金属切削过程

车床的规格一般都用字母和数字，按一定规律组合进行编号，以表示车床的类型和主要规格。

比如车床型号C6132的含义如下：C——车床类；6——普通车床组；1——普通车床型；32——最大加工直径为320mm。

老型号C616的含义如下：C——车床；6——普通车床；16——主轴中心到床面距离的1/10，即中心高为160mm。

金属切削过程

金属切削过程是指在刀具和切削力的作用下形成切屑的过程，在这一过程中，始终存在着刀具切削工件和工件材料抵抗切削的矛盾，产生许多物理现象，如切削力、切削热、积屑瘤、刀具磨损和加工硬化等。

一.切削过程及切屑种类

1.切屑形成过程：

a. 对塑性金属进行切削时，切屑的形成过程就是切削层金属的变形过程。

当工件受到刀具的挤压以后，切削层金属在始滑移面OA以左发生弹性变形。在OA面上，应力达到材料的屈服强度，则发生塑性变形，产生滑移现象。

随着刀具的连续移动，原来处于始滑移面上的金属不断向刀具靠拢，应力和变形也逐渐加大。在终滑移面上，应力和变形达到最大值。越过该面，切削层金属将脱离工件基体，沿着前刀面流出而形成切屑。

b.三个变形区：

(1)第一变形区I：从OA线到OE线内的区域，伴随沿滑移线的剪切变形以及随之产生的加工硬化。

(2)第二变形区II：切屑与前刀面磨擦的区域，切削底层靠近前刀面处纤维化，流动速度减缓，切削弯曲，切削与刀具接触温度升高。

(3)第三变形区III：工件已加工表面与后刀面接触的区域，存在纤维化与加工硬化，变形较密集。

2.切屑的类型及切屑控制(图a～c为切削塑性材料，图d为切削脆性材料)

a.切屑的类型:

b.切屑控制：

“不可接受”的切屑：切削条件恶劣导致。影响主要有拉伤工件的已加工表面；划伤机床；造成刀具的早期破损；影响操作者安全。

切屑控制：在切削加工中采取适当的措施来控制切屑的卷曲、流出与折断，使形成“可接受”的良好屑形。

“可接受”的切屑标准：不妨碍正常的加工；不影响操作者的安全；易于清理、存放和搬运。

切削控制的措施：在前刀面上磨制出断屑槽或使用压块式断屑器。

断屑槽的基本形式：

L：切屑在前刀面上的接触长度

R：卷屑槽半径

二.积屑瘤

在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢料或其它塑性材料时，常常在前刀面处粘着一块剖面有时呈三角状的硬块。它的硬度很高，通常是工件材料的2—3倍，在处于比较稳定的状态时，能够代替刀刃进行切削。这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤或刀瘤。

1.积屑瘤的形成过程

1)切屑对前刀面接触处的摩擦，使前刀面十分洁净。

2)当两者的接触面达到一定温度同时压力又较高时，会产生粘结现象，即一般所谓的“冷焊”。切屑从粘在刀面的底层上流过，形成“内摩擦”。

3)如果温度与压力适当，底层上面的金属因内摩擦而变形，也会发生加工硬化，而被阻滞在底层，粘成一体。

4)这样粘结层就逐步长大，直到该处的温度与压力不足以造成粘附为止。

2.切屑瘤对切削过程的影响

1)实际前角增大

2)增大切削厚度，可能引起振动

3)是加工表面粗糙度增大

4)对刀具寿命有影响

3.积屑瘤产生原因分析

积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬化性质有关，也与刃前区的温度和压力分布有关。一般说来，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生积屑瘤；温度与压力太低，不会产生积屑瘤；反之，温度太高，产生弱化作用，也不会产生积屑瘤。走刀量保持一定时，积屑瘤高度与切削速度有密切关系。

通过分析积屑瘤产生原因可以得出防止积屑瘤的主要方法：

1)降低切削速度，使温度较低，粘结现象不易发生；

2)采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤消失的相应温度；

3)采用润滑性能好的切削液，减小摩擦；

4)增大刀具前角，以减小切屑于前刀面接触区的压力；

5)适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。

三.切削力和切削功率

1.切削力

金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力，称为切削力。

a.切削力的来源

(1)克服被加工材料对弹性变形的抗力；

(2)克服被加工材料对塑性变形的抗力；

(3)克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面与已加工表面之间的摩擦力。

b.切削合力

(1)Fz——主切削力或切向力。它的方向与过渡表面相切并与基面垂直。Fz是计算车刀强度，设计机床零件，确定机床功率所必需的。

(2)Fx——进给力、轴向力或走刀力。它是处于基面内并与工件轴线平行与走刀方向相反的力。Fx是设计走刀机构，计算车刀进给功率所必需的。

(3)Fy——切深抗力、或背向力、径向力、吃刀力。它是处于基面内并与工件轴线垂直的力。Fy用来确定与工件加工精度有关的工件挠度，计算机床零件和车刀强度。工件在切削过程中产生的振动往往与Fy有关。

c.切削合力及其分解

2.切削功率

消耗在切削过程中的切削功率称为切削功率Pm。

Pm—切削功率(KW)

Fz—切削力（N）

v—切削速度（m/s）

Fx—进给力（N）

nw—工件转速（r/s）

f—进给量（mm/r）

四.切削热和切削温度

1.切削热的产生和传导

研究切削热和切削温度也是分析工件加工质量和刀具寿命的重要内容。

切削热的来源就是切屑变形功和前、后刀面的摩擦功。

切削用量对切削热的影响

背吃刀量ap>切削速度v>进给量f

切削塑性材料时，变形和摩擦都比较大，所以发热较多。切削速度提高时，因切屑的变形减小，所以塑性变形产生的热量百分比降低，而摩擦产生热量的百分比增高。切削脆性材料时，后刀面上摩擦产生的热量在切削热中所占的百分比增大。

影响切削热的因素：

a.工件材料的导热性能是影响热量传导的重要因素。

工件材料的导热系数越低，通过工件和切屑传导出去的切削热量越少，这就必然会使通过刀具传导出去的热量增加。切削产生的热量不易传出，切削温度因而随之增高，刀具就容易磨损。刀具材料的导热系数较高时，切削热易从刀具方面导出，切削区域温度随之降低，这有利于刀具寿命的提高。

b.切屑与刀具接触时间的长短，也影响刀具的切削温度。外圆车削时，切屑形成后迅速脱离车刀