金属切削基本原理机械制造技术基础
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机械制造技术基础 第2章
MMT
2.2.3 刀具工作角度
• 在横向进给切削或切断 工件时，随着进给量f值的增 加和加工直径d的减小，工作 后角不断减小，刀尖接近工 件中心位置时，工作后角的 减小特别严重，很容易因后 面和工件过渡表面剧烈摩擦 使刀刃崩碎或工件被挤断， 切削中应引起充分重视。因 此，切断工件时不宜选用过 大的进给量f，或在切断接近 结束时，应适当减小进给量 或适当加大标注后角。
MMT
2.2.3 刀具工作角度
当工件材料和加工性质不同时，常用硬质合金车刀的 合理前角如表2-1所示。
表2-1 合理前角 粗 车 精 车 硬质合金车刀合理前角的参考值 合理前角 粗 车 精 车
工件材料 低碳钢 中碳钢 合金钢 淬火钢
工件材料 灰铸铁 铜及铜合金 铝及铝合金 钛合金 ≤1.177 GP a
MMT
2.1.1 切削运动
3、合成切削运动
刀具与工件间的相对切削运 动是主运动和进给运动的合成运 动。切削刃上选定点相对于工件 的主运动的瞬时速度，称为切削 速度，以vc表示。切削刃上选定点 相对于工件的进给运动的瞬时速 度，称为进给速度，以vf表示。合 成切削运动的瞬时速度用ve表示。 则ve＝vc＋vf 。
MMT
2.2.2 刀具静止角度参考系及其坐标平面
MMT
2.2.2 刀具静止角度参考系及其坐标平面
刀具静止角度
2.
MMT
2.2.2 刀具静止角度参考系及其坐标平面
刀具在正交平面参考系中定义的标注角度有： （1）前角 γo ：前刀面与基面间的夹角（正交平面中测量） 作用：影响切屑的变形程度； 影响刀刃强度
后角α0：后刀面与切削平面间的夹角（正交 平面中测量）
MMT
2.2.2 刀具静止角度参考系及其坐标平面
机械制造基础-金属切削加工(本)
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车刀结构
（1）焊接式车刀 （2）机夹重磨式车刀 （3）机夹可转位车刀
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车刀结构
可转位车刀特点： 避免焊接缺陷 减少调刀时间 刀具材料性能好 标准化程度高
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2.车刀切削部分的主要角度
(1).坐标平面参考系 ① 基面pr：通过主切削刃选 定点，与该点切削速度垂直 的平面 ②主切削平面ps：通过主切 削刃选定点，与主切削刃相 切并垂直于基面 ③正交平面po ：通过主切削 刃选定点，同时垂直于基面 和主切削平面 ④假定工作平面pf ：通过主 切削刃选定点，垂直于基面 并平行于假定进 给运动方向
• 目前还没有一种刀具材料能够全部满足上述要求。
Page 27
一、
• • • •
常用刀具材料及其选择
碳素工具钢 合金工具钢 高速钢 硬质合金
常 用 新 型 材 料
Page 28
• 陶瓷刀具 • 金刚石刀具 • 立方氮化硼
碳素工具钢
• 碳素工具钢（T10、T12等）——含碳量较高（0.71.3）的优质钢，杂质少（S、P），淬火后较硬
Page 36
立方氮化硼
• 立方氮化硼刀具的硬度、耐磨性、热稳定 性、化学稳定性、导热性都比较高； • 主要的两大类氮化硼刀具是： • 整体聚晶立方氮化硼 • 立方氮化硼复合片
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刀具构造
二、刀具的组成
n
夹持部分 切削部分
f
刀具的组成：
切削部分 夹持部分
Page 38
三、刀具的几何形状
• 直线度 • 平面度 • 圆度
圆柱度 线轮廓度 面轮廓度
形状公差的标注
在图纸上用两个框格标注，前一框格标注形 状公差符号，后一框格填写形状公差值
车刀结构
（1）焊接式车刀 （2）机夹重磨式车刀 （3）机夹可转位车刀
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车刀结构
可转位车刀特点： 避免焊接缺陷 减少调刀时间 刀具材料性能好 标准化程度高
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2.车刀切削部分的主要角度
(1).坐标平面参考系 ① 基面pr：通过主切削刃选 定点，与该点切削速度垂直 的平面 ②主切削平面ps：通过主切 削刃选定点，与主切削刃相 切并垂直于基面 ③正交平面po ：通过主切削 刃选定点，同时垂直于基面 和主切削平面 ④假定工作平面pf ：通过主 切削刃选定点，垂直于基面 并平行于假定进 给运动方向
