机械制造基础第2版 第6章 金属切削原理

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1、第6章金属切削原理6.1基本定义6.1.1切削运动金属切削加工时刀具和工件之间的相对运动，称为切削运动。图6-1表示了金属切削过程中常见的加工方法——车削外圆，根据切削运动对切削加工过程中所起的作用不同，可分为主运动和进给运动。任何切削方法必须有一个主运动而进给运动有一个、几个或者没有。主运动和进给运动可以由工件或刀具分别完成，也可由刀具单独完成。6.1.2工件上的加工表面（1）待加工表面，（2）已加工表面，（3）过渡表面。6.1.3切削用量切削用量是切削速度、进给量和背吃刀量三者的总称。vf=nf=nzfz6.1.4刀具的

2、几何参数（1）刀具切削部分的结构要素。图6-2所示为外圆车刀切削部分。(2)刀具标注角度参考系。图6-3。(3)刀具的标注角度。图6-4。6.1.4刀具的几何参数（续）(4)刀具的工作角度。在切削过程中，因刀具受安装位置和进给运动的影响，使原标注坐标系参考平面的位置发生变化，造成工作角度（由工作参考系所确定的刀具角度）与标注角度不一样。1）进给运动对刀具工作角度的影响。在切削过程中由于进给运动的影响，使原标注坐标系中的基面、切削平面向进给方向倾斜了一个角度，成为工作坐标系中的基面、切削平面，如图6-5、图6-6所示，从而影响

3、了刀具的前角、后角。2）刀具安装位置对工作角度的影响：①刀具安装高度的影响。如图6-7所示。②刀杆中心线与进给方向不垂直时的影响。如图6-8所示。6.1.5切削层参数切削层是指刀具切削部分沿进给运动方向移动一个进给量由一个刀齿所切除的工件材料层。一般用垂直于切削速度平面内的切削层参数来表示它的形状和尺寸，如图6-9所示。（1）切削层公称厚度hD。hD＝fsinκr（2）切削层公称宽度bD。bD＝ap/sinκr（3）切削层公称横截面积AD。AD＝hD·bD＝fap6.2金属切削过程的物理现象突出物理现象是切屑变形、切削力、切

4、削热和刀具磨损等。6.2.1切削层的变形根据切削过程中整个切削区域金属材料的变形特点，可将切削层划分为三个变形区，如图6-10所示。分别为：1.第一变形2.第二变形区3.第三变形区。4.切屑的种类：切削过程中切削层的变形程度不同，会产生不同形态的切屑。按切屑形态可分为以下四种基本类型，如图6-12所示。6.2.2切削力切削金属时，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。切削力来源于被加工材料的弹、塑性变形抗力和工件、切屑与前、后刀面之间的摩擦力。1.切削力的分析:总切削力F分解为如图6-13所示的三个

5、互相垂直的切削分力Fc、Ff和Fp。6.2.2切削力4．影响切削力的主要因素(1)工件材料。工件材料的硬度越大、强度越高，切削力越大。加工硬化程度大，切削力也会增大。工件材料的塑性、韧性越大，切屑越不易折断，使切屑与刀具前面的摩擦增大，切削力增大。(2)切削用量。切削用量中背吃刀量和进给量对切削力的影响较大。背吃刀量和进给量增加时，使切削层面积增大，增大了变形抗力和摩擦力，因而切削力随之增大.(3)刀具几何参数。(4)其它因素。刀具、工件材料之间的磨擦系数因影响磨擦力而影响切削力的大小。6.2.3切削热与切削温度切削热是切削

6、过程的重要物理现象之一。切削过程中所消耗的能量绝大部分（约98％～99％）转变成热能，称为切削热。1．切削热的产生与传出:切削热来自于切削区域的三个变形区，即切削层金属发生弹性和塑性变形功转变的热；刀具前刀面与切屑底部摩擦产生的热；刀具后刀面与工件已加工表面摩擦产生的热。切削热分别由切屑、工件、刀具和周围介质传导出去。2．切削温度的分布:切削温度一般指前刀面与切屑接触区域的平均温度。在切削过程中，切屑、刀具和工件不同部位的温度分布是不均匀的，图6-16所示为实验测出的正交平面内的温度分布。3．影响切削温度的主要因素切削用量。

7、增大切削用量时，切削功率增大，产生的切削热也多，切削温度就会升高。工件材料。工件材料的强度和硬度越高，单位切削力越大，切削时所消耗的功就越多，产生的切削热也多，切削温度就越高。刀具几何参数。刀具的前角和主偏角对切削温度影响比较大。其它因素。6.3刀具磨损与刀具耐用度6.3.1刀具的磨损形式刀具的磨损发生在与切屑和工件接触的前刀面和后刀面上，其磨损形式如图6-17所示。(1)前刀面磨损。(2)后刀面磨损。(3)前刀面和后刀面同时磨损或边界磨损。6.3.2刀具磨损的原因(1)硬质点磨损。硬质点磨损是由于工件基体组织中的碳化物、氮

8、化物、氧化物等硬质点及积屑瘤碎片在刀具表面的刻划作用而引起的机械磨损。(2)粘结磨损。在高温高压作用下，切屑与前刀面、已加工表面与后刀面之间的磨擦面上，产生塑性变形，当接触面达到原子间距离时，会产生粘结现象。(3)扩散磨损。切削过程中，由于高温、高压的作用，刀具材料与工件材料中某些化学元素