接触，加工塑性材料面积接触，加工塑性材料, , v v 较小较小, , h hD D 较小；加工脆性较小；加工脆性材料时常常发生材料时常常发生 刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命形式：后角形式：后角=0=0的磨损面（参数的磨损面（参数————VBVB，，VBVBmaxmax）） 影响：切削力影响：切削力↑↑, , 切削温度切削温度↑↑, , 产生振动，降产生振动，降低加工质量低加工质量刀尖部分磨损严重刀尖部分磨损严重, ,以以VCVC表示；中间部位磨损表示；中间部位磨损较均匀较均匀, ,以以VBVB表示表示, ,以以VBmaxVBmax表示最大磨损值表示最大磨损值 。

刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命3 3）边界磨损）边界磨损 形成条件：形成条件：切钢料，边界切钢料，边界处的加工硬化层、硬质点、处的加工硬化层、硬质点、毛坯表面硬层较大的应力毛坯表面硬层较大的应力梯度和温度梯度梯度和温度梯度形式：形式： 沟纹沟纹 磨损量用磨损量用VNVN表示刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命2 2．刀具磨损机制．刀具磨损机制1）硬质点划痕）硬质点划痕 硬质点（碳化物、氮化物、氧化物等）硬质点（碳化物、氮化物、氧化物等）积屑瘤碎片积屑瘤碎片 ———— 各种切削速度下均存在各种切削速度下均存在———— 低速情况下刀具磨损的主要原因低速情况下刀具磨损的主要原因取决于硬度和耐磨性取决于硬度和耐磨性 磨削磨削刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命2 2）冷焊粘结）冷焊粘结高温高压高温高压强烈摩擦强烈摩擦 ———— 刀具材料与工件材料亲和力大刀具材料与工件材料亲和力大———— 刀具材料与工件材料硬度比小刀具材料与工件材料硬度比小———— 中等偏低切速中等偏低切速 粘结磨损加剧粘结磨损加剧冷焊冷焊 刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命4 4）化学磨损）化学磨损3 3）扩散磨损）扩散磨损 化学作用化学作用————边界磨损原因之一；边界磨损原因之一； ————主要发生在较高速切削条件下；主要发生在较高速切削条件下；高温作用高温作用————取决于刀具的耐热性取决于刀具的耐热性氧化铝陶瓷和立方氯化硼刀具抗扩散磨损能力较强。

氧化铝陶瓷和立方氯化硼刀具抗扩散磨损能力较强扩散磨损常与冷焊磨损、磨料磨损同时产生前刀面上温度扩散磨损常与冷焊磨损、磨料磨损同时产生前刀面上温度最高处扩散作用最强烈（月牙洼）最高处扩散作用最强烈（月牙洼）刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命 对于一定的刀具和工件材料，对于一定的刀具和工件材料，切削温度对刀具磨损具有决切削温度对刀具磨损具有决定性的影响定性的影响高温时扩散磨损和化学磨损强度较高；在中低温高温时扩散磨损和化学磨损强度较高；在中低温时，冷焊磨损占主导地位；磨料磨损则在不同切削温度下都存时，冷焊磨损占主导地位；磨料磨损则在不同切削温度下都存在①①硬质点划痕硬质点划痕 ②②冷焊粘结冷焊粘结 ③③扩散磨损扩散磨损 ④④化学磨损化学磨损刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命1 1．刀具磨损过程．刀具磨损过程（三个阶段）（三个阶段）1）初期磨损过程）初期磨损过程与刀具刃磨质量直接相关与刀具刃磨质量直接相关刀具表面粗糙度大、单位面刀具表面粗糙度大、单位面积压力高，磨损快积压力高，磨损快2）正常磨损阶段）正常磨损阶段磨损缓慢，磨损量均匀增加磨损缓慢，磨损量均匀增加;VB与与t近似正比近似正比,斜率表示磨斜率表示磨损强度损强度,性能指标之一。

