第三章金屬切削過程

的基本規(guī)律第三章金屬切削過程的基本規(guī)律第一節(jié)切削變形與切屑的形成過程第二節(jié)切削力第三節(jié)切削熱與切削溫度第四節(jié)刀具磨損與壽命第三章金屬切削過程的基本規(guī)律第一節(jié)切削變形與切屑的形成過程

塑性金屬受擠壓，

隨外力F的增加，金屬內(nèi)部應(yīng)力增加，先產(chǎn)生彈性變形繼而產(chǎn)生塑性變形，使金屬的晶格沿晶面發(fā)生滑移，最后產(chǎn)生破裂。研究條件：直角自由切削切削變形的力學(xué)本質(zhì)：切削金屬形成切屑的過程是一個(gè)類似于金屬材料受擠壓作用，產(chǎn)生塑性變形進(jìn)而產(chǎn)生剪切滑移的變形過程。金屬試件受擠壓時(shí)，在其內(nèi)部產(chǎn)生主應(yīng)力的同時(shí)，還將在與作用力大致成45°方向的斜截面內(nèi)，產(chǎn)生最大切應(yīng)力，在切應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)將在此方向剪切滑移。刀具切削時(shí)相當(dāng)于局部擠壓，使金屬沿最大剪應(yīng)力方向產(chǎn)生滑移。CB線以下金屬由于母體阻礙，不能沿BC線滑移，而只能沿DA線滑移。切屑形成的力學(xué)模型變形區(qū)的劃分有三：

第Ⅰ變形區(qū):塑性變形區(qū)

第Ⅱ變形區(qū)：前刀面變形區(qū)

第Ⅲ變形區(qū)：后刀面變形區(qū)

一、切削過程中的三個(gè)變形區(qū)

1.第一變形區(qū):塑性變形區(qū),因?yàn)榫Я５奈诲e(cuò)滑移而形成。塑性變形從始滑移面OA開始至終滑移面OM終了，之間形成AOM塑性變形區(qū)，由于塑性變形的主要特點(diǎn)是晶格間的剪切滑移，所以AOM叫剪切區(qū)，也稱為第一變形區(qū)(Ⅰ)。

第I變形區(qū)的金屬變形特點(diǎn)：沿滑移線的剪切滑移變形和加工硬化。一般地，第一變形區(qū)AOM的寬度很窄，僅為0.02～0.2mm。第一變形區(qū)內(nèi)金屬的剪切變形3.1.2第一變形區(qū)的變形及其簡(jiǎn)化剪切角φ:剪切面和切削速度方向的夾角。Ф值小，反映剪切變形的程度大滑移面與作用力方向夾角為45°滑移面與晶格變形伸長(zhǎng)方向夾角為ψ2.第Ⅱ變形區(qū)

切屑沿刀具前面排出時(shí)會(huì)進(jìn)一步受到前刀面的阻礙，在刀具和切屑界面之間存在強(qiáng)烈的擠壓和摩擦，使切屑底部靠近前刀面處的金屬發(fā)生“纖維化”的二次變形，其方向基本上和前面相平行。這部分區(qū)域稱為第二變形區(qū)（Ⅱ）。纖維化金屬粘附在前刀面上，使其流動(dòng)速度非常低，這種切屑底層流動(dòng)速度較其它部分緩慢的現(xiàn)象稱為滯流現(xiàn)象，該金屬層叫滯流層。刀屑這種摩擦實(shí)質(zhì)上是切屑底層內(nèi)的剪切滑移。變形性質(zhì)為塑性變形。造成前刀面的磨損和積屑瘤的形成。3.第三變形區(qū)在已加工表面上與刀具后面擠壓、摩擦形成的變形區(qū)域稱為第三變形區(qū)（Ⅲ）。是第一變形區(qū)的塑性變形擴(kuò)展到切削層的下方金屬，在后刀面的法向力和摩擦力的作用下，使工件繼續(xù)產(chǎn)生徑向的塑性變形和彈性變形。該變形區(qū)的變形及應(yīng)力狀態(tài)對(duì)已加工表面的質(zhì)量影響最大。會(huì)造成已加工面塑性變形、晶粒纖維化、加工硬化和殘余應(yīng)力。引起變形的主要因素：⑴刀刃都有鈍圓半徑，被切金屬與基體的分離點(diǎn)在該圓弧段上是隨機(jī)的。使切削層參數(shù)中公稱切削厚度不可能完全切除，會(huì)有很小一部分被擠壓到已加工表面，與刀具后刀面發(fā)生摩擦，并進(jìn)一步產(chǎn)生彈、塑性變形，從而影響已加工表面質(zhì)量。⑵刀具由于磨損，在后刀面上會(huì)產(chǎn)生一無后角的磨損平面。⑶由于工件材料的彈性恢復(fù)，使已加工表面與后刀面接觸變長(zhǎng)?？v上所述，金屬切削過程的本質(zhì)就是：被切削金屬層在刀具的作用下，經(jīng)受擠壓而產(chǎn)生的剪切滑移變形的過程。二、切屑的基本類型

