切削与磨削过程.ppt

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1、1,第1章切削与磨削过程,1.1 金属切削过程与刀具的基本知识1.2 切削变形、切削力与切削热1.3 刀具磨损和耐用度1.4 切 削 液1.5 磨削过程,2,第1章切削与磨削过程,1.1.1 金属切削加工的基本概念1.1.2 刀具的角度1.1.3 刀具的材料1.1.4 刀具角度的选择,1.1金属切削过程与刀具的基本知识,3,1.1.1 金属切削加工的基本概念,1.1金属切削过程与刀具的基本知识,一、切削运动与切削用量,图1 外圆车削的切削运动与加工表面,图2 平面刨削的切削运动与加工表面,4,1.1金属切削过程与刀具的基本知识,4,切削速度Vc，进给量f(或进给速度Vf)和背吃刀量ap,5,1

2、.1金属切削过程与刀具的基本知识,切削运动主运动进给运动合成切削运动二、工件表面待加工表面已加工表面过渡表面,6,1.1金属切削过程与刀具的基本知识,6,三、切削层参数：公称厚度hD，公称宽度bD，公称横截面积AD=hDbD=fap,7,1.1.2 刀具角度,1.1金属切削过程与刀具的基本知识,一、切削部分的组成（车刀）前刀面A主后刀面A副后刀面主切削刃S副切削刃S刀尖,8,1.1金属切削过程与刀具的基本知识,其它刀具可看作是车刀的演变和组合,9,1.1金属切削过程与刀具的基本知识,二、定义刀具角度的参考系刀具标注角度参考系基面Pr切削平面Ps正交平面P0,10,1.1金属切削过程与刀具的基本

3、知识,10,三、刀具的标注角度前角0：前刀面基面（正交平面）后角 0：主后刀面切削平面（正交平面）主偏角r：主刃投影假定进给方向（基面）副偏角 r：主刃投影假定进给方向（基面）刃倾角 s：主刃基面（切削平面）,11,1.1金属切削过程与刀具的基本知识,11,车刀的主要标注角度,12,1.1金属切削工程与刀具的基本知识,12,横向进给运动的影响,四、刀具的工作角度,13,1.1金属切削过程与刀具的基本知识,轴向进给运动的影响,14,1.1金属切削过程与刀具的基本知识,安装高度的影响,15,1.1金属切削过程与刀具的基本知识,刀杆中心线偏斜的影响,16,1.1.3 刀具的材料,1.1金属切削过程与

4、刀具的基本知识,加工时要承受高温、高压、强烈的摩擦，冲击和振动。一、刀具材料应具备的性能高的硬度：比工件高，HRC60高的耐磨性：耐用度足够的强度和韧性：不崩刃，不断高的耐热性（热稳定性）：高温时可以加工良好的热物理性能和耐热冲击性能 良好的工艺性能：刀具制造成本低,17,1.1金属切削过程与刀具的基本知识,常用刀具材料 碳素工具钢；合金工具钢；高速钢；硬质合金；陶瓷；金刚石；立方氮化硼等。,18,1.1金属切削过程与刀具的基本知识,高速钢 含有较多钨、钼、烙、钒等元素的高合金工具钢较高的硬度（HRC6267）和耐热性（切削温度可达550600）切速比碳素工具钢和合金工具钢高13倍（因此而得名

5、），刀具耐用度高1040倍，甚至更多加工范围：有色金属到高温合金 制造工艺简单，能锻造，容易磨出锋利的刀刃在复杂刀具（钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等）的制造中占有重要地位。分类：通用型高速钢和高性能高速钢（按用途）熔炼高速钢和粉末冶金高速钢（按制造工艺）,19,1.1金属切削过程与刀具的基本知识,硬质合金,用高耐热性和高耐磨性的金属碳化物（碳化钨，碳化钛，碳化钽，碳化铌等）与金属粘结剂（钴，镍，钼等）在高温下烧结而成的粉末冶金制品。硬度：HRA89-93，能耐850-1000C的高温，良好的耐磨性，切速可达100-300m/min，可加工包括淬硬钢在内的多种材料。广泛应用硬质合金的抗弯

6、强度低，冲击韧性 差，不锋利，较难加工，不易做成 形状复杂的整体刀具。常用的硬质合金有钨钴类（YG类），钨钛钴类（YT类）和通用硬质合金（YW类）3类。,20,1.1金属切削过程与刀具的基本知识,涂层刀具：耐磨性高的难熔金属化合物耐用度至少可提高13倍（刀片），或210倍（高速钢）。加工材料的硬度愈高，效果愈好。,人造金刚石：在高温高压下由石墨转化而成极高的硬度（显微硬度可达HV10000）和耐磨性，摩擦系数小，切削刃非常锋利。很高的加工表面质量。陶瓷材料：以氧化铝为主要成分，经压制而成在1200C时可保持HRA80的硬度，脆。热稳定性较差（不得超过700800），与铁元素的化学亲和力很强，不

