教案 蒙古机电职业技术学院 第三章金属切削基本理论 【内容提要】 本章主要介绍切削力、切削热、切削温度、刀具磨损和刀具耐用度的基本概念: 切削力、切削热、切削温度和刀具磨损的基本规律;应用上述规律选择刀具材料、 几何参数、切削用量、切削液和控制切屑的原则和方法。 【目的要求】 1、了解与掌握金属切削过程的基本物理现象及其变化规律 2、能根据具体加工情况正确计算切削力、刀具耐用度以及一定刀具耐用度所允 许的切削速度 3、能根据具体加工情况正确选择和确定刀具材料、刀具几何参数、切削用量 等 【本章内容】 第一次课 金属切削理论是从生产实际和切削实验中得来的,总结了关于金属切削过程中 的基本物理现象及其变化规律。这些基本物理现象包括:切削变形、切削力、切削 温度和刀具磨损等。为了提高切削加工的生产率,降低加工成本,保证质量,我们 来学习和掌握这些规律。 §3-1切削变形 切屑的基本形态 金属切削时,由于切削用量和刀具几何参数的不同,会出现各种不同形态切屑。 从变形角度考虑,切屑的形态归纳为四种基本形态。 1、带状切屑: 切屑呈连续状,与前面接触的底层光滑,背面成毛茸状。一般在加工塑性材料, 采用大的前角、小的切削厚度、高的切削速度时形成。变形较小,是比较常见的切 屑
7 教 案 内蒙古机电职业技术学院 1 第三章 金属切削基本理论 【内容提要】 本章主要介绍切削力、切削热、切削温度、刀具磨损和刀具耐用度的基本概念； 切削力、切削热、切削温度和刀具磨损的基本规律；应用上述规律选择刀具材料、 几何参数、切削用量、切削液和控制切屑的原则和方法。 【目的要求】 1、了解与掌握金属切削过程的基本物理现象及其变化规律； 2、能根据具体加工情况正确计算切削力、刀具耐用度以及一定刀具耐用度所允 许的切削速度。 3、能根据具体加工情况正确选择和确定刀具材料、刀具几何参数、切削用量 等； 【本章内容】 第一次课 金属切削理论是从生产实际和切削实验中得来的，总结了关于金属切削过程中 的基本物理现象及其变化规律。这些基本物理现象包括：切削变形、切削力、切削 温度和刀具磨损等。为了提高切削加工的生产率，降低加工成本，保证质量，我们 来学习和掌握这些规律。 §3-1 切削变形 一、切屑的基本形态 金属切削时，由于切削用量和刀具几何参数的不同，会出现各种不同形态切屑。 从变形角度考虑，切屑的形态归纳为四种基本形态。 1、带状切屑： 切屑呈连续状，与前面接触的底层光滑，背面成毛茸状。一般在加工塑性材料， 采用大的前角、小的切削厚度、高的切削速度时形成。变形较小，是比较常见的切 屑
教案 蒙古机电职业技术学院 2、节状切屑(挤裂状切屑) 切屑背面呈锯齿形,底层有时有裂纹,切削层变形大,加工硬化严重,使某一 局部的应力达到材料的强度极限,从而出现裂纹。 加工塑性材料,采用小的前角、小的切削速度会形成此类切屑。 3、单元状切屑 切削塑性很大的材料,发生强度破坏严重,变性大,切削力大, 切削功率大。切屑与前面发生粘结,变形充分,使材料达到断裂极限,形成很大的 变形单元 4、崩碎状切屑 切削脆性材料,形状为片状或粒状切屑。工件材料愈硬,刀具前角愈小,愈容 易形成此类切屑。 由上述介绍可知,带状切屑形成时,切削力变化较小,切削稳定,已加工表面 质量好;节状和单元状切屑形成时切削力有较大的波动,尤其是单元状切屑,在其 形成过程中可能产生振动影响加工质量;在切屑铸铁时,由于所形成的崩碎状切屑 是经石墨边界处崩裂的,加工表面质量下降 二、切屑与已加工表面的形成 (一)切屑的形成及三个变形区 1、设切削层厚度,宽度,以切削速度向刀具接近。