2.1金屬切削層的變形目錄

2.1.1切屑形成

2.1.2金屬切削層的三個變形區

2.1.3變形程度的表示方法

2.1.4切屑變形的變化規律

2.1.5切屑的類型與控制2.1金屬切削層的變形目錄1金屬切削過程是切削層金屬在刀具的前刀面推擠下，發生以剪切滑移為主的塑性變形而形成切屑的過程。

2.1.1切屑形成金屬切削過程是切削層金屬在刀具的前刀面推擠下，發生以剪切滑移22.1.2切削變形的三個變形區2.1.2切削變形的三個變形區31.第一變形區內金屬的剪切變形2.1.2切削變形的三個變形區1.第一變形區內金屬的剪切變形2.1.2切削變形的三個變42.1.2切削變形的三個變形區（1）第一變形區的位置

始滑移面OA與終滑移面OM之間的變形區稱為第一變形區，寬度很窄(約0.02～0.2mm)，故常用OM剪切面亦稱滑移面來表示。（2）第一變形區的特征沿著剪切線的剪切滑移，以及隨之產生的加工硬化2.1.2切削變形的三個變形區（1）第一變形區的位置

52.第二變形區內金屬的擠壓變形及摩擦

2.1.2切削變形的三個變形區（1）第二變形區的擠壓變形2.第二變形區內金屬的擠壓變形及摩擦2.1.2切削變形6（2）前刀面上的摩擦

1－單位切向力分布曲線2－正應力分布曲線lf－刀具－切屑接觸區長度lf1－粘結黏結區長度lf2－滑動區長度2.1.2切削變形的三個變形區（2）前刀面上的摩擦1－單位切向力分布曲線2.1.2切7(3)積屑瘤

2.1.2切削變形的三個變形區切削鋼、球墨鑄鐵、和鋁合金等塑性金屬時，在切削速度不高，而又能形成帶狀切屑的情況下，常常有一些從切屑和工件上來的金屬冷焊(黏結)并層積在前刀面上，形成硬度很高的楔塊，它能夠代替刀面和切削刃進行切削，這個楔塊稱為積屑瘤。積屑瘤的硬度可達工件材料硬度的2～3.5倍。(3)積屑瘤2.1.2切削變形的三個變形區切削鋼、球墨8在Ⅰ區里形成粒狀切屑或節狀切屑，這時沒有積屑瘤出現。在Ⅱ區里形成帶狀切屑。有積屑瘤生成；積屑瘤的高度隨著切削速度的提高而增大，同時積屑瘤前端越來越象像楔子，越來越深入地楔入切削層與工件之間。當切削速度增大到Ⅱ區的右邊界時，積屑瘤的高度達到最大值。2.1.2切削變形的三個變形區在Ⅰ區里形成粒狀切屑或節狀切屑，這時沒有積屑瘤出現。2.1.9在Ⅲ區里，積屑瘤的高度隨著切削速度的提高而減小，而且積屑瘤的頂部越趨于與前刀面平行。當v增大到Ⅲ區右邊界之值時，積屑瘤便消失。在Ⅳ區里積屑瘤不再生成，此時切屑底層高度纖維化，纖維的方向幾乎與前刀面平行。這樣的切屑底層稱為滯流層。

2.1.2切削變形的三個變形區在Ⅲ區里，積屑瘤的高度隨著切削速度的提高而減小，而且積屑瘤的10積屑瘤對加工的影響有以下幾個方面：(1)穩性的積屑瘤可以代替切削刃和前刀面進行切削，從而保護切削刃和前刀面，減少刀具的磨損；(2)積屑瘤的存在使刀具在切削時具有更大的實際前角，減小了切屑的變形，切削力下降；(3)積屑瘤具有一定的高度，其前端伸出切削刃之外，使實際的切削厚度增大；(4)在切削過程中積屑瘤是不斷的生長和破碎的，所以積屑瘤的高度也在不斷變化，導致了實際切削厚度的地不斷變化，引起局部過切，使零件的表面粗糙度增大。同時部分積屑瘤的碎片會嵌入已加工表面，影響零件表面質量；(5)不穩定的積屑瘤不斷地生長、破碎和脫落，積屑瘤脫落時會剝離前刀面上的刀具材料，造成刀具的磨損加劇。2.1.2切削變形的三個變形區積屑瘤對加工的影響有以下幾個方面：2.1.2切削變形的三11避免積屑瘤產生的常用的方法有：(1)選擇低速或高速加工，避開容易產生積屑瘤的切削速度區間。例如，高速鋼刀具采用低速寬刀加工，硬質合金刀具采用高速精加工；

(2)采用冷卻性和潤滑性好的切削液，減小刀具前刀面的粗糙度等；(3)增大刀具前角，減小前刀面上的正壓力；(4)采用預先熱處理，適當提高工件材料硬度、降低塑性，減小工件材料的加工硬化傾向。2.1.2切削變形的三個變形區避免積屑瘤產生的常用的方法有：2.1.2切削變形的三個變121.相對滑移2.1.3變形程度的表示方法可知在刀具的前角一定的情況下，相對滑移僅與剪切角φ有關。1.相對滑移2.1.3變形程度的表示方法可知在刀具的前132.變形系數切屑厚度hch與切削層厚度hD之比，稱為厚度變形系數切削層長度lD與切屑長度lch之比，稱為長度變形系數2.1.3變形程度的表示方法2.變形系數切屑厚度hch與切削層厚度hD之比，稱為厚度變14切削層變成切屑后寬度的變化很小，根據體積不變原理變形系數是大于1的數，它直觀地反映了切屑變形程度，并且比較容易測量。2.1.3變形程度的表示方法切削層變成切屑后寬度的變化很小，根據體積不變原理2.1.3153.相對滑移與變形系數的關系

2.1.3變形程度的表示方法3.相對滑移與變形系數的關系2.1.3變形程度的表示161.切屑的基本類型2.1.4切屑的類型與折斷1.切屑的基本類型2.1.4切屑的類型與折斷172.切屑的控制

（1)切屑的形狀

2.1.4切屑的類型與折斷2.切屑的控制（1)切屑的形狀2.1.4切屑的18（2)卷屑和斷屑2.1.4切屑的類型與折斷（2)卷屑和斷屑2.1.4切屑的類型與折斷192.1.4切屑的類型與折斷2.1.4切屑的類型與折斷202.1.5切屑變形的變化規律

1.工件材料

1－00 2－103－15 4－20Cr5－20 6－9Cr7－T8-1 8－309－2Cr13 10－40CrWSi11－35Cr3MoNi12－40 13－6014－5015－18CrNi316－1Cr18Ni9Ti17－T8 18－T1219－35CrNi32.1.5切屑變形的變化規律1.工件材料1－0021表3-1不同材料的摩擦系數μ工件材料σb/MPaHBShD/mm0.10.140.180.22銅213550.780.760.750.7410鋼3621020.740.730.720.7210Cr4801250.730.720.720.711Cr18Ni9Ti6341700.710.700.680.672.1.5切屑變形的變化規律

表3-1不同材料的摩擦系數μ工件材料σb/MPaHBSh222.刀具

刀具幾何參數中影響變形系數最大的是前角γo。實驗結果表明：(1)刀具前角γo越大，變形系數越小。2.1.5切屑變形的變化規律

2.刀具刀具幾何參數中影響變形系數最大的是前角γo。實驗23(2)刀具前角γo越大，摩擦系數μ越大。2.1.5切屑變形的變化規律

(2)刀具前角γo越大，摩擦系數μ越大。2.1.5切屑變242.1.5切屑變形的變化規律

2.1.5切屑變形的變化規律253.切削用量1)切削速度v的影響

2.1.5切屑變形的變化規律

3.切削用量1)切削速度v的影響2.1.5切屑變形的262)進給量f的影響當v比較低時，曲線有駝峰。這是由于積屑瘤的消長和切削溫度的影響導致的。

2.1.5切屑變形的變化規律

2)進給量f的影響2.1.5切屑變形的變化規律273)背吃刀量ap的影響

ap對變形系數的影響很微小。2.1.5切屑變形的變化規律

3)背吃刀量ap的影響2.1.5切屑變形的變化規律282.2切削力和切削功率

2.2.1切削力的來源2.2.2切削合力、分力及功率2.2.3切削力的測量2.2.4切削力經驗公式的建立2.2.5影響切削力的因素目錄2.2切削力和切削功率2.2.1切削力的來源目錄292.2.1切削力的來源切削力來源于三個方面(1)克服被加工材料彈性變形的抗力；(2)克服被加工材料塑性變形的抗力；(3)克服切屑對刀具前刀面、工件過渡表面和已加工表面對刀具后刀面的摩擦力。2.2.1切削力的來源切削力來源于三個方面301.切削合力和分力F可以分解為相互垂直的三個分力，即進給力Ff、背向力Fp和切削力Fc