7、宜加工钢铁件。加工硬质合金。立方氮化硼：由六方氮化硼在高温高压下转变而成硬度热稳定性很高（可达13001400C）。最大的优点：在高温（12001300C）时也不易与铁族金属起反应。,21,1.1金属切削过程与刀具的基本知识,CVD金刚石切削刀具,寿命相当于硬质合金刀具的100倍以上加工特性：刀刃强度高，能承受较单晶金刚石刀具更高的冲击载荷。磨耗小，耐用度比硬质合金高100倍以上，性能优于PCD刀具。可以多次修磨，反复使用。用单晶金刚石刀具的研磨方法将刃部精细研磨抛光至Ra0.05um,被加工工件表面可达到镜面光。热导率5W/cm K。热稳定性好，最高工作温度800。,22,1.1.4 刀具角

8、度的选择,1.1金属切削过程与刀具的基本知识,刀具各角度之间是相互联系，相互影响的，孤立地选择某一角度并不能得到所希望的合理值。1.前角g0选择 2.后角o选择 3.主偏角r 和副偏角r选择 4.刃倾角ls选择,23,1.1.4 刀具角度的选择,1.前角g0,影响：切削的难易程度-很大。前角，使刀刃变得锋利，使切削更轻快，切屑变形，切削力和切削功率前角，刀刃和刀尖强度，散热体积，影响刀具寿命。对表面粗糙度，排、断屑等有一定的影响,24,1.1.4 刀具角度的选择,选择前角g0,主要取决于：工件材料、刀具材料、加工要求工件强度、硬度较低时，取较大的前角，反之取较小的前角；加工塑性材料（如钢）选较

9、大的前角，脆性材料（如铸铁）选较小的前角。刀具材料韧性好（如高速钢），前角可选得大些，反之（如硬质合金）则前角应选得小一些。粗加工时，特别是断续切削时，应选用较小的前角；精加工时应选用较大前角。硬质合金车刀的前角0在520范围内选，高速钢刀具的前角应比硬质合金刀具大510，而陶瓷刀具的前角一般取515。,25,1.1.4 刀具角度的选择,2.后角o,后角的主要功用：减小后刀面与工件的摩擦和后刀面的磨损，其大小对刀具耐用度和加工表面质量都有很大的影响。大小取决于：切削厚度（或进给量），也与工件材料，工艺系统的刚性有关。车削一般钢和铸铁时，车刀后角常选用46。,26,1.1.4 刀具角度的选择,3

10、.主偏角r和副偏角r,影响：主偏角和副偏角对刀具耐用度影响很大。减小主偏角和副偏角刀尖角增大，刀尖强度提高，散热条件改善，刀具耐用度提高。降低残留面积高度，减小加工表面的粗糙度。主偏角和副偏角还会影响各切削分力的大小和比例。主偏角取值：在工艺系统刚性较好时，主偏角r宜取较小值，如r=3070。车削细长轴时，取r=9093，以减小背向力Fp。副偏角r的大小主要根据表面粗糙度的要求选取，一般为515，粗加工时取大值，精加工时取小值。,27,1.1.4 刀具角度的选择,4.刃倾角ls,影响：刀头的强度和切屑流动的方向。取值：在加工一般钢件和铸铁时，无冲击的粗车取ls=0-5精车取ls=0+5；有冲击

11、负荷时，取ls=5 15；当冲击特别大时，取ls=30 45。切削高强度钢，冷硬钢时，可取ls=30 10。,28,第1章切削与磨削过程,1.2.1 金属切削变形1.2.2 切削力1.2.3 切削热,1.2切削变形、切削力与切削热,29,1.2.1 金属切削变形,1.2切削变形、切削力与切削热,一、概述二、切削变形三、切削变形程度四、前刀面与切屑间的摩擦五、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响六、影响切屑变形的主要因素七、切屑的类型及控制,30,金属切削过程,是用刀具从工件表面上切去多余的金属，形成已加工表面的过程，也是工件的切削层在刀具前面挤压下产生塑性变形，形成切屑被切下来的过程。切削过程中的

