金属切削过程基本规律及其应用
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4技能训练应知篇之金属切削过程及其基本规律
（3）影响积屑瘤形成的因素 1）工件材料塑性大，加工时产生积屑瘤的可能 性大，加工脆性材料时，一般不产生积屑瘤； 2）切削速度过高或过低都不会产生积屑瘤，中 等速度范围内最易产生，如图4-9所示；切削速 度是通过切削热变化来体现 出对积屑瘤形成的影响的； 3）刀具前角大，能减小切 屑变形和切削力，降低切削 温度，能抑制积屑瘤产生或 减小积屑瘤的高度； 4）切削液可减少切削热和 图4-9 切削速度对 改善摩擦，抑制积屑瘤产生。 积屑瘤的影响
四、切削变形程度的衡量
衡量切削变形常用切削变形系数Λh、剪切应变ε 和剪切角 作为衡量切削变形程度的指标。 1．切应变ε（也称剪应变或相对滑移） 它是反映切削变形中金属滑 移本质的系数，切削层中m'n' 线滑移至m"n" 位置时的瞬时 位移为Δy，实际上Δy的值 很小，滑移量为Δs。滑移量 Δs越大，说明变形越严重。 由右图所示几何关系可得出 以下相对滑移关系表达式：
在整个刀-屑接触区内的正应力 分布情况是， 在刀刃处最大，离切削刃越远，前刀面上的 正应力越小，并逐渐减小到零。在前刀面刀 -屑接触区内，各点的正应力和切应力是不 相等的，所以，前刀面上各点的摩擦状态是 不同的，刀-屑摩擦系数也是变化的。且内 摩擦系数远远大于外摩擦系数的值。 一般切削条件下，来自粘结区的摩擦力约占 切削过程中总摩擦力的85%，可见，内摩擦 在刀-屑接触摩擦中起了主要作用，所以， 研究前刀面摩擦时应以内摩擦为主，这也是 切削摩擦不服从古典滑动摩擦法则的原因。
（2）第二变形区（也写成第II变形区） 是指刀-屑接触区域II。切屑沿前刀面流出 时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，切屑 卷曲，使朝向前刀面的切屑底层金属呈纤 维化，流线方向基本上和前刀面平行。 （3）第三变形区（也写成第III变形区） 指刀-工接触区域III。已加工表面受到切削 刃钝圆部分与后刀面的挤压和摩擦，产生 径向和切向弹性与塑性变形，造成工件已 加工表层晶粒纤维化与加工硬化。 三个变形区里的切削变形互相牵连，切削变 形是整体行为，是在极短时间内完成的。
金属切削过程的基本规律.
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切削层金属的变形
二、切削层金属的变形 1. 变形区的划分（以直角自由切削方式切削塑性材料为例）
根据实验，切削层金属在刀具 作用下变成切屑大体可划分三 个变形区。
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金属切削过程中滑移线和流线示意图
（l）第一变形区（Ⅰ）
从OA线（始滑移线）金属开始发生剪切变形，到 OM 线 （ 终 滑 移 线 ） 金 属 晶 粒 剪 切 滑 移 基 本 结 束 ， AOM区域叫第一变形区。
忽略切屑宽度的变化，有a=l=
变形系数能直观反映切屑的变形程度，且容易
求得，生产中常用。
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变形系数求法
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(3) 剪应变
按剪应变即相对滑移关系有
= s / y， 而 s = NP，y = MK故
=NP / MK = (NK+KP) / MK = ctg + tg(-0)
2
2) 切削力
掌握切削力的来源、切削合力、分力及切削功率 牢固掌握影响切削力的主要因素；
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3
3） 切削热和切削温度
掌握切削热的来源及传出规律； 掌握切削区的温度分布规律； 牢固掌握影响切削温度的主要因素；
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4) 刀具磨损、破损
牢固掌握刀具的磨损形态及刀具磨损的主要原因； 牢固掌握刀具磨钝标准及刀具耐用度的概念； 掌握各切削参数与刀具耐用度的关系及合理耐用度的
(-0) 为切削合力Fr 与切削速度方向的夹角，称作用角，以表示。
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可得如下结论
前角 o 增大时， 增大，变形减小。故在保证刀刃 强度条件下增大前角可以改善切削过程（降低切削 力、温度、提高表面质量等）；
第一章 金属切削过程中的基本规律讲解
积的结果。 （2）积屑瘤对切削过程的影响 ①保护刀具 积屑瘤代替切削刃和前刀面进行切削。
②增大前角 积屑瘤具有30°左右的前角。
③增大切削厚度 切削厚度增大了ΔhD。
④增大已加工表面粗糙度
原因：积屑瘤不规则的形状和非周期性的生成与脱 落、可能引起的振动、积屑瘤碎片残留在已加工表面 上。
积屑瘤
（3）影响积屑瘤的主要因素
在滑动区内的摩擦为外摩擦，该处的剪应力τy 由τs 逐渐减小到零。
正应力σγ 在刀刃处最大，离切削刃越远，前刀面上 的正应力越小，并逐渐减小到零。
刀-屑接触面上的摩擦特性
刀-屑接触面上的摩擦特性
前刀面上的摩擦系数μ是变化的，其计算公式如下：
s av
式中 τs ——工件材料的剪切屈服强度，随温度升 高而略有下降
