【正文】 測工件或刀具上各點的溫度 在研究工件、刀具、刀屑上各點溫度分布規(guī)律時，往往需要了解切削區(qū)內各點的切削溫度。這是由于切削塑性金屬材料時，切屑在沿前刀面流出過程中，摩擦熱逐漸增加積累，至粘結區(qū)和滑動區(qū)交界處，達到最大值。 圖 152前角對切削溫度的影響 工件材料： 45鋼 刀具材料：高速鋼 ap=， f = 圖 154 45鋼不同熱處理狀態(tài)下對切削溫度的影響 刀具： YT15 γo=15o ap=3mm , f=由于切削溫度很高，切削液將汽化而大量吸熱，因此也要求有較高的汽化熱。清洗性能的好環(huán)與切削液的滲透性、流動性和使用壓力有關。常見的有油性、極壓添加劑、乳化劑（表面活性劑）、防銹等。常用的極壓添加劑為含硫、磷、氯等有機化合物，與金屬生成氯化鐵、硫化鐵、磷酸鐵等化學吸附膜，能在高溫下保持潤滑作用 ? 2）乳化劑 ? 乳化劑是使用礦物油和水乳化，形成穩(wěn)定乳化液的添加劑。 ? 有時乳化液中還加適量乳化穩(wěn)定劑如乙醇、乙二醇等，以改善與提高乳化液的穩(wěn)定性 圖 157乳化液示意圖 ? 3）防銹添加劑 ? 它是一種極性很強的化合物，與金屬表面有很強的附著力，吸附在金屬表面形成保護膜，或與金屬表面化合形成鈍化膜，起防銹作用。乳化油是由礦物油、乳化劑及添加劑配成，用 95~98%水稀釋成乳白色的或半透明的乳化液。但它們是食用油，又容易變質，故最好不用或少用，由含硫、氯等極壓添加劑的礦物油代用。精加工時主要改善加工表面質量，應選用潤滑性好的極壓切削油或高濃度極壓乳化液。鋁的強度低，如果極壓添加劑與金屬形成的化合物強度超過金屬本身，這種切削液將帶來相反效果，故切鋁時也不宜用硫化切削油。筱崎的試驗表明：切削液從刀 —屑接觸界面的側面供給，能提高加工表面質量。切削液可用一般乳化液也可用切削油，流量為 ~(~1 l/ min)由于切削液的高速流動，改善了滲透性，易于達到切削區(qū)，提高了冷卻效果。 刀具的磨損形式有下面三種： （ 1）前刀面磨損（月牙洼磨損） 加工塑性金屬時，如果切削速度較高和切削厚度較大，切屑會逐漸在前刀面上磨出一個月牙狀的小凹坑（圖 161）。 ? 由于在各類刀具上都有后刀面磨損，而且容易測量，故通常以它表示磨損的大小。 ? 圖中 b是典型的磨損曲線，常見于一般切削情況中。 圖 161后刀面磨損 圖 162前刀面月牙洼的磨損過程 圖 163 幾種類型的磨損曲線 3. 刀具磨鈍標準 ? 刀具磨損到一定程度應該取下重磨，一般以后刀面磨損值VB達到一定數(shù)值作為磨鈍標準。刀具材料的硬度總是超過切屑的硬度。 圖 164硬質合金 YG8在磨損的 WC晶 2. 擴散磨損 ? 擴散磨損是在更高溫度下產生的一種現(xiàn)象。有的則發(fā)生輕微反應，例如 TiC與碳鋼之間。 ? 切削用量： υ=260m/min， f=， ap=1mm；與前成面傾斜 5~6o；放大倍數(shù)：1140 ? 圖 166 WC—TiC—Co硬質合金車刀切鋼時前刀面接觸區(qū)的斜切面 ? 擴散磨損的速度與下列因素有關： ? （ 1）刀具與工件兩種材料之間是否容易起化學反應 不同材料之間有不同的化學親和性，有的材料之間在相當高的溫度下會發(fā)生激烈的化學反應，例如 WC與碳鋼之間。 ? （ 3）刀具材料與工件材料的硬度比 假如刀具材料與工件材料都不變化，僅改變切削速度，則刀具材料與工件材料的硬度都隨之變化。 表 110 硬 質 合 金 車 刀 的 磨 鈍 標 準 刀具磨損的原因及本質 1. 粘結磨損 2. 擴散磨損 3. 磨料磨損 4. 其它類型的磨損 5. 磨損原因綜述 1. 粘結磨損 ? 粘附是金屬切削中的一個普遍現(xiàn)象。在正常的切削速度下用硬質合金切削灰鑄鐵，當 VB相當大時，可能也不出現(xiàn)這一階段。圖中曲線 C是耐熱性較差的刀具材料（例如高速鋼）以較高的切削速度切削黑色金屬，或者切削速度很高刀具很快磨損的磨損曲線。后刀面磨損平均值以VB表示（圖 162），以 VBmax表示切削刃中部的最大磨損值。在刀具上，切削刃鈍圓半徑增大，后刀面上出現(xiàn)磨損帶，前刀面上可能出現(xiàn)月牙狀的凹坑。 ? 