2.2.2切削合力、分力及功率1.切削合力和分力F可以分解為相互垂直的三個分力，即進給力312.切削功率單位時間消耗在切削過程中的功稱為切削功率Pc

2.2.2切削合力、分力及功率進給運動相對于主運動消耗的功很少(小于1%～2%)，可以忽略不計2.切削功率單位時間消耗在切削過程中的功稱為切削功率Pc321.間接測量法在沒有專用測力儀器的情況下，可以使用功率表測出機床電動機在切削過程中所消耗的功率PE后，按公式

PE≥

計算出Pc。在切削速度已知的情況下，利用公式計算出Fc。這種方法只能粗略的估算出切削力的大小。2.2.3切削力的測量1.間接測量法在沒有專用測力儀器的情況下，可以使用功率表測332.直接測量法測力儀是測量切削力的主要儀器，按其工作原理可以分為機械式、液壓式和電測式。電測式又可分為電阻應變式、電磁式、電感式、電容式以及壓電式。目前常用的是電阻式測力儀和壓電式測力儀，2.2.3切削力的測量2.直接測量法測力儀是測量切削力的主要儀器，按其工作原理可341.指數公式在生產實際中計算切削力的經驗公式可以分為兩類：一類是指數公式；另一類是按單位切削力進行計算。2.2.4切削力經驗公式的建立1.指數公式在生產實際中計算切削力的經驗公式可以分為兩類：352.利用單位切削力計算單位切削力是指單位面積上的切削力。2.2.4切削力經驗公式的建立2.利用單位切削力計算單位切削力是指單位面積上的切削力。363.指數公式的建立指數公式是通過切削實驗建立起來的。實驗方法有單因素法、多因素法等。數據處理方法有圖解法、線性回歸法以及計算機數據采集處理法等。下面介紹以單因素實驗為基礎的圖解法。保持其它其他切削條件不變，只改變背吃刀量ap，用測力儀測出不同ap時的切削分力數據，將所得的數據畫在說對數坐標紙上，2.2.4切削力經驗公式的建立3.指數公式的建立指數公式是通過切削實驗建立起來的。實驗方372.2.4切削力經驗公式的建立2.2.4切削力經驗公式的建立382.2.4切削力經驗公式的建立同理可得綜合各因素對Fc的影響2.2.4切削力經驗公式的建立同理可得綜合各因素對Fc的391.工件材料工件材料強度、硬度越高，則τs越大，切削力Fc也隨之增大。2.2.5影響切削力的因素工件材料的強度、硬度相近時，塑性越大的材料，發生的塑性變形也越大，所以切削力也越大。同一材料的熱處理狀態不同、金相組織不同也會影響切削力的大小。1.工件材料工件材料強度、硬度越高，則τs越大，切削力Fc40切削力的大小不單純受材料的原始強度和硬度影響，它還受到材料加工硬化能力大小的影響。例如：奧氏體不銹鋼的強度、硬度都較低，但是加工硬化能力大，較小的變形就會引起硬度較大的提高，導致切削力增大。硫S、鉛Pb元素在鋼中引起結構成分間的應力集中，容易形成擠裂切屑，其切削力比正常減小20%～30%，故被稱為易切鋼。2.2.5影響切削力的因素切削力的大小不單純受材料的原始強度和硬度影響，它還受到材料加412.切削用量ap和f的大小決定切削面積的大小。因此，ap和f的增加均會使Fc增大，但兩者的影響程度不同。ap增大，Fc成正比線性增大。f增大，Fc成正比非線性增大。2.2.5影響切削力的因素2.切削用量ap和f的大小決定切削面積的大小。因此，ap和422.2.5影響切削力的因素加工鋼時，切削速度v與切削力Fc的關系曲線。2.2.5影響切削力的因素加工鋼時，切削速度v與切削力Fc43加工鑄鐵時，切削速度v與切削力Fc的關系曲線。2.2.5影響切削力的因素加工鑄鐵時，切削速度v與切削力Fc的關系曲線。2.2.5443.刀具前角γo對切削力的影響最大。

2.2.5影響切削力的因素3.刀具前角γo對切削力的影響最大。2.2.5影響切削45車刀的負倒棱是通過其寬度bγ1與進給量f的比值，來影響切削力的。2.2.5影響切削力的因素車刀的負倒棱是通過其寬度bγ1與進給量f的比值，來影響切削力46κr對Fc的影響不大，對Fp、Ff的影響較大。

2.2.5影響切削力的因素κr對Fc的影響不大，對Fp、Ff的影響較大。2.2.547當κr、f、ap一定時，rε增大，Fc變化不大，但Ff減小，而Fp增大，2.2.5影響切削力的因素當κr、f、ap一定時，rε增大，Fc變化不大，但Ff減小，48λs對Fc影響不大，而對Fp、Ff影響較大。2.2.5影響切削力的因素λs對Fc影響不大，而對Fp、Ff影響較大。2.2.5影494.其他因素(1)刀具材料摩擦系數越小，切削力越小。各類刀具材料中，摩擦系數按高速鋼、YG類硬質合金、YT類硬質合金、陶瓷、金剛石的順序依次減小。(2)前刀面磨損使刀具實際前角增大，切削力減小。后刀面磨損，刀具與工件的摩擦增大，切削力增大。前后刀面同時磨損時，切削力先減小，后逐漸增大。Fp增加的速度最快，Fc增加的速度最慢。(3)刀具的前后刀面刃磨質量越好，摩擦系數越小，切削力越小。(4)使用潤滑性能好的切削液，能有效減少摩擦，使切削力減小。2.2.5影響切削力的因素4.其他因素(1)刀具材料摩擦系數越小，切削力越小。各類502.3切削熱和切削溫度