从OA线开始发生塑性变形, 到OM线剪切滑移基本完成。形成AOM塑性变形区 塑性变形的主要特点是晶格间的剪切滑移,因此又称为剪切区或第一变形区。 2、当切屑以速度沿前面流出时,进一步受到前刀面的挤压和摩擦,使靠近前刀 面处的金属纤维化,变形方向基本上与前面平行(即为晶格变形方向)。由于该变形 主要由摩擦引起,因而又称摩擦变形区或第二变形区。 3、已加工表面受到切削刃钝圆部分与后刀面的挤压和摩擦,产生变形与回弹, 造成纤维化与加工硬化,称为第三变形区
7 教 案 内蒙古机电职业技术学院 2 2、节状切屑（挤裂状切屑） 切屑背面呈锯齿形，底层有时有裂纹，切削层变形大，加工硬化严重，使某一 局部的应力达到材料的强度极限，从而出现裂纹。 加工塑性材料，采用小的前角、小的切削速度会形成此类切屑。 3、单元状切屑 切削塑性很大的材料，发生强度破坏严重，变性大，切削力大， 切削功率大。切屑与前面发生粘结，变形充分，使材料达到断裂极限，形成很大的 变形单元。 4、崩碎状切屑 切削脆性材料，形状为片状或粒状切屑。工件材料愈硬，刀具前角愈小，愈容 易形成此类切屑。 由上述介绍可知，带状切屑形成时，切削力变化较小，切削稳定，已加工表面 质量好；节状和单元状切屑形成时切削力有较大的波动，尤其是单元状切屑，在其 形成过程中可能产生振动影响加工质量；在切屑铸铁时，由于所形成的崩碎状切屑 是经石墨边界处崩裂的，加工表面质量下降。 二、切屑与已加工表面的形成 （一）切屑的形成及三个变形区 1、设切削层厚度，宽度，以切削速度向刀具接近。从 OA 线开始发生塑性变形， 到 OM 线剪切滑移基本完成。形成 AOM 塑性变形区。 塑性变形的主要特点是晶格间的剪切滑移，因此又称为剪切区或第一变形区。 2、当切屑以速度沿前面流出时，进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀 面处的金属纤维化，变形方向基本上与前面平行（即为晶格变形方向）。由于该变形 主要由摩擦引起，因而又称摩擦变形区或第二变形区。 3、已加工表面受到切削刃钝圆部分与后刀面的挤压和摩擦，产生变形与回弹， 造成纤维化与加工硬化，称为第三变形区
教案 蒙古机电职业技术学院 这三个变形区汇集在切削刃附近,此处的应力比较集中,也比较复杂,金属的 被切削层就在此处与工件本体材料分离,一部分变成切屑,很小一部分留在已加工 表面上。第一变形区形成切屑,变形最大;第二变形区变形大小主要影响前面的磨 损;第三变形区的滑移变形,严重使已加工表面产生变形。 ※※剪切滑移区(第一变形区)的变形机理 研究剪切滑移区的变形 机理,就是看材料是在该区域 内怎样完成变形的。 以切屑为研究对象。 设刀具对切屑的正压力 位F,摩擦力位F,二者合力为F,在合理的作用下,在垂直它的横截面上产生 正应力o。,在与该力大致呈45°角的截面上产生最大剪应力τ。 0。=Fr/A, 而t=0。/2 (1)若最大剪应力τ≥τs(材料的屈服极限)时,材料就沿剪应力的方向滑移 (沿剪切面滑移) (2)若最大剪应力τ≥τb(材料的强度极限)时,材料发生剪切强度破坏,切 屑断裂。 ※※剪切滑移区(第 变形区)的变形过 在切削层内刃 取一点P当点P为达 到剪切滑移区时,只 产生弹性变形,一旦 达到该区域时,就要