12、许多物理现象，如切削力、切削热、刀具磨损等，都与金属的变形及其变化规律有密切的关系。研究切削过程对保证加工质量、提高生产率、降低成本和促进切削加工技术的发展，有着十分重要的意义。,31,一、概述,1.研究金属切削变形的常用方法金属切削过程是高速进行的微观变形过程。1）侧面方格变形观察法 2）快速落刀法 3）其他方法高速摄影法：动态观察切削过程扫描电镜显微观察法：观察金属晶粒内部的微观滑移情况带显微镜头的工业电视观察法光弹性、光塑性实验法扫描电镜观察法,侧面方格变形观察法示意图,32,2.变形区的划分,第变形区：从OA线（称始剪切线）开始发生塑性变形，到OM线（称终剪切线）晶粒的剪切滑移基本完成

13、；,第变形区：切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面处的金属纤维化，纤维化方向基本上和前刀面平行；,第变形区：已加工表面受到刀刃钝圆部分和后刀面的挤压与摩擦，产生变形和回弹，造成纤维化与加工硬化。,33,二、切削变形,追踪切削层上任一点P，可以观察切削的变形和形成过程。,始剪切滑移线,终剪切滑移线,变形特征：沿滑移线的剪切滑移变形以及随之产生的加工硬化。,第变形区的剪切变形,34,三、前刀面与切屑间的摩擦,切削过程中的许多因素，都通过影响刀-屑之间的摩擦状况来改变，从而影响切屑变形。变形特征：使切屑底层靠近前刀面处纤维化，切屑流动速度减慢，底层金属甚至会滞留在前刀面上；由

14、于切屑底层纤维化晶粒被伸长，形成切屑的卷曲；由摩擦产生的热量使切屑底层与前刀面处温度升高。,35,前刀面与切屑间的摩擦特性-内摩擦,塑性金属在切削过程中，切屑与前刀面之间压力很大，再加上几百度的高温，实际上切屑底层与前刀面呈粘结状态。故切屑与前刀面之间不是一般的外摩擦，而是切屑与前刀面粘结层与其上层金属之间的内摩擦。前刀面上的平均摩擦系数是一个变数。,36,影响前刀面摩擦系数的主要因素,工件材料：在相同切削条件下，加工几种不同工件材料，如铜、10钢、10Cr钢、1Cr18Ni9Ti等，随着工件材料的强度和硬度的依次增大，摩擦系数略有减少。切削厚度：ac增加时，也略为下降，如10钢的ac从0.1

15、mm增大到0.18mm,从0.74降至0.72。因为ac增加后正应力也随之增大。刀具前角：在一般切削速度范围内，前角0愈大，则值愈大。因为随着0增大，正应力减小，故增加。切削速度：当v30m/min时，切削速度提高，摩擦系数变大。,37,切削速度对摩擦系数的影响,38,四、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响,积屑瘤：在切削速度不高而又能形成连续性切屑的情况下，加工钢料等塑性材料时，常在前刀面切削处粘着一块剖面呈三角状的硬块。它的硬度很高（通常是工件材料的2-3倍），在处于稳定状态时，能够代替刀刃进行切削。积屑瘤的形成：切削加工时，切屑与前刀面发生强烈摩擦而形成新鲜表面接触。当接触面具有适当的温度

16、和较高的压力时就会产生粘结（冷焊）。于是，切屑底层金属与前刀面冷焊而滞留在前刀面上。连续流动的切屑从粘在刀面的底层上流过时，在温度、压力适当的情况下，也会被阻滞在底层上。使粘结层逐层在前一层上积聚，最后长成积屑瘤。,39,积屑瘤的形成及其对切削过程的影响,影响：1）使实际前角增大；2）增大切入深度；3）使加工表面粗糙度值增大；4）影响刀具耐用度。,积屑瘤高度与切削速度关系示意图,40,积屑瘤高度与切削速度关系示意图,控制切削速度，尽量采用很低或者很高的速度，避开中速区；使用润滑性能好的切削液，以减小摩擦；增大刀具前角，以减小刀屑接触区压力；提高工件材料硬度，减少加工硬化倾向。,精加工时避免或减

17、小积屑瘤的措施,41,五、影响切屑变形的主要因素,1.工件材料工件材料强度愈高，切屑变形愈小 工件材料的塑性越大，切屑变形越大2.刀具前角 刀具前角愈大，切削变形愈小,42,3.切削速度在无积屑瘤的切削速度范围内，切削速度愈高，则变形系数愈小。在有积屑瘤的切削速度范围内，切削速度的影响是通过积屑瘤所形成的实际前角来影响切削变形的。,切削速度对剪切角的影响,切削速度及进给量对的影响,43,4.切削层公称厚度当切削厚度增加时，摩擦系数减小，增大，变形变小。在无积屑瘤情况下，f愈大（ac愈大），则愈小。,44,七、切屑的类型及控制,带状切屑 切屑的内表面光滑。塑性金属，切削厚度较小，切削速度较高，刀