前三種切屑是切削塑性金屬時(shí)得到的。最常見到的是帶狀切屑，當(dāng)切削厚度大時(shí)得到節(jié)狀切屑，單元切屑比較少見。在形成節(jié)狀切屑的情況下，進(jìn)一步減小前角，或加大切削厚度，就可以得到單元切屑。切屑的形態(tài)是可以隨切削條件而轉(zhuǎn)化的。

（2）節(jié)狀切屑

又稱擠裂切屑。它的外表面呈鋸齒形，內(nèi)表面有時(shí)有裂紋。在切削速度較低、切削厚度較大、刀具前角較小時(shí)常產(chǎn)生此類切屑。

（1）帶狀切屑

它的內(nèi)表面是光滑的，外表面呈毛茸狀。加工塑性金屬時(shí)，在切削厚度較小、切削速度較高、刀具前角較大的工況條件下常形成此類切屑。

一、切屑的類型（4）崩碎切屑

加工脆性材料，切削厚度越大越易得到這類切屑。（3）粒狀切屑

又稱單元切屑。在切屑形成過程中，如剪切面上的剪切應(yīng)力超過了材料的斷裂強(qiáng)度，切屑單元從被切材料上脫落，形成粒狀切屑。形成條件影響名稱簡(jiǎn)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(dá)到斷裂程度局部剪切應(yīng)力達(dá)到斷裂強(qiáng)度剪切應(yīng)力完全達(dá)到斷裂強(qiáng)度未經(jīng)塑性變形即被擠裂切削塑性材料，速度高，切削厚度小前角大加工塑性材料，切削速度較低，進(jìn)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(dòng)較大，切削過程不平穩(wěn)，表面粗糙度不佳切削力波動(dòng)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3.7切屑的類型與控制3.7.1切屑的類型（按切屑的形成機(jī)理）節(jié)狀切屑帶狀切屑三、變形程度的表示方法切削過程中，切削層金屬變形主要表現(xiàn)在剪切面上的剪切滑移，其次表現(xiàn)在切屑的收縮、卷曲和加工過程中的硬化。變形程度的度量方法一般用切削厚度壓縮比和相對(duì)滑移ε表示。1.相對(duì)滑移ε（純剪切）

2.切削厚度壓縮比（蘭布達(dá))Λh切削層經(jīng)塑性變形后，厚度增加，長(zhǎng)度縮小。假設(shè)：寬度不變，體積不變。厚度變形系數(shù)：切屑厚度hch/切削層厚度hD

