第 一 章 金属切削原理

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1、第一章金属切削原理1、基本定义（1）切削运动：工件和刀具之间的相对运动。通常，切削运动按其作用可分为主运动和进给运动，这两个运动的向量和，称为合成切削运动。（2）切削用量三要素：1）切削速度Vc（切削刃上选定点相对于工件沿主运动方向的瞬时速度。单位：m/s或m/min（r/s或r/min)2）进给速度Vf（切削切削刃上选定点相对于工件沿进给运动方向的瞬时速度。单位：mm/s或mm/min）或进给量f（工件或刀具每回转一周或往返一个行程时，两者沿进给运动方向的相对位移。单位：mm/r或mm/d•str（doublestroke双行程）3）

2、背吃刀量ap(切削深度)（在基面上）垂直于进给运动方向测量的切削层最大尺寸。单位：mm例如，外圆车削:ap＝(dw-dm)/2 （3）刀具几何参数最常用的刀具标注角度参考系1)正交平面参考系；组成：①基面Pr 通过切削刃上选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。通常平行于车刀的安装面（底面）。基面中测量的刀具角度：主偏角κr  主切削刃在基面上的投影与进给运动速度Vf方向之间的夹角。副偏角κr′副切削刃在基面上的投影与进给运动速度Vf反方向之间的夹角。刀尖角εr 主、副切削刃在基面上的投影之间的夹角，它是派生角度。εr=180°-(κr＋

3、κr′)。εr是标注角度是否正确的验证公式之一。②切削平面Ps通过切削刃上选定点，垂直于基面并与主切削刃相切的平面。切削平面中测量的刀具角度：刃倾角λs 主切削刃与基面之间的夹角。③正交平面Po 通过切削刃上选定点，同时与基面和切削平面垂直的平面。正交平面中测量的刀具角度：前角γo 前刀面与基面之间的夹角。后角αo 后刀面与切削平面之间的夹角。楔角βo 前刀面与后刀面之间的夹角。书上第九页图11-1外圆车刀正交平面参考系的标注角度1)法平面参考系；3)假定工作平面与背平面参考系2、金属切削过程（1）切削层的变形第Ⅰ变形区近切削刃处切削层

4、内产生的塑性变形区；第Ⅱ变形区与前刀面接触的切屑层内产生的变形区；第Ⅲ变形区近切削刃处已加工表层内产生的变形区。1）第一变形区塑性变形从始滑移面OA开始至终滑移面OM终了，之间形成AOM塑性变形区。 主要特征是金属沿滑移面的剪切变形，随之产生的加工硬化现象。 2）第二变形区当切屑沿前刀面流动时，会进一步受到前刀面的强烈挤压和摩擦，进一步发生变形，变形主要集中在与前刀面摩擦的切屑底面一薄层金属区域（第Ⅱ变形区）。主要特征是“纤维化”塑性变形，晶粒纤维化的方向和前刀面平行。切屑底面光滑、外侧呈毛茸状。产生积屑瘤（在中低速切削塑性金属材料时,

5、常在刀具前面刃口处形成一块硬度很高的楔块，称之为积屑瘤。）优点：稳定的积屑瘤代替刀刃进行切削，延长刀具寿命；加大刀具的工作前角，使变形下降，切削容易。缺点：形状极不规则，影响加工精度和表面粗糙度；不稳定积屑瘤的频繁脱落，加速刀具的磨损，产生振动。在精加工时应尽可能避免积屑瘤的产生，但在粗加工时，有时可充分利用积屑瘤。3）第三变形区 在已加工表面上与刀具后面挤压、摩擦形成的变形区域称为第三变形区（Ⅲ）。主要特征：已加工表面的纤维化，形成加工变质层。 塑性变形造成已加工表面加工硬化及表面层的残余应力。（2）切屑的类型1)带状切屑形成条件：加

6、工塑性材料、高切削速度、小切削厚度、大的刀具前角。特点：切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙度小。不易断屑、影响加工过程和安全。2)挤裂切屑：形成条件：加工塑性材料、中等切削速度、切削厚度较大或刀具前角较小。特点：切屑冷硬度高，脆且易断，已加工表面粗糙度小。切削力幅值大，且波动明显，易产生振动。3)单元切屑形成条件：加工塑性较差的材料、切削速度很低、切削厚度很大或刀具前角很小。特点：切削力波动大，振动明显，已加工表面非常粗糙、有振纹。4)崩碎切屑形成条件：切削脆性材料，如铸铁、黄铜等。特点：切削力幅值较小但波动幅度大，易产生振动

7、，已加工表面粗糙度较大。 3、刀具磨损和刀具耐用度（1）刀具磨损的形式1）前刀面磨损：切削塑性材料，切削速度、切削厚度较大时，在前刀面上磨出一个月牙洼。2）后刀面磨损：加工脆性材料或在切削速度较低、切削厚度较小（hD＜0.1mm），由于前刀面上刀屑间的作用相对较弱，主要发生后刀面磨损。3）边界磨损：切削钢材时，常在主切削刃靠近工件外皮处以及刀尖处的后刀面上，磨出较深的沟纹，这就是边界磨损。（2）刀具磨损的原因1）磨料磨损：低速切削时的主要磨损原因。2）黏结磨损：切屑材料与刀具在压力和摩擦条件下发生冷焊黏结，带走刀具材料，产生表面破坏伤痕

8、。在形成不稳定积屑瘤的条件下，黏结磨损较为严重。3）扩散磨损：工件、刀具材料在高温条件下相互扩散，造成刀具磨损。扩散磨损是硬质合金刀具的主要磨损原因之一。4）化学磨损：高温下刀具材料与周围介质起化学作用，在