18、具前角较大时产生。挤裂切屑 外表面呈锯齿状，内表面有时有裂纹。切削速度较低，切削厚度较大，刀具前角较小时产生。单元切屑 以上三种为切削塑性材料时产生。崩碎切屑 形状不规则，加工表面凸凹不平。力求避免,45,国际标准化组织的切屑分类法（参见ISO 3685:1993(E)）,46,1.2.2 切削力,1.2切削变形、切削力与切削热,一、切削力的来源、切削合力及分力、切削功率二、切削力计算的经验公式三、影响切削力的因素,47,1.2.2 切削力,一、切削力的来源、切削合力及分力、切削功率,1.切削力的来源,48,1.2.2 切削力,2.切削合力及分力,3.切削功率：4.单位切削力：,49,1.2.

19、2 切削力,二、切削力计算,2.计算切削力的指数形式的经验公式,用单位切削力计算主切削力,1.切削力的理论公式,50,1.2.2 切削力,三、影响切削力的因素 即，影响变形和摩擦的因素,工件材料:强度、硬度力，脆性材料力小切削用量1）背吃刀量ap和进给量f的影响：ap或f，均使切削力，但两者的影响程度不同。ap 时，变形系数不变，切削力成正比例；f 时，有所下降，故切削力不成正比例。在车削力的经验公式中，加工各种材料，ap的指数x1,而f的指数y0.750.9。即当ap加大一倍时，Fc均增大一倍；而f增大一倍时，Fc只增大68%86%。切削加工中，如从切削力和切削功率角度考虑，加大f比加大ap

20、有利。,51,1.2.2 切削力,2）切削速度的影响,加工塑性金属vc27m/min时，积屑瘤消失，切削力一般随vc的增大而减小。这主要是因为随着v的增大，切削温度升高，下降，从而使减小。vc27m/min时，切削力是受积屑瘤影响而变化的。约在vc 5m/min时已出现积屑瘤，随着vc的提高，积屑瘤逐渐增大，刀具的实际前角加大，故切削力逐渐减小；约在vc 17m/min处，积屑瘤最大，切削力最小；vc 17m/min时，由于积屑瘤减小，切削力逐步增大。切削脆性金属（灰铸铁、铅黄铜）时，因金属的塑性变形很小，切削与前刀面的摩擦也很小，所以vc对切削力没有显著的影响。,52,1.2.2 切削力,5

21、3,1.2.2 切削力,刀具几何参数,1）前角 0，被切金属的变形，变形系数值，刀-屑间摩擦力和正应力也。因此，切削力。但0增大对塑性大的材料（如铝合金、紫铜等）影响显著，即材料的塑性变形、加工硬化程度明显，切削力降低较多；而加工脆性材料（灰铸铁、脆黄铜等），因切削时塑性变形很小，故0变化对切削力影响不大。,54,1.2.2 切削力,2）负倒棱的影响：前刀面上的负倒棱，可以提高刃区的强度，但此时被切金属的变形增大，使切削力有所增加。负倒棱是通过它的宽度b1对f的比值（b1/f）来影响切削力的。b1/f增大，切削力增大。当b1小于lf（lf为切屑与刀具前面的接触长度）时，切屑除与倒棱接触外，还与

22、前面接触，前面仍起作用。而当切钢b1/f5或切灰铸铁b1/f3,即b1大于lf时，切屑只与倒棱接触，不与前面接触，切削力趋于稳定，且相当于用负前角为01车刀加工时的切削力。,55,1.2.2 切削力,3）主偏角 FpFDcosr；FfFDsinr；r，Fp，Ff。,56,1.2.2 切削力,5）刃倾角,4）刀尖圆弧半径,57,1.2.2 切削力,刀具材料：陶瓷切削力最小，硬质合金次之，高速钢最大刀具磨损：使各个分力都增加切削液以冷却作用为主的水溶液对切削力的影响很小润滑作用强的切削油，有效地减少了刀具前刀面与切屑、后刀面与工件表面之间的摩擦，甚至还能减小被加工金属的塑性变形，从而能显著的降低切

