切削原理-第二章23

切削液的种类
切削液可分为水溶性和非水溶性两大类，其 中水溶性切削液有水溶液、乳化液；非水溶 性切削液有切削油。 ①、切削油 ②、乳化液 ③、水溶液

①、切削油


切削油分为两类： A、以矿物油（机油、轻柴油、煤油）、动植物油（豆油、 菜油、蓖麻油、棉子油、猪油、鲸油）为基体加入油性添加 剂的混和油，一般用于滚插齿螺纹加工及一般材料精加工： 机油用于普通车削攻螺纹；煤油或与矿物油的混合油精加工 有色金属和铸铁；煤油或与机油的混合油用于普通孔深孔精 加工；蓖麻油豆油用于螺纹加工，轻柴油用于自动机上。 B、极压切削油，是在矿物油中添加极压添加剂制成，适用 于重切削和难加工材料的切削。
切屑
刀具
切削热传出
切削热由切屑、工件、刀具和 周围介质（切削液、空气 ) 等 传散出去
工件
切削热的来源与传出
切削热传出


车削：50%~80%切屑、10%~40%车刀，3%~9%工件，1% 空气 钻削：28%切屑、14.5%刀具、52.5%工件、5%周围介质 磨削：4%磨屑、12%砂轮、84%工件
（3-6）
式中
CFc , CFp , CFf —— 与工件、刀具材料有关系数；
xFc , xFp , xFf —— 切削深度ap 对切削力影响指数； yFc , yFp , yFf —— 进给量 f 对切削力影响指数；
KFc , KFp , KFf —— 考虑切削速度、刀具几何参数、 刀具磨损等因素影响的修正系数。
2.2 切削力
切削力来源
★ 3个变形区产生的弹、塑性变形抗力 ★ 切屑、工件与刀具间摩擦力
切削力分解
Fc Ff · p f 吃刀抗力 Fp
v
κr
Ff Fp Ff · p
F
Ff 进给抗力
Ff · p
Fc 主切削力 F 切削合力
图3-15 切削力的分解
切削力经验公式
xFc yFc Fc CF a p f K Fc c xF p yFp K Fp Fp CFp a p f xF f yF f F f CF f a p f K Ff
Ｚθ
0.35～0.45
0.1 0.2 0.3 0.41 0.31 0.26
Ｙθ
Ｘθ
高速钢
铣削 钻削
80 150
320 f (mm/r)
0.2～0.3 0.08～0.10
硬质合金
车削
0.15
0.05
2.3.3 影响切削温度的因素
切削用量的影响 切削速度： vc↑一方面切削热来不及向切屑内部热传导，积聚
金属丝 小孔
mV
红外测温法
利用红外辐射原理，借助热敏感元 件，测量切削区温度。可测量切削 区侧面温度场。
图3-22 人工热电偶
2.4.3 切削液



1．切削液的作用 （1）润滑作用
切削液能在刀具的前、后刀面与工件之间形成一层润 滑薄膜，可减少或避免刀具与工件或切屑间的直接接 触，减轻摩擦和黏结程度，因而可以减轻刀具的磨损， 提高工件表面的加工质量。 切屑工件与刀具界面承受载荷压力很高，油膜大部分 被破坏，造成部分金属直接接触，由于润滑液的渗透 和吸附作用，部分接触面存在润滑液的吸附膜，起到 降低摩擦系数的作用，这种状态即为边界润滑，金属 切削时大都属于边界润滑。 切削速度对切削液的润滑效果影响最大，一般速度越 高，切削液的润滑效果越低。 切削厚度越大，材料强度越高，润滑效果越差。
刀具几何角度影响
◆ 前角γ0 ↑，若后角不变刀具易切削，切削变形小，F↓；
此外，前角γ0 ↑，剪切角φ ↑，切削变形小，F↓；
◆
切削力F
主偏角κr ↑hD ↑切削变形小，F↓，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（ κr ↑—— Fp↓，Ff↑）,当κr 60°~90°时，刀尖圆弧半径rε在切削刃占切削宽度的比例↑，切屑流出
2.3切削热
切削热来源
★ 切削功和摩擦功：切削过程切削层金属弹塑形变形和切屑与前刀面摩擦及工 件与后刀面摩擦所消耗功，绝大部分转变为切削热
q Pc Fc vc
（3-12）
★ 主要来源
QA=QD+QFF+QFR 式中，QD , QFF , QFR分别为切 削层变形、前刀面摩擦、后刀 面摩擦产生的热量
刀具几何角度影响
◆ 与主偏角相似，刃倾角λs对主切削力影响不大，对吃 刀抗力和进给抗力影响显著（ λs ↑ —— Fp↓，Ff↑） ◆ 刀尖圆弧半径 rε，rε
↑ 弧部长度增大变形增大F↑.对主切削力影响 不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（
rε ↑ —— Fp↑，Ff↓） ；
因为rε ↑ 切削刃上各点κr 平均值↓ Fp↑，Ff↓
x C vc Z f y ap
（3-12）
式中 θ ——用自然热电偶法测出的前刀面接触区的平均温度(C)； Cθ ——与工件、刀具材料和其它切削参数有关的切削温度系数； Zθ、Yθ、Xθ —— vc、f、ap 的指数。 表3-2 切削温度的系数及指数
刀具材料 加工方法 车削
Ｃθ
140～170
切削用量对温度影响的顺序是：Vc>f>ap
可见：为控制切削温度提高刀具耐用度，应优先选用 大的ap、f
2.3.3 影响切削温度的因素
刀具几何参数的影响
θ（℃） 前 角 o↑→ 切 削 温 度 ↓ 1000
2 3 1 4
o=18°~20°后对温度影响小，楔
角小散热体积小 主偏角r↓ rε↑切削刃工作长度 ↑散 800 热好→切削温度↓ 负倒棱及刀尖圆弧半径

