1习题课：切削力和切削温度
第二章第三节_切削力与切削温度
1000
Fz C f f
y FZ
a2 yFz tg 2 0.84 b2
f 1处Fz 177，得： C f 177
a2
b2
Fz 177 f
1
lg Fz yFz lg f lg C f
θ
2
0.84
2、 切削力经验公式
Fz 60 a p (f=0.3mm) 0.84 (ap=1mm) Fz 177 f
4 243.2
1000
Fz Ca p a p z
a1 xFz tg1 1 b1
a1
xF
a p 1处Fz 60，得： Ca p 60
b1
lg Fz xFz lg a p lg Ca p
θ
1
Fz 60 a p
2) 固定吃刀深度 ap=1mm ，仅改变进给量 f 进行实验， 求进给量f对切削力的影响。 假设主切削力Fz与进给量f的关系
αo
γ o
二 切削热与切削温度
Cutting Heat and Cutting Temperature
切削热和由它产生的切削温度会使整个工 艺系统的温度升高，一方面会引起工艺系统的 变形，另一方面会加速刀具的磨损，从而影响 工件的加工精度、表面质量及刀具的耐用度。
1、 切削热的产生和传导
切削热的产生
（2）进给量f 随着进给量的增大，金属切除量
增多，切削热增加，使切削温度上升。但单位切 削力和单位切削功率随f的增大而减小，切除单位 体积金属产生的热量也减小；另外，f增大使切屑 变厚，切屑的热容量增大，由切屑带走的热量增 加，故切削区的温度上升得不显著。
（3）背吃刀量ap 背吃刀量ap对切削温度的影响
高速铣削加工切削力和切削温度关系解析
高速铣削钛合金的切削力和切削温度切削力和切削温度试验在五坐标高速加工中心上进行，采用YOLO-YDXC-III切削三向力测试系统对铣削力进行测量，采用夹丝半人工热电偶方法对铣削温度进行测量。
试验用刀具为Walter WMG40硬质合金机夹刀片，工件材料为钛合金TA15，热处理状态为退火。
采用单因素试验，考察不同铣削速度下切削力和切削温度的变化规律。
其他切削条件为：轴向切深ap=6mm，径向切深ae=1mm，每齿进给量fz=0.1mm/z。
为典型的铣削力信号图以及后刀面磨损VB＝0.15mm 时的切削力与铣削速度关系曲线。
铣削力的方向定义为：进给方向为X，铣刀径向切深方向为Y，刀具轴向为Z。
可以看到在此范围内，Fx和Fz变化不大，而Fy随切削速度的提高略有下降。
试验和理论表明：一方面随着切削速度的上升，两个因素会导致切削力的增加。
首先是由断续切削造成的切削力冲击和动态切削力的数值会增加；其次，材料的应变硬化程度严重，导致剪切区变形抗力增加。
另外一方面，切削速度上升导致的切削温度上升也会使被加工材料软化，使切削力减小。
所以，切削速度对切削力的影响，要看这两方面综合作用的结果。
当刀具后刀面磨损达到一定程度时，随着切削速度的增加，由温度升高所导致的材料软化影响占主导地位，其作用超过动态切削力增加和应变硬化增加两方面的影响，所以总的铣削力呈下降趋势。
典型的铣削温度热电势信号及50～550m/min 切削速度范围内的切削温度与铣削速度的关系。
切削温度随铣削速度增加有一直上升的趋势，但是在不同的速度范围内，切削温度上升的程度是不同的。
在较低的速度范围内，温度随切削速度而上升的趋势较快，而在较高的速度范围内，温度随切削速度而上升的趋势变缓。
这一现象产生的原因在于，随着切削速度的增加，传入切屑的热量比例增加，更多的热量被切屑带走；而传入工件和刀具的热量的比例减小，相应的刀具和工件的温度升高也不明显。
高速铣削钛合金的刀具磨损钛合金高速铣削刀具磨损机理和刀具耐用度是生产过程中较受关注的问题。
切削力、切削温度实验1
正交实验法 经过9个点切削过 程后，获得相关 的数据，此时可 以得到最后的三 向切削力综合实 验公式
切削温度测量实验
了解车削时自然热电偶的构成以及采用自然热 电偶进行切削温度实验的原理和方法；
进行切削温度单因素实验或正交实验，了解切 削用量对切削温度的影响规律，获得切削温度 的实验公式； 认知计算机辅助实验硬、软件的系统构成，并 熟悉切削温度实验软件的具体操作。
xFC aSP xFf F f CFf aSP xFsp Fsp CFsp aSP
F Fc CFC
c
(1) ( 2) (3)
数据处理：
单因素实验数据处理 在改变背吃刀量单因素切削力实 验结束后将得到如下的公式：
Fc
同样在进行改变进给量单因素切削力实验和改变切削速 度单因素切削力实验完成后也将得到相类似的公式。
切削力、切削温度
测量实验
机械学院实验中心
切削力测量实验
一、实验目的要求
1.