• 目前还没有一种刀具材料能够全部满足上述要求。
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一、
• • • •
常用刀具材料及其选择
碳素工具钢 合金工具钢 高速钢 硬质合金
常 用 新 型 材 料
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• 陶瓷刀具 • 金刚石刀具 • 立方氮化硼
碳素工具钢
• 碳素工具钢（T10、T12等）——含碳量较高（0.71.3）的优质钢，杂质少（S、P），淬火后较硬
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立方氮化硼
• 立方氮化硼刀具的硬度、耐磨性、热稳定 性、化学稳定性、导热性都比较高； • 主要的两大类氮化硼刀具是： • 整体聚晶立方氮化硼 • 立方氮化硼复合片
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刀具构造
二、刀具的组成
n
夹持部分 切削部分
f
刀具的组成：
切削部分 夹持部分
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三、刀具的几何形状
• 直线度 • 平面度 • 圆度
圆柱度 线轮廓度 面轮廓度
形状公差的标注
在图纸上用两个框格标注，前一框格标注形 状公差符号，后一框格填写形状公差值
机械制造技术基础(第1章完成)
在法平面参考系中刀具的标注角度与正交平面参考系基本相同，基面和切削 平面内标注的角度基本不变，只需把正交平面内的标注角度γo 、αo变为法平 面内标注的γn（法前角）、αn（法后角）即可，其正负规定与γo 、αo 相同.
2018/1/14
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1.2 金属切削的基本知识
1.2.2 刀具的几何形状
1.2 金属切削的基本知识
1.2.2 刀具的几何形状
1. 切削刀具的组成
前面 A 主后面 A ' A 副后面 主切削刃 S ' S 副切削刃 刀尖
刀柄 切削部分 S' A' A S 刀尖 Aα 安装面
8/1/14
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1.2 金属切削的基本知识
1.2.2刀具的几何形状
V
f
nf nz
f
z
式中：Vf —为进给速度 fz—为每齿进给量 z—刀齿齿数
1.2 金属切削的基本知识 2. 切削用量
(3)背吃刀量（切削深度）ap
在垂直于主运动方向和进给方向的工作平面内测 量的刀具切削刃与工件切削表面的接触长度。 对于外圆车削，背吃刀量为工件上已加工表面和 待加工表面间的垂直距离，单位为mm。即 ap=(dw-dm)/2 式中：dw—工件待加工表面的直径，(mm)； dm—工件已加工表面的直径，(mm)。
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1.2 金属切削的基本知识
■1.2.1 切削运动与切削用量
1. 切削运动 ⑴主运动：使工件与刀 具产生相对运动以进行切削 的最基本运动。 主运动通常是切削运动中 速度最高、消耗功率最多的运 动，任何一种机床，必定有、 且通常只有一个主运动。 图1-1 提供切削可能性的运动。 主运动的速度以Vc 表示，称作切削速度。
机械制造技术考点汇总
第一章 金属切削基础1.基本知识：①工件上的加工表面：3个不断变化着的表面 (1) 待加工表面。
工件上行将被切除的表面。
(2) 已加工表面。
工件上经刀具切削后产生的新表面。
(3) 过渡表面。
工件上由切削刃正在切削着的表面，位于待加 工表面和已加工表面之间，也称作加工表面或切削表面。
②切削运动：直接完成切除加工余量任务，形成所需零件表面的运动包括主运动和进给运动（合成切削运动）主运动及进给运动：可能是连续，也可能是间歇的；可能是直线运动，也可能是回转运动；可由刀具和工件分别完成(如车削和刨削)，也可由刀具单独完成(如钻孔)，但很少由工件单独完成；可以同时进行(如车削、钻削)，也可以交替进行(如刨平面、插键槽)；③切削用量：切削用量用来定量描述主运动、进给运动和投入切削的加工余量（切削层）厚度。
切削速度：刀刃上选定点的主运动的线速度 单位：m/s 或m/min当主运动为旋转运动时，可按右式计算 切削刃上各点的切削速度是不同的进给量：主运动的每一转或每一行程，刀具和工件沿进给运动方向的相对位移量称。