响比较明显，前角γ0 对切削力的影响最大。
切削热的产生和传出
（1）切削热的产生 切削加工中，切削变形与摩擦所消耗的能量几乎全 部转换为热能，因此三个变形区就是三个发热源。如 下图所示。
切削热的产生和传出
（2）切削热的传出 由切屑、刀具、工件、周围介质传导出去。
车削钢料时，切削热被切屑带走约50% ~ 86%，传入 刀具的约占10% ~ 40%，传入工件的约为3% ~ 9%，传入 周围介质的约占1%。
相对滑移ε
切削层中m´n´线滑移至m˝n˝ ，瞬时位移为∆y ， 滑移量为∆s 。
cos o
sin cos( o )
增大前角γo 和剪切角φ,则
相对滑移ε减小，即切削
变形减小。
变形系数ξ
将切削时形成的切屑与切削层尺寸比较，可知切 屑的长度缩短而厚度增加。 变形系数就是切屑厚度和 切削层厚度的比值，或者是切削层长度和切屑长度的 比值。
②增大前角 积屑瘤具有30°左右的前角。
③增大切削厚度 切削厚度增大了ΔhD。
④增大已加工表面粗糙度
原因：积屑瘤不规则的形状和非周期性的生成与脱 落、可能引起的振动、积屑瘤碎片残留在已加工表面 上。
积屑瘤
（3）影响积屑瘤的主要因素
在滑动区内的摩擦为外摩擦，该处的剪应力τy 由τs 逐渐减小到零。
正应力σγ 在刀刃处最大，离切削刃越远，前刀面上 的正应力越小，并逐渐减小到零。
刀-屑接触面上的摩擦特性
刀-屑接触面上的摩擦特性
前刀面上的摩擦系数μ是变化的，其计算公式如下：
s av
式中 τs ——工件材料的剪切屈服强度，随温度升 高而略有下降
响比较明显，前角γ0 对切削力的影响最大。
切削热的产生和传出
（1）切削热的产生 切削加工中，切削变形与摩擦所消耗的能量几乎全 部转换为热能，因此三个变形区就是三个发热源。如 下图所示。
切削热的产生和传出
（2）切削热的传出 由切屑、刀具、工件、周围介质传导出去。
车削钢料时，切削热被切屑带走约50% ~ 86%，传入 刀具的约占10% ~ 40%，传入工件的约为3% ~ 9%，传入 周围介质的约占1%。
相对滑移ε
切削层中m´n´线滑移至m˝n˝ ，瞬时位移为∆y ， 滑移量为∆s 。
cos o
sin cos( o )
增大前角γo 和剪切角φ,则
相对滑移ε减小，即切削
变形减小。
变形系数ξ
将切削时形成的切屑与切削层尺寸比较，可知切 屑的长度缩短而厚度增加。 变形系数就是切屑厚度和 切削层厚度的比值，或者是切削层长度和切屑长度的 比值。
金属切削原理及其应用领域深度剖析
金属切削原理及其应用领域深度剖析金属切削是指通过切削工具对金属材料进行加工和切割的一种制造工艺。
这种切削工艺广泛应用于诸如机械制造、金属加工、航空航天、汽车制造等多个领域。
本文将深入探讨金属切削的原理和其在各个应用领域的具体应用。
金属切削的原理主要基于材料塑性变形与材料去除两个基本过程。
当刀具施加在金属工件上时，会使其产生塑性变形。
随着刀具的移动，金属工件的组织结构被剪切、拉伸和压缩，从而使材料被去除，完成切削加工。
在这个过程中，刀具和工件之间的相互作用是至关重要的。
因此，刀具的选择、切削速度、进给速度和切削液等参数都对金属切削过程的效果有影响。
金属切削可以应用于各种材料的加工，包括普通碳钢、合金钢、不锈钢、铜、铝和钛合金等。
不同材料的硬度和强度会对切削过程产生不同的影响。
为了达到理想的切削效果，需要根据具体材料的特性选择合适的切削工具和参数。
例如，对于硬度较高的材料，可以选择刀具材料更坚硬的硬质合金刀具进行切削。
此外，切削液的使用也是金属切削过程中重要的因素之一，它可以冷却工件和刀具、润滑切削面，并防止切削过程中产生的金属屑积聚在切削区域。
金属切削技术广泛应用于机械制造领域。
在机械零部件的制造过程中，往往需要对金属材料进行切割、车削、铣削、钻孔等工艺。
通过金属切削技术，可以实现加工精度更高、表面质量更好的产品。
在汽车制造领域，金属切削工艺用于加工发动机零部件、底盘组件等。
航空航天领域对于金属材料的切削加工要求更高，因为航空航天行业需要使用轻质高强度的金属材料制造飞机和发动机等关键部件。
随着科技的发展，金属切削技术不断创新和改进，涌现出许多新的应用。
例如，微切削技术是利用先进的加工设备和工艺对微尺度金属零件进行加工的一种技术。
微切削技术的应用领域广泛，包括微机械、微电子、生物医药等。
另外，快速切削技术是一种高效快速的切削加工技术，可以大幅提高生产效率。
这种技术主要应用于批量加工，如汽车制造、机械制造等领域。
金属切削过程及其基本规律 (2)
前刀面上的摩擦和积屑瘤
1.前刀面上的摩擦 前刀面上有两种摩擦形式：内摩擦和外摩擦；
一般情况下内摩擦力占总摩擦力的８５％
内摩擦：切削过程中，在高温高压作用下，切 屑底部与前刀面发生粘结现象，切屑与前刀面 间的摩擦就不是普通的摩擦，而是切屑和刀具 粘结层与其上层金属之间的内摩擦，这种内摩 擦实际就是金属内部的剪切滑移，它与材料的 流动应力特性以及粘结面积大小有关，和外摩 擦的规律不同。
1.带状切屑：内表面光滑，外表面成毛茸状。 切削过程平稳，波动小。塑性材料、切削速度 高、前角大、切削厚度小。
2.挤裂切屑：塑性金属，外表面可见明显裂纹 的连续带状切屑；切屑所受剪应力在局部超过 了工件材料的屈服强度，使切屑外表面产生了 明显的裂纹；有轻微振动。
3.单元切屑：塑性金属；切屑呈颗粒状。切屑 所受剪应力超过了工件材料的屈服强度，裂纹 贯穿了整个切屑；振动较大；工件表面可见明 显波纹。
金属切削过程及其基本规律
研究金属切削过程的方法
