金属切削的基本理论
金属切削过程的基本理论
屑界面出现粘结和滞留层时，μ值（内
磨擦）比一般外摩编擦辑ppt时大得多。
17
剪切角φ ↑ →剪切面积↓→变形程度↓→切削力↓。 剪切角φ ↑ →变形系数↓
编辑ppt
18
影响切削变形和前刀面摩擦系数的主要因素
• 工件材料 • 切削厚度 • 刀具前角 • 切削速度 • 进给量
上述五个因素是影响前刀面摩擦系数的主 要因素。
切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤 压和摩擦，使靠近前刀面的金属纤维化，基本与 前刀面平行。
编辑ppt
10
（三）第三变形区 （挤压摩擦回弹区）
已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的 挤压和摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化和加 工硬化。
编辑ppt
11
刃前区：三个变形区汇集在切削刃附近，此处的应 力集中而复杂，被切削层在此与工件本体材料分离
编辑ppt
6
切削塑性金属的三个变形区
编辑ppt
7
（一）第一变形区 （剪切滑移区）
OA—始滑移线 OM—终滑移线 变形的主要特征： • 剪切滑移变形 • 加工硬化
一般速度范围内一区
宽度为0.02～0.2mm，
速度越高，宽度越小，
可看作一个剪切平面 编辑ppt
8
编辑ppt
9
（二）第二变形区 （挤压摩擦区）
编辑ppt
12
刀刃钝圆情况下已加工表面的形成过程：
编辑ppt
13
二、金属切削变形程度的表示方法
• 绝对滑移 ∆S • 相对滑移 ε • 变形系数 ξ • 剪切角 ϕ
编辑ppt
14
1.绝对滑移 ∆S，相对滑移 ε
编辑ppt
15
2. 变形系数ξ
金属切削原理基础知识解析
金属切削原理基础知识解析金属切削是一种常见的加工方法，广泛应用于制造业中。
了解金属切削的基础原理对于合理选择切削工艺和工具，提高加工效率和质量非常重要。
本文将解析金属切削的基础知识，包括切削原理、切削力、毛坯形状与切削刃的几何形状以及金属切削中常用的切削材料。
1. 切削原理金属切削是指通过刀具对金属工件进行机械加工，从而使工件形状发生改变的过程。
在切削过程中，刀具通过对工件施加切削力，使工具切削刃与工件产生相对运动，将工件上的金属层削除或形成所需形状。
2. 切削力切削力是指切削过程中刀具作用在工件上的力。
切削力的大小与材料的物理性质、切削刃的几何形状、切削速度等因素有关。
通常，切削力可分为切削力、切向力和法向力。
切削力的准确计算可以帮助选择合适的刀具、预测工具寿命以及优化切削工艺。
3. 毛坯形状与切削刃的几何形状切削和加工形状的选择取决于所需产品的要求。
毛坯形状的设计决定了切削刃的几何形状。
常见的切削刃形状包括直角切削刃、圆弧切削刃和锥形切削刃。
不同形状的切削刃适用于不同的切削操作，可以获得不同的切削效果。
4. 切削材料在金属切削过程中，刀具与工件之间会产生高温、高压和强大的切削力。
因此，切削工具需要具备较高的硬度、耐磨性和热稳定性。
常用的切削材料包括高速钢（HSS）、硬质合金和陶瓷等。
每种材料都有其适用的加工范围和特点，根据加工要求和具体情况选择合适的切削材料可以提高加工效率和工具寿命。
综上所述，金属切削是一种重要的加工方法，对于提高加工效率和产品质量至关重要。
了解金属切削的基础知识，包括切削原理、切削力、毛坯形状与切削刃的几何形状以及切削材料，可以帮助选择合适的切削工艺和工具，提高加工效率和质量。