7 教 案 内蒙古机电职业技术学院 3 这三个变形区汇集在切削刃附近，此处的应力比较集中，也比较复杂，金属的 被切削层就在此处与工件本体材料分离，一部分变成切屑，很小一部分留在已加工 表面上。第一变形区形成切屑，变形最大；第二变形区变形大小主要影响前面的磨 损；第三变形区的滑移变形，严重使已加工表面产生变形。 ※※剪切滑移区（第一变形区）的变形机理 研究剪切滑移区的变形 机理，就是看材料是在该区域 内怎样完成变形的。 以切屑为研究对象。 设刀具对切屑的正压力 位 Fn，摩擦力位 Ff，二者合力为 Fr，在合理的作用下，在垂直它的横截面上产生 正应力σ。，在与该力大致呈 45º角的截面上产生最大剪应力τ。 σ。=Fr/A， 而τ=σ。/2 （1）若最大剪应力τ≥τs（材料的屈服极限）时，材料就沿剪应力的方向滑移 （沿剪切面滑移）； （2）若最大剪应力τ≥τb（材料的强度极限）时，材料发生剪切强度破坏，切 屑断裂。 ※※剪切滑移区（第 一变形区）的变形过 程 在 切 削层内刃 取一点 P,当点 P 为达 到剪切滑移区时，只 产生弹性变形，一旦 达到该区域时，就要
教案 蒙古机电职业技术学院 产生剪切滑移一一塑性变形。 (1)OA线为始滑移线,OM线为终滑移线(都是等剪应力曲线)。当P点到 达1点的位置时,剪应力到达材料的屈服极限τs,开始产生剪切滑移,点1在向前 移动的同时,也沿OA滑移,其合成运动将使点1流动到点2。2-2就是滑移量。 随着滑移的产生,剪应力将逐渐增加,也就是当P点向1、2、3个点流动时,剪应 力不断增加,直到点4位置,此时其流动方向与前面平行,不再沿OM线滑移 (2)第一变形区(OA~OM之间)其变形的主要特征是: 沿滑移线剪切 R2 变形,以及随 生加工硬化。 (3)切削速度 较高时,第一变形 区较窄。一般的切 削速度范围内,第 变形区的宽度仅 约为0.2~002mm (可用一剪切面来表示) (4)剪切面OM与切削速度间的夹角φ—一剪切角中 (5)OA线上的剪应力τ=ts;OB、OC、OM线上的剪应力由于变形加工硬 化而依次升高,在OM线达最大值τmax,若 max<rb时,切屑为带状 max≥tb时,切屑为挤裂状; V思考: 1、切屑的基本形态有几种? 2、第一变形区剪切滑移的机理是什么?(τ≥τs)
7 教 案 内蒙古机电职业技术学院 4 产生剪切滑移——塑性变形。 （1）OA 线为始滑移线，OM 线为终滑移线（都是等剪应力曲线）。当 P 点到 达 1 点的位置时，剪应力到达材料的屈服极限τs，开始产生剪切滑移，点 1 在向前 移动的同时，也沿 OA 滑移，其合成运动将使点 1 流动到点 2。2-2ˊ就是滑移量。 随着滑移的产生，剪应力将逐渐增加，也就是当 P 点向 1、2、3 个点流动时，剪应 力不断增加，直到点 4 位置，此时其流动方向与前面平行，不再沿 OM 线滑移。 （2）第一变形区（OA～OM 之间）其变形的主要特征是： 沿滑移线剪切 变形，以及随之产 生加工硬化。 （3）切削速度 较高时，第一变形 区较窄。一般的切 削速度范围内，第 一变形区的宽度仅 约为 0.2～0.02mm。 (可用一剪切面来表示) （4）剪切面 OM 与切削速度间的夹角φ——剪切角φ。 （5）OA 线上的剪应力τ＝τs；OB、OC、OM 线上的剪应力由于变形加工硬 化而依次升高，在 OM 线达最大值τmax，若 τmax<τb 时，切屑为带状； τmax≥τb 时，切屑为挤裂状； ▼▼思考： 1、切屑的基本形态有几种？ 2、第一变形区剪切滑移的机理是什么?( τ≥τs)