23、削力。,58,1.2.3 切削热,1.2切削变形、切削力与切削热,一、切削热的产生和传出二、切削温度及其对切削过程的影响三、切削温度的测量及其分布四、影响切削温度的因素,59,1.2.3 切削热,一、切削热的产生和传导,切削热的产生,产生-来源：切削层金属发生弹性变形、塑性变形所产生的热和切屑与前刀面、工件与后刀面间的摩擦热。传导：切削热由切削、工件、刀具及周围的介质传导出去。,60,1.2.3 切削热,一、切削热的产生和传导,影响切削热传导的主要因素,工件材料的导热性能刀具材料的导热性能：刀具材料的导热系数高，切削热易从刀具传导出去，降低了切削区温度，有利于刀具耐用度的提高。周围介质：采用冷

24、却性能好的切削液及采用高效冷却方式能传导出较多的切削热。切屑与刀具的接触时间。,61,1.2.3 切削热,二、切削温度及其影响,吸热多且散热不易的部位温度高。一般所说的切削温度是指切削区的平均温度。切削温度对工件、刀具及切削过程将产生一定的影响。高的切削温度是造成刀具磨损的主要原因。但较高的切削温度对硬质合金刀具材料的韧性有利。由于切削温度的影响，精加工时，工件本身和刀杆受热膨胀致使工件尺寸精度达不到要求。切削中产生的热量还会使机床产生热变形而导致加工误差的产生。,62,1.2.3 切削热,二、切削温度及其影响,可以利用切削温度控制切削过程。实验发现：对给定的刀具材料，以不同的切削用量加工各种

25、工件材料都有一个最佳切削温度。在这个温度下，刀具磨损强度最小，耐用度最高，工件材料的切削加工性也最好。如硬质合金车刀切削碳素钢、合金钢、不锈钢时的最佳切削温度大致为800；高速钢车刀切削45钢的最佳切削温度大致为300350。因此，可按最佳切削温度来控制切削用量以提高生产率及加工质量。切削温度是影响切削过程最佳化的重要因素之一。,63,1.2.3 切削热,二、切削温度及其影响,切削温度的分布,64,1.2.3 切削热,二、切削温度及其影响,影响切削温度的因素,切削用量：主要因素切削速度vc:vc显著;z=0.20.31进给量f:f,切削热;z=0.15背吃刀量ap:ap对的影响很小;z=0.0

26、5vc对影响最大，f 次之，ap最小,65,1.2.3 切削热,二、切削温度及其影响,影响切削温度的因素,前角0：0大，低；0小，高；但 0达1820后，对影响，因为契角使散热体积。主偏角r：r，切削刃工作长度，切削热相对的集中；同时刀尖角，使散热条件变差。r，刀尖角和切削刃工作长度，散热条件改善。,刀具几何参数对切削温度的影响,66,1.2.3 切削热,工件材料对切削温度的影响工件材料的硬度和强度越高，切削时所消耗的功越多，产生的切削热越多，就越高。工件材料导热系数的大小，直接影响切削热的导出，如不锈钢1Cr18Ni9Ti和高温合金GH131，不仅导热系数小，且在高温下仍有较高的强度和硬度，

27、故高。灰铸铁等脆性材料，切削时金属变形小，切削呈崩碎状，与前刀面摩擦小，产生的切削热小，故一般较切削钢料时低。刀具磨损对切削温度的影响切削刃变钝，金属变形，后刀面与工件的摩擦。后刀面上的磨损量愈大时，的上升愈为迅速。,67,第1章切削与磨削过程,1.3.1 刀具磨损方式1.3.2 刀具磨损原因1.3.3 刀具磨损过程1.3.4 刀具耐用度1.3.5 刀具破损,1.3刀具磨损与耐用度,68,1.3.1 刀具磨损方式,1.3刀具磨损与耐用度,正常磨损 指刀具的刀面和切削刃上的金属微粒被工件、切屑带走而使刀具丧失切削能力的现象。非正常磨损 指裂纹、崩刃、卷刃和破碎等使刀具丧失切削能力。磨损部位 1）

28、前刀面 2）主后刀面 3）边界磨损,69,1.3.1 刀具磨损方式,1.3刀具磨损与耐用度,1）前刀面磨损（月牙洼磨损）,70,1.3.1 刀具磨损方式,1.3刀具磨损与耐用度,1）前刀面磨损（月牙洼磨损）,切削塑性材料时，如果切削速度和切削厚度较大，在前刀面上经常会磨出一个月牙洼。月牙洼的位置发生在刀具前刀面上切削温度最高的地方。月牙洼和切削刃之间有一条小棱边。在磨损过程中，月牙洼的宽度、深度不断增大，当月牙洼扩展到使棱边很窄时，切削刃的强度大为削弱，极易导致崩刃。月牙洼磨损量以其最大深度KT表示。,71,1.3.1 刀具磨损方式,1.3刀具磨损与耐用度,1）前刀面磨损（月牙洼磨损）,月牙洼