在实际应用中，根据具体的加工要求和材料性质选择合适的刀具和切削参数，可以更好地发挥金属切削的功能。
金属切削原理基本理论
当刀具作用于切屑层，切削刃由a相对运动至 O时，整个切削单元OMma就沿着OM面发生剪 切滑移；或者OM面不动，平行四边形OMma 受到剪切应力的作用，变成了平行四边形 OMm1a1 。
实际上切屑单元在刀具前面作用下还受到挤 压，因而底边膨胀为Oa2，形成近似梯形的切 屑单元OMm2a2 。
许多梯形叠加起来就迫使切屑向逆时针方 向转动而弯曲。因此也可以说，金属切削过程 是切削层受到刀具前面的挤压后，产生以剪切 滑移为主的塑性变形，而形成为切屑的过程。
一） 切屑的形成过程 我们将切屑形成过程近似地比拟为推挤一叠卡片的形象化模型。
刀具
工
件
切屑形成过程模拟
金属被切削层好比一迭卡片1´、2 ´ 、3 ´ 、4 ´…等,当刀具切入 时这迭卡片被摞到1、2、3、4….的位置。卡片之间发生滑移，这滑 移的方向就是剪切面。
当然卡片和前刀面接触这一端应 该是平整的，外侧是锯齿的、或呈不 明显的毛茸状。
金属切削的基本物理现象包括：切削变形、切削力、切削温度、 刀具磨损与刀具耐用度。本章将针对这些现象进行阐述。
§ 3-1 切削变形
切削过程中的各种物理现象，都是以切屑形成过程为基础的。 了解切屑形成过程，对理解切削规律及其本质是非常重要的，现以塑性 金属材料为例，说明切屑的形成及切削过程中的变形情况。
第Ⅰ变形区 近切削刃处切削层内产生的塑性变形区——剪切滑移变形； 第Ⅱ变形区 与前刀面接触的切屑底层内产生的变形区——挤压变形； 第Ⅲ变形区 近切削刃处已加工表层内产生的变形区——已加工表面变形。
三） 第一变形区内金属的剪切变形
追踪切削层上任一点P，可以观察切屑的变形和形成过程。
当切削层中金属某点P向切削刃逼近，到达点1时，此时其剪切应力达到材 料的屈服强度τ s，故点1在向前移动 的同时，也沿OA滑移，其合成运动 使点l流动到点2。2- 2 ´为滑移量， 当P点依次到达3、4点后，其流动方 向与前刀面平行，不再沿OM线滑移。 OA称为始剪切滑移线，OM称为终 剪切滑移线。
金属切削原理的基本原理与应用探析
金属切削原理的基本原理与应用探析金属切削是指在机械加工过程中，通过刀具对金属材料进行切削加工的一种方法。
切削加工是现代工业生产中非常重要的一环，广泛应用于制造业的各个领域，如汽车制造、航空航天、机械制造等。
本文将探析金属切削原理的基本原理和应用。
一、金属切削原理的基本原理1. 切削力与材料性质的关系切削力是刀具和工件之间产生的力，它直接影响到切削加工的效率和质量。
切削力与金属材料的性质有密切关系，例如硬度、韧性和塑性等特性。
一般来说，材料硬度越高，切削力越大。
2. 切削热的生成与影响在切削过程中，由于刃口与工件接触产生摩擦，会产生大量的切削热。
切削热的大小和分布对切削加工有着重要影响。
过高的切削热可能导致刀具磨损加剧、工件变形，甚至热裂纹的产生。
因此，有效控制切削热对于提高切削加工质量至关重要。
3. 切削液的作用切削液在切削过程中起到冷却、润滑和防腐的作用。
通过降低切削热，它可以有效地控制切削加工过程中的温度，减少工件表面的热变形，提高切削加工质量和效率。
4. 切削刃部分的结构与刀具磨损切削刃是切削工具的重要部分，其结构设计直接影响到切削加工的效果。
一般来说，切削刃的设计要使切削力分布均匀，降低切削热和切削力，延长切削工具的寿命。
此外，选择合适的材料和硬度对切削刃的寿命也有很大影响。
二、金属切削的应用探析1. 汽车制造汽车制造是金属切削应用的重要领域之一。