了解切削测力仪的工作原理、测力方法和实验 系统；
掌握背吃刀量进给量和切削速度对切削力的影 响规律，通过实验求取切削力实验公式； 了解三向切削测力仪软、硬件系统构成，了解 现代化的计算机辅助的实验系统。
2.
3.
第三章切削力与切削温度
3.1.4 影响切削力因素
•刀具几何角度影响
•◆ 前角γ0 增大，切削力减小。 •◆主偏角κr 对主切削力影响不大，对吃刀抗力和走 刀抗力影响显著（ κr ↑—— Fy↓，Fx↑）
•切削力F •切 削 力 / N
•γ0 - Fz
•γ0 – Fy •γ0 – Fx
•前角γ0
•图3-17 前角对γ0切削力的影响
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第三章切削力与切削温度
3.1.1 切削力及切削分力
•切削力分解(假设总切削力在主剖面P0内)
•F
z
•κr
•F
x
•F •Fxy
y
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•v •Fxy
•f •F
r
•吃刀抗力 •F
y •Fxy
•F •走刀抗力
x
•Fz•主切削力
•F •总切削力
r
•图3-1 切削力的分解
第三章切削力与切削温度
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第三章切削力与切削温度
•3.2.3 影响切削温度的主要因 素
•刀 具 几 何 参 数 的 影 响
➢ 前角o↑→切削温度↓
➢ 主偏角r↑→切削温度↑
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第三章切削力与切削温度
•3.2.3 影响切削温度的主要因 素
•其它因素的影响
• 1. 刀具磨损的影响 • 刀具后面磨损量增大，切削温度升高 •
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•220
•0180
•κr - Fz
•表3-6
•0140
•0100
•κr – Fx
0
•60
•κr – Fy
0 •20
0
•30 •45 •60 •75 •90
机械制造技术基础课后答案2
机械制造技术基础课后习题答案第一章机械加工方法1-1 特种加工在成形工艺方面与切削加工有什么不同?答：1加工是不受工件的强度和硬度等物理、机械性能的制约故可加工超硬脆材料和精密微细的零件。
2加工时主要用电能、化学能、声能、光能、热能等出去多余材料而不是靠机械能切除多余材料。
3加工机理不同于一般金属切削加工不产生宏观切削不产生强烈的弹、塑性变形故可获得很低的表面粗糙度其残余应力、冷作硬化、热影响度等也远比一般金属切削加工小。
4加工能量易于控制和转换故加工范围光、适应性强。
1-2 简述电火花加工、电解加工、激光加工和超声波加工的表面形成原理和应用范围。
答：1电火花加工放电过程极为短促具有爆炸性。
爆炸力把熔化和企划的金属抛离电极表面被液体介质迅速冷却凝固继而从两极间被冲走。
每次电火花放电后是工件表面形成一个凹坑。
在进给机构的控制下工具电极的不断进给脉冲放电将不断进行下去无数个点蚀小坑将重叠在工件上。
最终工作电极的形状相当精确的“复印”在工件上。
生产中可以通过控制极性和脉冲的长短放点持续时间的长短控制加工过程。
适应性强任何硬度、软韧材料与难切削加工加工的材料只要能导电都可以加工如淬火钢和硬质合金等电火花加工中材料去出是靠放电时的电热作用实现的材料可加工行主要取决于材料的导电性与热学特性不受工件的材料硬度限制。
2电解加工将电镀材料做阳极接电源正极工件作阴极放入电解液并接通直流电源后作为阳极的电镀材料就会逐渐的溶解儿附着到作为阴极的工件上形成镀层。
并由电解液将其溶解物迅速冲走从而达到尺寸加工目的。
应用范围管可加工任何高硬度、高强度。