目錄2.3.1切削熱的產生和傳出2.3.2切削溫度及其分布和測量2.3.3影響切削溫度的主要因素返回目錄2.3切削熱和切削溫度

目錄2.3.1切削熱511.熱源切削熱的來源主要有兩個方面，一個是切屑與前刀面、工件與后刀面之間的摩擦所消耗的摩擦功，這是切削熱的主要來源。另一個是切削層金屬在刀具的作用下發生彈性變形和塑性變形所消耗的變形功。與此相對應，切削熱產生在三個區域，即剪切面、切屑與前刀面接觸區、工件與后刀面接觸區。2.3.1切削熱的產生和傳出1.熱源切削熱的來源主要有兩個方面，一個是切屑與前刀面、工522.切削熱的傳播切削熱傳散出去的途徑主要是切屑、工件、刀具和周圍介質(如空氣、切削液等)，影響熱傳導的主要因素是工件和刀具材料的導熱系數以及周圍介質的狀況。切屑與刀具的接觸時間也會影響切削溫度。不同的切削加工方法，切削熱沿不通傳導途徑傳遞出去的比例也各不相同。2.3.1切削熱的產生和傳出傳導途徑干車削鉆削切屑50%～86%28%工件9%～3%52%刀具40%～10%15%周圍介質1%5%2.切削熱的傳播切削熱傳散出去的途徑主要是切屑、工件、刀具531.切削溫度的測量1)自然熱電偶法利用刀具和工件材料化學成分的不同構成熱電偶，組成熱電回路測量切削溫度的方法。回路中形成了溫差電動勢，利用電位計或毫伏表可以將其數值記錄下來。再根據事先標定的熱電偶熱電勢與溫度的關系曲線(標定曲線)，便可以查出刀具與工件接觸區的切削溫度值。用自然熱電偶法測到的切削溫度是切削區的平均溫度。2.3.2切削溫度及其分布和測量1.切削溫度的測量1)自然熱電偶法2.3.2切削溫度及542.3.2切削溫度及其分布和測量2.3.2切削溫度及其分布和測量552.3.2切削溫度及其分布和測量2.3.2切削溫度及其分布和測量562)人工熱電偶法人工熱電偶法是將兩種預先經過標定的金屬絲組成熱電偶，熱電偶的熱端焊接在刀具或工件上預定要測量溫度的點上，冷端通過導線串接電位計或毫伏表。根據表上的讀數值和熱電偶標定曲線，可獲得焊接點上的溫度。應用人工熱電偶法，只能測得距前刀面有一定距離處某點的溫度，2.3.2切削溫度及其分布和測量2)人工熱電偶法2.3.2切削溫度及其分布和測量573.3.2切削溫度及其分布和測量3.3.2切削溫度及其分布和測量582.切削溫度的分布(溫度場)溫度場是指工件、切屑和刀具上各點的溫度分布。2.3.2切削溫度及其分布和測量2.切削溫度的分布(溫度場)溫度場是指工件、切屑和刀具上各592.3.2切削溫度及其分布和測量(1)剪切面上各點的溫度基本一致，由此可以推想剪切面上各點的的應力應變規律基本上變化不大；(2)前刀面和后刀面上的最高溫度處都在離刀刃有一定距離的地方，這是摩擦熱沿刀面不斷增加的緣故。溫度最高點出現在前刀面上；(3)在剪切區域內，垂直剪切方向上溫度梯度較大，這是由于剪切滑移的速度很快，熱量來不及傳導出來，從而形成較大的溫度梯度；(4)垂直前刀面的切屑底層溫度梯度大。這說明前刀面上的摩擦是集中在切屑的底層，因此切削溫度對前刀面的摩擦系數有較大影響；(5)后刀面的接觸長度很小，因此溫度的升降是在極短時間內完成的，已加工表面受到一次熱沖擊；(6)工件材料塑性越大，前刀面上的接觸長度越大，切削溫度的分布也就均勻些。工件材料脆性越大，最高溫度所在的點離刀刃越近；(7)工件材料導熱系數越低，前、后刀面的溫度越高。2.3.2切削溫度及其分布和測量(1)剪切面上各點的溫度602.3.2切削溫度及其分布和測量2.3.2切削溫度及其分布和測量611.切削用量通過實驗得到切削溫度的經驗公式。2.3.3影響切削溫度的主要因素刀具材料加工方法Cθxθyθzθ高速鋼車削140～1700.35～0.450.2～0.30.08～0.1銑削80鉆削150硬質合金車削320f/(mm/r)0.410.310.260.150.050.10.20.31.切削用量通過實驗得到切削溫度的經驗公式。2.3.362通過對比表中數據可知xθ＞yθ＞zθ，說明切削用量三要素對切削溫度的影響v＞f＞ap，這與它們對切削力的影響程度正好相反。2.3.3影響切削溫度的主要因素刀具材料加工方法Cθxθyθzθ高速鋼車削140～1700.35～0.450.2～0.30.08～0.1銑削80鉆削150硬質合金車削320f/(mm/r)0.410.310.260.150.050.10.20.3通過對比表中數據可知xθ＞yθ＞zθ，說明切削用量三要素對切631)切削速度v2.3.3影響切削溫度的主要因素1)切削速度v2.3.3影響切削溫度的主要因素642)進給量f2.3.3影響切削溫度的主要因素2)進給量f2.3.3影響切削溫度的主要因素653)背吃刀量ap2.3.3影響切削溫度的主要因素3)背吃刀量ap2.3.3影響切削溫度的主要因素662.刀具幾何參數1)前角γo對切削溫度的影響2.3.3影響切削溫度的主要因素2.刀具幾何參數1)前角γo對切削溫度的影響2.3.3672)主偏角κr對切削溫度的影響2.3.3影響切削溫度的主要因素2)主偏角κr對切削溫度的影響2.3.3影響切削溫度的主683)負倒棱寬度br和刀尖圓弧半徑rε對切削溫度的影響負倒棱寬度在(0～2)f范圍內變化，刀尖圓弧半徑在0～1.5mm范圍內變化，基本上不會影響切削溫度。2.3.3影響切削溫度的主要因素3)負倒棱寬度br和刀尖圓弧半徑rε對切削溫度的影響2.3693.工件材料1)工件材料的強度、硬度越高，切削力越大，切削時消耗的功也越多，產生的切削熱也越多，切削溫度也就越高。

2.3.3影響切削溫度的主要因素3.工件材料1)工件材料的強度、硬度越高，切削力越大，切702)合金結構鋼的強度普遍高于45鋼，而導熱系數又一般均低于45鋼。所以切削合金結構鋼時的切削溫度一般均高于切削45鋼時的切削溫度。2.3.3影響切削溫度的主要因素2)合金結構鋼的強度普遍高于45鋼，而導熱系數又一般均低于713)不銹鋼1Cr18Ni9Ti和高溫合金GH131不但導熱系數低，而且在高溫下仍能保持較高的強度和硬度。所以切削這種類型的材料時，切削溫度比切削其他材料要高得多。

2.3.3影響切削溫度的主要因素3)不銹鋼1Cr18Ni9Ti和高溫合金GH131不但導熱724)脆性金屬的抗拉強度和延伸率都較小，切削過程中切削區的塑性變形很小，切屑呈崩碎狀或脆性帶狀，與前刀面的摩擦也很小，所以產生的切削熱較少，切削溫度一般比切削鋼料時低。2.3.3影響切削溫度的主要因素4)脆性金屬的抗拉強度和延伸率都較小，切削過程中切削區的塑734.刀具磨損刀具磨損后，切削刃變鈍，刃區前方的擠壓作用增大，使切削區的金屬的塑性變形增加。同時，磨損后的刀具后角變成零度，使工件與刀具的摩擦加大，兩者均使切削熱的產生增加。所以，刀具磨損是影響切削溫度的重要因素。2.3.3影響切削溫度的主要因素4.刀具磨損刀具磨損后，切削刃變鈍，刃區前方的擠壓作用增大745.切削液切削液對降低切削溫度、減少刀具磨損和提高已加工表面質量有明顯的效果，在切削加工中應用很廣。切削液對切削溫度的影響，與切削液的導熱性能、比熱、流量、澆注方式以及本身的溫度有很大關系。從導熱性能來看，水基切削液＞乳化液＞油類切削液。2.3.3影響切削溫度的主要因素5.切削液切削液對降低切削溫度、減少刀具磨損和提高已加工表752.4刀具磨損與破損