在汽车制造中，金属切削广泛应用于发动机、底盘、车身等零部件的加工。
通过金属切削，可以精确加工出复杂形状的零部件，提高汽车的质量和性能。
2. 航空航天工业航空航天工业对金属切削的要求更为严格。
在航空航天工业中，金属切削应用于航空发动机、机翼、航天器等部件的加工。
金属切削技术的发展和应用，推动了航空航天工业的进步和发展。
3. 机械制造金属切削在机械制造领域中扮演着重要角色。
在机械制造中，金属切削应用于制造各种机床、工具以及零部件等。
通过金属切削技术，可以提高机械制造的精度和效率，满足不同行业和领域的生产需求。
金属切削原理(基本理论)
减小切屑与刀具前刀面的摩擦，并能降低切削温度，所以不易
产生积屑瘤。
积屑瘤对切削过程的影响
1. 影响刀具耐用度：
积屑瘤包围着切削刃，同时覆盖着一部分前刀面。积屑
瘤相对稳定时，可代替切削刃进行切削。切削刃和前刀面
都得到积屑瘤的保护，减少了刀具的磨损，提高刀具耐用
如铜、20钢、40Cr钢、1Crl8Ni9Ti等，随着工件材料的强
度和硬度的依次增大，摩擦系数μ略有减小；
这是由于在切削速度不变的情况下，材料的硬度、强度
大时，切削温度增高，故摩擦系数下降。
切削厚度ac增加时， μ也略为下降；如20钢的ac从0.
lmm增大到0. 18mm， μ从0 .74降至0 .72。因为ac增加
最后长成积屑瘤。
影响积屑瘤产生的因素：
①工件材料的影响：塑性高的材料，由于切削时塑性
变形较大，加工硬化趋势较强，积屑瘤容易形成；而
脆性材料一般没有塑性变形，并且切屑不在前刀面流
过，因此无积屑瘤产生。
②切削速度主要通过切削温度影响积屑瘤。
低速(Vc＜3～5m／min)时，切削温度较低（低于
300℃），切屑流动速度较慢，摩擦力未超过切屑分子的结
工件母体分离，一部分变成切屑，很小一部分留在已加
工表面上。
第Ⅰ变形区
近切削刃处切削层内产生的塑性变形区——剪切滑移变形；
第Ⅱ变形区
与前刀面接触的切屑底层内产生的变形区——挤压变形；
第Ⅲ变形区
近切削刃处已加工表层内产生的变形区——已加工表面变形。
三） 第一变形区内金属的剪切变形
追踪切削层上任一点P，可以观察切屑的变形和形
系数ξ可直观反映切屑的变形程度，并且容易测量。
8、金属切削加工基本理论
合成方法，也是利用高温高压加催化剂的方法将六方 氮化硼转变成立方氮化硼。 • 立方氮化硼是六方氮化硼的同素异形体，硬度达 8000~9000HV，是人类已知的硬度仅次于金刚石的材
料，其热稳定性和化学惰性大大优于金刚石，可耐１
３００～１５００°Ｃ的高温，在1200~1300°也不易 与铁系材料发生化学反应，其导热率也大大高于高速
• 2、常用刀具材料
刀具材料类型： 工具钢（高速钢） 硬质合金 陶瓷 超硬材料 最常用
工具钢耐热性差，但抗弯强度高，价格便宜，焊接与 刃磨性能好，故广泛用于中、低切削的成形刀具，不 宜高速切削。
• 3)高速钢 • 高速钢是加入了钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V) 等合金元素的高合金工具钢。它们都是强烈的 碳化物形成元素，在熔炼与热处理过程中与碳 形成了高硬度的碳化物，从而提高了钢的耐磨 性。 • 高速钢的强度（抗弯强度为硬质合金的2~3倍 ，为陶瓷的5~6倍）、硬度（62~70HRC）、耐 热性（600~700°C）、韧性、耐磨性和工艺性 均较好，刃磨锋利，故又称“锋钢”，适合于 大部分常用材料的切削加工。
6）超硬刀具材料
• 超硬刀具材料有金刚石和立方氮化硼。金刚石可分天然和人造两 种，其代号分别用JT和JR表示，都是碳的同素异形体。