znf fn v Z f ==背吃刀量：工件上已加工表面和待加工表面间的距离切削用量三要素：切削速度；进给量；背吃刀量2.金属切削刀具的几何参数①刀具切削部分的结构要素：刀具组成：夹持部分（刀柄）；切削部分（刀头） 切削部分组成：三面、两刃、一尖②切削平面切削角度分析：参考PPT1000dnv π=第二章金属切削的基本规律及其应用1.切屑的种类及其变化①分类：带状切屑；底面光滑，背面呈毛茸状挤裂切屑；底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状节状切屑；底面已不光滑，呈粒状金属块的堆砌崩碎切屑：不规则块状颗粒②影响切屑形状的因素：工件材料、切削速度、进给量、刀具角度③切屑形状对加工过程的影响：切削过程平稳性、表面质量④切屑控制：卷曲和折断2.切削层金属的变形①三个变形区②变形程度的表示：变形系数；剪切角；剪应变变形系数PS：能表示变形程度的参数：切屑形态（方便、定性）；剪切角（定量）；变形系数（纯挤压，易测）；剪应变（纯剪切，较合理，忽略挤压）③刀—屑接触区的变形与摩擦第二变形区特征:切屑底层晶粒纤维化,流速减慢,甚至滞留。
机械制造基础部分课后习题答案
①基准重合
是跳动、各外圆、孔的设计基准
②基准统一
在大多数工序中使用
③定位稳定可靠、夹具结构简单
定位夹紧简单方便（三爪卡盘）
◆精A基5面2准m—6选外—择圆限：—制— 3个限自制由2个度自（由z, x度, y（）x, y）
右下侧面— —限制1个自由度（z） ①基准统一
在大多数工序中使用
②定位稳定可靠、夹具结构简单
短V形块限制
Y,Z
1.26 根据图中所示的工件加工要求，试确定工件 理论上应限制的自由度，并选择定位元件，
这些定位元件实际上限制了哪些自由度？
1.26 根据图中所示的工件加工要求，试确定工件 理论上应限制的自由度，并选择定位元件， 这些定位元件实际上限制了哪些自由度？
图a）过球心钻一小孔
理论上应限制 X ,Y
走刀次数 8
3.5 试选择图示支架和法兰盘零件加工时定位的精基准
和粗基准
◆精基准选择：
A面— —限制3个自由度（z, x, y）
①基准重合
是跳动、15、52等尺寸的设计基准
②基准统一
在大多数工序中使用
③定位稳定可靠、夹具结构简单
定位面积最大且平整
◆精A基5面2准m—6选外—择圆限：—制— 3个限自制由2个度自（由z, x度, y（）x, y）
③计算： 90=130+X-150
X=110
0.4=0.1+ ESX –(-0.1) ESX=0.2
0=0+EIX-0.1
EIX=0.1
X 11000..21 110.200.1
3.16 轴套零件如图所示，其内外圆及端面A、B、D均已
加工。现后续加工工艺如下： ①以A面定位，钻￠8孔，求工序尺寸及其偏差。 ②以A面定位，铣缺口C，求工序尺寸及其偏差。
是跳动、各外圆、孔的设计基准
②基准统一
在大多数工序中使用
③定位稳定可靠、夹具结构简单
定位夹紧简单方便（三爪卡盘）
◆精A基5面2准m—6选外—择圆限：—制— 3个限自制由2个度自（由z, x度, y（）x, y）
右下侧面— —限制1个自由度（z） ①基准统一
在大多数工序中使用
②定位稳定可靠、夹具结构简单
短V形块限制
Y,Z
1.26 根据图中所示的工件加工要求，试确定工件 理论上应限制的自由度，并选择定位元件，
这些定位元件实际上限制了哪些自由度？
1.26 根据图中所示的工件加工要求，试确定工件 理论上应限制的自由度，并选择定位元件， 这些定位元件实际上限制了哪些自由度？
图a）过球心钻一小孔
理论上应限制 X ,Y
走刀次数 8
3.5 试选择图示支架和法兰盘零件加工时定位的精基准
和粗基准
◆精基准选择：
A面— —限制3个自由度（z, x, y）
①基准重合
是跳动、15、52等尺寸的设计基准
②基准统一
在大多数工序中使用
③定位稳定可靠、夹具结构简单
定位面积最大且平整
◆精A基5面2准m—6选外—择圆限：—制— 3个限自制由2个度自（由z, x度, y（）x, y）
③计算： 90=130+X-150
X=110
0.4=0.1+ ESX –(-0.1) ESX=0.2
0=0+EIX-0.1
EIX=0.1
X 11000..21 110.200.1
3.16 轴套零件如图所示，其内外圆及端面A、B、D均已
加工。现后续加工工艺如下： ①以A面定位，钻￠8孔，求工序尺寸及其偏差。 ②以A面定位，铣缺口C，求工序尺寸及其偏差。
机械制造基础第三版电子课件模块八金属切削加工的基础知识