教案 蒙古机电职业技术学院 (二)衡量变形的方法 首先来看一看研究切屑变形有什么意义: 切削过程是复杂的,既有剪切,又有前面对切屑的积压和摩擦作用(第二变形 ),衡量变形的方法是在纯剪切的观点上提出来的 因为切屑变形的大小,会直接影响到切削力的大小,以及切削温度、刀具磨损 等物理现象,所以必须研究切削变形的大小。 在金属切削过程中,切屑的变形的大小是怎样衡量的呢?目前衡量切屑变形的 方法有三种:①剪切角φ②变形系数ξ③相对滑移 1、变形系数5 切削层经切削成为切屑,由于变形——变短、变厚。设切削层长度为L,切削 厚度为hD,切屑长度为L切屑厚度为hD,那么一定是L>Lc,h>H4这说明金属 在切削过程中确实存在着变形,与用斧子劈木头是两码事,有本质的不同,不能混 为一谈。 设金属在变形前后的体积不变,切削宽度b不变(直角切削)那么 h**b=h*b则令LL2=hha=5)1 即变形系数有着优点:比较直观地反映了变形程度,容易测量,简单可行。但 也有不足,那就是精确度低 5的意义:变大,变形就大,表示切除的切屑越厚越短。反之变形小。另外, 5的表示方法还可以用前角和剪切角来表达。 (如图) s=hided 上式说明:变形的大小与剪切角φ和前角 有关。一般认为前角γo增大,剪切角中增大 则ξ减小 但前角γo一定时,若剪切角φ增大
7 教 案 内蒙古机电职业技术学院 5 （二）衡量变形的方法 首先来看一看研究切屑变形有什么意义： 切削过程是复杂的，既有剪切，又有前面对切屑的积压和摩擦作用（第二变形 区），衡量变形的方法是在纯剪切的观点上提出来的。 因为切屑变形的大小，会直接影响到切削力的大小，以及切削温度、刀具磨损 等物理现象，所以必须研究切削变形的大小。 在金属切削过程中，切屑的变形的大小是怎样衡量的呢？目前衡量切屑变形的 方法有三种： ①剪切角φ ②变形系数ξ ③相对滑移 1、变形系数ξ 切削层经切削成为切屑，由于变形——变短、变厚。设切削层长度为 L，切削 厚度为 hD，切屑长度为 Lc ,切屑厚度为 hDc，那么一定是 L>Lc，hDc>Hd.这说明金属 在切削过程中确实存在着变形，与用斧子劈木头是两码事，有本质的不同，不能混 为一谈。 设金属在变形前后的体积不变，切削宽度 bD 不变（直角切削）那么 hd*L*bD=hDc*Lc*bD 则 令 L/Lc=hDc/hd=ξ〉1 即变形系数有着优点：比较直观地反映了变形程度，容易测量，简单可行。但 也有不足，那就是精确度低。 ξ的意义：ξ变大，变形就大，表示切除的切屑越厚越短。反之变形小。另外， ξ的表示方法还可以用前角和剪切角来表达。 （如图） ξ=hDc/Hd 上式说明：变形的大小与剪切角φ和前角 有关。一般认为前角γo 增大，剪切角φ增大 则ξ减小。 但前角γo 一定时，若剪切角φ增大
教案 蒙古机电职业技术学院 那么切削变形就小 2、剪切角中 剪切角φ的大小是怎样确定的呢? 上次课中知道,切削合力与切削速度间的夹角为B-y0,剪切角为中。 最大剪应力存在的平面OM与作用力方向间的夹角约为45°,那么 φ+B-y0=45°则中=45°(β-Y0)其中β为摩擦角 (三)第二变形区 1、摩擦区的形成 塑性金属切削层材料经第一变形区后验前面排出。这是由于受前面的挤压和摩 擦进一步加剧变形,在靠近前面处形成第二变形区即摩擦区 摩擦区的特征:使切屑底层靠近前面处纤维化,流动速度减缓,甚至会停滞在 前刀面上(实质上就是滞留层);切屑弯曲,有摩擦而产生的热量使切屑与刀具接触 面温度升高等 滞留层的特点:滞留层的变形程度要比上层剧烈,约几倍到几十倍,厚度一般 约占切屑厚度的1/8~1/9 前刀面的摩擦特性 实验证明,在第二变形区(摩擦变形区)内,对于塑性金属来讲,切屑与前面 间的摩擦不是一般的滑动摩擦。