金屬切屑與刀具磨損第1頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四第6章金屬切削加工的基礎知識主要內容1、切削運動及切削要素2、刀具3、金屬的切削過程4、金屬切削過程的規律本章重難點1、金屬切削過程中的各種物理現象2、刀具角度的標注第2頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四6.11.切削運動與工件上形成的表面2.切削用量3.切削層參數6.21.刀具材料2.刀具切削部分的幾何參數3.刀具結構內容介紹第3頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四6.31.切削的形成過程及切削的種類2.切削瘤3.切削力及切削功率6.42.已加工表面質量3.切削用量的合理選擇1.金屬材料的切削加工性4.切削熱和切削溫度5.刀具的磨損與刀具的耐用度第4頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四金屬切削加工是用切削工具將坯料或工件上的多余材料切除，以獲得所要求的尺寸、形狀、位置精度和表面質量的加工方法。金屬切削加工鉗工機械加工加工方法有劃線、鏨、鋸、刮、研、攻螺絲、套螺絲等通過操作機床來完成切削加工的，如車、鉆、刨、磨、齒輪加工等第5頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四6.1.1切削運動與工件上形成的表面

機床為實現切削加工所必需具有的加工工件與工件間的相對運動。它包括主運動和進給運動。

主運動：是指在切削加工中形成機床切削速度或消耗主要動力的工作運動。進給運動：是指在切削加工中，時工件的多余材料不斷被去除的工作運動。

6.1切削運動及切削要素第6頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四待加工表面：指加工時工件上有待切除的表面；已加工表面：指工件上經刀具切削后產生的表面;加工表面：指工件上由刀具切削刃形成的表面。

第7頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四6.1.2切削用量切削三要素切削速度進給量切削深度指在主運動一個循環內，刀具與工件在進給方向上的相對位移指在單位時間內工件和刀具沿主運動方向的相對位移待加工表面到已加工表面間的垂直距離第8頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四注釋:1、主運動可以使旋轉運動，也可以是往復運動；2、主運動可以是工件來實現（車外圓）,主運動也可以是刀具來實現（切斷、刨、銑加工）;3、主運動只有一個，進給運動可以一個以上。第9頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四6.1.3切削層參數切削厚度：垂直于加工表面度量的切削層尺寸；切削寬度：沿主切削刃度量的切削層尺寸；