高韧性的难加工金属材料并能意见单的进给运动一次加工出形状复杂的型面或行腔如锻模、叶片3激光加工通过光学系统将激光聚焦成一个高能晾凉的小光斑再次高温下任何坚硬的材料都将瞬间几句熔化和蒸发并产生强烈的冲击波是融化的物质爆炸式的喷射去处。
激光束的功率很高几乎对任何难度加工的金属和非金属材料如皋熔点材料、内热合金与陶瓷、宝石、金刚石等脆硬材料都可以加工也可以加工异型孔。
47821-00机械制造技术基础(第四版)司乃钧 思考题与作业题参考答案
切削热传散到工件上，可使工件产生热变形，影响尺寸和几何精度，传散到刀具上将使切 削部分温度升高，加快刀具磨损。
19．刀具磨损形式有哪几种？刀具耐用度的含义和作用是什么？用什么措施保证规定的刀 具耐用度？
后刀面磨损、前刀面磨损和前后刀面同时磨损。 刀具两次刃磨之间允许进行的总切削时间，称为刀具耐用度，用 T（分）表示。生产中不 能经常去测量后刀面的磨损值来判断刀具是否达到了磨损限度，这很不方便。用允许进行切削 总时间来判断刀具磨损限度的标准，既方便又科学合理。主要用调整切削用量，特别是限制切 削速度，调整刀具角度，使用切削液等措施来保证规定的刀具耐用度。 20．零件的加工质量包括哪些内容？举例说明。对高精度零件，能否选用 Ra 值大些的表 面粗糙度？为什么？有没有表面粗糙度值小而精度低的零件？若有，试举 2～3 例。 含加工精度和表面质量。表面质量含粗糙度、变形强化、残留应力的大小和性质、全相组 织。加工精度包括尺寸精度和几何精度。 零件精度高，Ra 值一定小，否则大的 Ra 值会影响零件尺寸和几何精度，以及配合性质的 稳定性和耐腐蚀。 有粗糙值小，但精度低的零件，例如机床操纵手柄，要求表面光滑，但尺寸精度和几何精 度低，还有一些电镀的零件等。 21．试述表面粗糙度的选用原则及其测量方法。试说明表面粗糙度对零件质量的影响。 上列情况应选用 Ra 值小的粗糙度： 摩擦面、速度高、单位面积压力大、承受变载荷的表面，以及圆角、沟槽处，配合性质要 求稳定可靠，公差等级和几何精度要求高的表面，有防腐、密封、装饰要求的表面。 尺寸公差、几何公差越小，粗糙度值越小。 生产中常用粗糙度标准样块与被测表面进行比较进行测量。也可用目测或抚摸、指甲划动 来判断粗糙度值大小。当要求测量小于 Ra 0.1μm 的粗糙度值时，需用粗糙度检测仪器、仪表 进行测量。 粗糙度值大小对零件耐磨性、疲劳强度、耐腐蚀性、配合性质和密封性、美观均有影响。 通常这些性能要求越高，Ra 值应越小。 22．何谓技术经济效果？切削加工的技术经济指标主要有哪几个？ 技术经济效益是指在实现技术方案时，输出的使用价值或效益与输入的劳动耗费之间的比 值。使用价值是指生产中创造出的劳动成果，含数量和质量两个方面因素；劳动耗费是指生产 中消耗与占用的劳动量、材料、动力、工具和设备等，这些以货币形式表示，称为费用消耗。 影响切削加工技术经济效益的因素较多，很复杂，主要是加工质量、生产率和生产成本。 23．提高生产率的途径有哪些？粗、精加工时选择切削用量的原则是什么？切削用量的选 择与提高生产率有何关系？ 缩短基本工艺时间，例如合理选用刀材、刀具角度和切削液，提高刃磨质量，采用先进、 高效、自动化、大功率、刚性好的设备等。
切削力与切削温度对刀具性能的影响分析
切削力与切削温度对刀具性能的影响分析切削力和切削温度是刀具性能关键参数，对于刀具的寿命和切削质量具有重要影响。
本文将分析切削力和切削温度对刀具性能的影响，并探讨相应的优化方法，以提高刀具的使用寿命和加工效率。
首先，切削力是指刀具对工件施加的力，它是切削过程中切削力学特性的直接体现。
切削力大小与刀具本身的刚度、刀具形状、切削条件等因素密切相关。
过大的切削力会导致刀具受力过大，易发生断裂、磨损等情况，从而降低刀具的使用寿命。
其次，切削温度是指切削过程中刀具与工件接触处的温度。
切削温度的升高主要由切削热引起，切削热是因为切削过程中机械能转化为热能所产生的现象。