2．进给速度vf 进给速度是指在单位时间内，刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量。
3．背吃刀量ap 背吃刀量一般指工件上待加工表面和已加工表面间的垂直距离。
二、知识链接 （一）金属切削加工 金属切削加工就是利用金属切削机床，使用金属切削刀具对金属材料进行切削
加工，切除工件上的多余金属，使之成为具有一定几何形状、尺寸精度、几何精 度和表面质量的工件。
一、任务实施 （一）任务引入
已知工件材料为调质45 钢，Rm=0.735 GPa，如图8-19
所示为工件加工尺寸（其中Δ、y 分别为入切、超切长度）。
要求加工后达到h11 级精度，表面粗糙度Ra 值为3.2 μm。
半精车直径余量为1.5 mm，使用CA6140 型普通车床，请 选择粗车与半精车的刀具几何参数。
尺寸，也称切削宽度，单位为mm。
（4）切削层公称横截面积AD：简称切削面积，其单位为mm2。
课题二 刀具切削部分的几何参数 任务 标注刀具切削部分的几何角度
任务说明 ◎ 通过学习，能够正确标注正交平面参考系中刀具的角度。 技能点 ◎ 能够正确标注正交平面参考系中刀具的角度。 知识点 ◎ 刀具切削部分的组成。 ◎ 刀具的标注角度。 ◎ 刀具参考坐标系。
刀尖角εr ——主切削刃与副切削刃在基面上的投影间的夹角。 楔角βo ——在正交平面中测量的前面与后面的夹角。
（四）刀具的工作角度
如图8-11 所示为刀具工作参考系与基准平面， 工作参考系为在考虑进给运动所生成的合成运动速
度方向情况下的参考系。其中vc 为主切削速度，ve 为合成切削速度，pre 为工作参考系基面，poe 为工 作参考系正交平面，pse 为工作参考系切削平面。
（二）分析及解决问题 1．确定刀具类型与材料 粗车、半精车车刀材料选用YT15。刀具寿命为T=60 min。选择刀杆材料为 45 钢，刀杆尺寸为16 mm×25 mm（按机床中心高选取），刀片厚度为6 mm。
机械制造技术基础第1章金属切削加工基础知识 共116页
吃刀量asp，也常称为切削用量三要素。
• （1）切削速度
• 切削速度即主运动的速度。 • ① 主运动为旋转运动 • 大多数主运动属于回转运动，切削速度为刀具或工件最大直径
• 处的线速度v：c60 d 1n 000(m /s或 者 m /m in)
• d——完成主运动的刀具或者工件的最大直径(mm)； • n——主运动的转速(rad/S或r/min)。
（2）进给运动和进给速度
① 由机床或人力提供的，使主运动能够继续切除工件上 多余金属以形成工件表面所需的运动称为进给运动。
② 进给运动可以用进给速度vf或进给量f、fz、af来表示。
③ 进给运动的特点：速度低；消耗的机床功率少；各种 切削加工方法可以有一个或多个进给运动，一般不唯一。
1.2 切削运动与切削用量
运动的总和。为了加工出所需的零件表面，机床就必须具备这 些成形运动。
例1-1 用普通车刀车削外圆 • 母线——圆，由轨迹法形成，需 要一个成形运动B1。 • 导线——直线，由轨迹法形成， 需要一个成形运动A2。 • 表面成形运动的总数为两个，即 Bl和A2，都是简单的成形运动。
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
加工表面的形成
母线
导线
成形法
导线
母线
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
加工表面的形成
表面成形运动是保证得到工件 要求的表面形状的运动。例 如用车刀车削外圆柱面，形 成母线和导线的方法，都属 于轨迹法。工件的旋转运动 B1，产生母线（圆）；刀具 的纵向直线运动A2产生导线 （直线）。运动B1和A2就是 形成外圆表面两两个成形运 动。
螺旋线
螺纹牙形 渐开线
• （1）切削速度
• 切削速度即主运动的速度。 • ① 主运动为旋转运动 • 大多数主运动属于回转运动，切削速度为刀具或工件最大直径
• 处的线速度v：c60 d 1n 000(m /s或 者 m /m in)
• d——完成主运动的刀具或者工件的最大直径(mm)； • n——主运动的转速(rad/S或r/min)。
（2）进给运动和进给速度
① 由机床或人力提供的，使主运动能够继续切除工件上 多余金属以形成工件表面所需的运动称为进给运动。
② 进给运动可以用进给速度vf或进给量f、fz、af来表示。
③ 进给运动的特点：速度低；消耗的机床功率少；各种 切削加工方法可以有一个或多个进给运动，一般不唯一。
1.2 切削运动与切削用量
运动的总和。为了加工出所需的零件表面，机床就必须具备这 些成形运动。