（1）侧面方格变形观察法 将工件侧面抛光，画出细小的方格，在
低速切削时观察直角自由切削工件材料 的变形过程。
（2）高速摄影法：利用高速摄影机拍摄 被切削试件的侧面，可以得到一个完整 的切屑形成过程的真实图像。常用的高 速摄影机每秒可拍几百幅到一万幅以上 。
利的。(到这里是六次课了）
影响切屑变形的各种因素
1.工件材料的性能:工件材料的强度硬度越高， 摩擦系数越小。原因是当工件材料的强度和硬 度大时，切削速度不变，切削温度增高，故摩 擦系数下降
2.刀具几何参数：一般前角越大，切削层的变 形越小，这是因为前角增大，虽然摩擦因数、 摩擦角也增大，但剪切角也增大，剪切面减小 ，变形减小。刃倾角的大小影响到实际工作前 角，对切削变形也会产生影响。
金属切削过程与刀具的基本知识
金属切削过程与刀具的基本知识金属切削是一种将金属材料通过切削刀具的作用使其达到需要形状和尺寸的工艺。
金属切削工艺是机械加工的主要方法之一，广泛应用于制造业的各个领域。
本文将详细介绍金属切削过程与刀具的基本知识。
一、金属切削过程启动阶段是切削过程开始时，切削速度较低，金属会发生初步塑性变形。
切削力和切削温度相对较低。
稳定阶段是切削速度逐渐增加，形成连续的切屑，金属在切削面产生变形，切削力和切削温度达到稳定状态。
断裂阶段是切削过程接近结束时，切削力和切削温度急剧增大，金属开始断裂，切削面出现划痕。
切削过程中，切削力对刀具与工件的影响很大。
切削力的大小与切削速度、前进速度、切削深度等因素有关。
合理控制切削力可以延长刀具的使用寿命，提高切削效率。
切削温度是切削过程中的另一个重要参数。
切削温度的高低对刀具寿命和加工精度有很大影响。
高温会使刀具磨损加剧，降低其硬度和强度，导致切削质量下降。
切削速度是切削过程中的重要参数之一，它直接影响到切削效率和切削质量。
切削速度越高，切削效率越高，但也会引起刀具温度升高，容易引发刀具的磨损和断裂。
切削速度的选择要根据工件材料的硬度、刀具材料的性能及切削条件等因素进行合理搭配。
刀具是进行金属切削的工具，它的质量和性能直接影响到切削过程的效果。
下面介绍几个关于刀具的基本知识。
1.刀具的结构：刀具通常由刀柄、刀片和刀片夹持装置组成。
刀柄是刀具的主体部分，可以用来固定和传递力量。
刀片是刀具的工作部分，负责进行金属切削。
夹持装置用来固定刀片在刀柄上。
2.刀具材料：刀具材料通常需要具备高硬度、高强度、耐磨性、耐高温性、抗断裂性等特性。
常见的刀具材料有硬质合金、高速钢、陶瓷、CBN、PCD等。
3.刀片的形状：刀片的形状多样，常见的有直刃刀片、弧形刀片、切槽刀片、钻孔刀片等。
刀片的形状要根据具体的切削任务选择，以提高切削效果。
4.刀具寿命：刀具寿命是指刀具从开始使用到不能继续使用的总时间。
第2章 金属切削过程
⑶主偏角 主偏角κ r 对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗 力影响显著（ κr ↑—— Fp↓，Ff↑）
切削力/ N
2200
1800
1400 1000
κr - Fc
κr – Ff κr – Fp
FC—— 切削力(Fz) Ff—— 进给力(Fx) FP—— 背向力(Fy)
600 200 30 45 60
进给力Fx (Ff)
也称轴向分力，用Fx表示—总切削力在进给方 向的分力，是设计机床进给机构不可缺少的参数。 背向力 Fy（Fp） 也称径向分力，用Fy表示 —总切削力在垂直于
工作平面方向的分力，是进行加工精度分析、计算
系统刚度，分析工艺系统振动所必须的参数。
三个分力FC、Ff、FP与合力F 合力F ＝
2、切削温度的分布
★ 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
750 ℃
刀 具
2.3.3 影响切削温度的主要因素
1.切削用量对刀具温度的影响
切削温度与切削用量的关系式为：
θ ＝ Cθ VcZθ fyθ apxθ 三个影响指数 zθ ＞yθ ＞xθ ，说明切削速度对切削 温度的影响最大，背吃刀量对切削温度的影响最小。
C区是刀尖区，由于散热差，强度低，磨损 严重，磨损带最大宽度用VC表示 B区处于磨损带中间，磨损均匀，最大磨损 量VBmax；
3.边界磨损
N区处于切削刃与待加工表面的相交处，磨 损严重，磨损量以VN表示，此区域的 磨损也叫边界磨损
2.4.2 刀具磨损的主要原因
1. 硬质点磨损
工件材料中含有硬质点杂质，在加工过程中会将刀具表面划伤， 造成机械磨损。低速刀具磨损的主要原因是硬质点磨损。
第三章金属切削过程的基本规律
（2） λ s对Fp、 Ff影响较大
Fp随λ s增大而减小，
Ff随λ s增大而增大
2.刀尖圆弧半径rε的影响
rε 增大相当于κ r减小的影响
（1）rε 对Fc影响很小 （2）Fp随 rε 增大而增大
Ff随 rε 增大而减小
3．刀具磨损
刀具的切削刃及后刀面产生磨损后，会使 切削时摩擦和挤压加剧，故使切削力 Fc 和 Fp 增 大。
2 f
Fp FD cos r ; F f FD sin r
（3-5）
二、各分力的作用 1、切削分力的作用---切削力Fc（主切削力Fz）
它是设计机床主轴、齿轮和计算主运动功率的主要依据，也 是用于选用刀杆、刀片尺寸、设计夹具和选择切削用量的重 要依据。使车刀产生弯矩，也是计算切削功率的依据
Fc——切削力，单位为N； vc——切削速度，单位为m/min。 Pc——切削功率，单位为kW。
3
四、影响切削力的因素
（一）切削用量的影响