性能指标之一3）急剧磨损阶段）急剧磨损阶段切削力、温度急升，切削力、温度急升，磨损量急剧增加磨损量急剧增加，之前，之前需重新刃磨需重新刃磨或换刀 刀具磨损过程初期磨损后刀面磨损量VB正常磨损急剧磨损切削时间刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命 2 2．刀具的磨钝标准．刀具的磨钝标准 硬质合金车刀刀具寿命试验的磨钝硬质合金车刀刀具寿命试验的磨钝标准，有下列三种可供选择：标准，有下列三种可供选择： （（1 1））VBVB＝＝0.3mm0.3mm；；（（2 2）如果主后刀面为无规则磨损，取）如果主后刀面为无规则磨损，取 VBmax=0.6mmVBmax=0.6mm；；（（3 3）前刀面磨损量）前刀面磨损量 KTKT＝（＝（0.060.06＋＋0.3f0.3f））mmmm1）磨钝标准）磨钝标准 概念：允许的最大磨损的限度概念：允许的最大磨损的限度概念：允许的最大磨损的限度概念：允许的最大磨损的限度度度量量：： 后后刀刀面面处处的的磨磨损损宽宽度度VBVB；；径径向尺寸磨损量向尺寸磨损量NBNB（精加工）；（精加工）； 刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命2）磨钝标准的制定）磨钝标准的制定（（1 1）工艺系统刚性）工艺系统刚性工艺系统的刚性差，工艺系统的刚性差，VBVB应取小值。

如车刚应取小值如车刚性差的细轴性差的细轴2 2）工件材料）工件材料切削难加工材料如高温合金、不锈钢、钛合金等，切削难加工材料如高温合金、不锈钢、钛合金等，VBVB一般应一般应取小值；加工一般材料，取小值；加工一般材料，VBVB值可取大一些加工大型工件，值可取大一些加工大型工件，为了避免频繁换刀，为了避免频繁换刀，VBVB应取大值应取大值3 3）加工精度和表面质量）加工精度和表面质量加工精度和表面质量要求高时，加工精度和表面质量要求高时，VBVB应取小值应取小值刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命3. 3. 刀具寿命刀具寿命1）刀具寿命的定义）刀具寿命的定义刃磨后的刀具自开始切削直到磨刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止所经历的损量达到磨钝标准为止所经历的总切削时间；两次刃磨之间所经总切削时间；两次刃磨之间所经历的切削时间历的切削时间T 刀具寿命乘以刃磨次数，得到的刀具寿命乘以刃磨次数，得到的就是就是刀具总寿命刀具总寿命 Vc1>Vc2>Vc3>Vc4刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命2 2）刀具寿命的经验公式）刀具寿命的经验公式单因素法：单因素法：切削用量与刀具寿命的一般关系切削用量与刀具寿命的一般关系(广义泰勒公式）：广义泰勒公式）： m表示表示vC对对T的影响程度，反映了刀具材料的切削性能，的影响程度，反映了刀具材料的切削性能，m值越大，切削速度对刀具寿命的影响越小，刀具的耐热性越好。