过高的切削温度会导致刀具表面出现氧化、烧蚀等现象，从而加速刀具的磨损，降低刀具寿命。
切削力和切削温度的大小与刀具材料的选择密切相关。
对于切削力来说，刀具材料的硬度、韧性和强度等参数将直接影响切削过程中的切削力大小。
通常情况下，硬度较高的刀具材料会具有较大的切削力，而韧性较好的刀具材料则可降低切削力的大小，从而提高刀具的使用寿命。
在切削温度方面，刀具材料的导热性能是一个重要因素。
通常情况下，导热性好的刀具材料能够迅速将切削热传递至刀具周围和冷却液中，并加速热量的散去，从而降低切削温度。
刀具材料的润滑性能也会影响切削温度的大小。
良好的润滑性能可以降低切削面与刀具的摩擦阻力，减少切削热的产生，从而降低切削温度。
此外，切削参数的选择对切削力和切削温度的影响也不可忽视。
合理选择切削参数如切削速度、进给量和切削深度等，可以有效减小切削力和切削温度。
降低切削温度的方法还可以通过加工液的冷却和润滑作用来达到，以减少切削过程中切削热的积聚和刀具表面的磨损。
为了更好地优化切削力和切削温度，一些先进的刀具设计和制造技术被广泛应用。
例如，采用涂层技术可以提高刀具的耐磨性和润滑性能，从而降低切削力和切削温度。
刀具的复合结构设计、减少刀具材料的残留应力等技术也被广泛研究，以提高刀具的刚度和热稳定性。
机械制造中的切削力与切削温度的控制
机械制造中的切削力与切削温度的控制机械制造是指运用机械设备对材料进行切削、磨削、焊接、冲压等加工操作的过程。
在机械制造中，切削力与切削温度是两个非常重要的参数，它们直接影响着加工的质量、效率和工具的寿命。
因此，控制切削力与切削温度成为了机械制造中的关键问题。
一、切削力的控制切削力是在加工过程中产生的力，它与刀具、工件和切削条件等因素密切相关。
在机械制造中，我们可以通过以下几个方面来控制切削力。
1. 材料的选择材料的硬度、韧性和塑性等性质会直接影响切削力的大小。
对于难切削材料，我们可以选择使用硬度更高的刀具材料，以提高其切削效果。
此外，对于某些特殊材料，如高温合金，在切削时需要采用一些特殊的技术手段来降低切削力。
2. 刀具的设计刀具的形状和结构也会对切削力产生影响。
通过合理设计刀具的刃角、后角和刃磨方式等，可以减小切削力的大小。
同时，在刀具使用过程中，定期进行刃磨和更换，可以保持刀具的锋利度，减少切削力的产生。
3. 切削条件的优化切削条件包括切削速度、进给量和切削深度等参数。
合理选择切削条件可以降低切削力的产生。
一般来说，较大的切削速度和进给量可以减小切削力，但要注意不要超过材料的承受能力。
此外，减小切削深度也可以降低切削力的大小。
二、切削温度的控制切削温度是指在切削过程中产生的热量。
高温容易导致工件表面的烧伤、脱硬化等质量问题，并且会使刀具寿命大大减少。
因此，控制切削温度也是机械制造中的重要任务。
1. 冷却润滑剂的使用在切削过程中，可以使用冷却润滑剂来冷却工具和工件，减少切削区域的温度升高。
常用的冷却润滑剂有切削油和切削液等，它们可以有效地降低切削温度，减少切削力的产生。
2. 刀具材料的选择刀具材料的导热性能对切削温度的控制起到重要作用。
一般来说，导热性能好的刀具材料，可以更快地将热量传导到刀具周围，降低切削区域的温度升高。
3. 切削速度的控制切削速度的选择也会对切削温度产生影响。
较高的切削速度可以减少切削时间，降低切削区域的温度升高。
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习题课：金属切削基础知识和刀具材料
一、选择题
1、切削用量对切削力影响最大的是（）。
A切削速度；B切削深度；C进给量；
2、切削用量对切削温度影响最小的是（）。
A切削速度；B切削深度；C进给量；
3、积屑瘤是在（）切削塑性材料条件下的一个重要物理现象。
A低速；B中低速；C中速；D高速；