1．背吃刀量ap与进给量f
ap↑→Ac成正比↑， kc不变， ap的 指数约等于1，因而
切削力成正比增加
f↑→Ac成正比↑，但 kc略减小， f 的 指数小于1，因而 切削力增加但与f 不成正比
(二)切削温度分布
温度分布规律 1)刀-屑接触面间摩擦大， 热量不易传散，故温度值 最高
2)切削区域的最高温度点在前面上近切削刃处， 在离切削刃1mm处的最高温度约900℃，因为 在该处热量集中，压力高。在后面上离切削刃 约0.3mm处的最高温度为700℃；
3)切屑带走热量最多，切屑上平均温度高于刀具 和工件上的平均温度，因切屑剪切面上塑性变 形严重，其上各点剪切变形功大致相同。各点 温度值也较接近。工件切削层中最高温度在近 切削刃处，它的平均温度较刀具上最高温度点 低2～3倍。
Fp随λ s增大而减小，
Ff随λ s增大而增大
2.刀尖圆弧半径rε的影响
rε 增大相当于κ r减小的影响
（1）rε 对Fc影响很小 （2）Fp随 rε 增大而增大
Ff随 rε 增大而减小
3．刀具磨损
刀具的切削刃及后刀面产生磨损后，会使 切削时摩擦和挤压加剧，故使切削力 Fc 和 Fp 增 大。
2 f
Fp FD cos r ; F f FD sin r
（3-5）
二、各分力的作用 1、切削分力的作用---切削力Fc（主切削力Fz）
它是设计机床主轴、齿轮和计算主运动功率的主要依据，也 是用于选用刀杆、刀片尺寸、设计夹具和选择切削用量的重 要依据。使车刀产生弯矩，也是计算切削功率的依据
Fc——切削力，单位为N； vc——切削速度，单位为m/min。 Pc——切削功率，单位为kW。
3
四、影响切削力的因素
（一）切削用量的影响
1．背吃刀量ap与进给量f
ap↑→Ac成正比↑， kc不变， ap的 指数约等于1，因而
切削力成正比增加
f↑→Ac成正比↑，但 kc略减小， f 的 指数小于1，因而 切削力增加但与f 不成正比
(二)切削温度分布
温度分布规律 1)刀-屑接触面间摩擦大， 热量不易传散，故温度值 最高
2)切削区域的最高温度点在前面上近切削刃处， 在离切削刃1mm处的最高温度约900℃，因为 在该处热量集中，压力高。在后面上离切削刃 约0.3mm处的最高温度为700℃；
3)切屑带走热量最多，切屑上平均温度高于刀具 和工件上的平均温度，因切屑剪切面上塑性变 形严重，其上各点剪切变形功大致相同。各点 温度值也较接近。工件切削层中最高温度在近 切削刃处，它的平均温度较刀具上最高温度点 低2～3倍。
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的允许极限值作为磨钝标准，定尺寸刀具 和自动化生产中的精加工刀具，常以径向
磨损量NB的允许值作为磨钝标准。
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四、刀具磨损与刀具耐用度
3.刀具磨损过程及磨钝标准 (2)刀具的磨钝标准
图2-31 车刀的径向磨损
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（2）刀具的磨钝标准
1） 精加工 VB＝0.1 mm ～ 0.3mm； 粗加工 VB＝ 0.6 mm ～ 0.8mm。
工件材料的导热性好，从切屑和工件传出的 切削热相应增多，切削区的平均温度降低。
例如，合金结构钢的强度普遍高于45钢，而导 2020/4热/29 系数又一般均低于45钢，所以切削合金结构钢43
3.影响切削温度的主要因素
(4)切削液
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4.切削温度的试验公式
切削温度的实验公式是由标准切削实验得来的 。
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二、切削力
1.总切削力的分解和切削功率 （1）总切削力的分解
1）切削力Fc (Fz) 2）背向力Fp (Fy) 3）进给力Ff (Fx)
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1.总切削力的分解和切削功率
（1）总切削力的分解
F F z2F x2y F z2F x2F y2
F y F xy cors
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二、切削力
由此可见，从减小切削力和节省动力消 耗的观点出发，在切除相同余量的条件
下，增大 f 比增大ap 更为有利。
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3. 影响切削力的因素
2）切削用量对切削力的影响。 b）切削速度Vc对切削力的影响;
切削塑性材料时
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3. 影响切削力的因素
F xF xs y in r
Fy (0.15~0.7)Fz
Fx (0.1~00.6F)z
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1.总切削力的分解和切削功率
（2）切削功率
Pz Fzvc
6104
单位：kw
Fz——切削力，单位：N； vc——切削速度，单位：m/min。
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1.总切削力的分解和切削功率