值越大，切削速度对刀具寿命的影响越小，刀具的耐热性越好 可见可见v v 的影响最显著；的影响最显著；f f 次之；次之；a ap p 影响最小影响最小 与对切削温度的影响顺序一致与对切削温度的影响顺序一致用硬质合金刀具切削碳钢（用硬质合金刀具切削碳钢（σσb b= 0.763GP = 0.763GP a a）时，有：）时，有： 在提高生产率，保证刀具的使用寿命的情况下，首先在提高生产率，保证刀具的使用寿命的情况下，首先尽量选尽量选用大的切削深度用大的切削深度，然后根据加工条件和加工要求选取允许的，然后根据加工条件和加工要求选取允许的最最大进给量大进给量，最后根据刀具使用寿命和机床功率允许的情况选取，最后根据刀具使用寿命和机床功率允许的情况选取最大切削速度最大切削速度切削速度提高一倍，刀具使用寿命降到原切削速度提高一倍，刀具使用寿命降到原3 3％；％；进给量提高一倍，刀具使用寿命降到原进给量提高一倍，刀具使用寿命降到原2121％；％；背吃刀量提高一倍，刀具使用寿命降到原背吃刀量提高一倍，刀具使用寿命降到原2121％；％；刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命 不同刀具材料的耐用度比较硬质合金（VB=0.4mm）陶瓷刀具（VB=0.4mm）高速钢刀具耐用度T（min）1 2 3 5 6 8 10 20 30 40 60800600500400300200100806050切削速度v（m/min）3 3）不同刀具材料寿命（耐用度）比较）不同刀具材料寿命（耐用度）比较刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命4 4）影响刀具寿命的其他因素）影响刀具寿命的其他因素(1)(1)刀具几何参数刀具几何参数 合合理理选择刀刀具具几几何何参参数数能能提提高高刀刀具具寿寿命命。

刀刀具具几几何何参参数数中中对刀具寿命影响刀具寿命影响较大的是前角和主偏角大的是前角和主偏角 (2)(2)刀具材料刀具材料 采用涂采用涂层刀具材料和使用新型刀具材料，可提高刀具寿命刀具材料和使用新型刀具材料，可提高刀具寿命 (3)(3)工件材料工件材料 工工件件材材料料的的强度度、、硬硬度度和和韧性性越越高高，，伸伸长率率越越小小，，切切削削时均均能使切削温度升高，刀能使切削温度升高，刀具寿命降低具寿命降低 刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命4 4 4 4 刀具合理使用寿命选择刀具合理使用寿命选择 令令f f，，a ap p为常数，为常数， 代入：代入：使工序时间最短的刀具寿命以车削为例，工序时间：使工序时间最短的刀具寿命以车削为例，工序时间：对对T T求导，并令其为求导，并令其为0 0，可得，可得到到最高生产率最高生产率刀具寿命刀具寿命为：为：1 1）最高生产率刀具寿命）最高生产率刀具寿命tw＝tm＋tot＋tct tm m——切削时间；切削时间； t tct ct ——工序的换刀时间；工序的换刀时间； t totot——除换刀外的辅助时间。

除换刀外的辅助时间刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命2 2）） 最低生产成本刀具寿命最低生产成本刀具寿命每个零件平均加工成本每个零件平均加工成本C C为：为：M M ——该工序单位时间内的机床折旧费及所分担的全厂开支；该工序单位时间内的机床折旧费及所分担的全厂开支；C Ct t ——刃磨一次刀具消耗的费用；刃磨一次刀具消耗的费用；t tct ct ——换刀一次的时间换刀一次的时间对对T T求导，并令其为求导，并令其为0 0，可得到最，可得到最低生产成本低生产成本刀具寿命刀具寿命为：为：刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命2 2））多多刀刀车车床床上上的的车车刀刀，，组组合合机机床床上上的的钻钻头头、、丝丝锥锥和和铣铣刀刀，，自自动动机机及及自自动动线线上上的的刀刀具具，，因因为为调调整整复杂，刀具寿命应规定得高些复杂，刀具寿命应规定得高些l l））刀刀具具构构造造复复杂杂、、制制造造和和磨磨刀刀费费用用高高时时，，刀刀具具寿寿命命应应规规定定得得高高些5. 5. 刀具寿命制订考虑因素刀具寿命制订考虑因素刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命3 3））某某工工序序的的生生产产成成为为生生产产线线上上的的瓶瓶颈颈时时，，刀刀具具寿寿命命应应定定得得低低些些，，这这样样可可以以选选用用较较大大的的切切削削用用量量，，以以加加快快该该工工序序生生产产节节拍拍；；某某工工序序单单位位时时间间的的生生产产成成本本较较高高时时刀刀具具寿寿命命应应规规定得低些，这样可以选用较大的切削用量，缩短加工时间。