2.4.1刀具磨損的形式2.4.2刀具磨損的原因2.4.3刀具磨損過程及磨鈍標準2.4.4刀具耐用度及其與切削用量的關系2.4.5刀具的破損返回目錄2.4刀具磨損與破損2.4.1刀具磨損的形式返回目76切削時，刀具的前刀面與切屑、后刀面與工件常常相互擠壓和劇烈摩擦，產生很高的溫度。因此磨損發生在刀具的前刀面和后刀面上，前刀面磨損形成月牙洼，后刀面磨損形成磨損帶，通常前、后刀面的磨損是同時發生，相互影響的。3.4.1刀具磨損的形式切削時，刀具的前刀面與切屑、后刀面與工件常常相互擠壓和劇烈摩771.前刀面磨損3.4.1刀具磨損的形式1.前刀面磨損3.4.1刀具磨損的形式782.后刀面磨損3.4.1刀具磨損的形式2.后刀面磨損3.4.1刀具磨損的形式793.邊界磨損2.4.1刀具磨損的形式3.邊界磨損2.4.1刀具磨損的形式802.4.2刀具磨損的原因對于一定的刀具材料和工件材料，切削溫度對于刀具磨損具有決定性的影響。切削溫度低時，由工件材料中硬質點的刻劃作用導致的機械磨損占主導地位。切削溫度高時，由受切削溫度影響較大的熱、化學磨損占主導地位。1－機械磨損2－粘結黏結磨損3－擴散磨損4－熱化學磨損2.4.2刀具磨損的原因對于一定的刀具材料和工件材料，切811.機械磨損2.4.2刀具磨損的原因是由于工件材料中的雜質、基體組織中的硬質點(如碳化物、氮化物和氧化物等)以及積屑瘤碎片等，在刀具表面上劃出一條條溝紋造成的磨損。刀具在各種切削速度下都存在硬質點磨損，但它是低速刀具(如拉刀、板牙、絲錐等)磨損的主要原因。一般認為，由硬質點磨損產生的磨損量與刀具－工件相對滑動距離或切削路程成正比。1.機械磨損2.4.2刀具磨損的原因是由于工件材料中的雜822.粘結磨損2.4.2刀具磨損的原因黏結是在摩擦面的實際接觸面積上，在足夠大的壓力和高溫作用下，刀具和工件材料接觸到原子間距離時發生結合的冷焊現象。兩摩擦表面的黏結點因相對運動將發生撕裂而被對方帶走，如果黏結處的破裂發生在刀具這一方，就會造成刀具的損耗，這就是刀具的黏結磨損。黏結磨損程度取決于切削溫度、刀具和工件材料的親和力、刀具和工件材料硬度比、刀具表面形狀與組織和工藝系統剛度等因素。2.粘結磨損2.4.2刀具磨損的原因黏結是在摩擦面的實際832.4.2刀具磨損的原因切削溫度是影響黏結磨損的主要因素(a)加工純鐵1－剛玉(氧化鋁)

2－立方氮化硼

3－金剛石(b)加工鈦1－剛玉(氧化鋁)

2－立方氮化硼

3－金剛石(c)YT15加工4－12Cr18Ni9Ti

5－鈦

6－純鐵(d)YG8加工4－12Cr18Ni9Ti

5－鈦

6－純鐵2.4.2刀具磨損的原因切削溫度是影響黏結磨損的主要因素843.擴散磨損2.4.2刀具磨損的原因當刀具與工件材料的化學元素濃度相差較大時，它們就會在固態下互相擴散到對方中去，引起摩擦面兩側刀具和工件材料化學成分的改變，使刀具材料性能下降，從而造成刀具磨損，這種磨損稱為擴散磨損。擴散磨損是中高速切削時，硬質合金刀具磨損的主要原因，它往往和黏結磨損同時發生。擴散磨損的速度主要與切削溫度、工件和刀具材料的化學成分等因素有關。還和切屑底層在刀具表面上的流動速度有關。3.擴散磨損2.4.2刀具磨損的原因當刀具與工件材料的化854.化學磨損2.4.2刀具磨損的原因切削時在一定溫度下，刀具與周圍介質的某些成分(如空氣中的氧、切削液中的極壓添加劑硫、氯等)起化學作用，在刀具表面形成一層硬度較低的化合物，而被切屑帶走，加速了刀具的磨損，或者因為刀具材料被某種介質腐蝕，造成刀具損耗，這些被稱為化學磨損。4.化學磨損2.4.2刀具磨損的原因切削時在一定溫度下，865.熱電磨損2.4.2刀具磨損的原因在切削區的高溫作用下，刀具與工件材料形成熱電偶，產生熱電動勢，形成流過刀具－工件、刀具－切屑的熱電流，從而促進化學元素的擴散,加速刀具的磨損，這種在熱電勢的作用下產生的擴散磨損稱為熱電磨損。5.熱電磨損2.4.2刀具磨損的原因在切削區的高溫作用下871.磨損過程2.4.3刀具磨損過程及磨鈍標準1)初期磨損階段該階段磨損曲線的斜率較大，這意味著刀具磨損很快。1.磨損過程2.4.3刀具磨損過程及磨鈍標準1)初期磨882.4.3刀具磨損過程及磨鈍標準2)正常磨損階段經過初期磨損后，刀具的后刀面上被磨出一條狹窄的棱面，壓強減小。同時刀具的表面已經被磨平，磨損量的增加減緩并穩定下來，刀具進入正常磨損階段。2.4.3刀具磨損過程及磨鈍標準2)正常磨損階段892.4.3刀具磨損過程及磨鈍標準3)急劇磨損階段刀具經過正常磨損階段后，切削刃明顯變鈍，引起切削力、切削溫度迅速增大。這時進入急劇磨損階段，這一階段磨損曲線斜率很大，表現為刀具磨損速度很快。2.4.3刀具磨損過程及磨鈍標準3)急劇磨損階段902.磨鈍標準2.4.3刀具磨損過程及磨鈍標準根據加工情況規定一個最大的允許磨損量，這就是刀具的磨鈍標準。表3-10硬質合金車刀的磨鈍標準加

工

條

件后刀面的磨鈍標準VB/mm精車0.1～0.3合金鋼粗車，粗車剛性較差的工件0.4～0.5碳素鋼粗車0.6～0.8鑄鐵件粗車0.8～1.2鋼及鑄鐵件大件低速粗車1.0～1.52.磨鈍標準2.4.3刀具磨損過程及磨鈍標準根據加工情況911.刀具耐用度2.4.4刀具耐用度及其與切削用量的關系1)刀具耐用度的定義刃磨后的刀具從開始使用，直至磨損量達到磨鈍標準為止時的純切削時間(不包括對刀、測量、快進、回程等非切削時間)稱為刀具耐用度，用T來表示。2)刀具耐用度與刀具壽命的關系刀具壽命是指一把新刀具從投入使用直到報廢為止的總的切削時間，其中包括多次重磨，因此刀具的壽命等于刀具耐用度與重磨次數的乘積。1.刀具耐用度2.4.4刀具耐用度及其與切削用量的關系1922.刀具耐用度方程2.4.4刀具耐用度及其與切削用量的關系提高切削速度，刀具的耐用度就會降低，其關系可以在實驗中采用單因素法(其他切削條件不變，只改變切削速度)獲得。2.刀具耐用度方程2.4.4刀具耐用度及其與切削用量的關932.4.4刀具耐用度及其與切削用量的關系vTm=C0