• 天然金刚石大多属于单晶金刚石，单晶天然金刚石具 有各向异性（即不同晶面上强度、硬度和耐磨性差异很 大，可在100~500倍范围内变化，故制造时应考虑刃磨 方向），选择正确的刃磨方向，可使刀的刃口圆角半 径磨到最小，刀具极为锋利，可用于有色金属及非金 属的超精密加工。 • 天然金刚石价格十分昂贵，使用较少。
第8章 金属切削加工概论
【主要内容】 1．切削加工的基本慨念 (1)切削运动 (2)工件上的加工表面 (3)切削用量及切削层参数 2．切削刀具 (1)刀具材料 (2)刀具的几何形状及角度 (3)刀具的耐用度 3．切削过程中的物理现象 (1)切屑 (2)积屑瘤 (3)切削力 (4)切削热
金属切削原理与刀具
第四章 切削条件的合理选择
第一节 工件材料的切削加工性 第二节 切削液 第三节 刀具几何参数的合理选择 第四节 切削用量的合理选择
第一节 工件材料的切削加工性
“指对某种材料进行加工的难易程度”
相对加工性：Kr
Kr
V60 (V60 ) j
改善材料切削加工性的主要途径
1、热处理，改变材料的组织和机械性能 2、合理选用刀具材料 3、调整材料的化学成分
f
0.14
a0.04 p
三、影响切削温度的因素
3. 刀具几何参数对切削温度的影响 控制切削温度的措施
γO ↗
1、正确使用切削液
θ ℃↙
2、合κ理选r 择↗切削用量
在满足工艺要求的前提下，取小的
θ ℃↗
vc较大的
ap、f
3、γ改O↗r善ε刀↗具几θ何℃条↙件：
θ ℃↙
第四节 刀具磨损
一、刀具的磨损形式：
二、刀具磨损的原因
4. 氧化磨损： 刀具上的表面膜被切屑或工件表面划擦掉后，在高温 下（700~800℃）与空气中的氧作用产生松脆氧化物， 造成刀具磨损。
综上所述：
三、刀具磨损过程与磨损标准
11、、刀具磨损过程
2、刀具磨损标准（磨损限度）
“指后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的 最大磨损尺寸”。以VB表示
2、产生条件： ①中等速度切削塑性材料。
②切削区的温度、压力和界 面状况符合在刀面上发生 冷焊的条件。
2、特点： ①硬度是工件材料的2~3.5倍，
可以代替刀具切削。
②周而复始的生长、脱落。
3. 对切削过程的影响：
4、精加工控制积屑瘤的措施
①
积屑瘤代替刀刃进行切削，保护 了刀刃，增大了前角。
金属切削的基础知识
金属切削的基础知识金属切削是一种通过切削工具在金属工件上施加力量，使其产生剪切应力，从而剥离所需形状的金属层的加工方法。
它是目前最常用和广泛应用的金属加工方式之一。
以下是金属切削的基础知识：1. 切削工具：切削工具通常由硬质材料制成，如高速钢、硬质合金等。
常见的切削工具包括刀片、钻头、铣刀等。
刀具的选择根据加工材料、加工形状和加工质量要求等因素进行。
2. 切削速度：切削速度是指在单位时间内切削刀具工作部分对工件的相对运动速度。
它是影响切削加工效果和刀具寿命的重要因素。
通常以米每分钟（m/min）作为单位。
3. 进给速度：进给速度是指切削刀具沿工件表面移动的速度。
它决定了每分钟进给长度。
进给速度的选择需要考虑切削深度、加工精度和刀具强度等因素。
4. 切削深度：切削深度是指切削刀具在每次切削中从工件表面剥离金属的厚度。
切削深度越大，切削力也会增加，刀具磨损加剧。
因此，切削深度的选择要根据材料性质、刀具强度和加工要求等综合考虑。
5. 切削力：切削力是指在切削过程中作用在切削刀具上的力。
它是切削加工过程中的重要力学参数，会影响刀具的磨损和加工精度。
