1、1研究金屬切削過程的實驗方法切屑的形成過程（三個變形區(qū)）變形程度的表示方法切屑的類型及其控制積屑瘤現(xiàn)象2側(cè)面觀察法：顯微鏡直接觀察低速直角自由切削時工件側(cè)面切削層的金屬變形狀況高速攝影法：高速攝像機拍攝切削情況下金屬的變形過程快速落刀法：使刀具以盡可能快的速度脫離工件，凍結(jié)切削過程，把切屑根部做成金相標(biāo)本，以供觀察掃描電鏡顯微觀察法：觀察分析試件表面形貌光彈性、光塑性試驗法：對切削刃前方金屬進行彈性力學(xué)和塑性力學(xué)的研究和實驗其他試驗法：顯微硬度測量 X射線衍射法3 4 切削變形實驗設(shè)備與錄像裝置5 切屑根部的金相顯微照片繪出金屬變形過程中的滑移線和流線示意圖 第一變形區(qū)第一變形區(qū)（剪切滑移）（

2、剪切滑移）第二變形區(qū)第二變形區(qū)（纖維化）（纖維化）第三變形區(qū)第三變形區(qū)（纖維化與（纖維化與加工硬化）加工硬化）終滑移線始滑移線：=s 第一變形區(qū)金屬的滑移第一變形區(qū)金屬的滑移 8 第變形區(qū)（基本變形區(qū)）：沿滑移線的剪切變形以及隨之產(chǎn)生的加工硬化。金屬切削過程的塑性變形主要集中于此區(qū)域第變形區(qū)（加工表面變形區(qū)）：已加工面受到切削刃鈍圓部分和后刀面擠壓與摩擦，產(chǎn)生變形和回彈，造成纖維化和加工硬化。此區(qū)變形是造成已加工面加工硬化和殘余應(yīng)力的主要原因第變形區(qū)（摩擦變形區(qū)）：使切屑底層靠近前刀面處纖維化，流動速度減慢，甚至滯留在前刀面上；切屑彎曲；由摩擦產(chǎn)生的熱量使切屑與刀具接觸面溫度升高。此變形區(qū)的變

3、形是造成前刀面磨損和產(chǎn)生積屑瘤的主要原因9 晶粒伸長的方向與滑移方向是不重合的，它們成一夾角 第一變形區(qū)的寬度僅為00202mm，可以用一剪切面來表示 剪切面與切削速度方向的夾角稱作剪切角 10o：前角 o 變形 ： 摩擦角 變形1112切削層經(jīng)塑性變形后，厚度增加，長度縮小，寬度基本不變?？捎闷浔硎厩邢鲗幼兊淖冃纬潭萳chhDhchlc1314粘結(jié)區(qū)：高溫高壓使切屑底層軟化，粘嵌在前刀面高低不平的凹坑中，形成長度為lfi的粘接區(qū)。切屑的粘接層與上層金屬之間產(chǎn)生相對滑移，其間的摩擦屬于內(nèi)摩擦?；瑒訁^(qū)：切屑在脫離前刀面之前，與前刀面只在一些突出點接觸，切屑與前刀面之間的摩擦屬于外摩擦。lfolf

4、i15形成條件影響名稱簡圖形態(tài)變形帶狀，底面光滑，背面呈毛茸狀節(jié)狀，底面光滑有裂紋，背面呈鋸齒狀粒狀不規(guī)則塊狀顆粒剪切滑移尚未達到斷裂程度局部剪切應(yīng)力達到斷裂強度剪切應(yīng)力完全達到斷裂強度未經(jīng)塑性變形即被擠裂加工塑性材料，切削速度較高，進給量較小， 刀具前角較大加工塑性材料，切削速度較低，進給量較大， 刀具前角較小工件材料硬度較高，韌性較低，切削速度較低加工硬脆材料， 刀具前角較小切削過程平穩(wěn)，表面粗糙度小， 妨礙切削工作，應(yīng)設(shè)法斷屑切削過程欠平穩(wěn)，表面粗糙度欠佳切削力波動較大，切削過程不平穩(wěn)，表面粗糙度不佳切削力波動大，有沖擊，表面粗糙度惡劣，易崩刀帶狀切屑擠裂切屑單元切屑崩碎切屑16影響切屑