長(zhǎng)度變形系數(shù)：切削層長(zhǎng)度LD/切屑長(zhǎng)度Lch由體積相等可推出兩變形系數(shù)相等

變形系數(shù)在一定條件下反映金屬的平均擠壓程度。

切削厚度壓縮比Λh3.剪切角前刀面摩擦角β：剪切角φ↑→剪切面積↓→變形程度↓→切削力↓Φ=45°

-(β-γ0)結(jié)論：1.當(dāng)γo增大時(shí)，Φ角隨之增大，變形減小。即在保證切削刃強(qiáng)度的條件下，增大前角對(duì)改善切削過程是有利的。2.當(dāng)β增大時(shí)，Φ角隨之減小，變形增大。故仔細(xì)研磨刀面、加入切削液以減小前刀面上的摩擦對(duì)改善切削過程是有利的。四、前刀面上的摩擦特點(diǎn)在高溫高壓作用下，切屑底層與前刀面發(fā)生粘結(jié)，切屑與前刀面之間既有外摩擦，也有內(nèi)摩擦。

刀屑接觸面間有二個(gè)摩擦區(qū)域：粘結(jié)(內(nèi)摩擦)區(qū)和滑動(dòng)(外摩擦)區(qū)。在粘結(jié)區(qū)，切屑的底層與前面呈現(xiàn)冷焊狀態(tài)，切屑與前面之間不是一般的外摩擦，這時(shí)切屑底層的流速要比上層緩慢得多，從而在切屑底部形成一個(gè)滯流層。內(nèi)摩擦就是指滯流層與上層流屑層內(nèi)部之間的摩擦，這種內(nèi)摩擦也就是金屬內(nèi)部的剪切滑移。其摩擦力的大小與材料的流動(dòng)應(yīng)力特性及粘結(jié)面積的大小有關(guān)。切屑離開粘結(jié)區(qū)后進(jìn)入滑動(dòng)區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)刀屑間的摩擦僅為外摩擦。金屬的內(nèi)摩擦力要比外摩擦力大得多，因此，應(yīng)著重考慮內(nèi)摩擦。Ffγ：前刀面上的摩擦力Fnγ：前刀面上的法向力Af：粘結(jié)面積Lf1：切削溫度升高，τ

s略有下降；工件材料強(qiáng)度和硬度越高，或切削厚度越大、刀具前角越小，刀屑間正壓力σav越大，摩擦系數(shù)越小。5.積屑瘤

在一定的切削速度范圍內(nèi)切削鋼、鋁合金、銅合金等塑性材料時(shí)，常有一部分被切工件材料堆積于刀具刃口附近的前刀面上。這層堆積物大體成三角形，質(zhì)地十分堅(jiān)硬，其硬度可為工具材料的2倍~3倍，處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)可代替刀尖進(jìn)行切削。該堆積物稱為積屑瘤，俗稱刀瘤。反復(fù)生長(zhǎng)和脫落，脫落后粘附在已加工表面上。頂部凹凸不平，使加工表面粗糙度增加。在Ⅰ區(qū)里形成粒狀切屑或節(jié)狀切屑，這時(shí)沒有積屑瘤出現(xiàn)。在Ⅱ區(qū)里形成帶狀切屑。有積屑瘤生成；積屑瘤的高度隨著切削速度的提高而增大，同時(shí)積屑瘤前端越來越象像楔子，越來越深入地楔入切削層與工件之間。當(dāng)切削速度增大到Ⅱ區(qū)的右邊界時(shí)，積屑瘤的高度達(dá)到最大值。在Ⅲ區(qū)里，積屑瘤的高度隨著切削速度的提高而減小，而且積屑瘤的頂部越趨于與前刀面平行。當(dāng)v增大到Ⅲ區(qū)右邊界之值時(shí)，積屑瘤便消失。在Ⅳ區(qū)里積屑瘤不再生成，此時(shí)切屑底層高度纖維化，纖維的方向幾乎與前刀面平行。這樣的切屑底層稱為滯流層。