在摩擦区域内分为内摩擦和外摩擦两部分。 粘结部分Ln为内摩擦;粘结部分之外L为外摩擦。 (1)什么是内摩擦呢? 在切削塑性金属时,由于压力大、温度高,切屑的最底层金属流动速度很慢, 甚至粘结到前面上。这一层金属与上层金属之间的摩擦就是内摩擦。内摩擦发生材 料内部的滞留层内。 如图,假如刀具绝对锋利,切削厚度hD较小,那么刀尖正应力σ。最大。在 内摩擦部分正应力σ。较大,在外摩擦部分正应力σ。较小,逐渐减小为零
7 教 案 内蒙古机电职业技术学院 6 那么切削变形就小。 2、剪切角φ 剪切角φ的大小是怎样确定的呢？ 上次课中知道，切削合力与切削速度间的夹角为β-γo，剪切角为φ。 最大剪应力存在的平面 OM 与作用力方向间的夹角约为 45°，那么 φ+β-γo=45° 则 φ=45°-（β-γo） 其中β为摩擦角 （三）第二变形区 1、摩擦区的形成 塑性金属切削层材料经第一变形区后验前面排出。这是由于受前面的挤压和摩 擦进一步加剧变形，在靠近前面处形成第二变形区即摩擦区。 摩擦区的特征：使切屑底层靠近前面处纤维化，流动速度减缓，甚至会停滞在 前刀面上（实质上就是滞留层）；切屑弯曲，有摩擦而产生的热量使切屑与刀具接触 面温度升高等。 滞留层的特点：滞留层的变形程度要比上层剧烈，约几倍到几十倍，厚度一般 约占切屑厚度的 1/8～1/9。 2、前刀面的摩擦特性 实验证明，在第二变形区（摩擦变形区）内，对于塑性金属来讲，切屑与前面 间的摩擦不是一般的滑动摩擦。在摩擦区域内分为内摩擦和外摩擦两部分。 粘结部分 Lf1为内摩擦；粘结部分之外 Lf2为外摩擦。 （1）什么是内摩擦呢？ 在切削塑性金属时，由于压力大、温度高，切屑的最底层金属流动速度很慢， 甚至粘结到前面上。这一层金属与上层金属之间的摩擦就是内摩擦。内摩擦发生材 料内部的滞留层内。 如图，假如刀具绝对锋利，切削厚度 hD 较小，那么刀尖正应力σ。最大。在 内摩擦部分正应力σ。较大，在外摩擦部分正应力σ。较小，逐渐减小为零
教案 蒙古机电职业技术学院 在前面上正应力分析曲线由下式表达: ar=qx3其中q一系数,b指数。均由具体实验条件确定,x以切屑与前 面的脱离点为起点。 在前面上,剪应力rr分布曲线为分段函数 r=rs一一内摩擦部分 τκ<τs——外摩擦部分,τr由τs逐渐减小为零 (2)内摩擦力的计算: 粘结部分L内的摩擦力,主要有剪应力τr和接触面积A决定,其大小为 (3)内摩擦系数μ值 实验测得前面上的摩擦系数是一个变量。因而只能令μ代表前面上的平均摩擦 系数。在内摩擦部分有 H=FHFn≈rA/(orav×A)=rm'oram A。一内摩擦部分的接触面积,orav内摩擦部分的平均正应力 由于各点正应力是个变值,用上式所求的μ值也是一个变量;用平均正应力o 灬求的μ值也为平均摩擦系数。由此=μ所求得的摩擦角也是平均摩擦角。 (4)内摩擦的特点 1)发生在材料内部; 2)摩擦力的大小与内摩擦面积成正比。 第二次课 3、积屑瘤 在切削速度不高而又能形成连续性切屑的情况下,加工一般钢料或其他塑性材 料时,常常在刀具前面处粘着一块剖面常呈三角状的硬块。它的硬度很高,通常是 工件材料的2~3倍,在处于比较稳定状态时,能够代替刀刃进行切削。这块冷焊在