29、磨损量的测量 以其最大深度KT表示。,72,1.3.1 刀具磨损方式,1.3刀具磨损与耐用度,2）后刀面磨损 在后刀面上毗邻切削刃的地方被磨出后角为零的小棱面。发生条件：在切削速度较低、切削厚度较小的情况下切削塑性材料或加工脆性材料时，主要发生后刀面磨损。磨损特征：后刀面磨损带往往是不均匀的，刀尖部分（C区）强度较低，散热条件又差，磨损比较严重，其最大值为VC。,73,1.3.1 刀具磨损方式,1.3刀具磨损与耐用度,2）后刀面磨损 表示方式：,主切削刃靠近工件外表面处（N区），由于上道工序的加工硬化层或毛坯表面硬层的影响，被磨成较严重的深沟，以VN表示。在后刀面磨损带中间部位（B区）上，磨损

30、比较均匀，平均磨损带宽度以VB表示，而最大磨损带宽度以VBmax表示。,74,1.3.1 刀具磨损方式,1.3刀具磨损与耐用度,3）边界磨损,边界磨损：切削钢料时，常在主切削刃靠近工件外皮处以及副切削刃靠近刀尖处的后刀面上，磨出较深的沟纹。加工铸、锻等外皮粗糙的工件，也容易发生边界磨损。,75,1.3.2 刀具磨损原因,1.3刀具磨损与耐用度,机械、热和化学三种作用的综合结果1.磨粒磨损（硬质点磨损、耕犁磨损）：切屑、工件材料中含有的一些碳化物、氮化物和氧化物等硬质点以及积屑瘤碎片等，可在刀具表面刻划处沟纹。2.粘接磨损：切屑、工件与前、后刀面之间，存在着很大的压力和强烈的摩擦，形成新鲜表面接

31、触而发生冷焊粘接。由于摩擦面之间的相对运动，冷焊结破裂被一方带走，从而造成冷焊磨损。3.扩散磨损：在切削高温下，刀具表面与切出的工件、切屑新鲜表面接触，刀具和工件、切屑双方的化学元素互相扩散到对方去，改变了原来材料的成分与结构，削弱了刀具材料的性能，加速磨损过程。,76,1.3刀具磨损与耐用度,4.氧化磨损：当切削温度达到700800时，硬质合金刀具中的Co、WC、TiC等与空气发生氧化反应，生成疏松脆弱的氧化物（如Co3O4、CoO、WO3、TiO2等），它们极易被切屑、工件擦掉，形成刀具磨损。5.相变磨损：碳素工具钢、合金工具钢和高速钢刀具切削时，当切削温度超过相变温度时，刀具材料中的金相

32、组织发生变化（即相变），其硬度和耐磨性因此显著下降，造成刀具磨损加快。6.热电磨损：切削时，刀具与工件构成自然热电偶，产生热电势，使工艺系统构成回路，在刀具切入或切出时，产生放电现象，会电蚀刀具，造成刀具磨损。7.塑性变形：切削温度很高时，切削刃会发生塑性变形而改变原有的几何形状，丧失或削弱切削能力。在900以上，硬质合金也会产生表层塑性流动，甚至使切削刃或刀尖塌陷。,77,1.3刀具磨损与耐用度,硬质点磨损粘结磨损扩散磨损氧化磨损,切削速度对刀具磨损的影响,78,1.3.3 刀具磨损过程,1.3刀具磨损与耐用度,1.刀具磨损过程1）初期磨损阶段2）正常磨损阶段3）急剧磨损阶段,79,1.3.

33、3 刀具磨损过程,1.3刀具磨损与耐用度,2.刀具磨钝的标准,刀具磨损到一定限度就不能继续使用。这个磨损限度称为磨钝标准。国际标准ISO推荐硬质合金外圆车刀耐用度的磨钝标准，可以使下列任何一种：（1）VB0.3mm；（2）如果主后面为无规则磨损，取VB 0.6mm；（3）前面磨损量KT0.06+0.3f（f为进给量）。,80,1.3.4 刀具耐用度,1.3刀具磨损与耐用度,刀具耐用度：刀具由开始切削起，至磨损量达到磨钝标准止的实际切削时间称为刀具耐用度，以T表示，单位min(s)。刀具寿命：指一把新刀具从投入切削起，直到刀具报废为止的切削时间总和。因此，在数值上，刀具寿命等于刀具耐用度乘以刃磨