定得低些，这样可以选用较大的切削用量，缩短加工时间4 4））精精加加工工大大型型工工件件时时，，刀刀具具寿寿命命应应规规定定得得高高些些，，至至少少保保证证在一次走刀中不换刀在一次走刀中不换刀5 5））一般情况下，首先最小成一般情况下，首先最小成本刀具寿命在生产任务紧迫本刀具寿命在生产任务紧迫等情况下，可选用最高生产率等情况下，可选用最高生产率刀具寿命刀具寿命刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命1 1）崩刃）崩刃切削刃产生小的缺口在继续切削中，缺口会不断扩大，导切削刃产生小的缺口在继续切削中，缺口会不断扩大，导致更大的破损用陶瓷刀具切削及用硬质合金刀具作断续切致更大的破损用陶瓷刀具切削及用硬质合金刀具作断续切削时，常发生这种破损削时，常发生这种破损刀具的破损形式分为刀具的破损形式分为脆性破损脆性破损和和塑性破损塑性破损4. 4. 刀具的破损刀具的破损 1 1．脆性破损．脆性破损．脆性破损．脆性破损硬质合金刀具和陶瓷刀具切削时，在机械应力和热应力冲击作硬质合金刀具和陶瓷刀具切削时，在机械应力和热应力冲击作用下，经常发生以下几种形态的破损：用下，经常发生以下几种形态的破损：2 2）碎断）碎断切削刃发生小块碎裂或大块断裂，不能继切削刃发生小块碎裂或大块断裂，不能继续进行切削。

用硬质合金刀具和陶瓷刀具续进行切削用硬质合金刀具和陶瓷刀具作断续切削时，常发生这种破损作断续切削时，常发生这种破损刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命3 3）剥落）剥落在刀具的前、后刀面上出现剥落碎片，经常与切削刃一起剥落，在刀具的前、后刀面上出现剥落碎片，经常与切削刃一起剥落，有时也在离切削刃一小段距离处剥落陶瓷刀具端铣时常发生有时也在离切削刃一小段距离处剥落陶瓷刀具端铣时常发生4 4）裂纹破损）裂纹破损长时间进行断续切削后，因疲劳而引起裂纹的一种破损热冲击长时间进行断续切削后，因疲劳而引起裂纹的一种破损热冲击和机械冲击均会引发裂纹，裂纹不断扩展合并就会引起切削刃的和机械冲击均会引发裂纹，裂纹不断扩展合并就会引起切削刃的碎裂或断裂碎裂或断裂2 2．塑性破损．塑性破损过高的温度和压力的作用，刀具表层材料将因发生塑性流动而丧过高的温度和压力的作用，刀具表层材料将因发生塑性流动而丧失切削能力失切削能力抗塑性破损能力取决于刀具材料的硬度和耐热性硬质合金和陶抗塑性破损能力取决于刀具材料的硬度和耐热性硬质合金和陶瓷的耐热性好，一般不易发生这种破损相比之下，高速钢耐热瓷的耐热性好，一般不易发生这种破损。

相比之下，高速钢耐热性较差，较易发生塑性破损性较差，较易发生塑性破损刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命3 3）防止刀具破损采取的措施）防止刀具破损采取的措施1)1)合理合理选择刀具材料的种刀具材料的种类和牌号 2)2)合理合理选择刀具几何参数刀具几何参数 3)3)保保证刀具刀具焊接和刃磨接和刃磨质量，避免各种缺陷量，避免各种缺陷4)4)合理合理选择切削用量切削用量 5)5)提高工提高工艺系系统的的刚性，减少振性，减少振动6)6)采采用用正正确确的的操操作作方方法法，，防防止止刀刀具具承承受受突突变载荷荷，，不不要要断断续使用切削液冷却脆性大的刀具材料续使用切削液冷却脆性大的刀具材料刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命本次课结束本次课结束 谢谢！谢谢！问题与建议？ 。