7 教 案 内蒙古机电职业技术学院 7 在前面上正应力分析曲线由下式表达： σr=qxb 其中 q—系数，b—指数。均由具体实验条件确定，x 以切屑与前 面的脱离点为起点。 在前面上，剪应力τr 分布曲线为分段函数 τr=τs ——内摩擦部分 τr<τs ——外摩擦部分，τr 由τs 逐渐减小为零。 （2） 内摩擦力的计算： 粘结部分 Lf1 内的摩擦力，主要有剪应力τr 和接触面积 Aα决定，其大小为 Ff=τrAα （3）内摩擦系数μ值 实验测得前面上的摩擦系数是一个变量。因而只能令μ代表前面上的平均摩擦 系数。在内摩擦部分有 μ=Ff/Fn≈τrAα/（σrav×Aα）=τr/σrav Aα—内摩擦部分的接触面积，σrav—内摩擦部分的平均正应力 。 由于各点正应力是个变值，用上式所求的μ值也是一个变量;采用平均正应力σ rav 求的μ值也为平均摩擦系数。由此 =μ所求得的摩擦角也是平均摩擦角。 （4）内摩擦的特点： 1）发生在材料内部； 2）摩擦力的大小与内摩擦面积成正比。 第二次课 3、积屑瘤 在切削速度不高而又能形成连续性切屑的情况下，加工一般钢料或其他塑性材 料时，常常在刀具前面处粘着一块剖面常呈三角状的硬块。它的硬度很高，通常是 工件材料的 2～3 倍，在处于比较稳定状态时，能够代替刀刃进行切削。这块冷焊在
教案 蒙古机电职业技术学院 刀具前面上的金属称为积屑瘤或刀瘤 (1)积屑瘤的成因 切屑与刀具前面接触处有摩擦,当两者的接触面积达到一定温度,同时压力又 较高时,会产生粘结现象,即所谓的“冷焊”。这时切屑从粘在刀面的底层上流过, 形成“内摩擦”。如果温度与压力适当,底层上的金属因内摩擦而变形,也会发生加 工硬化而被阻滞在底层,粘成一体。这样粘结层就逐步长大,直到该处的温度与压 力不足以造成粘附为止。所以积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬化性 质有关,也与刃前区的温度和压力分布有关。 一般来说,塑性材料的加工硬化倾向愈强,愈易产生积屑瘤;温度与压力太低, 不会产生积屑瘤;反之,温度太高,产生弱化作用,也不会产生积屑瘤。对于碳素 钢来说,约在300℃~350℃时积屑瘤最高,到500℃以上时趋于消失 (2)积屑瘤的特点 化学性质与工件材料相同,说明积屑瘤来自于工件材料(切屑底层)逐渐堆 积 硬度是工件材料的3~4倍,稳定时可代替刀刃进行切削。 积屑瘤是一个动态结构,不稳定,产生、成长、脱落反复进行 (3)积屑瘤的利弊 精加工(不希望产生积屑瘤) 1)积屑瘤会改变切削深度,不能保证加工尺寸精度: 2)积屑瘤使前角变大,由于积屑瘤粘附在刀具前面上,加大了刀具的实际前角, 可使切削力减小,变形小,但积屑瘤消失时,切削力又变大,容易引起振动。 粗加工 1)硬质合金材料的刀具:在积屑瘤比较不稳定的情况下,积屑瘤的破裂有可能 使硬质合金刀具颗粒破落,反而使刀具磨损加剧。 2)高速钢材料的刀具:积屑瘤粘附在刀具前面上,在相对稳定时,可代替刀刃