積屑瘤對(duì)切削過程的影響

（1）使刀具前角變大

（2）使切削厚度變化（3）使加工表面粗糙度增大

（4）對(duì)刀具壽命的影響避免積屑瘤產(chǎn)生的常用的方法有：(1)選擇低速或高速加工，避開容易產(chǎn)生積屑瘤的切削速度區(qū)間。例如，高速鋼刀具采用低速寬刀加工，硬質(zhì)合金刀具采用高速精加工；(2)采用冷卻性和潤(rùn)滑性好的切削液，減小刀具前刀面的粗糙度等；(3)減小進(jìn)給量，增大刀具前角；(4)合理調(diào)整切削參數(shù)，以防止形成中溫區(qū)。六、已加工表面變形和加工硬化已加工表面受到切削刃鈍圓部分與后刀面的擠壓和摩擦，使表層金屬產(chǎn)生扭曲、擠緊和破碎，經(jīng)過嚴(yán)重的塑性變形，使表層硬度升高的現(xiàn)象稱為加工硬化。加工硬化程度N：已加工表面的顯微硬度增加值，對(duì)原始顯微硬度的百分比。硬化層深度ΔhD

減小措施：P40

磨出鋒利的切削刃；增大前角和后角減小被吃刀量合理選用切削液硬化層深度硬化層深度是指已加工表面至未硬化處的垂直距離ΔhD，單位為μm。3.5.4加工硬化表3-12鋼件表面的硬化深度Δhd和硬化程度N

加

工

方

法平均硬化深度Δhdμm平均硬化程度N/(%)高速車削30～50120～150精車20～60140～180鉆孔180～200160～170拉削20～75150～200滾(插)齒120～150160～200外圓磨削(未淬火)30～60140～160研磨3～7110～117七、影響切削變形的因素切屑變形的程度主要決定于：工件材料、刀具幾何參數(shù)、切削用量。1.工件材料工件材料的機(jī)械性能不同，切屑變形也不同。材料的強(qiáng)度、硬度增高，正壓力Fn增大，平均正應(yīng)力σav增大，因此，摩擦系數(shù)μ下降，剪切角φ增大，切屑變形減小。所以，切削強(qiáng)度、硬度高的材料，不易產(chǎn)生變形。要達(dá)到一定變形量，應(yīng)施較大作用力和消耗較多的功率。而切削塑性較高的材料，則變形較大。2.刀具的幾何參數(shù)增大前角γ0，使剪切角φ增大，變形系數(shù)Λh減小，切屑變形減小。3.切削用量1.切削速度VcVc越高，變形系數(shù)Λh越小在高速時(shí)，由于切削層受力小，切削速度又快，切削變形不充分而使切屑變形減小。在積屑瘤增長(zhǎng)的速度范圍內(nèi),切削速度Vc是通過積屑瘤使剪切角φ改變和通過切削溫度使摩擦系數(shù)μ變化而影響切削變形的。因積屑瘤導(dǎo)致實(shí)際工作前角增加、剪切角φ增大、變形系數(shù)減小。在積屑瘤消失的速度范圍內(nèi)，實(shí)際工作前角不斷減小、變形系數(shù)不斷上升至最大值，此時(shí)積屑瘤完全消失。Vc在3～20m/min范圍內(nèi)提高，積屑瘤高度隨著增加，刀具實(shí)際前角增大，使剪切角φ增大，故變形系數(shù)Λh減小。Vc＝20m/min時(shí)，Λh值最小。Vc在20～40m/min范圍內(nèi)提高，積屑瘤逐漸消失，刀具實(shí)際前角減小，使φ減小，Λh增大。在無積屑瘤的切削速度范圍，切削速度愈高，變形系數(shù)愈小。Vc超過40m/min繼續(xù)增高，由于切削溫度逐漸升高，使摩擦系數(shù)μ下降，故變形系數(shù)Λh減小。2.進(jìn)給量的影響在無積屑瘤的情況下，通過hD和μ來影響切削變形的。當(dāng)進(jìn)給量f增大時(shí)，切削層厚度hD增大，切屑的平均變形減小，變形系數(shù)減小。第二節(jié)切削力l）克服切削層材料和工件表面層材料對(duì)彈性變形、塑性變形的抗力。2）克服刀具與切屑、刀具與工件表面間摩擦阻力所需的力。切削力來源于以下兩個(gè)方面：