↑ f ↓F ↓PC如果


2.V 的影响
C






45钢： 5~20m/min,Hb ↑F ↓ 20~35m/min, Hb ↑F ↑ ＞35m/min,F ↓ ＞90m/min,F无明显变化 脆性材料，无明显影响。 实际生产中若材料和机床性能许可，采用高速切削↑生产率↓F
2.2.4 影响切削力因素



（2）冷却作用


流出切削区的切削液带走大量的热量，从而降低工 件与刀具的温度，提高刀具耐用度，减少热变形， 提高加工精度。不过切削液对刀具与切屑界面的影 响不大，试验表明，切削液只能缩小刀具与切屑界 面的高温区域，并不能降低最高温度，一般的浇注 方法主要冷却切屑。切削液如喷注到刀具副后面处， 将对刀具和工件的冷却效果更好。 切削液的冷却性能取决于它的导热系数、比热容、 汽化热、气化速度及流量、流速等。 切削液自身温度对冷却效果影响很大。
2.3.2 切削温度及分布
切削温度分布
★ 切削温度一般是指切屑与 前刀面接触区域的平均温度 。是切削热在刀具和工件上 作用的结果。切削温度的高 低决定于切削热产生的多少 和传散的快慢。 切削塑性材料 —— 前刀面靠 近刀尖处温度最高。 ★ 切削脆性材料 —— 后刀面 靠近刀尖处温度最高。
二维切削中的温度分布
对切削温度影响很小
600
工件材料的影响
工件材料机械性能↑F ↑ 消耗功↑ 产 生的切削热↑ →切削温度↑ 工件材料导热性↑ →切削温度↓
400 10 30 50 70 90 110 130 vc（m/min）
刀具磨损的影响 ：切削刃变 钝变形增加，后刀面摩擦加剧， 切削温度↑
图3-21 切削速度、工件材料对切削温 度的影响
机床电机功率
PE

Pc
( KW )
（3-9）
式中 η —— 机床传动效率，通常η= 0.75～0.85
单位切削功率
指单位时间切除单位体积 V0 材料所消耗的功率
P pc c p 106 V0 ( KW s / mm3 )
（3-10）
2.2.4 影响切削力因素
工件材料
①强度硬度高↑屈服强度↑ ②在强度硬度相近情况下，
其他因素影响
◆ 刀具材料：与工件材料之间的亲和性和摩擦系数影响 其间的摩擦，而影响切削力 ； ◆ 切削液：有润滑作用，使切削力降低 ； ◆ 后刀面磨损：使切削力增大，对吃刀抗力Fp的影响最 为显著 ；
2.3切削热

切削热和切削温度是切削加工中发生的又一 重要的物理现象。切削力所作的功大都转化 为切削热，无切削液的情况下，大部分热量 传给工件刀具切屑，整个工艺系统受热升温， 发生变形，刀具磨损，研究切削热产生和传 导规律，揭示影响切削温度的各种因素，对 加工精度和刀具寿命具有实用意义。
时挤压↑F↑，κr
=75°广泛应用
切削力/ N
2200 1800 1400 1000
γ0 - Fc
κr - Fc
κr – Ff
κr – Fp
30 45 60 75 90
γ0 – Fp γ0 – Ff 前角γ0
600 200
主偏角κr / °
前角对γ0切削力的影响
主偏角κr对切削力的影响
2.2.4 影响切削力因素
在切屑底层切削温度↑ 另一方面，→消耗功率↑→切削温度↑ 进给量：f↑→单位时间金属切除量↑→切削温度↑。 但没速度增加影响的明显，因为单位切削力和单位切削功率随 f 增加减小，所以切除单位金属产生的热量减少了；同时由于 f 增大 导致切削变厚，切屑的热容量增大，由切屑带带走的热量增加，所 以上升不明显。 背吃刀量：ap的影响最小，ap增加后虽然切削区产生的热量增加 ，但切削刃工作长度增加，散热条件改善，所以温升不明显。
（3）清洗作用

在车、铣、磨削、钻等 加工时，常浇注和喷射 切削液来清洗机床上的 切屑和杂物，并将切屑 和杂物带走。
（4）防锈作用

一些切削液中加入了防锈添加剂，它能与金属表面起化学 反应而生成一层保护膜，从而起到防锈的作用。 除了以上作用，切削液还应当价廉配制方便，稳定性好， 不污染环境，不影响人体健康。