34、次数。,81,1.3.4 刀具耐用度,1.3刀具磨损与耐用度,耐用度是个时间概念，但在某些情况下，也可用切出的工件数目或切削路程lm来表示，lm等于切削速度与耐用度的乘积。刀具耐用度反映了刀具磨损的速率，因此，凡影响磨损和切削温度的因素，都影响刀具耐用度。对于切削过程而言，耐用度又是一个非常重要的参数。在相同的切削条件下，切削不同的工件材料，可用刀具耐用度的高低来衡量工件材料切削加工性的好坏，还可用刀具耐用度来判断刀具几何参数的合理与否。此外，刀具材料、切削液等性能的优劣也可以通过刀具耐用度的高低来反映。,82,1.3刀具磨损与耐用度,各种切削速度下的刀具磨损曲线,在双对数坐标上的T-v曲线,

35、刀具耐用度的经验公式,影响刀具耐用度的因素,83,1.3刀具磨损与耐用度,刀具耐用度的选择原则,最大生产率耐用度Tp最低成本耐用度Tc最大利润耐用度Tpr还考虑一下几点:刀具的复杂程度和制造、重磨费用刀具结构和装卡、调整的复杂程度生产线上的刀具耐用度应规定为一个班或两个班，以便能在换班时间内换刀。精加工尺寸很大的工件时，为避免在加工同一表面时中途换刀，耐用度应规定得至少能完成一次走刀，刀具耐用度应按零件精度和表面粗糙度要求决定。,84,1.3.5 刀具破损,1.3刀具磨损与耐用度,塑性破损：切削时，由于高温和高压的作用，有时在前、后刀面和切屑、工件的接触层上，刀具表层材料发生塑性流动而丧失切削

36、能力。脆性破损：在机械应力和热应力的冲击作用下，发生崩刃、碎断、剥落、裂纹破损。,85,1.3刀具磨损与耐用度,防止刀具破损的措施：,首先，提高刀具材料的强度和抗热振性能。,合理选择刀具材料的牌号；选择合理的刀具角度。通过调整前角、后角、刃倾角和主、副偏角，增加切削刃和刀尖的强度；在主切削刃上磨出倒棱，可以有效的防止崩刃。选择合适的切削用量。硬质合金较脆，要避免切削速度过低时切削力过大而崩刃；也要防止切削速度过高，因温度太高而产生热裂纹。尽量采用可转位刀具；采用焊接刀具时，要避免焊接、刃磨不当所产生的各种弊病。保证工艺系统有较好的刚性，以减少切削时的振动。,86,第1章切削与磨削过程,1.4.

37、1 切削液的作用1.4.2 切削液的种类与选择1.4.3 切削液的使用,1.4切削液,87,1.4.1 切削液的作用,1.4切削液,1 冷却作用：主要靠热传导带走大量的切削热，从而降低切削温度，提高刀具耐用度；减少工件、刀具的热变形，提高加工精度；降低断续切削时的热应力，防止刀具热裂破损等。在切削速度高、刀具、工件材料导热性差，热膨胀系数较大的情况下，切削液的冷却作用尤显重要。切削液的冷却性能取决于它的导热系数、比热、汽化热、汽化速度、流量、流速等。水溶液的冷却性能要比油类好。乳化液介于两者之间。,88,1.4.1 切削液的作用,1.4切削液,2 润滑作用：,3 清洗作用：冲刷切削中产生的碎屑

38、（如切铸铁）或磨粉（磨削）。清洗性能的好坏，与切削液的渗透性、流动性和使用的压力有关。磨削精密加工,自动线加工,深孔加工。4 防锈作用：减少工件、机床、刀具的腐蚀。防锈作用的好坏，取决于切削液本身的性能和加入的防锈添加剂的性质。,润滑油膜,89,1.4.2 切削液的种类与选择,1.4切削液,种类：水溶性和油（非水溶）性添加剂：改善切削液性能所加入的化学物质。油性添加剂:油性添加剂含有极性分子，能与金属表面形成牢固的吸附膜，主要起润滑作用。但这种吸附膜只能在较低温度下起较好的润滑作用，故多用于低速精加工的情况。油性添加剂有动植物油（如豆油、菜籽油、猪油等），脂肪酸、胺类、醇类及脂类。极压添加剂:

39、常用的极压添加剂是含硫、磷、氯、碘等的有机化合物。这些化合物在高温下与金属表面起化学反应，形成化学润滑膜。它比物理吸附膜能耐较高的温度。为了得到性能良好的切削液，按实际需要常在一种切削液中加入几种极压添加剂。,90,1.4.2 切削液的种类与选择,1.4切削液,表面活性剂乳化剂是一种表面活性剂。它是使矿物油和水乳化，形成稳定乳化液的添加剂。表面活性剂是一种有机化合物，它的分子由极性基团和非极性基团两部分组成。前者亲水，可溶于水；后者亲油，可溶于油。,91,1.4.2 切削液的种类与选择,1.4切削液,3 切削液的选用 粗加工：冷却为主,降低切削温度，如离子型切削液或3%5%的乳化液。精加工：具