切削力的大小与切削厚度、切削速度、切削角度和材料硬度等因素密切相关。
6. 刀具磨损：切削刀具在切削过程中会不可避免地发生磨损。
刀具磨损会使切削力增加、切削质量下降，并且降低了刀具的寿命。
因此，定期更换和修磨切削刀具是保证加工质量和生产效率的重要措施。
7. 切削液：切削液是指在金属切削过程中加入的一种液体。
它主要用于降低切削温度、润滑切削表面、冲洗切削区域，以减少金属切削时产生的摩擦和热量。
良好的切削液选择能够有效地提高加工质量和刀具寿命。
金属切削是工业生产中广泛应用的加工方式之一，掌握金属切削的基础知识对于提高加工质量、降低生产成本具有重要意义。
因此，对于从事金属加工的工作者来说，了解切削工具、切削速度、进给速度、切削深度、切削力、刀具磨损以及切削液等基础知识是十分必要的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
此外，切屑的形状还与刀具切削角度及切削用量有关，当切 削条件改变时，切屑形状会随之作相应地改变，例如在车削 钢类工件时，如果我们逐渐增加车刀的锋利程度(如加大前角 等措施)，提高切削速度，减小走刀量，切屑将会由粒状逐渐 变为节状，甚至变为带状。同样，采用大前角车刀车削铸铁 工件时，如果切削深度较大，切削速度较高，也可以使切屑 由通常的崩碎状转化为节状，但这种切屑用手一捏即碎。在 上述几种切屑中，带状切屑的变形程度较小，而且切削时的 振动较小，有利于保证加工精度与粗糙度，所以这种切屑是 我们在加工时所希望得到的，但应着重注意它的断屑问题。
2.切屑的形成和种类 切削塑性金属材料(如钢等)时，被切层一般经过弹性变形、
塑性变形(滑移)、挤裂和切离四个阶段形成切屑。切削脆性 材料(如铸铁等)时，被切层一般经过弹性变形、挤裂和切离 三个阶段形成切屑。图3-3、图3-4分别表示在刨床上加工这 两种不同材料时的切削过程。
上一页 下一页 返回
3.2 切削变形
上一页 下一页 返回
3.2 切削变形
二、积屑瘤
在用中等或较低的切削速度切削一般钢料或其他塑性金属材 料时，常在前刀面接近刀刃处，钻结硬度很高(为工件材料硬 度的2~3.5倍)的楔形金属块，这种楔形金属块称为积屑瘤， 如图3-1所示。
积屑瘤的形成 (1 )形成条件简单地概括为3句话:中等切削速度，切削塑性材
下一页 返回
3.1 知识引入
车削
63
0 0.05
短轴外圆时，在CKS6116车床(7.5kW)上加工，
进给量为0.3 mm/ r ,背吃刀量为1.5mm，转速为800 r/min,设机
床的传动效率为80%，要求计算主切削力并验算电动机功率。
另在车削该外圆时，如果切屑颜色变为深蓝色，则车刀刀尖部
位的温度大约是多少?
第Ⅱ变形区前刀面接触的切屑底层内产生变形的一薄层金属 区域，称为第Ⅱ变形区，如图3-2所示。切屑形成后，在前刀 面的推挤和摩擦力作用下，必将发生进一步的变形，这就是 第Ⅱ变形区的变形。这种变形主要集中在和前刀面摩擦的切 屑底层，它是切屑与前刀面的摩擦区。它对切削力、切削热 和积屑瘤的形成与消失及刀具的磨损有着直接的影响。
返回
3.1 知识引入
金属切削的过程中到底会发生什么样的变形?变形的规律如何? 若某中碳钢零件在某数控机床上加工时，出现了不易折断的 带状切屑，严重影响了加工的进行，如何解决该问题?
在切削加工塑性金属材料工件时，有时会出现以下现象:某工 人在以15 m/min的速度进给0. 2 mm/:加工直径为60 mm的某 中碳钢工件后，发现在刀具前刀面上主切削刃附近“长出” 了一个硬度很高的楔块，如图3-1所示，并且工件已加工表面 也变得比较粗糙。这是怎么回事呢?