7 教 案 内蒙古机电职业技术学院 8 刀具前面上的金属称为积屑瘤或刀瘤。 （1）积屑瘤的成因 切屑与刀具前面接触处有摩擦，当两者的接触面积达到一定温度，同时压力又 较高时，会产生粘结现象，即所谓的“冷焊”。这时切屑从粘在刀面的底层上流过， 形成“内摩擦”。如果温度与压力适当，底层上的金属因内摩擦而变形，也会发生加 工硬化而被阻滞在底层，粘成一体。这样粘结层就逐步长大，直到该处的温度与压 力不足以造成粘附为止。所以积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬化性 质有关，也与刃前区的温度和压力分布有关。 一般来说，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生积屑瘤；温度与压力太低， 不会产生积屑瘤；反之，温度太高，产生弱化作用，也不会产生积屑瘤。对于碳素 钢来说，约在 300℃～350℃时积屑瘤最高，到 500℃以上时趋于消失。 （2）积屑瘤的特点 化学性质与工件材料相同，说明积屑瘤来自于工件材料（切屑底层）逐渐堆 积。 硬度是工件材料的 3～4 倍，稳定时可代替刀刃进行切削。 积屑瘤是一个动态结构，不稳定，产生、成长、脱落反复进行。 （3）积屑瘤的利弊 精加工（不希望产生积屑瘤） 1）积屑瘤会改变切削深度，不能保证加工尺寸精度； 2）积屑瘤使前角变大，由于积屑瘤粘附在刀具前面上，加大了刀具的实际前角， 可使切削力减小，变形小，但积屑瘤消失时，切削力又变大，容易引起振动。 粗加工 1）硬质合金材料的刀具：在积屑瘤比较不稳定的情况下，积屑瘤的破裂有可能 使硬质合金刀具颗粒破落，反而使刀具磨损加剧。 2）高速钢材料的刀具：积屑瘤粘附在刀具前面上，在相对稳定时，可代替刀刃
教案 蒙古机电职业技术学院 切削,有减小刀具磨损,提高耐用度的作用。 (4)积屑瘤的控制 要控制积屑瘤的产生,根据积屑瘤的成因和实践经验,应从三个方面即工件材 料、切削用量、刀具几何参数控制。 工件材料 对于塑性材料,如钢材、球墨铸铁、铝合金等只要切削温度和切削速度适宜, 便产生积屑瘤。因此在工件材料方面,应提高材料硬度,减少滞留层的形成。 〈2〉切削用量 切削用量(ap、f、Vc)中的切削速度v的影响最大,切削深度ap和进给量f 的影响较小。控制了切削速度vc以控制切削温度, 1)低速时(Vc=l0mmin以下),由于温度低(低于300℃),不会引起粘附, 不会形成积屑瘤。 2)高速时(Vc=100mmin以上),由于温度高(在500℃~600℃以上),积屑 瘤的加工硬化消失,积屑瘤消失。 3)中速时,(10m/min刀具几何参数 刀具几何参数对积屑瘤的产生影响不大。为减少切屑与刀具前面接触区的压力, 增加刀具前角 4>加工时用切削液 切削液可以减少内摩擦,起到润滑作用,从而抑制积屑瘤的产生。 (四)已加工表面的变形与表面质量(第三变形区) 1、已加工表面的变形 前面在分析第一、第二两个变形区的情况时,假设刀具的刀刃是绝对锋利的, 但实际上无论怎样仔细刃磨,刀具都可认为具有一个钝圆半径rn,rn的大小与刃磨
7 教 案 内蒙古机电职业技术学院 9 切削，有减小刀具磨损，提高耐用度的作用。 （4）积屑瘤的控制 要控制积屑瘤的产生，根据积屑瘤的成因和实践经验，应从三个方面即工件材 料、切削用量、刀具几何参数控制。 工件材料 对于塑性材料，如钢材、球墨铸铁、铝合金等只要切削温度和切削速度适宜， 便产生积屑瘤。因此在工件材料方面，应提高材料硬度，减少滞留层的形成。 〈2〉切削用量 切削用量（ap、f、Vc）中的切削速度 vc 的影响最大，切削深度 ap 和进给量 f 的影响较小。控制了切削速度 Vc 以控制切削温度。 1）低速时（Vc=10m/min 以下），由于温度低（低于 300℃）,不会引起粘附， 不会形成积屑瘤。 2）高速时（Vc=100m/min 以上），由于温度高（在 500℃～600℃以上），积屑 瘤的加工硬化消失，积屑瘤消失。 3）中速时，(10m/min刀具几何参数 刀具几何参数对积屑瘤的产生影响不大。为减少切屑与刀具前面接触区的压力， 增加刀具前角。 加工时用切削液 切削液可以减少内摩擦，起到润滑作用，从而抑制积屑瘤的产生。 （四）已加工表面的变形与表面质量（第三变形区） 1、已加工表面的变形 前面在分析第一、第二两个变形区的情况时，假设刀具的刀刃是绝对锋利的， 但实际上无论怎样仔细刃磨，刀具都可认为具有一个钝圆半径 rn，rn 的大小与刃磨