前角对切削力的影响 ap = 4 mm f = 0.25 mm / r
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3. 影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响。
b） 主偏角Kr 对切削力的影响;
FyFx ycors
FxFxysinr
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3. 影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响。
2） 工艺系统刚性较差时，应规定较小的磨钝 标准；
3） 粗车钢件，特别是粗车合金钢和高温合金 时，磨钝标准要比粗车铸铁时取得小些。
4） 加工同一种工件材料时，硬质合金刀具的 磨钝标准要比高速钢刀具取得小些。
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四、刀具磨损与刀具耐用度
4.刀具耐用度 (1) 定义
刃磨或换刃后的刀具，自开始切削直到磨 损量达到磨钝标准为止的切削时间，称为刀
↑ 背吃刀量ap ↑
进给量f↑
AD ↑
变形抗力 摩擦力
切削力↑
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二、切削力
标准切削试验：刀具材料P10，工件材料45钢
σb = 650 Mpa，车刀几何参数为go =10°、 r = 45°、ls =0°。
Fz CFzaP1. 0 f0. 7KF 5z
即，ap增大一倍，Fz也增大一倍；而f 增大一倍， Fz只能增大68%～80％。
试计算切削力Fz、Fy、Fx 及切削功率Pz 。
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2. 切削力的经验公式
[解]： F zCFzaPXFzfyFzKFz
查表 2.1 得：
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二、切削力
3. 影响切削力的因素 总切削力的来源有两个方面： 一是克服被加工材料对弹性变形和塑
性变形的抗力； 二是克服切屑对刀具前面的摩擦阻力
1.切削热的来源与传出
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图2-26 不同切削速度下的热量传出比例
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三、切削热和切削温度
2. 切削温度的分布
a） 法平面内的切削温度分布 b）刀具前面上的切削温度分布
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图2-27 切削温度的分布
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3.影响切削温度的主要因素
(1)切削用量
在切削用量中，切削速度对切削温度的 影响最大。
c）刃倾角ls 对切削力的影响; ls↑ 背前角gp↑ 侧前角gf↓
Fp↓ Ff↑
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3. 影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响。
d）刀尖圆弧半径r 对切削力的影响;
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3. 影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响。 e）使用切削液 对切削力的影响;
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三、切削热和切削温度
1.切削热的来源与传出
图2-25 切削热的来源与传导
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加工 方法 车削
铣削
钻、 镗削 磨削
切屑 工件 刀 具
50~8 10~4 <5 0% 0% %
70% <30% 5%
30% >50% 15 %
4% >80% 12 %36
三、切削热和切削温度
实验条件如下：
C620-1改装无级调速车床，工件与刀片材料切 削对为YT15 – 45钢，切削速度 vc = 60 m / min ～ 200 m / min，进给量f = 0.4 mm / r ～ 0.6 mm / r，背吃刀量asp = 0.5 mm ～ 3.0 mm。
v a 2
7 3f 0 .260 .070 .01
背向力 FyCFyaPXFyfyFyKFy 进给力 F xCFxaPXFxfyFxKFx
切削时消耗的功率
Pz
Fzvc
6 104
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2. 切削力的经验公式
[计算举例]：
用YT5硬质合金车刀外圆纵车σb = 630 MPa的热轧45
钢，车刀几何参数为go =10°、r = 75°、ls = –5°，切削 用量为ap = 2mm、f = 0.3mm/r、vc = 100 m / min。