2.4.4刀具耐用度及其與切削用量的關系vTm=C0942.4.4刀具耐用度及其與切削用量的關系需要注意的是，上式在下面的情況下不再適用：(1)該式是以刀具的正常磨損為基礎得到的，對于脆性大的刀具材料，在斷續切削情況下的刀具破損，該式不再適用；(2)在較寬的切削速度范圍內進行實驗時，由于積屑瘤的影響，v－T關系不再是一個單調函數，而是形成駝峰型曲線，對應曲線的上升部分，該式不再適用。2.4.4刀具耐用度及其與切削用量的關系需要注意的是，上式953.4.4刀具耐用度及其與切削用量的關系切削用量三要素與刀具耐用度的一般關系式在切削用量三要素中，切削速度v對刀具耐用度的影響最大，其次為進給量f，背吃刀量ap的影響最小，這與三者對切削溫度的影響順序是一致的。3.4.4刀具耐用度及其與切削用量的關系切削用量三要素與刀962.4.5刀具的破損在切削加工中，刀具時常會不經過正常的磨損，就在很短的時間內突然損壞以致失效，這種損壞類型稱為破損。破損也是刀具損壞的主要形式之一，多數發生在使用脆性較大的刀具材料進行斷續切削或者加工高硬度材料的情況下。刀具的破損按性質可以分成塑性破損和脆性破損，按時間先后可以分成早期破損和后期破損。2.4.5刀具的破損在切削加工中，刀具時常會不經過正常的磨97小結返回目錄在切削塑性金屬的過程中，工件材料受到刀具前刀面的推擠，發生變形，最終被撕裂下來形成切屑，這個過程中存在著三個變形區。以剪切滑移為特征的第一變形區和以內摩擦為特征的第二變形區的變形程度決定著切屑的形態、切削力的大小和切削溫度的高低。切屑變形的大小可以用相對滑移或變形系數Λ表示，不同的加工狀態生成帶狀、節狀、粒狀和崩碎四種類型的切屑，隨工件材料、刀具和切削用量等因素的改變其切屑形態也會發生轉化。小結返回目錄在切削塑性金屬的過程中，工件材料受到刀具前刀面的98返回目錄切削力、切削溫度是衡量切削狀態的重要指標，可以通過實驗獲得，是切削中變形、摩擦等內部變化的外在表現，它們相互關聯且與工件、刀具和切削用量等因素有關。切削力來源于(1)克服被加工材料彈性變形的抗力(2)克服被加工材料塑性變形的抗力(3)克服切屑對刀具前刀面、工件過渡表面和已加工表面對刀具后刀面的摩擦力。在生產實際中計算切削力的經驗公式可以分為兩類：一類是指數公式；另一類是按單位切削力進行計算。切削溫度是影響刀具磨損的最重要因素，對它的控制主要從熱源和散熱途徑兩個方面采取措施，對切削溫度分布的研究有助于探尋切削的規律。刀具的磨損形式有前刀面磨損、后刀面磨損和邊界磨損，產生磨損的機理有機械磨損、黏結磨損、擴散磨損、化學磨損和熱電磨損，這些磨損機理往往同時起作用，在不同的切削條件下，要分析哪一個在起主導作用。刀具磨損的過程大致分為初期磨損、正常磨損和急劇磨損三個階段，正常磨損階段是刀具的有效工作階段，在急劇磨損階段到來之前，就要及時換刀或更換新切削刃。制定合理的刀具磨鈍標準對提高生產效率、保證加工質量和控制生產成本很有意義。利用刀具達到磨鈍標準時的純切削時間作為刀具耐用度來衡量刀具材料切削性能，刀具耐用度與切削用量之間的關系可以通過刀具耐用度方程來加以研究。返回目錄切削力、切削溫度是衡量切削狀態的重要指標，可以通過實99返回目錄以外摩擦為特征的第三變形區決定著已加工表面質量的好壞，已加工表面質量是從表面粗糙度、加工硬化和殘余應力等方面來衡量，已加工表面微觀幾何不平度的高度稱為粗糙度，它產生的原因有(1)幾何因素產生的粗糙度，也稱為理論粗糙度，由切削運動和刀具的幾何形狀產生，主要取決于殘留面積的高度。(2)由于切削過程不穩定因素所產生的粗糙度，包括積屑瘤、鱗刺、切削變形、刀具的邊界磨損、切削刃與工件相對位置變動等。已加工表面硬度往往是基體的120%～200%，表面層的硬化可以使零件的耐磨性提高，但是也增加了后續加工的難度和刀具磨損，加工硬化通常以硬化程度N和硬化層深度Δhd表示。當切削力的作用取消后，工件表面保持平衡而存在的應力稱殘余應力。殘余應力有壓應力和拉應力之分，壓應力有時能提高零件的疲勞強度，但拉應力則會產生裂紋，使疲勞強度下降。另外，應力分布不均勻會使零件產生變形，從而影響零件精度，對精密零件的正常工作極為不利。產生殘余應力的原因有塑性變形引起的應力、切削溫度引起的熱應力和相變引起體積應力三種。所以應認真研究金屬切削的過程，分析各種因素之間的相互關系以及它們對切削過程的影響，進而探索有效地控制措施，從而用理論來指導生產實踐。返回目錄以外摩擦為特征的第三變形區決定著已加工表面質量的好壞1002.1金屬切削層的變形目錄

2.1.1切屑形成

2.1.2金屬切削層的三個變形區

2.1.3變形程度的表示方法

2.1.4切屑變形的變化規律

2.1.5切屑的類型與控制2.1金屬切削層的變形目錄101金屬切削過程是切削層金屬在刀具的前刀面推擠下，發生以剪切滑移為主的塑性變形而形成切屑的過程。

2.1.1切屑形成金屬切削過程是切削層金屬在刀具的前刀面推擠下，發生以剪切滑移1022.1.2切削變形的三個變形區2.1.2切削變形的三個變形區1031.第一變形區內金屬的剪切變形2.1.2切削變形的三個變形區1.第一變形區內金屬的剪切變形2.1.2切削變形的三個變1042.1.2切削變形的三個變形區（1）第一變形區的位置

始滑移面OA與終滑移面OM之間的變形區稱為第一變形區，寬度很窄(約0.02～0.2mm)，故常用OM剪切面亦稱滑移面來表示。（2）第一變形區的特征沿著剪切線的剪切滑移，以及隨之產生的加工硬化2.1.2切削變形的三個變形區（1）第一變形區的位置

1052.第二變形區內金屬的擠壓變形及摩擦

2.1.2切削變形的三個變形區（1）第二變形區的擠壓變形2.第二變形區內金屬的擠壓變形及摩擦2.1.2切削變形106（2）前刀面上的摩擦

1－單位切向力分布曲線2－正應力分布曲線lf－刀具－切屑接觸區長度lf1－粘結黏結區長度lf2－滑動區長度2.1.2切削變形的三個變形區（2）前刀面上的摩擦1－單位切向力分布曲線2.1.2切107(3)積屑瘤

2.1.2切削變形的三個變形區切削鋼、球墨鑄鐵、和鋁合金等塑性金屬時，在切削速度不高，而又能形成帶狀切屑的情況下，常常有一些從切屑和工件上來的金屬冷焊(黏結)并層積在前刀面上，形成硬度很高的楔塊，它能夠代替刀面和切削刃進行切削，這個楔塊稱為積屑瘤。積屑瘤的硬度可達工件材料硬度的2～3.5倍。(3)積屑瘤2.1.2切削變形的三個變形區切削鋼、球墨108在Ⅰ區里形成粒狀切屑或節狀切屑，這時沒有積屑瘤出現。在Ⅱ區里形成帶狀切屑。有積屑瘤生成；積屑瘤的高度隨著切削速度的提高而增大，同時積屑瘤前端越來越象像楔子，越來越深入地楔入切削層與工件之間。當切削速度增大到Ⅱ區的右邊界時，積屑瘤的高度達到最大值。2.1.2切削變形的三個變形區在Ⅰ區里形成粒狀切屑或節狀切屑，這時沒有積屑瘤出現。2.1.109在Ⅲ區里，積屑瘤的高度隨著切削速度的提高而減小，而且積屑瘤的頂部越趨于與前刀面平行。當v增大到Ⅲ區右邊界之值時，積屑瘤便消失。在Ⅳ區里積屑瘤不再生成，此時切屑底層高度纖維化，纖維的方向幾乎與前刀面平行。這樣的切屑底層稱為滯流層。

2.1.2切削變形的三個變形區在Ⅲ區里，積屑瘤的高度隨著切削速度的提高而減小，而且積屑瘤的110積屑瘤對加工的影響有以下幾個方面：(1)穩性的積屑瘤可以代替切削刃和前刀面進行切削，從而保護切削刃和前刀面，減少刀具的磨損；(2)積屑瘤的存在使刀具在切削時具有更大的實際前角，減小了切屑的變形，切削力下降；(3)積屑瘤具有一定的高度，其前端伸出切削刃之外，使實際的切削厚度增大；(4)在切削過程中積屑瘤是不斷的生長和破碎的，所以積屑瘤的高度也在不斷變化，導致了實際切削厚度的地不斷變化，引起局部過切，使零件的表面粗糙度增大。同時部分積屑瘤的碎片會嵌入已加工表面，影響零件表面質量；(5)不穩定的積屑瘤不斷地生長、破碎和脫落，積屑瘤脫落時會剝離前刀面上的刀具材料，造成刀具的磨損加劇。2.1.2切削變形的三個變形區積屑瘤對加工的影響有以下幾個方面：2.1.2切削變形的三111避免積屑瘤產生的常用的方法有：(1)選擇低速或高速加工，避開容易產生積屑瘤的切削速度區間。例如，高速鋼刀具采用低速寬刀加工，硬質合金刀具采用高速精加工；