1．切削力一、切削力來源、合力與分力切削力的分解各分力的作用主切削力Fc（Fz）：主運(yùn)動(dòng)方向上的切削分力。用于計(jì)算切削功率、校核機(jī)床及工夾具強(qiáng)度和剛度。背向力Fp（徑向分力Fy）：垂直于工作平面，過大會(huì)引起工藝系統(tǒng)的變形和振動(dòng)，降低加工質(zhì)量。機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)，用于主軸軸承壽命計(jì)算、軸承選擇、主軸彎曲剛度校驗(yàn)等。進(jìn)給力Ff（軸向分力Fx）:沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向。是設(shè)計(jì)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的主要依據(jù)F2=Fc2+Fp2+Ff2Fp=FDcosκrFf=FDsinκrFD：在基面內(nèi)合力（推力）；FD2=Fp2+Ff2F2=Fc2+FD2一般情況下，主切削力Fc最大。隨著刀具材料、刀具幾何參數(shù)、刃磨情況、切削用量、工件材料的不同，F(xiàn)c、Fp、Ff之間的比例可在較大范圍內(nèi)變化。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)κr=45°、λs=0°、γo=15°時(shí)，F(xiàn)c、Fp、Ff之間有近似關(guān)系：Fp=(0.40.5)FcFf=(0.30.4)FcF=(1.121.18)Fc切削力的數(shù)值可以用儀器測(cè)量獲得，也可以用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到。二、切削力的測(cè)量及切削力經(jīng)驗(yàn)公式圖用測(cè)力儀測(cè)出切削力，再通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，可求得計(jì)算切削力的經(jīng)驗(yàn)公式。在生產(chǎn)實(shí)際中，一般都用經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算切削力。目前常用的測(cè)力儀有電阻式測(cè)力儀和壓電式測(cè)力儀。1．切削力的測(cè)量

生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用比較廣泛的切削力經(jīng)驗(yàn)公式為

2．切削力實(shí)驗(yàn)公式車削力公式中的系數(shù)和指數(shù)表3-1P46CFc,CFp,CFf

——與加工條件（工件、刀具材料）有關(guān)系數(shù)；xFc,xFp,xFf

——切削深度ap

對(duì)切削力影響指數(shù)；

yFc,yFp,yFf

——進(jìn)給量f對(duì)切削力影響指數(shù)；

KFc,KFp,KFf

——考慮不同加工條件（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)。3．單位切削力單位切削層面積上的切削力稱為單位切削力，用kc（N／mm）表示：P454．切削功率Pc=kcapfVc=FcVc/601）背吃刀量和進(jìn)給量f

和f增大，都會(huì)使切削力增大，但兩者的影響程度不同。在車削力的經(jīng)驗(yàn)公式中，加工各種材料的ap指數(shù)xFc≈1，而f的指數(shù)yFc=0.75～0.9，即當(dāng)ap加大一倍時(shí)，F(xiàn)c也增大一倍；而f加大一倍時(shí)，F(xiàn)c只增大68%～86%。因此，切削加工中，如從切削力和切削功率角度考慮，加大進(jìn)給量比加大背吃刀量有利。三、影響切削力的因素1．切削用量的影響2）切削速度圖切削鑄鐵等脆性材料時(shí)，被切材料的塑性變形及它與前刀面的摩擦均比較小。Vc對(duì)切削力沒有顯著影響。結(jié)論：切削用量三要素中，對(duì)切削力影響最大的是背吃刀量，其次是進(jìn)給量f

，最后是切削速度加工鋼時(shí)，切削速度v與切削力Fc的關(guān)系曲線。2．工件材料的影響

工件材料的強(qiáng)度、硬度越高，切削力越大。工件材料的強(qiáng)度、硬度相近時(shí)，塑性越大的材料，發(fā)生的塑性變形也越大，所以切削力也越大。切削脆性材料時(shí)，被切材料的塑性變形及它與前刀面的摩擦都比較小，故其切削力相對(duì)較小。3．刀具幾何參數(shù)的影響1)前角γo前角γo對(duì)切削力的影響最大。