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四、刀具磨损与刀具耐用度
2.刀具磨损的原因 (1) 擦伤磨损 (2) 粘结磨损 (3) 扩散磨损 (4) 氧化磨损
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图2-33 切削温度对磨损影响的示意图 ①擦伤磨损 ②粘结磨损 ③扩散磨损 ④氧化磨损
49
四、刀具磨损与刀具耐用度
3.刀具磨损过程及磨钝标准 (1)刀具的磨损过程
（2）积屑瘤的成因： 1）工件材料的塑性； 2）切削速度；
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图2-9 切削速度对积屑瘤的影响12
2. 积屑瘤
（2）积屑瘤的成因： 1）工件材料的塑性； 2）切削速度； 3）刀具前角；
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13
2. 积屑瘤
（2）积屑瘤的成因： 1）工件材料的塑性； 2）切削速度； 3）刀具前角； 4）冷却润滑条件。
（2）切削功率
Pz Fzvc
6104
单位：kw
PE
Pz
—2020—/4/29 机床传动效率，一般，取 = 0.75～0.8518。
二、切削力
2. 切削力的经验公式
切削力 F zCFzaPX FzfyFzK Fz
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2. 切削力的经验公式
切削力 F zCFzaPXFzfyFzKFz
图2-3 切屑类型
7
2. 积屑瘤
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图2-4 积屑瘤与切削刃 的金相显微照片
8
2. 积屑瘤
图2-5 积屑瘤高度及其实际工作前角
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9
2. 积屑瘤
（1）积屑瘤对切削过程的影响：
1) 积屑瘤包围着切削刃，可以代替前面、后面和切
削刃进行切削，从而保护了刀刃，减少了刀具的磨 损。
和工件表面对刀具后面的摩擦阻力。
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3. 影响切削力的因素
1）工件材料的性能对切削力有显著的影响 。 工件材料的硬度或强度愈高，材料的 剪切屈服强度也愈高，发生剪切变形的 抗力也愈大，故切削力也愈大。
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3. 影响切削力的因素
2）切削用量对切削力的影响。
a）背吃刀量ap 和进给量f 对切削力的影响;
具耐用度，符号用T，单位用min或s。
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四、刀具磨损与刀具耐用度
4.刀具耐用度 (2) 刀具耐用度与切削用量的关系
Tm
Cv
vc
axv p
f
yv
vc
Tm
Cv
f yv axv kv
p
式中， Cv--与耐用度实验条件有关的系数； m、xv 、yv—分别表示对T 、ap和f影响程度的指数；
前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面处的金属纤维 化，基本上和前刀面平行。这一区域（图中Ⅱ区） 称为第二变形区。
• （3）第三变形区 已加工表面受到切削刃钝圆部分
和后刀面的挤压和摩擦，造成表层金属纤维化与加
工硬化。这一区（图中Ⅲ区）称为第三变形区。
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4
1. 切屑的形成
衡量切屑变形程度的方法 （1）相对滑移ε sB 'C C''B c ot an r()o
y y
2020/4/29 图2-2 切屑形成过程
磨损量NB的允许值作为磨钝标准。
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四、刀具磨损与刀具耐用度
3.刀具磨损过程及磨钝标准 (2)刀具的磨钝标准
图2-31 车刀的径向磨损
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（2）刀具的磨钝标准
1） 精加工 VB＝0.1 mm ～ 0.3mm； 粗加工 VB＝ 0.6 mm ～ 0.8mm。
工件材料的导热性好，从切屑和工件传出的 切削热相应增多，切削区的平均温度降低。
例如，合金结构钢的强度普遍高于45钢，而导 2020/4热/29 系数又一般均低于45钢，所以切削合金结构钢43
3.影响切削温度的主要因素
(4)切削液
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4.切削温度的试验公式
切削温度的实验公式是由标准切削实验得来的 。
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二、切削力
1.总切削力的分解和切削功率 （1）总切削力的分解
1）切削力Fc (Fz) 2）背向力Fp (Fy) 3）进给力Ff (Fx)
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1.总切削力的分解和切削功率