例1-1 用普通车刀车削外圆 • 母线——圆，由轨迹法形成，需 要一个成形运动B1。 • 导线——直线，由轨迹法形成， 需要一个成形运动A2。 • 表面成形运动的总数为两个，即 Bl和A2，都是简单的成形运动。
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
加工表面的形成
母线
导线
成形法
导线
母线
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
加工表面的形成
表面成形运动是保证得到工件 要求的表面形状的运动。例 如用车刀车削外圆柱面，形 成母线和导线的方法，都属 于轨迹法。工件的旋转运动 B1，产生母线（圆）；刀具 的纵向直线运动A2产生导线 （直线）。运动B1和A2就是 形成外圆表面两两个成形运 动。
螺旋线
螺纹牙形 渐开线
机械制造技术基础教学课件PPT金属切削加工的基础
刀具在切削过程中要 承受很大的载荷，较 高的切削温度和摩擦。 刀具材料的切削性能， 直接影响刀具的耐用 度和生产率；刀具材 料的工艺性，将影响 刀具本身的制造和刃 磨质量。
1.2.5 刀具材料
刀具材料的基本性能
高的硬度
刀具材料要比工件材料硬度高，常温硬度在HRC60以上。
高的耐热性
刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。
☆ 曲面：是以曲线为母线作旋转或平移所形成的表面；如螺 旋桨、汽车外型面等，成型主要方法有：铣削、成形磨削、数 控铣削、电火花加工、激光加工等
1.1.2 切削运动
概念：刀具与工件间的相对运动，以切除多余的金属 分类：
主运动：切除切屑所需的基本运动。 3个特点：速度最快；消耗功率最大；唯一性。
进给运动：使金属层不断投入被切削的运动。 3个特点：速度较慢；消耗功率较小；可以为一个或多 个。
高合金工具钢（高速钢）
通用型高速钢、高性能高速钢 熔炼高速钢和粉末高速钢
例题：下图为外圆车削示意图，在图上标注：
1 主运动、进给运动和背吃刀量；
2 已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；
3 基面、主剖面和切削平面；
4 刀具角度0＝15、0＝6、Kr＝55、Kr＝45、s＝－10 。
待加工待表加面工表面
主运动
主运动
加工加表 工表面面
已已加加工工表面 表面
基面
基面
切削平面
第1章 金属切削加工的基础知识
金属切削加工实例
第1章 金属切削加工的基础知识
内容
切削加工运动分析及切削要素 金属切削刀具 切削过程中的物理现象 工件材料的切削加工性 切削液
1.1 切削加工的运动分析及切削要素
1.2.5 刀具材料
刀具材料的基本性能
高的硬度
刀具材料要比工件材料硬度高，常温硬度在HRC60以上。
高的耐热性
刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。
☆ 曲面：是以曲线为母线作旋转或平移所形成的表面；如螺 旋桨、汽车外型面等，成型主要方法有：铣削、成形磨削、数 控铣削、电火花加工、激光加工等
1.1.2 切削运动
概念：刀具与工件间的相对运动，以切除多余的金属 分类：
主运动：切除切屑所需的基本运动。 3个特点：速度最快；消耗功率最大；唯一性。
进给运动：使金属层不断投入被切削的运动。 3个特点：速度较慢；消耗功率较小；可以为一个或多 个。
高合金工具钢（高速钢）
通用型高速钢、高性能高速钢 熔炼高速钢和粉末高速钢
例题：下图为外圆车削示意图，在图上标注：
1 主运动、进给运动和背吃刀量；
2 已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；
3 基面、主剖面和切削平面；
4 刀具角度0＝15、0＝6、Kr＝55、Kr＝45、s＝－10 。
待加工待表加面工表面
主运动
主运动
加工加表 工表面面
已已加加工工表面 表面
基面
基面
切削平面
第1章 金属切削加工的基础知识
金属切削加工实例
第1章 金属切削加工的基础知识
内容
切削加工运动分析及切削要素 金属切削刀具 切削过程中的物理现象 工件材料的切削加工性 切削液
1.1 切削加工的运动分析及切削要素
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➢ 滑动区：切屑在脱离前刀面 之前，与前刀面只在一些突出 点接触，切屑与前刀面之间的 摩擦属于外摩擦。
lfi
lfo
切屑与前刀面的摩擦
2.1.1 切屑的形成与切削变形
8.积屑瘤
成因 一定温度、压力作用下，切屑底层与前刀面发生粘接粘 接金属严重塑性变形，产生加工硬化积屑瘤高度Hb.