2).主偏角(1)當(dāng)kr加大時(shí)，F(xiàn)p減小，F(xiàn)f加大。Fp=FDcosκrFf=FDsinκr

(2)當(dāng)加工塑性金屬時(shí)，隨kr加大，F(xiàn)c減??；約在kr＝60°—75°之間，F(xiàn)c減到最??；然后隨kr繼續(xù)加大，F(xiàn)c又有所增大。Fc的變動(dòng)范圍不大，無論減小或增大，都在10%以內(nèi)。（3）kr加大時(shí)，F(xiàn)p減小，F(xiàn)f加大。4.其它因素的影響

1）刃傾角：刃傾角變化時(shí)，將改變合力F的方向，因而影響各分力的大小。刃傾角λs減小時(shí)，F(xiàn)p增大，F(xiàn)f減小。

2）刀尖圓弧半徑在一般的切削加工中，刀尖圓弧半徑rε對(duì)Fp、Ff的影響較大，對(duì)Fc的影響較小。當(dāng)κr、f、ap一定時(shí)，rε增大，F(xiàn)c變化不大，但Ff減小，而Fp增大，3）刀具磨損：切削刃及后刀面磨損后，切削力加大。4）

切削液：以冷卻作用為主的水溶液對(duì)切削力影響很小。而潤(rùn)滑作用強(qiáng)的切削油能夠顯著的降低切削力。5）刀具材料：刀具材料不是硬削切削的主要因素。但由于不同的刀具材料與工件材料之間的摩擦系數(shù)不同，因此對(duì)切削力也有一些影響。各種因素對(duì)切削力影響的修正系數(shù)P52表3-2五、切削力的計(jì)算舉例P53一、切削熱的來源與傳散切削熱的來源主要有兩個(gè)方面，一個(gè)是切屑與前刀面、工件與后刀面之間的摩擦所消耗的摩擦功，這是切削熱的主要來源。另一個(gè)是切削層金屬在刀具的作用下發(fā)生彈性變形和塑性變形所消耗的變形功。與此相對(duì)應(yīng)，切削熱產(chǎn)生在三個(gè)區(qū)域，即剪切面、切屑與前刀面接觸區(qū)、工件與后刀面接觸區(qū)。第三節(jié)切削熱與切削溫度Q=FcVc