（1）总切削力的分解
F F z2F x2y F z2F x2F y2
F y F xy cors
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二、切削力
由此可见，从减小切削力和节省动力消 耗的观点出发，在切除相同余量的条件
下，增大 f 比增大ap 更为有利。
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3. 影响切削力的因素
2）切削用量对切削力的影响。 b）切削速度Vc对切削力的影响;
切削塑性材料时
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3. 影响切削力的因素
F xF xs y in r
Fy (0.15~0.7)Fz
Fx (0.1~00.6F)z
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1.总切削力的分解和切削功率
（2）切削功率
Pz Fzvc
6104
单位：kw
Fz——切削力，单位：N； vc——切削速度，单位：m/min。
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1.总切削力的分解和切削功率
前角对切削力的影响 ap = 4 mm f = 0.25 mm / r
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3. 影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响。
b） 主偏角Kr 对切削力的影响;
FyFx ycors
FxFxysinr
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3. 影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响。
2） 工艺系统刚性较差时，应规定较小的磨钝 标准；
3） 粗车钢件，特别是粗车合金钢和高温合金 时，磨钝标准要比粗车铸铁时取得小些。
4） 加工同一种工件材料时，硬质合金刀具的 磨钝标准要比高速钢刀具取得小些。
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四、刀具磨损与刀具耐用度
4.刀具耐用度 (1) 定义
刃磨或换刃后的刀具，自开始切削直到磨 损量达到磨钝标准为止的切削时间，称为刀
↑ 背吃刀量ap ↑
进给量f↑
AD ↑
变形抗力 摩擦力
切削力↑
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二、切削力
标准切削试验：刀具材料P10，工件材料45钢
σb = 650 Mpa，车刀几何参数为go =10°、 r = 45°、ls =0°。
Fz CFzaP1. 0 f0. 7KF 5z
即，ap增大一倍，Fz也增大一倍；而f 增大一倍， Fz只能增大68%～80％。
试计算切削力Fz、Fy、Fx 及切削功率Pz 。
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2. 切削力的经验公式
[解]： F zCFzaPXFzfyFzKFz
查表 2.1 得：
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二、切削力
3. 影响切削力的因素 总切削力的来源有两个方面： 一是克服被加工材料对弹性变形和塑
性变形的抗力； 二是克服切屑对刀具前面的摩擦阻力
1.切削热的来源与传出
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图2-26 不同切削速度下的热量传出比例
37
三、切削热和切削温度
2. 切削温度的分布
a） 法平面内的切削温度分布 b）刀具前面上的切削温度分布
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图2-27 切削温度的分布
38
3.影响切削温度的主要因素
(1)切削用量
在切削用量中，切削速度对切削温度的 影响最大。
c）刃倾角ls 对切削力的影响; ls↑ 背前角gp↑ 侧前角gf↓
Fp↓ Ff↑
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3. 影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响。
d）刀尖圆弧半径r 对切削力的影响;
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3. 影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响。 e）使用切削液 对切削力的影响;
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三、切削热和切削温度
1.切削热的来源与传出
图2-25 切削热的来源与传导
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加工 方法 车削
铣削
钻、 镗削 磨削
切屑 工件 刀 具
50~8 10~4 <5 0% 0% %