40、有良好的润滑性能,减小工件表面粗糙度和提高加工精度。难加工材料的切削：极压切削油或极压乳化液。磨削加工：具有良好的冷却清洗作用，并有一定的润滑性能和防锈作用。故一般常用乳化液或极压乳化液。,92,1.4.3 切削液的使用,1.4切削液,浇注法 喷雾法 内冷却法,93,第1章切削与磨削过程,1.5.1 磨粒特征1.5.2 磨屑的形成过程1.5.3 磨削力1.5.4 磨削热和磨削温度1.5.5 砂轮磨损1.5.6 磨削的基本特点,1.5磨削过程,94,1.5.1 磨粒特征,1.5磨削过程,由于磨粒是由机械粉碎方法得到的，所以其形状极不规则。1）顶尖角通常为90120，因此，磨削时磨粒基本上以负前角

41、进行切削；2）磨粒的切削刃和前面虽很不规则，但却几乎都存在切削刃钝圆半径，多在几到几十微米，磨粒磨损后其值还要大；3）磨粒在砂轮表面除分布不均匀外，位置高低也各不相同；砂轮如果经过精细修整，其磨粒表面可出现数个微小的切削刃，称之为微刃。,磨粒常见形状,磨粒的微刃,95,1.5.2 磨屑的形成过程,1.5磨削过程,96,1.5.2 磨屑的形成过程,1.5磨削过程,滑擦阶段：磨粒切削厚度非常小，在工件表面上滑擦而过，工件仅产生弹性变形。刻划阶段：工件材料开始产生塑性变形，磨粒切入金属表面，磨粒的前方及两侧出现表面隆起现象，在工件表面刻划成沟纹。磨粒与工件间挤压摩擦加剧，磨削热显著增加。切削阶段：随

42、着切削厚度的增加，在达到临界值时，被磨粒推挤的金属明显的滑移而形成切屑。,97,1.5.3 磨削力,1.5磨削过程,来源：工件材料产生变形时的抗力和与工件间的摩擦力。特征：由于磨粒形状的特殊及磨削过程的复杂，磨削力不同于其他切削力而有其本身的特征。1)单位磨削力很大。这主要由于磨粒形状的不合理及其随机性所致。一般，单位磨削力kc约在710420104MPa之间变化，而其他加工方法kc值均在7000MPa以下。2)径向分力很大。一般切削加工中往往以切向分力为最大，磨削时的径向分力远超出切向分力，约为其24倍。这是由于磨削时背吃刀量小、磨粒负前角大及刃口钝的缘故。径向力虽不耗功，但会使工件产生水平

43、方向的弯曲，直接影响加工精度。3)磨削力随不同的磨削阶段而变化。,98,1.5.3 磨削力,1.5磨削过程,3)磨削力随不同的磨削阶段而变化。,磨削过程中，由于径向分力Fy较大，工艺系统将沿工件径向产生弹性变形，使实际磨削背吃刀量不同于径向进给量，实际磨削力也发生变化。,99,1.5.4 磨削热和磨削温度,1.5磨削过程,磨削温度的基本概念：平均影响磨削温度的主要因素 砂轮速度V：V 工件速度Vw：Vw 径向进给量fr：fr工件材料:导热性砂轮硬度与粒度：硬度磨粒大小,100,1.5.5 砂轮磨损,1.5磨削过程,特征：磨粒一层层被磨掉形态：磨耗磨损(A)、磨粒破碎(B-B)和脱落磨损(C-C)。砂轮耐用度：砂轮钝化、变形后加工质量和效率降低。用砂轮在两次修整之间的实际磨削时间表示。砂轮磨损量：最主要的耐用度判据。当磨损量大至一定程度时，工件将发生颤振，表面粗糙度突然增大，或出现表面烧伤现象。,101,1.5.6 磨削的基本特点,1.5磨削过程,磨削加工的精度高，表面粗糙度小：Ra0.040.01磨削可以加工多种材料:不适合加工有色金属 磨削的径向磨削力Fy大，且作用在工艺系统较差的方向上 磨削温度高:应采用大量切削液砂轮有自锐作用：但仍然需要修整磨削加工的工艺范围广：各种表面，刃磨刀具 磨削在切削加工中的比重日益增大：,