积屑瘤影响
增大前角， 保护刀刃 影响加工精度 和表面粗糙度
9.3 残余应力的控制 ◆ 控制切削过程：尽可能减小残余应力 ◆ 时效处理：最大限度减小残余应力 ◆ 残余压应力的利用：采用滚压、喷丸等方法
2.1.1 切屑的形成与切削变形
10. 加工硬化概念
已加工表面表层金属硬度高于里层金属硬度的现象
10.1 加工硬化产生原因
加工表面严重变形层内金属晶格 拉长、挤紧、扭曲、碎裂，使表 层组织硬化
主要原因。
➢ 第Ⅲ变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变 形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要 原因。
2.1.1 切屑的形成与切削变形
6.变形系数
切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本 不变。可用其表示切削层变的变形程度。
6.1厚度变形系数（长度变形系数）
h
hch hD
2.1.1 切屑的形成与切削变形
3.挤压与切削
切屑的形成与分离过程，是切削层受 到刀具前刀面的挤压而产生以滑移为主 的塑性变形过程。
➢ 正挤压：金属材料受挤压时，最大剪应 力方向与作用力方向约成45°
45° M A F
B
O
a）正挤压
45° M A F
BO
➢ 偏挤压：金属材料一部分受挤压时， OB线以下金属由于母体阻碍，不能沿AB 线滑移，而只能沿OM线滑移
2.1 金属切削过程
❖内容提要 2.1.1 切屑的形成与切削变形 2.1.2 切屑类型 2.1.3 影响切削变形的因素
2.1.1 切屑的形成与切削变形
1.金属切削理论的发展
单因素试验转化为多因素综合试验 从静态转向动态观测 从宏观转向微观 从定性分析转向定量的数学建模分析
2.重要意义
控制切削过程、保证加工精度和表面质量 提高切削效率降低生产成本 促进切削加工技术的发展等
◆ 残余压应力： 有利于提高零件疲劳强度
◆ 残余应力分布不均： 会使工件发生变形，影响形状和尺寸精度
2.1.1 切屑的形成与切削变形
9.2 残余应力产生原因
◆ 热塑变形效应：表层张应力，里层压应力 ◆ 里层金属弹性恢复：若里层金属产生拉伸变形，则弹性 恢复后表层得到压应力，里层为张应力 ◆ 表层金属相变：影响复杂，若切削区温度超过相变温度 ，则珠光体受热转变成奥氏体，冷却后又转变成马氏体， 体积膨胀，表层产生压应力 ◆ 实际应力状态是上述各因素影响的综合结果
LD Lch
Lch LD
切屑与切削层尺寸
变形系数＞1，其值越大，变形越大
2.1.1 切屑的形成与切削变形
6.2相对滑移系数(剪应变)
S PK KN
y
MK
cot tan( 0 )
➢ 当γ0 = 0～30°，Λh ≥1.5时， Λh与ε相近
➢ ε主要反映第Ⅰ变形区 的变形，Λh还包含了第 Ⅱ变形区的影响。
➢剪 切 角 越 小 、 前 角 越 小，剪切变形量越大
φ
γ0
P M
K
N
φ
G
OH
γ0 相对滑移系数
Φ-0 90-φ φ
2.1.1 切屑的形成与切削变形
7.特点
在高温高压作用下，切屑底层与前刀面发生沾接，切屑 与前刀面之间既有外摩擦，也有内摩擦。
➢ 粘结区：高温高压使切屑底 层软化，粘嵌在前刀面高低不 平的凹坑中，形成长度为lfi的 粘接区。切屑的粘接层与上层 金属之间产生相对滑移，其间 的摩擦属于内摩擦。
切削过程平稳， 表面粗糙度小， 妨碍切削工作， 应设法断屑
b）偏挤压 M
➢ 切削：与偏挤压情况类似。弹性变形
F
O
→剪切应力增大，达到屈服点→产生塑
性变形，沿OM线滑移→剪切应力与滑移
c）切削
量继续增大，达到断裂强度→切屑与母 金属挤压与切削比较
体脱离。
2.1.1 切屑的形成与切削变形
4.金属切削变形过程
切削变形实验设备与录像装置
2.1.1 切屑的形成与切削变形
M A
终滑移线
切屑
Φ剪切角
始滑移线：τ=τs
刀具 O
2.1.1 切屑的形成与切削变形
5.三个变形区分析
➢ 第Ⅰ变形区：即剪切变形区 ，金属剪切滑移，成为切屑。 金属切削过程的塑性变形主要 集中于此区域。
Ⅱ Ⅰ
Ⅲ
➢ 第Ⅱ变形区：靠近前刀面处