切削熱由切屑、工件、刀具以及周圍的介質(zhì)傳導(dǎo)出去。影響熱傳導(dǎo)的主要因素是工件和刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù)以及周圍介質(zhì)的狀況。傳導(dǎo)途徑干車削鉆削切屑50%～86%28%工件9%～3%52%刀具40%～10%15%周圍介質(zhì)1%5%Q屑Q刀Q工Q介車削50%~86%10%~40%3%~9%1%鉆削28%14.5%52.5%5%二、切削溫度測(cè)定原理與切削溫度分布1.切削溫度的測(cè)定原理1)自然熱電偶法利用刀具和工件材料化學(xué)成分的不同構(gòu)成熱電偶，組成熱電回路測(cè)量切削溫度的方法?；芈分行纬闪藴夭铍妱?dòng)勢(shì)，利用電位計(jì)或毫伏表可以將其數(shù)值記錄下來。再根據(jù)事先標(biāo)定的熱電偶熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系曲線(標(biāo)定曲線)，便可以查出刀具與工件接觸區(qū)的切削溫度值。用自然熱電偶法測(cè)到的切削溫度是切削區(qū)的平均溫度。3.3.2切削溫度及其分布和測(cè)量2)人工熱電偶法人工熱電偶法是將兩種預(yù)先經(jīng)過標(biāo)定的金屬絲組成熱電偶，熱電偶的熱端焊接在刀具或工件上預(yù)定要測(cè)量溫度的點(diǎn)上，冷端通過導(dǎo)線串接電位計(jì)或毫伏表。根據(jù)表上的讀數(shù)值和熱電偶標(biāo)定曲線，可獲得焊接點(diǎn)上的溫度。應(yīng)用人工熱電偶法，只能測(cè)得距前刀面有一定距離處某點(diǎn)的溫度，3.3.2切削溫度及其分布和測(cè)量3.3.2切削溫度及其分布和測(cè)量2.切削溫度分布2.切削溫度的分布(溫度場(chǎng))溫度場(chǎng)是指工件、切屑和刀具上各點(diǎn)的溫度分布。3.3.2切削溫度及其分布和測(cè)量三、影響切削溫度的主要因素1.切削用量（1）切削速度對(duì)切削溫度有顯著的影響。切屑底層與前刀面產(chǎn)生的切削熱，由于切削速度很高，在很短的時(shí)間內(nèi)來不及向切屑內(nèi)部傳導(dǎo)，而大量積聚在切屑底層，使切削溫度顯著升高。另外，伴隨著切削速度的提高，消耗的功增大，切削熱也會(huì)增大，故使切削溫度上升。（2）進(jìn)給量f對(duì)切削溫度也有一定的影響。但切削溫度隨進(jìn)給量增大而升高的幅度不如切削速度那樣顯著。因進(jìn)給量f增大切削變形增加少，且增加了刀屑接觸面積。（3）切削深度ap對(duì)切削溫度的影響很小。因?yàn)榍邢魃疃萢p增大以后，切削區(qū)產(chǎn)生的熱量雖然成正比例地增多，但因改善了散熱條件，所以切削溫度的升高并不明顯。因切削溫度對(duì)刀具磨損和壽命影響很大，由以上分析可知，為有效控制切削溫度以提高刀具壽命，選用大的背吃刀量或進(jìn)給量，比選用大的切削速度有利。2.工件材料工件材料的強(qiáng)度、硬度、塑性及熱導(dǎo)率對(duì)切削溫度有較大的影響。工件強(qiáng)度、硬度高，切削時(shí)的切削力大，消耗功率大，產(chǎn)生的切削熱多，故切削溫度高。工件的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)切削溫度也有很大的影響，不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)的強(qiáng)度、硬度雖然低于45鋼，但它的導(dǎo)熱系數(shù)小于45鋼（約為45鋼的1/3）切削溫度比45鋼高40%。切削脆性金屬材料時(shí)，塑性變形小，切屑呈崩碎狀態(tài)，與前刀面的摩擦小，故產(chǎn)生的切削熱少，切削實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，切灰鑄鐵HT200時(shí)的切削溫度比切45鋼大約低25%。3.刀具幾何參數(shù)

1）前角γo

前角的大小直接影響切削過程中的變形和摩擦，對(duì)切削溫度有明顯影響。前角大，切削溫度低；前角小，切削溫度高。當(dāng)前角達(dá)18o～20o后，對(duì)切削溫度影響減小，這是因?yàn)樾ń亲冃∈股狍w積減小的緣故。

2）主偏角主偏角加大后，切削刃的工作長(zhǎng)度縮短，切削熱相對(duì)地集中；但刀尖角減小，使散熱條件變差，切削溫度將上升。4.切削液第四節(jié)刀具磨損和刀具壽命

一、刀具磨損切削時(shí)，刀具的前刀面與切屑、后刀面與工件常常相互擠壓和劇烈摩擦，產(chǎn)生很高的溫度。因此磨損發(fā)生在刀具的前刀面和后刀面上，前刀面磨損形成月牙洼，后刀面磨損形成磨損帶，通常前、后刀面的磨損是同時(shí)發(fā)生，相互影響的。（一）刀具磨損的形式刀具失效的形式有正常磨損和非正常磨損兩類。1.正常磨損正常磨損是指隨著切削時(shí)間增加，磨損逐漸擴(kuò)大的磨損。（1）前刀面磨損(月牙洼磨損)常發(fā)生于加工塑性金屬時(shí)，切削速度較高和切削厚度較大的情況下，切屑在刀具的前刀面上磨出一個(gè)月牙形凹坑，習(xí)慣上稱之為月牙洼。月牙洼處即切削溫度最高點(diǎn)。2.主后刀面磨損