5、形態(tài)的因素主要：工件材料，刀具前角、切削厚度，切削速度 切屑形狀的分類 帶狀切屑帶狀切屑 擠裂切屑擠裂切屑 單元切屑單元切屑0vh0 v h0 v h0vh17 在切削加工中采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣砜刂魄行嫉木砬⒘鞒雠c折斷，使形成“可接受”的良好屑形 （不妨礙正常的加工；不影響操作者的安全；易于清理、存放和搬運） 切屑的卷曲是切屑基本變形或經(jīng)過卷屑槽使之產(chǎn)生附加變形的結(jié)果 斷屑是對已變形的切屑再附加一次變形（常需有斷屑裝置）18在切削速度不高而又能形成連續(xù)切屑的情況下，加工一般鋼料或其它塑性材料時，常常在前刀面處粘著一塊剖面有時呈三角狀的硬塊。它的硬度很高，通常是工件材料的23倍，在處于比較穩(wěn)定的狀

6、態(tài)時，能夠代替刀刃進行切削。這塊冷焊在前刀面上的金屬稱為積屑瘤或刀瘤19刀屑間的冷焊一定條件下，切屑底部與前刀面發(fā)生粘結(jié)現(xiàn)象 刀屑之間存在很高的壓力（23GPa）適當(dāng)?shù)臏囟龋?00350）接觸表面新鮮潔凈切削塑性材料 20實際前角增大增大切削厚度 使加工表面粗糙度增大對刀具壽命的影響在粗加工時，可利用積屑瘤；精加工時必須設(shè)法避免積屑瘤的產(chǎn)生21u控制切削速度，盡量避開易生成積屑瘤的中速區(qū)u使用潤滑性能好的切削液，減小摩擦u增加刀具前角，以減小切屑與前刀面接觸區(qū)的壓力u適當(dāng)提高工件材料硬度，減小加工硬化傾向 22p切削力的來源p切削合力、分力和切削功率p切削力的測量p切削力的經(jīng)驗公式p影響切削力

7、的因素（切削用量）23克服被加工材料對彈性變形的抗力克服被加工材料對塑性變形的抗力克服切屑對前刀面的摩擦力和刀具后刀面對過渡表面與已加工表面之間的摩擦力金屬切削時，刀具切入工件，使被加工材料發(fā)生變形并成為切屑所需的力，稱為切削力24rFcFFpFf pFfFf pFf pfvF 切削合力Fc主切削力Fp吃刀抗力Ff進給抗力25Fx(Ff)進給力、軸向力或走刀力處于基面內(nèi)并與工件軸線平行與走刀方向相反是設(shè)計走刀機構(gòu)，計算車刀進給功率所必需的F Fy y(F(Fp p)切深抗力、或背向力、徑向力 、吃刀力處于基面內(nèi)并與工件軸線垂直用來確定與工件加工精度有關(guān)的工件撓度，計算機床零件和車刀強度。它與工

8、件在切削過程中產(chǎn)生的振動有關(guān) Fz(Fc)切削力或切向力切于過渡表面并與基面垂直是計算車刀強度，設(shè)計機床零件，確定機床功率所必需的22222yxzNzFFFFFF26切削功率Pm：消耗在切削過程中的功率（力和力作用方向上的運動速度的乘積）Fz和Fx所消耗的功率之和，因Fy方向沒有位移，所以不消耗功率 第二項是消耗在進給運動中的功率，相對于Fz所消耗的功率來說（0.75mm/r）pnmpcTafvCT111vvxpymvcafTCv 75. 025. 25pTafvCT 切削用量對刀具壽命的影響切削用量對刀具壽命的影響 V V的影響最大的影響最大 f f次之次之 a ap p最小最小58合理的刀

9、具壽命則應(yīng)根據(jù)優(yōu)化的目標(biāo)而定p最高生產(chǎn)率刀具壽命：單位時間生產(chǎn)最高數(shù)量產(chǎn)品或加工每個零件所消耗的生產(chǎn)時間為最少p最低成本刀具壽命：以每件產(chǎn)品（或工序）的加工費用最低為原則p多采用最低成本刀具壽命選擇刀具壽命時可考慮如下幾點 u根據(jù)刀具復(fù)雜程度、制造和磨刀成本來選擇 復(fù)雜和精度高 單刃刀具 如：車刀 60min 齒輪刀具 200400minu對于裝刀、換刀和調(diào)刀比較復(fù)雜的多刀機床、組合機床與自動化加工刀具，刀具壽命u車間內(nèi)某一工序的生產(chǎn)率限制了整個車間的生產(chǎn)率的提高時，該工序的刀具壽命；當(dāng)某工序單位時間內(nèi)所分擔(dān)到的全廠開支較大時，刀具壽命u大件精加工時，刀具壽命應(yīng)按零件精度和表面粗糙度來確定60