(2)采用冷卻性和潤滑性好的切削液，減小刀具前刀面的粗糙度等；(3)增大刀具前角，減小前刀面上的正壓力；(4)采用預先熱處理，適當提高工件材料硬度、降低塑性，減小工件材料的加工硬化傾向。2.1.2切削變形的三個變形區避免積屑瘤產生的常用的方法有：2.1.2切削變形的三個變1121.相對滑移2.1.3變形程度的表示方法可知在刀具的前角一定的情況下，相對滑移僅與剪切角φ有關。1.相對滑移2.1.3變形程度的表示方法可知在刀具的前1132.變形系數切屑厚度hch與切削層厚度hD之比，稱為厚度變形系數切削層長度lD與切屑長度lch之比，稱為長度變形系數2.1.3變形程度的表示方法2.變形系數切屑厚度hch與切削層厚度hD之比，稱為厚度變114切削層變成切屑后寬度的變化很小，根據體積不變原理變形系數是大于1的數，它直觀地反映了切屑變形程度，并且比較容易測量。2.1.3變形程度的表示方法切削層變成切屑后寬度的變化很小，根據體積不變原理2.1.31153.相對滑移與變形系數的關系

2.1.3變形程度的表示方法3.相對滑移與變形系數的關系2.1.3變形程度的表示1161.切屑的基本類型2.1.4切屑的類型與折斷1.切屑的基本類型2.1.4切屑的類型與折斷1172.切屑的控制

（1)切屑的形狀

2.1.4切屑的類型與折斷2.切屑的控制（1)切屑的形狀2.1.4切屑的118（2)卷屑和斷屑2.1.4切屑的類型與折斷（2)卷屑和斷屑2.1.4切屑的類型與折斷1192.1.4切屑的類型與折斷2.1.4切屑的類型與折斷1202.1.5切屑變形的變化規律

1.工件材料

1－00 2－103－15 4－20Cr5－20 6－9Cr7－T8-1 8－309－2Cr13 10－40CrWSi11－35Cr3MoNi12－40 13－6014－5015－18CrNi316－1Cr18Ni9Ti17－T8 18－T1219－35CrNi32.1.5切屑變形的變化規律1.工件材料1－00121表3-1不同材料的摩擦系數μ工件材料σb/MPaHBShD/mm0.10.140.180.22銅213550.780.760.750.7410鋼3621020.740.730.720.7210Cr4801250.730.720.720.711Cr18Ni9Ti6341700.710.700.680.672.1.5切屑變形的變化規律

表3-1不同材料的摩擦系數μ工件材料σb/MPaHBSh1222.刀具

刀具幾何參數中影響變形系數最大的是前角γo。實驗結果表明：(1)刀具前角γo越大，變形系數越小。2.1.5切屑變形的變化規律

2.刀具刀具幾何參數中影響變形系數最大的是前角γo。實驗123(2)刀具前角γo越大，摩擦系數μ越大。2.1.5切屑變形的變化規律

(2)刀具前角γo越大，摩擦系數μ越大。2.1.5切屑變1242.1.5切屑變形的變化規律

2.1.5切屑變形的變化規律1253.切削用量1)切削速度v的影響

2.1.5切屑變形的變化規律

3.切削用量1)切削速度v的影響2.1.5切屑變形的1262)進給量f的影響當v比較低時，曲線有駝峰。這是由于積屑瘤的消長和切削溫度的影響導致的。

2.1.5切屑變形的變化規律

2)進給量f的影響2.1.5切屑變形的變化規律1273)背吃刀量ap的影響

ap對變形系數的影響很微小。2.1.5切屑變形的變化規律

3)背吃刀量ap的影響2.1.5切屑變形的變化規律1282.2切削力和切削功率

2.2.1切削力的來源2.2.2切削合力、分力及功率2.2.3切削力的測量2.2.4切削力經驗公式的建立2.2.5影響切削力的因素目錄2.2切削力和切削功率2.2.1切削力的來源目錄1292.2.1切削力的來源切削力來源于三個方面(1)克服被加工材料彈性變形的抗力；(2)克服被加工材料塑性變形的抗力；(3)克服切屑對刀具前刀面、工件過渡表面和已加工表面對刀具后刀面的摩擦力。2.2.1切削力的來源切削力來源于三個方面1301.切削合力和分力F可以分解為相互垂直的三個分力，即進給力Ff、背向力Fp和切削力Fc

2.2.2切削合力、分力及功率1.切削合力和分力F可以分解為相互垂直的三個分力，即進給力1312.切削功率單位時間消耗在切削過程中的功稱為切削功率Pc

2.2.2切削合力、分力及功率進給運動相對于主運動消耗的功很少(小于1%～2%)，可以忽略不計2.切削功率單位時間消耗在切削過程中的功稱為切削功率Pc1321.間接測量法在沒有專用測力儀器的情況下，可以使用功率表測出機床電動機在切削過程中所消耗的功率PE后，按公式

PE≥

計算出Pc。在切削速度已知的情況下，利用公式計算出Fc。這種方法只能粗略的估算出切削力的大小。2.2.3切削力的測量1.間接測量法在沒有專用測力儀器的情況下，可以使用功率表測1332.直接測量法測力儀是測量切削力的主要儀器，按其工作原理可以分為機械式、液壓式和電測式。電測式又可分為電阻應變式、電磁式、電感式、電容式以及壓電式。目前常用的是電阻式測力儀和壓電式測力儀，2.2.3切削力的測量2.直接測量法測力儀是測量切削力的主要儀器，按其工作原理可1341.指數公式在生產實際中計算切削力的經驗公式可以分為兩類：一類是指數公式；另一類是按單位切削力進行計算。2.2.4切削力經驗公式的建立1.指數公式在生產實際中計算切削力的經驗公式可以分為兩類：1352.利用單位切削力計算單位切削力是指單位面積上的切削力。2.2.4切削力經驗公式的建立2.利用單位切削力計算單位切削力是指單位面積上的切削力。1363.指數公式的建立指數公式是通過切削實驗建立起來的。實驗方法有單因素法、多因素法等。數據處理方法有圖解法、線性回歸法以及計算機數據采集處理法等。下面介紹以單因素實驗為基礎的圖解法。保持其它其他切削條件不變，只改變背吃刀量ap，用測力儀測出不同ap時的切削分力數據，將所得的數據畫在說對數坐標紙上，2.2.4切削力經驗公式的建立3.指數公式的建立指數公式是通過切削實驗建立起來的。實驗方1372.2.4切削力經驗公式的建立2.2.4切削力經驗公式的建立1382.2.4切削力經驗公式的建立同理可得綜合各因素對Fc的影響2.2.4切削力經驗公式的建立同理可得綜合各因素對Fc的1391.工件材料工件材料強度、硬度越高，則τs越大，切削力Fc也隨之增大。2.2.5影響切削力的因素工件材料的強度、硬度相近時，塑性越大的材料，發生的塑性變形也越大，所以切削力也越大。同一材料的熱處理狀態不同、金相組織不同也會影響切削力的大小。1.工件材料工件材料強度、硬度越高，則τs越大，切削力Fc140切削力的大小不單純受材料的原始強度和硬度影響，它還受到材料加工硬化能力大小的影響。例如：奧氏體不銹鋼的強度、硬度都較低，但是加工硬化能力大，較小的變形就會引起硬度較大的提高，導致切削力增大。硫S、鉛Pb元素在鋼中引起結構成分間的應力集中，容易形成擠裂切屑，其切削力比正常減小20%～30%，故被稱為易切鋼。2.2.5影響切削力的因素切削力的大小不單純受材料的原始強度和硬度影響，它還受到材料加1412.切削用量ap和f的大小決定切削面積的大小。因此，ap和f的增加均會使Fc增大，但兩者的影響程度不同。ap增大，Fc成正比線性增大。f增大，Fc成正比非線性增大。2.2.5影響切削力的因素2.切削用量ap和f的大小決定切削面積的大小。因此，ap和1422.2.5影響切削力的因素加工鋼時，切削速度v與切削力Fc的關系曲線。2.2.5影響切削力的因素加工鋼時，切削速度v與切削力Fc143加工鑄鐵時，切削速度v與切削力Fc的關系曲線。2.2.5影響切削力的因素加工鑄鐵時，切削速度v與切削力Fc的關系曲線。2.2.51443.刀具前角γo對切削力的影響最大。