刀尖磨損區(qū)C區(qū)溫度高

中間磨損區(qū)B區(qū)

邊界磨損區(qū)N區(qū)硬化、氧化

3.副后刀面磨損

副偏角和副后角偏小，摩擦大2.非正常磨損P54圖在生產(chǎn)中，常會(huì)出現(xiàn)刀具突然崩刃、卷刃或刀片碎裂的現(xiàn)象，被稱為非正常磨損。1）塑性破損切削時(shí)，刀具由于高溫高壓的作用，使刀具前、后刀面的材料發(fā)生塑性變形，刀具喪失切削能力，這種破損稱為塑性破損。與硬度比有關(guān).硬質(zhì)合金不易產(chǎn)生.2）脆性破損在振動(dòng)、沖擊切削條件的作用下，刀具尚未發(fā)生明顯磨損（VB≤0.1mm），但刀具切削部分卻出現(xiàn)了刀刃微崩或刀尖崩碎、刀片或刀具折斷、表層剝落、熱裂紋等現(xiàn)象，使刀具不能繼續(xù)工作，這種破損稱為脆性破損。硬質(zhì)合金易產(chǎn)生.（二）刀具磨損的形式1.磨損過程曲線1)初期磨損階段該階段磨損曲線的斜率較大，這意味著刀具磨損很快。3.4.3刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)2)正常磨損階段經(jīng)過初期磨損后，刀具的后刀面上被磨出一條狹窄的棱面，壓強(qiáng)減小。同時(shí)刀具的表面已經(jīng)被磨平，磨損量的增加減緩并穩(wěn)定下來，刀具進(jìn)入正常磨損階段。2.磨鈍標(biāo)準(zhǔn)3.4.3刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)加工情況規(guī)定一個(gè)最大的允許磨損量，這就是刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。表3-10硬質(zhì)合金車刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)加

工

條

件后刀面的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)VB/mm精車0.1～0.3合金鋼粗車，粗車剛性較差的工件0.4～0.5碳素鋼粗車0.6～0.8鑄鐵件粗車0.8～1.2鋼及鑄鐵件大件低速粗車1.0～1.53.4.3刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)3)急劇磨損階段刀具經(jīng)過正常磨損階段后，切削刃明顯變鈍，引起切削力、切削溫度迅速增大。這時(shí)進(jìn)入急劇磨損階段，這一階段磨損曲線斜率很大，表現(xiàn)為刀具磨損速度很快。2.磨鈍標(biāo)準(zhǔn)3.4.3刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)加工情況規(guī)定一個(gè)最大的允許磨損量，這就是刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。表3-10硬質(zhì)合金車刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)加

工

條

件后刀面的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)VB/mm精車0.1～0.3合金鋼粗車，粗車剛性較差的工件0.4～0.5碳素鋼粗車0.6～0.8鑄鐵件粗車0.8～1.2鋼及鑄鐵件大件低速粗車1.0～1.5國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO推薦硬質(zhì)合金外圓車刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，可以是以下任何一種：（1）

VB=0.3mm；（2）如果主后刀面為無規(guī)則磨損，取VBmax=0.6mm；（3）前面磨損量KT=0.06+0.3f（f為進(jìn)給量）（二）刀具磨損的原因1.磨粒磨損：切屑、工件的硬度雖然低于刀具的硬度，但其結(jié)構(gòu)中經(jīng)常含有一些硬度極高的微小的硬質(zhì)點(diǎn)，能在刀具表面刻劃出溝紋。2.相變磨損溫度升高，產(chǎn)生相變，硬度降低。高速鋼600—700℃時(shí)。3.粘結(jié)磨損：即冷焊磨損。工件與刀具之間粘結(jié)冷焊，運(yùn)動(dòng)將刀具材料粘結(jié)顆粒帶