切削面積：切削層在垂直于切削速度截面內的面積。

第10頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四不同切削工藝的進給量和被吃刀量第11頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四6.2刀具6.2.1刀具材料1、刀具材料應具備的基本性能高硬度、高耐磨性良好的工藝性一定的強度和韌性、熱硬性2、常用刀具材料的種類與特性其它刀具材料硬質合金高速鋼第12頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四6.2.2刀具切削部分的幾何參數第13頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四1.刀具切削部分的組成要素刀桿：起夾持作用刀頭:(三面)前刀面：切屑流過的表面主后刀面：刀具上與加工表面相對的表面副后刀面：刀具上與已加工表面相對的表面(兩刃)主切削刃：刀具上前刀面與主后刀面的交線副切削刃：刀具上前刀面與副后刀面的交線(一尖)主切削刃與副切削刃的交點第14頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四２．車刀切削角度的坐標平面基面切削平面正交平面通過主切削刃上的某一點，與主運動方向相垂直的平面通過主切削刃上的某一點，于加工表面相切并垂直于基面的平面通過主切削刃上的某一點，并同時垂直于基面和切削平面的平面第15頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四3.刀具的標注角度正交平面內前角后角主偏角副偏角主切削刃與進給方向間的夾角前刀面與基面間的夾角主后刀面與切削平面間的夾角負切削刃與進給方向的夾角切削平面內刃傾角主切削刃與基面間的夾角第16頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四切削平面說明刀具角度說明第17頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四前角γ0――前刀面與基面間的夾角前角大，刃口鋒利，切屑變小，切削力小，切削輕快。但易產生崩刃。后角α0――主后刀面與切削平面間的夾角增大后角可減少摩擦，提高工件加工質量和刀具耐用度，并使切削刃鋒利。第18頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四主偏角κr――主切削刃與進給方向間的夾角影響切削層的形狀，切削刃的工作長度和單位切削刃上的負荷。減少κr，主切削刃單位長度上的負荷減少，刀具磨損小，耐用。副偏角κr′――副切削刃與進給方向間的夾角影響已加工表面的粗糙度和刀尖強度，減少κr′，減少表面的粗糙度的數值，還可提高刀具強度。過小，會使副切削刃與已加工面的摩擦增加，引起震動，降低表面質量。第19頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四主偏角、副偏角對殘留面積的影響第20頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四注意：車外圓與車端面主、副偏角的變化第21頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四刀具的工作角度車外圓時車刀安裝的高低，對前角、后角有影響車外圓時車刀安裝的偏斜，對主偏角、副偏角有影響第22頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四6.2.3．刀具結構刀具的結構形式整體式焊接式機夾不重磨式多為高速鋼車刀，其結構簡單，制造、使用都方便不需焊接和刃磨，避免了焊接和刃磨引起的缺陷，保持了硬質合金的原有性能，提高了刀具的耐用度結構簡單、緊湊、剛性好，可磨出各種所需角度，應用廣泛第23頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四常見刀具的結構形式第24頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四6.3金屬的切削過程金屬在切削過程中，會出現一系列物理現象，如金屬變形、切削力、切削熱、刀具磨損等，這些都是以切屑形成過程為基礎而生產中出現的許多問題，如積屑瘤、振動、卷屑、斷屑等，都與切削過程密切相關。第25頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四6.3.1切屑的形成過程及切屑種類1.切屑形成過程切削層的金屬彈性變形塑性變形擠裂切離切屑切削層的金屬受到刀具前刀面的推擠后產生彈性變形隨著切應力、切應變逐漸增大，達到其屈服強度時，產生塑性變形而滑移刀具繼續切入時，材料內部的應力、應變繼續增大，當切應力達到其斷裂強度時，金屬材料被擠裂沿刀具前刀面流出第26頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四2.切屑的種類切屑帶狀切屑擠裂切屑單元切屑崩碎切屑第27頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四呈連綿不斷的帶狀或螺旋狀,與刀具接觸的底層光滑，背面呈毛絨在狀帶狀切屑切削過程平穩，切削力變化小，工件表面光潔;必須采取斷屑措施擠裂切屑切屑背面呈較大的鋸齒狀，底面有不貫穿的裂紋一般加工中等硬度鋼材時，切削速度較低，切削深度和進給量較大時產生第28頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四單元切屑在節狀切屑的整個剪切面上，切應力超過了材料的破裂強度時，整個單元被切離形成粒狀切屑在加工塑性較差的材料時，采用較小的前角或負前角的刀具并以極低的切削速度、大的切削深度和進給量進行切削時形成的崩碎切屑切削層金屬發生彈性變形后，一般不經過塑性變形就突然崩裂而形成形狀不規則的崩碎切屑工件材料脆性越大，刀具前角越小，切削深度和進給量越大，越易產生此類切削第29頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四(1)切屑的形態可隨切削條件不同而改變(2)可控制切削條件，使切屑形態向有利于生產的方面轉化，保證切削加工的順利進行和工件的加工質量增大前角提高切削速度減小進給量有利于使粒狀切屑、節狀切屑向帶狀切屑轉化使切削過程平穩降低加工表面粗造度數值第30頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四6.3.2積屑瘤1.積屑瘤的形成