教案 蒙古机电职业技术学院 质量、刀具材料和刀具的前、后面间的夹角β。有关 高速钢3-10um 刃磨后为1硬质合金18-32m磨损时将增大 金刚石砂轮(细粒)3-6μm 在刀刃钝圆半径作用下,已加工表面是怎样形成的呢? (1)切削时,当切削层金属以速度逐渐接近刀刃时,便发生压缩与剪切变形, 最终沿剪切面OM方向剪切滑移而成为切屑 (2)在刀刃钝圆半径的作用下,在整个切削层中,由于任何刀具非绝对锋利, 总是存在切削刃钝圆半径rn,这样使切削层内厚度为△h的一层金属未被切掉,而 被强行挤压到已加工表面上 (3)留在已加工表面上的金属经过刀具后面的棱带的挤压并相互摩擦,这种剧 烈的摩擦又是工件表层金属受到剪切应力 (4)随后有一定的弹性恢复高度△h,与后面的接触长度为CD,那么已加工 表面在CD长度上继续与后刀面摩擦。使这层金属再次受到剪应力的作用 这层受反复应力作用的金属层就成为已加工表面的变质层 由于变质层受到刀刃的强行挤压,不但在组织上又变化,而且在性质上也引起 变化,主要表现为加工硬化和残余应力两个方面 2、加工硬化 已加工表面经过切削加工,是表面硬度提高的现象,称为加工硬化 已加工表面的硬度是强化和弱化作用的综合结果,凡是增大变形与摩擦的因素 都将加剧硬化现象;凡是有利于弱化的因素,如高温、低熔点等,都会减轻硬化现 般情况下,加工硬化可提高硬度20%-30 提高刃口的锋利程度可以降低加工硬化现象
7 教 案 内蒙古机电职业技术学院 10 质量、刀具材料和刀具的前、后面间的夹角βo有关。 高速钢 3--10μm 刃磨后 rn 为 硬质合金 18—32μm 磨损时 rn将增大 金刚石砂轮（细粒）3--6μm 在刀刃钝圆半径作用下，已加工表面是怎样形成的呢？ （1）切削时，当切削层金属以速度逐渐接近刀刃时，便发生压缩与剪切变形， 最终沿剪切面 OM 方向剪切滑移而成为切屑。 （2）在刀刃钝圆半径的作用下，在整个切削层中，由于任何刀具非绝对锋利， 总是存在切削刃钝圆半径 rn，这样使切削层内厚度为△hD 的一层金属未被切掉，而 被强行挤压到已加工表面上。 （3）留在已加工表面上的金属经过刀具后面的棱带的挤压并相互摩擦，这种剧 烈的摩擦又是工件表层金属受到剪切应力。 （4）随后有一定的弹性恢复高度△h，与后面的接触长度为 CD，那么已加工 表面在 CD 长度上继续与后刀面摩擦。使这层金属再次受到剪应力的作用。 这层受反复应力作用的金属层就成为已加工表面的变质层。 由于变质层受到刀刃的强行挤压，不但在组织上又变化，而且在性质上也引起 变化，主要表现为加工硬化和残余应力两个方面。 2、加工硬化 已加工表面经过切削加工，是表面硬度提高的现象，称为加工硬化。 已加工表面的硬度是强化和弱化作用的综合结果，凡是增大变形与摩擦的因素 都将加剧硬化现象；凡是有利于弱化的因素，如高温、低熔点等，都会减轻硬化现 象。 一般情况下，加工硬化可提高硬度 20%--30%； 提高刃口的锋利程度可以降低加工硬化现象