4、切削用量对刀具耐用度影响最大的是（）。
A切削速度；B切削深度；C进给量；
5、刀具的主偏角是（）。
A在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角；
B主切削刃与工件回转轴线间的夹角，在基面中测量；
C主切削刃与刀杆的角度；D主切削刃与基面的夹角；
6、在切削平面内测量的角度有（）。
A前角和后角；B主偏角和负偏角；C刃倾角；
7、刀具磨钝标准是规定控制（）。
A刀尖磨钝量；B后刀面磨钝高度VB；C前刀面月牙洼的深度；
D后刀面磨损的厚度（即深度）；
8、影响刀具的锋利程度、减小切削变形、减小切削力的刀具角度是（）。
A主偏角；B前角；C负偏角；D刃倾角；E 后角；
9、刀具上能使主切削刃的工作长度增大的几何要素是（）。
A增大前角；B减小后角；C减小主偏角；D增大刃倾角；E减小负偏角；
10、刀具上能减小工件已加工表面粗糙度值的几何要素是（）。
A增大前角；B减小后角；C减小主偏角；D增大刃倾角；E减小负偏角；
11、刀具上能减小工件已加工表面粗糙度值的几何要素是（）。
A增大前角；B减小后角；C减小主偏角；D增大刃倾角；E减小负偏角；
12、车外圆时，能使切屑流向工件待加工表面的几何要素是（）。
A刃倾角大于0；B刃倾角小于0； C 前角大于0；D前角小于0；
13、当工件的强度、硬度、塑性较大时，刀具耐用度（）。
A不变；B不定；C增高；D降低；
14、切削铸铁工件时刀具的磨损主要发生在（）。
A前刀面；B后刀面；C前、后刀面；
15、粗车碳钢工件时，刀具的磨损主要发生在（）。
A前刀面；B后刀面；C前、后刀面；
16、加工铸铁时，产生表面粗糙度的主要原因是残留面积和（）等因素引起的。
A塑性变形；B塑性变形和积屑瘤；C积屑瘤；D切屑崩碎；
二、判断题
1、刀具寿命的长短、切削效率的高低与刀具材料切削性能的优劣有关。
（）
2、刀具磨钝标准VB表中，高速钢刀具的VB值均大于硬质合金刀具的VB值，所以高速钢刀具是耐磨损的。
（）
3、由于硬质合金的抗弯强度较低，冲击韧性差，所取前角应小于高速钢刀具的前角。
（）
4、积屑瘤的产生在精加工时要设法避免，但对粗加工有一定的好处。
（）
5、一般在切削脆性金属材料和切削厚度较小的塑性金属材料时，所发生的磨损往往在刀具
的主后刀面上。
（）6、刀具的磨钝出现在切削过程中，是刀具在高温高压下与工件及切屑产生强烈摩擦，失去正常切削能力的现象。
（）7、所谓前刀面磨损就是形成月牙洼的磨损，一般在切削速度较高，切削厚度较大情况下，加工塑性金属材料时引起的。
（）
8、刀具材料的硬度越高，强度和韧性越低。
（）
9、当粗加工、强力切削或承冲击载荷时，要使刀具寿命延长，必须减少刀具摩擦，所以后角应取大些。
（）10、车削深度较大、材料较硬时，车刀的前、后角均可取负值，这样可以增加刀具刃口的强度，顺利完成切削。
（）
三、简答题
1、试分析刀具磨损四种磨损机制的本质与特征，它们各在什么条件下产生？
2、什么是刀具的磨钝标准？制定刀具磨钝标准要考虑哪些因素？
3、什么是刀具使用寿命？试分析切削用量三要素对刀具使用寿命的影响规律。
4、试述前角的功用及选择原则。
5、试述后角的功用及选择原则。
6、何谓磨料磨损、粘接磨损、扩散磨损、氧化磨损、热裂磨损和相变磨损？它们分别发生在什么条件下？
7、为什么一般在精加工时，刀具都采取较大的后角？而拉刀、铰刀等定尺士刀具都采取很小的后角？
8、主偏角对切削加工有何功用？一般选择原则是什么？Kr=90°的车刀适用什么场合？
9、副偏角对切削加工有何作用？一般选择的原则是什么？
10、如何选择不同加工情况下的刀具材料和合理几何参数？
11、从刀具耐用度出发按什么顺序选择切削用量可以获得最大生产率？为什么？
12、刀具耐用度一定时，从提高生产率出发，选择用量的顺序如何？从降低切削功率出发，选择用量的顺序又如何？为什么？。