切削部位三个变形区
，切屑排出时受前刀面挤压与
摩擦。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的
切屑
Hb
积屑瘤
刀具
积屑瘤
2.1.1 切屑的形成与切削变形
形成过程
滞留—粘接—长大—脱落 积屑瘤与切削温度有关 积屑瘤与切削速度有关 P114图2.7（中碳钢）
2.1.1 切屑的形成与切削变形
9.残余应力
未施加任何外力作用情况下，材料内部保持平衡而存在的 应力。
9.1 残余应力种类及影响
◆ 残余张应力： 易使加工表面产生裂纹，降低零件疲劳强度
10.4 鳞刺
2.1.2 切屑类型
1.切屑类型
带状切屑 节状切屑
挤裂切屑
崩碎切屑 切屑形态照片
2.1.2 切屑类型
切屑类型及形成条件
名称
带状切屑
挤裂切屑
单元切屑
崩碎切屑
简图
形态 变形
形成 条件
影响
带状，底面光滑 ，背面呈毛茸状
剪切滑移尚未达 到断裂程度
加工塑性材料， 切削速度较高， 进给量较小， 刀具前角较大
10.2
加工硬化度量
N
H
H0
100%
◆ 硬化程度
H0
式中 H —— 硬化层显微硬度（HV）； H0 —— 基体层显微硬度（HV）。
◆ 硬化层深度
指硬化层深入基体的距离Δhd（μm）
2.1.1 切屑的形成与切削变形
HV
H H0
0
hi
距表面深度
加工硬化与表面深度的关系
10.3 加工硬化的控制
◆ 减小切削变形：提高切速，加大前角，减小刃口半径等 ◆ 减小摩擦：如加大后角，提高刀具刃磨质量等 ◆ 进行适当的热处理
第2章 金属切削基本原理
本章要点 2.1 金属切削过程
2.2 切削力 2.3 切削热与切削温度 2.4 磨削机理 2.5 刀具磨损与刀具耐用度 2.6 刀具几何参数与切削用量
的选择 2.7 高速加工技术
机械制造技术基础
第2章 金属切削 基本原理
Cutting Theory
2.1 金属切削过程 Process of Chip Forming
lfi
lfo
切屑与前刀面的摩擦
2.1.1 切屑的形成与切削变形
8.积屑瘤
成因 一定温度、压力作用下，切屑底层与前刀面发生粘接粘 接金属严重塑性变形，产生加工硬化积屑瘤高度Hb.
积屑瘤影响
增大前角， 保护刀刃 影响加工精度 和表面粗糙度
9.3 残余应力的控制 ◆ 控制切削过程：尽可能减小残余应力 ◆ 时效处理：最大限度减小残余应力 ◆ 残余压应力的利用：采用滚压、喷丸等方法
2.1.1 切屑的形成与切削变形
10. 加工硬化概念
已加工表面表层金属硬度高于里层金属硬度的现象
10.1 加工硬化产生原因
加工表面严重变形层内金属晶格 拉长、挤紧、扭曲、碎裂，使表 层组织硬化
主要原因。
➢ 第Ⅲ变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变 形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要 原因。
2.1.1 切屑的形成与切削变形
6.变形系数
切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本 不变。可用其表示切削层变的变形程度。
6.1厚度变形系数（长度变形系数）
h
hch hD
2.1.1 切屑的形成与切削变形
3.挤压与切削
切屑的形成与分离过程，是切削层受 到刀具前刀面的挤压而产生以滑移为主 的塑性变形过程。
➢ 正挤压：金属材料受挤压时，最大剪应 力方向与作用力方向约成45°
45° M A F
B
O
a）正挤压
45° M A F
BO
➢ 偏挤压：金属材料一部分受挤压时， OB线以下金属由于母体阻碍，不能沿AB 线滑移，而只能沿OM线滑移
2.1 金属切削过程
❖内容提要 2.1.1 切屑的形成与切削变形 2.1.2 切屑类型 2.1.3 影响切削变形的因素
2.1.1 切屑的形成与切削变形
1.金属切削理论的发展
单因素试验转化为多因素综合试验 从静态转向动态观测 从宏观转向微观 从定性分析转向定量的数学建模分析
2.重要意义
控制切削过程、保证加工精度和表面质量 提高切削效率降低生产成本 促进切削加工技术的发展等