2.2.5影響切削力的因素3.刀具前角γo對切削力的影響最大。2.2.5影響切削145車刀的負倒棱是通過其寬度bγ1與進給量f的比值，來影響切削力的。2.2.5影響切削力的因素車刀的負倒棱是通過其寬度bγ1與進給量f的比值，來影響切削力146κr對Fc的影響不大，對Fp、Ff的影響較大。

2.2.5影響切削力的因素κr對Fc的影響不大，對Fp、Ff的影響較大。2.2.5147當κr、f、ap一定時，rε增大，Fc變化不大，但Ff減小，而Fp增大，2.2.5影響切削力的因素當κr、f、ap一定時，rε增大，Fc變化不大，但Ff減小，148λs對Fc影響不大，而對Fp、Ff影響較大。2.2.5影響切削力的因素λs對Fc影響不大，而對Fp、Ff影響較大。2.2.5影1494.其他因素(1)刀具材料摩擦系數越小，切削力越小。各類刀具材料中，摩擦系數按高速鋼、YG類硬質合金、YT類硬質合金、陶瓷、金剛石的順序依次減小。(2)前刀面磨損使刀具實際前角增大，切削力減小。后刀面磨損，刀具與工件的摩擦增大，切削力增大。前后刀面同時磨損時，切削力先減小，后逐漸增大。Fp增加的速度最快，Fc增加的速度最慢。(3)刀具的前后刀面刃磨質量越好，摩擦系數越小，切削力越小。(4)使用潤滑性能好的切削液，能有效減少摩擦，使切削力減小。2.2.5影響切削力的因素4.其他因素(1)刀具材料摩擦系數越小，切削力越小。各類1502.3切削熱和切削溫度

目錄2.3.1切削熱的產生和傳出2.3.2切削溫度及其分布和測量2.3.3影響切削溫度的主要因素返回目錄2.3切削熱和切削溫度

目錄2.3.1切削熱1511.熱源切削熱的來源主要有兩個方面，一個是切屑與前刀面、工件與后刀面之間的摩擦所消耗的摩擦功，這是切削熱的主要來源。另一個是切削層金屬在刀具的作用下發生彈性變形和塑性變形所消耗的變形功。與此相對應，切削熱產生在三個區域，即剪切面、切屑與前刀面接觸區、工件與后刀面接觸區。2.3.1切削熱的產生和傳出1.熱源切削熱的來源主要有兩個方面，一個是切屑與前刀面、工1522.切削熱的傳播切削熱傳散出去的途徑主要是切屑、工件、刀具和周圍介質(如空氣、切削液等)，影響熱傳導的主要因素是工件和刀具材料的導熱系數以及周圍介質的狀況。切屑與刀具的接觸時間也會影響切削溫度。不同的切削加工方法，切削熱沿不通傳導途徑傳遞出去的比例也各不相同。2.3.1切削熱的產生和傳出傳導途徑干車削鉆削切屑50%～86%28%工件9%～3%52%刀具40%～10%15%周圍介質1%5%2.切削熱的傳播切削熱傳散出去的途徑主要是切屑、工件、刀具1531.切削溫度的測量1)自然熱電偶法利用刀具和工件材料化學成分的不同構成熱電偶，組成熱電回路測量切削溫度的方法。回路中形成了溫差電動勢，利用電位計或毫伏表可以將其數值記錄下來。再根據事先標定的熱電偶熱電勢與溫度的關系曲線(標定曲線)，便可以查出刀具與工件接觸區的切削溫度值。用自然熱電偶法測到的切削溫度是切削區的平均溫度。2.3.2切削溫度及其分布和測量1.切削溫度的測量1)自然熱電偶法2.3.2切削溫度及1542.3.2切削溫度及其分布和測量2.3.2切削溫度及其分布和測量1552.3.2切削溫度及其分布和測量2.3.2切削溫度及其分布和測量1562)人工熱電偶法人工熱電偶法是將兩種預先經過標定的金屬絲組成熱電偶，熱電偶的熱端焊接在刀具或工件上預定要測量溫度的點上，冷端通過導線串接電位計或毫伏表。根據表上的讀數值和熱電偶標定曲線，可獲得焊接點上的溫度。應用人工熱電偶法，只能測得距前刀面有一定距離處某點的溫度，2.3.2切削溫度及其分布和測量2)人工熱電偶法2.3.2切削溫度及其分布和測量1573.3.2切削溫度及其分布和測量3.3.2切削溫度及其分布和測量1582.切削溫度的分布(溫度場)溫度場是指工件、切屑和刀具上各點的溫度分布。2.3.2切削溫度及其分布和測量2.切削溫度的分布(溫度場)溫度場是指工件、切屑和刀具上各1592.3.2切削溫度及其分布和測量(1)剪切面上各點的溫度基本一致，由此可以推想剪切面上各點的的應力應變規律基本上變化不大；(2)前刀面和后刀面上的最高溫度處都在離刀刃有一定距離的地方，這是摩擦熱沿刀面不斷增加的緣故。溫度最高點出現在前刀面上；(3)在剪切區域內，垂直剪切方向上溫度梯度較大，這是由于剪切滑移的速度很快，熱量來不及傳導出來，從而形成較大的溫度梯度；(4)垂直前刀面的切屑底層溫度梯度大。這說明前刀面上的摩擦是集中在切屑的底層，因此切削溫度對前刀面的摩擦系數有較大影響；(5)后刀面的接觸長度很小，因此溫度的升降是在極短時間內完成的，已加工表面受到一次熱沖擊；(6)工件材料塑性越大，前刀面上的接觸長度越大，切削溫度的分布也就均勻些。工件材料脆性越大，最高溫度所在的點離刀刃越近；(7)工件材料導熱系數越低，前、后刀面的溫度越高。2.3.2切削溫度及其分布和測量(1)剪切面上各點的溫度1602.3.2切削溫度及其分布和測量2.3.2切削溫度及其分布和測量1611.切削用量通過實驗得到切削溫度的經驗公式。2.3.3影響切削溫度的主要因素刀具材料加工方法Cθxθyθzθ高速鋼車削140～1700.35～0.450.2～0.30.08～0.1銑削80鉆削150硬質合金車削320f/(mm/r)0.410.310.260.150.050.10.20.31.切削用量通過實驗得到切削溫度的經驗公式。2.3.3162通過對比表中數據可知xθ＞yθ＞zθ，說明切削用量三要素對切削溫度的影響v＞f＞ap，這與它們對切削力的影響程度正好相反。2.3.3影響切削溫度的主要因素刀具材料加工方法Cθxθyθzθ高速鋼車削140～1700.35～0.450.2～0.30.08～0.1銑削80鉆削150硬質合金車削320f/(mm/r)0.410.310.260.150.050.10.20.3通過對比表中數據可知xθ＞yθ＞zθ，說明切削用量三要素對切1631)切削速度v2.3.3影響切削溫度的主要因素1)切削速度v2.3.3影響切削溫度的主要因素1642)進給量f2.3.3影響切削溫度的主要因素2)進給量f2.3.3影響切削溫度的主要因素1653)背吃刀量ap2.3.3影響切削溫度的主要因素3)背吃刀量ap2.3.3影響切削溫度的主要因素1662.刀具幾何參數1)前角γo對切削溫度的影響2.3.3影響切削溫度的主要因素2.刀具幾何參數1)前角γo對切削溫度的影響2.3.31672)主偏角κr對切削溫度的影響2.3.3影響切削溫度的主要因素2)主偏角κr對切削溫度的影響2.3.3影響切削溫度的主1683)負倒棱寬度br和刀尖圓弧半徑rε對切削溫度的影響負倒棱寬度在(0～2)f范圍內變化，刀尖圓弧半徑在0～1.5mm范圍內變化，基本上不會影響切削溫度。2.3.3影響切削溫度的主要因素3)負倒棱寬度br和刀尖圓弧半徑rε對切削溫度的影響2.31693.工件材料1)工件材料的強度、硬度越高，切削力越大，切削時消耗的功也越多，產生的切削熱也越多，切削溫度也就越高。

