第二章 金属切削过程(2)

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1、制造工程基础4切削力与切削热（2.5、2.6节）切削力与切削热是切削过程产生的重要的物理量，切削过程中他们相互影响，又共同对切削过程产生重要影响。1）切削力的来源（1）变形抗力来源于：第一变形区：切削层、剪切面第二变形区：切屑、前刀面第三变形区：工件、后刀面（2）摩擦力来源于第二变形区：刀屑界面第三变形区：刀工界面2）合力、分力和功率（1）合力、分力前文研究的是直角自由切削，将力分解在一个平面内。实际切削中，合力是一个空间力，一般不平行于任何坐标轴，可分解成相互垂直的三个分力（图2-32，p51）。合力向三个方向分解为：Fc：主切削力、切向力，沿切削速度方向。用来计算切削功率，验算刀具强度；F

2、p：切深抗力、径向力，垂直于Fc制造工程基础和f。影响工艺系统变形和振动，故而影响加工质量。Ff；进给抗力、轴向力，平行于f。用来计算进给功率，设计进给机构。（2）切削功率外圆车削时，切深抗力不作功，切削功率为：（2-19）Fc、Ff：主切削力和进给抗力，Nvc：切削速度，m/snw；工件转速，r/sf：进给量，mm/r一般进给抗力作功很小，第二项可以忽略，只考虑主切削力作功：（2-20）3）切削力计算有不少学者根据材料力学，弹、塑性力学的原理对切削力的计算进行了推导，得出了一些公式如2.5.3，但由于推导时的一些理想化的假设，使理论计算公式至今尚未能达到实用的阶段，工程上计算切削力时仍靠实验

3、得出的经验公式。（1）切削力经验公式经验公式：根据实验数据的分布规律，选择适当的数学模型拟合出的公式，其曲线符合实验所得规律。切削力经验公式：改变切削用量三要素（或增减其他变量），测出三向切削力，拟合出的切削用量等条件与切削力的关系式。制造工程基础形式：（p52，2-21~2-23）只含二要素，在常用速度范围内切削速度对切削力影响较小，可忽略。例子：（2-25，p54），是在特定参数范围内（表2-1，p53）得到的主切削力经验公式，该公式只在本次实验参数取值范围内有效。当切削用量范围、工件材料、刀具几何参数改变时应乘以相应的修正系数。（2）单位切削力单位切削力:单位切削面积上的主切削力。工程上

4、计算切削力时，更多的利用单位切削力计算。在“切削用量手册”上已列出了各种工件材料的单位切削力，以及不同情况下的指数、系数和修正系数，表2-2引用自这些手册。4）切削热和切削温度场（1）切削热的产生前面讲了切削功率的计算方法，能量不能产生或消灭，只能改变形式，切削过程中的机械能改变成了以下形式：l产生新表面所需的表面能；l残余应力所存储的弹性势能；l塑性变形能；l前刀面—切屑、后刀面—工件之间的摩擦能。前二种能量只占总能量的1~2%，而后二种能量全部转换为热能。剪切面上有剪切力，同时剪切面上有相对滑移运动，力和运动同时——作功，属于塑性变形功→全部转化为热；制造工程基础前、后刀面上有摩擦力，同时

5、有刀具前刀面和切屑、后刀面和工件间的相对运动——作功，属于塑性变形功(内)和摩擦功(外)→全部转化为热。综上所述，，切削过程中的三个变形区就是产生切削热的三个热源。（2）切削热的传导热量的传输一般有三种方式：传导、辐射、对流。切削过程中还有一种方式：热迁移——载热物体的移动。切削中的三个热源的热量从以下四个途径传出：l刀具：与第Ⅱ、Ⅲ变形区热源相邻，传热方式：①传导②辐射l工件：以速度vc从第Ⅲ变形区经过，传热方式：①传导②迁移③辐射l切屑：以速度vch从第Ⅰ、Ⅱ变形区经过传热方式：①传导②迁移③辐射l介质(空气或切削液)：与三个热源的边缘相邻，传热方式：①传导②对流（3）切削温度的分布从图2

6、-42、2-43，p64可以看到切削温度分布的特点。l剪切面是一个等温面。l刀刃并不是切削温度最高的地方，最高温度点在前刀面上。l垂直于剪切面处温度梯度大。l垂直于前刀面处温度梯度大。5）影响切削力和切削温度的因素本节采用指导性阅读的方法制造工程基础学习，阅读教材2.5.5和2.6.3节内容，回答以下问题。注意：力→变形、摩擦→热热→材料软化→力（1）工件材料的哪些性质对二者都有影响，哪些只对一个有影响；（2）切削用量三要素对二者的影响规律有何不同，为什么？（3）前角增大时切削力减小而切削温度先降低后增高，为什么？（4）刀具磨损对二者有怎样的影响？5刀具磨损1）刀具磨损的形态（2.7.1p69

7、）（1）前刀面的磨损切削温度最高点在前刀面上距离刀刃有一定距离的地方。所以此处磨损较为剧烈，经常形成小坑，称为月牙洼(图2-52b,c，p69)。随着切削过程的进行，其深度KT不断加大。（2）后刀面磨损(图2-52a)为典型的后刀面磨损形式，分为三个区域。C区：刀尖磨损VC，刀尖部分强度低、热容量小，磨损严重。B区：中部磨损VB，磨损较为均匀，其平均高度用于判断刀具磨损程度。N区：边界磨损VN，后