10、相對加工性Kv61相對加工性Kv以切削正火狀態(tài)的45鋼為基準(zhǔn)，把其它材料同它相比的比值，稱為相對加工性Kv1 加工性比45鋼好Kv 1 加工性比45鋼差Kv 0.65 屬于難加工材料6263p硬度和強度 加工性硬度不能過低，塑性大，加工性160200HBSp塑性加工性變形、冷作硬化、冷焊不易斷屑表面質(zhì)量p韌性加工性p導(dǎo)熱性 導(dǎo)熱系數(shù)加工性p線膨脹系數(shù)加工性64l通過熱處理改變材料的組織和力學(xué)性能高碳鋼、工具鋼：球化退火熱軋狀態(tài)的中碳鋼：正火低碳鋼：正火馬氏體不銹鋼：調(diào)質(zhì)鑄鐵件：退火l選擇易切鋼（調(diào)整材料的化學(xué)成分） 加入硫、磷、鉛、鈣65p切削用量的選擇原則66所謂“合理的”切削用量是指充分利

11、用刀具切削性能和機床動力性能（功率、扭矩），在保證質(zhì)量的前提下，獲得高的生產(chǎn)率和低的加工成本的切削用量機床切削效率：單位時間內(nèi)切除的材料體積 Q=fapvc(mm3/min)ap、f、vc與Q均保持線性關(guān)系75. 025. 25pTafvCT f保持不變，ap增至3ap，如仍保持刀具使用壽命T不變，則vc必須降低15%，此時生產(chǎn)率提高2.6倍ap保持不變，f增至3f，如仍保持刀具使用壽命T不變，則vc 必須降低32%，此時生產(chǎn)率提高2倍ap增大至某一數(shù)值時，因受加工余量的限制而成為常值時，把切削速度vc 增至3 vc ，如仍保持刀具使用壽命T不變，則f必須降低95.7%，此時生產(chǎn)率降至原來的0

12、.13在刀具壽命一定的情況下，提高ap比提高f的生產(chǎn)率高，比提高vc的生產(chǎn)率更高68在確定切削用量時，首先應(yīng)采用盡可能大的背吃刀量；然后再選用大的進給量；最后求出切削速度 69p背吃刀量的選擇 ：根據(jù)加工余量確定粗加工（Ra5012.5） 810mm半精加工（Ra6.33.2） 0.52mm精加工（Ra1.60.8） 0.10.4mmp進給量的選擇粗加工時，進給量f的選擇主要受切削力的限制半精加工和精加工時，進給量的選擇主要受加工表面質(zhì)量的限制p切削速度的確定：當(dāng)背吃刀量ap與進給量f選定后，即可按下式計算切削速度v：vyxpmvKfaTCvvv切削速度確定之后，即可算出機床轉(zhuǎn)速n： n100

13、0v/dw rs 式中 dw工件未加工前的直徑所選定的轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)機床說明書最后確定(取較低而相近的機床轉(zhuǎn)速n)，最后應(yīng)根據(jù)選定的轉(zhuǎn)速來計算出實際切削速度在選擇切削速度時，還應(yīng)注意考慮以下幾點(1)精加工時,應(yīng)盡量避免積屑瘤的產(chǎn)生區(qū)域；(2)斷續(xù)切削時，宜適當(dāng)降低切削速度，以減小沖擊和熱應(yīng)力；(3)加工大型、細長、薄壁工件時，應(yīng)選用較低的切削速度；(4)在易發(fā)生振動的情況下，切削速度應(yīng)避開自激振動的臨界速度；(5)加工帶外皮的工件時，應(yīng)適當(dāng)降低切削速度72u冷卻作用：降低切削溫度，提高刀具使用壽命和加工質(zhì)量在刀具材料耐磨性較差、工件材料熱膨脹系數(shù)較大以及二者導(dǎo)熱性較差的情況下，切削液的冷卻作用尤

14、顯重要切削液的冷卻性能取決于它的導(dǎo)熱率、比熱容、汽化熱、汽化速度、流量、流速等水溶液的冷卻性能要比油類好，乳化液介于兩者之間u潤滑作用：邊界潤滑原理 金屬切削時切屑、工件與刀具界面的摩擦可分為干摩擦、流體潤滑摩擦和邊界潤滑摩擦三類1.切削液的作用切削液的作用73u清洗作用：沖刷切削中產(chǎn)生的碎屑（如切鑄鐵）或磨粉（磨削）的作用清洗性能的好壞，與切削液的滲透性、流動性和使用的壓力有關(guān)切削液的清洗作用對于磨削精密加工和自動線加工十分重要，而深孔加工時，要利用高壓切削液來排屑u防銹作用：減少工件、機床、刀具受周圍介質(zhì)（水、空氣等）的腐蝕防銹作用的好壞，取決于切削液本身的性能和加入的防銹添加劑的性質(zhì)74