2.3.3影響切削溫度的主要因素3.工件材料1)工件材料的強度、硬度越高，切削力越大，切1702)合金結構鋼的強度普遍高于45鋼，而導熱系數又一般均低于45鋼。所以切削合金結構鋼時的切削溫度一般均高于切削45鋼時的切削溫度。2.3.3影響切削溫度的主要因素2)合金結構鋼的強度普遍高于45鋼，而導熱系數又一般均低于1713)不銹鋼1Cr18Ni9Ti和高溫合金GH131不但導熱系數低，而且在高溫下仍能保持較高的強度和硬度。所以切削這種類型的材料時，切削溫度比切削其他材料要高得多。

2.3.3影響切削溫度的主要因素3)不銹鋼1Cr18Ni9Ti和高溫合金GH131不但導熱1724)脆性金屬的抗拉強度和延伸率都較小，切削過程中切削區的塑性變形很小，切屑呈崩碎狀或脆性帶狀，與前刀面的摩擦也很小，所以產生的切削熱較少，切削溫度一般比切削鋼料時低。2.3.3影響切削溫度的主要因素4)脆性金屬的抗拉強度和延伸率都較小，切削過程中切削區的塑1734.刀具磨損刀具磨損后，切削刃變鈍，刃區前方的擠壓作用增大，使切削區的金屬的塑性變形增加。同時，磨損后的刀具后角變成零度，使工件與刀具的摩擦加大，兩者均使切削熱的產生增加。所以，刀具磨損是影響切削溫度的重要因素。2.3.3影響切削溫度的主要因素4.刀具磨損刀具磨損后，切削刃變鈍，刃區前方的擠壓作用增大1745.切削液切削液對降低切削溫度、減少刀具磨損和提高已加工表面質量有明顯的效果，在切削加工中應用很廣。切削液對切削溫度的影響，與切削液的導熱性能、比熱、流量、澆注方式以及本身的溫度有很大關系。從導熱性能來看，水基切削液＞乳化液＞油類切削液。2.3.3影響切削溫度的主要因素5.切削液切削液對降低切削溫度、減少刀具磨損和提高已加工表1752.4刀具磨損與破損

2.4.1刀具磨損的形式2.4.2刀具磨損的原因2.4.3刀具磨損過程及磨鈍標準2.4.4刀具耐用度及其與切削用量的關系2.4.5刀具的破損返回目錄2.4刀具磨損與破損2.4.1刀具磨損的形式返回目176切削時，刀具的前刀面與切屑、后刀面與工件常常相互擠壓和劇烈摩擦，產生很高的溫度。因此磨損發生在刀具的前刀面和后刀面上，前刀面磨損形成月牙洼，后刀面磨損形成磨損帶，通常前、后刀面的磨損是同時發生，相互影響的。3.4.1刀具磨損的形式切削時，刀具的前刀面與切屑、后刀面與工件常常相互擠壓和劇烈摩1771.前刀面磨損3.4.1刀具磨損的形式1.前刀面磨損3.4.1刀具磨損的形式1782.后刀面磨損3.4.1刀具磨損的形式2.后刀面磨損3.4.1刀具磨損的形式1793.邊界磨損2.4.1刀具磨損的形式3.邊界磨損2.4.1刀具磨損的形式1802.4.2刀具磨損的原因對于一定的刀具材料和工件材料，切削溫度對于刀具磨損具有決定性的影響。切削溫度低時，由工件材料中硬質點的刻劃作用導致的機械磨損占主導地位。切削溫度高時，由受切削溫度影響較大的熱、化學磨損占主導地位。1－機械磨損2－粘結黏結磨損3－擴散磨損4－熱化學磨損2.4.2刀具磨損的原因對于一定的刀具材料和工件材料，切1811.機械磨損2.4.2刀具磨損的原因是由于工件材料中的雜質、基體組織中的硬質點(如碳化物、氮化物和氧化物等)以及積屑瘤碎片等，在刀具表面上劃出一條條溝紋造成的磨損。刀具在各種切削速度下都存在硬質點磨損，但它是低速刀具(如拉刀、板牙、絲錐等)磨損的主要原因。一般認為，由硬質點磨損產生的磨損量與刀具－工件相對滑動距離或切削路程成正比。1.機械磨損2.4.2刀具磨損的原因是由于工件材料中的雜1822.粘結磨損2.4.2刀具磨損的原因黏結是在摩擦面的實際接觸面積上，在足夠大的壓力和高溫作用下，刀具和工件材料接觸到原子間距離時發生結合的冷焊現象。兩摩擦表面的黏結點因相對運動將發生撕裂而被對方帶走，如果黏結處的破裂發生在刀具這一方，就會造成刀具的損耗，這就是刀具的黏結磨損。黏結磨損程度取決于切削溫度、刀具和工件材料的親和力、刀具和工件材料硬度比、刀具表面形狀與組織和工藝系統剛度等因素。2.粘結磨損2.4.2刀具磨損的原因黏結是在摩擦面的實際1832.4.2刀具磨損的原因切削溫度是影響黏結磨損的主要因素(a)加工純鐵1－剛玉(氧化鋁)

2－立方氮化硼

3－金剛石(b)加工鈦1－剛玉(氧化鋁)

2－立方氮化硼

3－金剛石(c)YT15加工4－12Cr18Ni9Ti

5－鈦

6－純鐵(d)YG8加工4－12Cr18Ni9Ti

5－鈦

6－純鐵2.4.2刀具磨損的原因切削溫度是影響黏結磨損的主要因素1843.擴散磨損2.4.2刀具磨損的原因當刀具與工件材料的化學元素濃度相差較大時，它們就會在固態下互相擴散到對方中去，引起摩擦面兩側刀具和工件材料化學成分的改變，使刀具材料性能下降，從而造成刀具磨損，這種磨損稱為擴散磨損。擴散磨損是中高速切削時，硬質合金刀具磨損的主要原因，它往往和黏結磨損同時發生。擴散磨損的速度主要與切削溫度、工件和刀具材料的化學成分等因素有關。還和切屑底層在刀具表面上的流動速度有關。3.擴散磨損2.4.2刀具磨損的原因當刀具與工件材料的化1854.化學磨損2.4.2刀具磨損的原因切削時在一定溫度下，刀具與周圍介質的某些成分(如空氣中的氧、切削液中的極壓添加劑硫、氯等)起化學作用，在刀具表面形成一層硬度較低的化合物，而被切屑帶走，加速了刀具的磨損，或者因為刀具材料被某種介質腐蝕，造成刀具損耗，這些被稱為化學磨損。4.化學磨損2.4.2刀具磨損的原因切削時在一定溫度下，1865.熱電磨損2.4.2刀具磨損的原因在切削區的高溫作用下，刀具與工件材料形成熱電偶，產生熱電動勢，形成流過刀具－工件、刀具－切屑的熱電流，從而促進化學元素的擴散,加速刀具的磨損，這種在熱電勢的作用下產生的擴散磨損稱為熱電磨損。5.