◆ 残余压应力： 有利于提高零件疲劳强度
◆ 残余应力分布不均： 会使工件发生变形，影响形状和尺寸精度
2.1.1 切屑的形成与切削变形
9.2 残余应力产生原因
◆ 热塑变形效应：表层张应力，里层压应力 ◆ 里层金属弹性恢复：若里层金属产生拉伸变形，则弹性 恢复后表层得到压应力，里层为张应力 ◆ 表层金属相变：影响复杂，若切削区温度超过相变温度 ，则珠光体受热转变成奥氏体，冷却后又转变成马氏体， 体积膨胀，表层产生压应力 ◆ 实际应力状态是上述各因素影响的综合结果
LD Lch
Lch LD
切屑与切削层尺寸
变形系数＞1，其值越大，变形越大
2.1.1 切屑的形成与切削变形
6.2相对滑移系数(剪应变)
S PK KN
y
MK
cot tan( 0 )
➢ 当γ0 = 0～30°，Λh ≥1.5时， Λh与ε相近
➢ ε主要反映第Ⅰ变形区 的变形，Λh还包含了第 Ⅱ变形区的影响。
➢剪 切 角 越 小 、 前 角 越 小，剪切变形量越大
φ
γ0
P M
K
N
φ
G
OH
γ0 相对滑移系数
Φ-0 90-φ φ
2.1.1 切屑的形成与切削变形
7.特点
在高温高压作用下，切屑底层与前刀面发生沾接，切屑 与前刀面之间既有外摩擦，也有内摩擦。
➢ 粘结区：高温高压使切屑底 层软化，粘嵌在前刀面高低不 平的凹坑中，形成长度为lfi的 粘接区。切屑的粘接层与上层 金属之间产生相对滑移，其间 的摩擦属于内摩擦。
切削过程平稳， 表面粗糙度小， 妨碍切削工作， 应设法断屑
b）偏挤压 M
➢ 切削：与偏挤压情况类似。弹性变形
F
O
→剪切应力增大，达到屈服点→产生塑
性变形，沿OM线滑移→剪切应力与滑移
c）切削
量继续增大，达到断裂强度→切屑与母 金属挤压与切削比较
体脱离。
2.1.1 切屑的形成与切削变形
4.金属切削变形过程
切削变形实验设备与录像装置
2.1.1 切屑的形成与切削变形
M A
终滑移线
切屑
Φ剪切角
始滑移线：τ=τs
刀具 O
2.1.1 切屑的形成与切削变形
5.三个变形区分析
➢ 第Ⅰ变形区：即剪切变形区 ，金属剪切滑移，成为切屑。 金属切削过程的塑性变形主要 集中于此区域。
Ⅱ Ⅰ
Ⅲ
➢ 第Ⅱ变形区：靠近前刀面处
切削部位三个变形区
，切屑排出时受前刀面挤压与
摩擦。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的
切屑
Hb
积屑瘤
刀具
积屑瘤
2.1.1 切屑的形成与切削变形
形成过程
滞留—粘接—长大—脱落 积屑瘤与切削温度有关 积屑瘤与切削速度有关 P114图2.7（中碳钢）
2.1.1 切屑的形成与切削变形
9.残余应力
未施加任何外力作用情况下，材料内部保持平衡而存在的 应力。
9.1 残余应力种类及影响
◆ 残余张应力： 易使加工表面产生裂纹，降低零件疲劳强度
10.4 鳞刺
2.1.2 切屑类型
1.切屑类型
带状切屑 节状切屑
挤裂切屑
崩碎切屑 切屑形态照片
2.1.2 切屑类型
切屑类型及形成条件
名称
带状切屑
挤裂切屑
单元切屑
崩碎切屑
简图
形态 变形
形成 条件
影响
带状，底面光滑 ，背面呈毛茸状
剪切滑移尚未达 到断裂程度
加工塑性材料， 切削速度较高， 进给量较小， 刀具前角较大
10.2
加工硬化度量
N
H
H0
100%
◆ 硬化程度
H0
式中 H —— 硬化层显微硬度（HV）； H0 —— 基体层显微硬度（HV）。
◆ 硬化层深度
指硬化层深入基体的距离Δhd（μm）
2.1.1 切屑的形成与切削变形
HV
H H0
0
hi
距表面深度
加工硬化与表面深度的关系
10.3 加工硬化的控制
◆ 减小切削变形：提高切速，加大前角，减小刃口半径等 ◆ 减小摩擦：如加大后角，提高刀具刃磨质量等 ◆ 进行适当的热处理
第2章 金属切削基本原理
本章要点 2.1 金属切削过程
2.2 切削力 2.3 切削热与切削温度 2.4 磨削机理 2.5 刀具磨损与刀具耐用度 2.6 刀具几何参数与切削用量
的选择 2.7 高速加工技术
机械制造技术基础
第2章 金属切削 基本原理
Cutting Theory
2.1 金属切削过程 Process of Chip Forming