15、l 水溶液：以水為主要成分并加入防銹添加劑的切削液。主要起冷卻作用l 切削油：主要起潤滑作用l 乳化液：由水和油混合而成的液體生產(chǎn)中的乳化液是由乳化劑（蓖麻油、油酸或松脂）加水配置而成濃度低的乳化液含水多，主要起冷卻作用，適于粗加工和磨削；濃度高的乳化液含水少，主要起潤滑作用，適于精加工l 極壓切削油和極壓乳化液：在切削液中添加了硫、氯、磷極壓添加劑，能在高溫下顯著提高冷卻和潤滑效果 75改善切削液性能所加入的化學(xué)物質(zhì)n 油性添加劑:油性添加劑含有極性分子，能與金屬表面形成牢固的吸附膜，主要起潤滑作用但這種吸附膜只能在較低溫度下起較好的潤滑作用，故多用于低速精加工的情況油性添加劑有動植物油（如

16、豆油、菜籽油、豬油等），脂肪酸、胺類、醇類及脂類n 極壓添加劑:常用的極壓添加劑是含硫、磷、氯、碘等的有機化合物這些化合物在高溫下與金屬表面起化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)潤滑膜。它比物理吸附膜能耐較高的溫度為了得到性能良好的切削液，按實際需要常在一種切削液中加入幾種極壓添加劑76l粗加工：冷卻為主,降低切削溫度，如3%5%低濃度乳化液l精加工：具有良好的潤滑性能,減小工件表面粗糙度和提高加工精度，極壓切削油或高濃度極壓乳化液l難加工材料的切削:極壓切削油或極壓乳化液l磨削加工:具有良好的冷卻清洗作用，并有一定的潤滑性能和防銹作用，一般常用乳化液或極壓乳化液 澆注法、高壓冷卻法、噴霧冷卻法7778材料的溫

17、度強化特性8081特點：靠近前刀面的一面表面比較光滑，其他自由變形的表面顯得粗糙加工塑性金屬材料，當(dāng)切削厚度較小、切削速度較高、刀具前角較大時，一般常得到這類切屑 切削過程平衡，切削力波動較小，已加工表面粗糙度較小 82特點：表面上有裂紋，甚至斷裂成一個個屑塊，但切屑內(nèi)部還是互相連接著這種切屑大多在切削速度較低、切削厚度較大、刀具前角較小時產(chǎn)生 83特點：形狀類似，互相分離的屑塊切削力的波動較大84特點：形狀各不相同的屑塊 它的切削過程很不平穩(wěn)，容易破壞刀具，也有損于機床，已加工表面粗糙 858687 切屑的卷曲 88斷屑的產(chǎn)生89式中 CFz , CFy , CFx 與工件、刀具材料有關(guān)系數(shù)

18、； xFz , xFy , xFx 背吃刀量ap 對切削力影響指數(shù)； yFz , yFy , yFx 進給量 f 對切削力影響指數(shù)； nFz ,nyFy ,nyFx 切削速度Vc 對切削力影響指數(shù)； KFz , KFy , KFx 考慮切削速度、刀具幾何參數(shù)、刀具磨損等因素影響的修正系數(shù)。 FxnyxpFxxFynyxpFyyFznyxpFzzKvfaCFKvfaCFKvfaCFFxFxFxFyFyFyFzFzFz90單位切削力p：單位切削面積上的切削力faFaaFAFppzwczczfaFaaFAFppzwczcz如果已知單位切削力，就可以算出切削力 p0 變形程度F q p 但0 20時，因散熱面積，對的影響減小pr ，切削寬度aw （h） ，散熱面積 bh931干切2乳化液3硼酸鈉及磷酸鈉水溶液 l 前刀面磨損（月牙洼磨損）切削塑性材料，切削速度和切削厚度較大l 開始時月牙洼的前緣離刃口還有一小段距離，隨著切削過程的進行，逐漸向前、后擴展，但月牙洼寬度變化不顯著。月牙洼的深度隨切削過程的進行而不斷增大，其最大深度的位置處于切削溫度最高處l 前刀面的磨損值常以月牙洼的最大深度尺寸KT表示刀尖部分的c區(qū)由于強度較低、散熱條件較差、磨損比較嚴(yán)重，最大值以VC表示在靠近工件外皮部分的N區(qū)磨損，屬于邊界磨損，由于工件毛坯表面