有些人认为金属的切削过程就像斧子劈木头一样，由于刀刃 楔入的作用使切屑离开工件，这种看法是不对的。如果我们 仔细观察一下，就会发现两者的过程及结果截然不同。在用 斧子劈木头时，通常木头总是按照劈的方向顺着纹理裂成两 片，在长度与厚度方向上基本不产生变形，劈开的两片木头 仍能合成一块。
下一页 返回
3.2 切削变形
料，形成带状切屑。
上一页 下一页 返回
3.2 切削变形
(2)形成原因切削过程中，由于切屑底面与前刀面间产生的挤 压和剧烈摩擦，切屑底层的金属流动速度低于上层流动速度， 形成滞流层，当滞流层金属与前刀面间的摩擦力超过切屑本 身分子间的结合力时，滞流层一部分金属在温度和压力适当 时就钻结在刀刃附近而形成积屑瘤。积屑瘤形成后不断增大， 达到一定高度后受外力作用和振动而破裂脱落，被切屑或已 加工表面带走，故极不稳定。积屑瘤的形成、增大、脱落的 过程在切削过程中周期性的不断出现。
而金属材料的切削过程却不一样，例如在刨床上切削钢类工 件，只要将刨下来的切屑量一量，就会发现它的长度减短， 厚度增厚;同时切屑呈卷曲状，一面光滑，另一面则毛松松地 裂开，这说明金属在切削过程中实际上并不是真正被简单地 切下来的，而是在刀刃的切割和前刀面的推挤作用下，经过 一系列复杂的变形过程，使被切削层成为切屑而离开工件的。
上一页 下一页 返回
3.2 切削变形
第Ⅲ变形区靠近切削刃处，已加工面表层内产生变形的一薄 层金属区域，称为第Ⅲ变形区，如图3-2所示。在第Ⅲ变形区 内，由于受到刀刃钝圆半径、刀具后刀面对加工表面以及副 后刀面对已加工表面的推挤和摩擦作用，这两个表面均产生 了变形。第Ⅲ变形区主要影响刀具后刀面和副后刀面的磨损， 造成已加工表面的纤维化、加工硬化和残余应力，从而影响 工件已加工表面的质量。
在切削工件时，新刀用起来比较轻快，但用了一段时间后，加 工表面出现亮点，表面粗糙度明显恶化，分析其原因?如何防 止这种现象的产生?
上一页 返回
3.2 切削变形
切削变形实质上是工件切削层金属受刀具的作用后，产生弹 性变形和塑性变形，使切削层金属与工件本体分离变为切屑 的过程。
一、切屑的形成与变形原理
1.切削时的三个变形区 切削过程中的金属的变形大致发生在三个区域内，如图3-2所
示。 第Ⅰ变形区靠近切削刃处，切削层内产生塑性变形的区域，
称为第Ⅰ变形区，如图3-2所示。
上一页 下一页 返回
3.2 切削变形
它与刀具作用力约呈45°角。在该区域内，塑性材料在刀具 作用下产生剪切滑移变形(塑性变形)，使切削层转变为切屑。 由于加工材料性质和加工条件的不同，滑移变形程度有很大 的差异，这将产生不同种类的切屑。在第Ⅰ变形区，切削层 的变形最大，它对切削力和切削热的影响也最大。
教学单元3 金属切削的基本理论
3.1 知识引入 3.2 切削变形 3.3 切削力 3.4 切削热与切削温度 3.5 刀具磨损
教学单元3 金属切削的基本理论
金属切削的基本理论是关从工件表面上切除多 余的金属，形成切屑和已加工表面的过程。伴随这一过程将 产生一系列物理现象，包括切削变形、切削力、切削温度和 刀具磨损等，而这些现象均以切削过程中金属的弹性、塑性 变形为基础，将直接或间接地影响工件的加工质量和生产率 等。生产实践中出现的积屑瘤、鳞刺、振动等问题，又都同 切削过程中的变形规律有关。因此，了解并掌握这些变化规 律，对分析解决切削加工中出现的问题有着十分重要的意义。