切削過程中，由于金屬的擠壓和強烈摩擦，使切屑與前刀面之間產生很大的應力和很高的切削溫度。當應力和溫度條件適當時，切屑底層與前刀面之間的摩擦力很大，使得切屑底層流出速度變得緩慢，形成一層很薄的“滯流層”，當滯流層與前刀面的摩擦阻力超過切屑內部的結合力時，滯流層的金屬與切屑分離而粘附在切削刃附近形成積屑瘤.第31頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四切削與積屑瘤第32頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四２．積屑瘤對切削加工的影響第33頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四有利方面保護刀具增加工作前角積屑瘤硬度很高可代替切削刃進行切屑，減少刀具的磨損積屑瘤的存在，使刀具的實際工作前角增大可減小切削變形和切削力，使切削輕快第34頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四不利方面影響工件尺寸精度影響工件表面粗造度積屑瘤破裂后會劃傷表面，加快刀具磨損會形成硬點和毛刺，使工件表面粗造度值增大時大時小，時有時無，使切削力產生波動而引起振動積屑瘤的頂端突出于切削刃之外，使實際的切削深度不斷變化第35頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四3.積屑瘤的控制影響積屑瘤的因素工件材料切削用量刀具角度切削液等控制措施要避免在中溫、中速加工塑性材料增大前角可減小切削變形，降低切削溫度，減小積屑瘤的高度采用潤滑性能優良的切削液可減少甚至消除積屑瘤第36頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四6.3.3切削力及切削功率第37頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四１．切削合力的構成與分解第38頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四切削合力:前刀面受到切屑的壓力和摩擦力后刀面受到工件表面的壓力和摩擦力主切削力:切削合力在切削速度方向上的分力，垂直于基面，其大小約占總的切削合力的８５％～９０％背向力:切削合力在切削深度方向上的分力;它在基面內，與切深方向相反進給力：切削合力在進給方向上的分力;它在基面內，與進給方向平行，但方向相反第39頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四2.影響切削合力的因素3.切削功率切削功率是各切削分力消耗功率的總和工件材料切削用量刀具角度強度、硬度高、塑性、韌性大，合力大切削深度、進給量、切削速度前角越大，切屑變形越小，切削合力越小第40頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四6.3.4切削熱和切削溫度1.切削熱的產生傳出及影響ａ．切削熱的來源切屑層的金屬發生彈性變形、塑性變形而產生大量的熱切屑與刀具前刀面產生的摩擦工件與刀具后刀面產生的摩擦第41頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四切削熱與切削溫度第42頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四ｂ．切削熱的傳導傳入切屑，約占總熱量的５０％～８６％，對切削加工無不利影響傳入工件，約占總熱量的４０％～１０％，會使工件膨脹或伸長，產生尺寸和形狀誤差，影響加工精度傳入刀具，約占總熱量的９％～３％，使刀具溫度升高，硬度下降，磨損加快，耐用度降傳入周圍介質，約占總熱量的１％，對切削加工無不利影響第43頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四2.切削溫度及其影響因素

3.降低切削溫度的措施切削溫度：是指刀具、切屑、工件接觸面上的平均溫度。(1)選擇合理的幾何角度和切削用量(2)使用切削液其高低取決于切削時產生熱量的多少和傳導條件的好壞，切削用量、工件材料、刀具材料及角度等對切削溫度均有影響第44頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四6.3.5刀具的磨損及刀具的耐用度１．刀具的磨損形式及過程第45頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四刀具的磨損形式:前刀面磨損；后刀面磨損；前、后刀面同時磨損.刀具的磨損過程:初期磨損階段正常磨損階段急劇磨損階段刃磨后的刀具起前、后刀面上的高低不平，受到切屑的沖擊和摩擦時，將“凸峰”很快磨去，時間很短刀具上的高低不平已被磨去，磨損量增加緩慢且比較穩定切削刃變鈍，刀具與工件之間的摩擦變大，切削力增大，切削溫度上升，磨損加劇，刀具失去正常的切削能力第46頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四２．刀具耐用度刀具允許的磨損限度通常用后刀面的磨損高度ＶＢ表示。但這種磨損標準很難掌握,而引入刀具耐用度的概念。指刀具刃磨后從開始切削直到磨損量達到磨損標準為止的切削時間用Ｔ表示。第47頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四6.4金屬切削過程基本規律的應用6.4.1金屬材料的切削加工性切削加工性(cuttingbehavior)是指材料加工的難易程度。它主要取決于材料的力學性能且與材料的熱處理狀態有關。6.4.2已加工表面質量ａ．加工精度１．尺寸精度２．形位精度第48頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四ｂ．表面質量第49頁，共54頁，2023年，2月20日，星期四表面質量表面粗造度加工硬化殘余應力加工表面的微觀幾何誤差，一般是由于切削過程中，刀具相當于零件的運動軌跡、刀具和零件表面的摩擦、切削層金屬的撕裂以及工業系統的振動等原因所致工件表層金屬在形成已加工表面的過程中經過強烈的塑