70% <30% 5%
30% >50% 15 %
4% >80% 12 %36
三、切削热和切削温度
实验条件如下：
C620-1改装无级调速车床，工件与刀片材料切 削对为YT15 – 45钢，切削速度 vc = 60 m / min ～ 200 m / min，进给量f = 0.4 mm / r ～ 0.6 mm / r，背吃刀量asp = 0.5 mm ～ 3.0 mm。
v a 2
7 3f 0 .260 .070 .01
背向力 FyCFyaPXFyfyFyKFy 进给力 F xCFxaPXFxfyFxKFx
切削时消耗的功率
Pz
Fzvc
6 104
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2. 切削力的经验公式
[计算举例]：
用YT5硬质合金车刀外圆纵车σb = 630 MPa的热轧45
钢，车刀几何参数为go =10°、r = 75°、ls = –5°，切削 用量为ap = 2mm、f = 0.3mm/r、vc = 100 m / min。
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四、刀具磨损与刀具耐用度
2.刀具磨损的原因 (1) 擦伤磨损 (2) 粘结磨损 (3) 扩散磨损 (4) 氧化磨损
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图2-33 切削温度对磨损影响的示意图 ①擦伤磨损 ②粘结磨损 ③扩散磨损 ④氧化磨损
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四、刀具磨损与刀具耐用度
3.刀具磨损过程及磨钝标准 (1)刀具的磨损过程
（2）积屑瘤的成因： 1）工件材料的塑性； 2）切削速度；
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图2-9 切削速度对积屑瘤的影响12
2. 积屑瘤
（2）积屑瘤的成因： 1）工件材料的塑性； 2）切削速度； 3）刀具前角；
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2. 积屑瘤
（2）积屑瘤的成因： 1）工件材料的塑性； 2）切削速度； 3）刀具前角； 4）冷却润滑条件。
（2）切削功率
Pz Fzvc
6104
单位：kw
PE
Pz
—2020—/4/29 机床传动效率，一般，取 = 0.75～0.8518。
二、切削力
2. 切削力的经验公式
切削力 F zCFzaPX FzfyFzK Fz
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2. 切削力的经验公式
切削力 F zCFzaPXFzfyFzKFz
图2-3 切屑类型
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2. 积屑瘤
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图2-4 积屑瘤与切削刃 的金相显微照片
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2. 积屑瘤
图2-5 积屑瘤高度及其实际工作前角
2020/4/29
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2. 积屑瘤
（1）积屑瘤对切削过程的影响：
1) 积屑瘤包围着切削刃，可以代替前面、后面和切
削刃进行切削，从而保护了刀刃，减少了刀具的磨 损。
和工件表面对刀具后面的摩擦阻力。
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23
3. 影响切削力的因素
1）工件材料的性能对切削力有显著的影响 。 工件材料的硬度或强度愈高，材料的 剪切屈服强度也愈高，发生剪切变形的 抗力也愈大，故切削力也愈大。
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3. 影响切削力的因素
2）切削用量对切削力的影响。
a）背吃刀量ap 和进给量f 对切削力的影响;
具耐用度，符号用T，单位用min或s。
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四、刀具磨损与刀具耐用度
4.刀具耐用度 (2) 刀具耐用度与切削用量的关系
Tm
Cv
vc
axv p
f
yv
vc
Tm
Cv
f yv axv kv
p
式中， Cv--与耐用度实验条件有关的系数； m、xv 、yv—分别表示对T 、ap和f影响程度的指数；
前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面处的金属纤维 化，基本上和前刀面平行。这一区域（图中Ⅱ区） 称为第二变形区。
• （3）第三变形区 已加工表面受到切削刃钝圆部分
和后刀面的挤压和摩擦，造成表层金属纤维化与加
工硬化。这一区（图中Ⅲ区）称为第三变形区。
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1. 切屑的形成
衡量切屑变形程度的方法 （1）相对滑移ε sB 'C C''B c ot an r()o
y y
2020/4/29 图2-2 切屑形成过程