高壓冷卻法還可用于高速鋼車刀進行難切削材料的車削，可顯著提高刀具耐用度。使用時應使切削液盡量接近切削區(qū)。對于銅、鋁及鋁合金，為了得到較高表面質量和精度，可采用 10~20%乳化液、煤油或煤油與礦物油的混合。粗加工時，金屬切除量多，產生熱量大，刀具容易磨損。 ? 復合油是將植物油或動物油脂與礦物油混合制成。這樣就使水溶液既有良好冷卻性，又有一定潤滑性，同時又透明，操作者便于觀察，某些情況下可代替乳化液，多用于磨削，也可用于切削。 ? 表面活性劑在乳化液中，除了起乳化作用外，還能吸附在金屬表面上，形成潤滑膜，起油性添加劑的作用。它與金屬表面起化學反應，形成化學吸咐膜，熔點高得多，可防止極壓狀態(tài)下金屬摩擦面直接接觸，減小摩擦。以上要求對一種切削液很難全面滿足。 ? 3）清洗作用 ? 金屬切削過程中，有時產生一些細小的切屑，如切屑鑄鐵或磨削。 切削液的冷卻主要靠熱傳導，要求它有較高的導熱系數(shù)和比熱。 ? 工件的導熱系數(shù)對切削溫度也有很大的影響，不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)的強度、硬度雖然低于 45鋼，但它的導熱系數(shù)小于 45鋼（約為 45鋼的 1/3）切削溫度比 45鋼高 40%。由于散熱作用更大，故 θ還是隨 κr的減小而降低。從圖中可以看出，前、后刀面上的最高溫度都在離開切削刃一段距離處 ? 圖 151 刀具、切屑和工件上溫度分布工件材料： GCr15 刀具： YT14 ? γo=0o， bD=， hD=， ? υc=切削時，切削區(qū)的高溫使刀具與工件的接觸端成為熱端，處于室溫狀態(tài)的刀具、工件的另一端則成為冷端，用導線將刀具和工件的冷端連接到毫伏表或電位差計上，即可將切削時產生的熱電勢值測量出來。 圖 146υ 對切削熱傳散的影響 Ⅰ —刀具 Ⅱ —工件 Ⅲ —切屑 工件材料： 40Cr 刀具材料：硬質合金 ap= f=圖 146為用硬質合金刀具加工鎳、鉻、鉬、釩、鋼時，三個變形區(qū)產生熱量的比例與切削厚度有關系。切削熱傳散到工件上，會引起工件的熱變形，因而降低加工精度，工件表面上的局部高溫則會惡化已加工表面質量。因此，目前，普遍使用的車削力經驗公式的基本形式均采用各切削分力與 ap、 f之關系的形式，對其他因素的影響，再通過修正系數(shù)加以考慮。在傳感器元件允許的范圍內，輸出電信號與切削力的大小成正比，通過標定可得到切削力與電信號之間的關系曲線（標定曲線），進行實際切削時，通過測量得到的電信號便可在曲線上找到其對應的切削力數(shù)值。下面介紹電阻應變式測力儀的工作原理及其測力方法。 ? ? 式中 η——機床傳動效率，一般 η=~。它是決定機床主電機功率、設計與校驗主傳動系統(tǒng)各零件以及夾具、刀具強度、剛度的重要依據(jù)。一般切削條件下，如果刀具比較鋒利，前刀面上的切削力是主要的，后刀面上的切削力相對較小。具體地說，如適當?shù)靥岣吖ぜ牧系挠捕龋龃蟮毒叩暮蠼?，減小切削厚度，采用潤滑性能較好的切削液，采用人工加熱切削；在較低切削速度下適當增大前角，在較高切削速度下適當減小前角等，均有利于抑制鱗刺的產生，提高加工表面的光潔度 圖 139 鱗刺形成的四個階段 切削力與切削功率 1. 切削力及研究切削力的意義 2. 切削合力、分力和切削功率 3. 切削力的測量與計算 1. 切削力及研究切削力的意義 切削力是指由于刀具切削工件（試件）而產生的工件和刀具之間的相互作用力。國內的研究指出，鱗刺是切削過程中的一個獨特現(xiàn)象，其生成可以不依賴于積屑瘤，根據(jù)我們試驗所作鱗刺縱剖面顯微照片上可看出（圖 ）鱗刺和工件的晶粒相互交錯，鱗刺與工件母體間沒有分界線，與嵌入已加工表面的積屑瘤碎片不同。 由圖 140可知，鱗刺的形成過程是：當切屑從前刀面流出時，逐漸把摩擦面上有潤滑作用的吸附膜擦拭干凈，使摩擦系數(shù)逐漸增大，刀 ~屑實際接觸面積增大，在刀 ~屑間巨大壓力的作用下，使切屑單元在瞬間內粘結在前刀面上，暫時不沿前刀面流出。例如切軟鋼時一般 υ（ 100m/min）相當于已超過形成積屑瘤上限的溫度（約 560℃ ），積屑瘤的變形強化能力消失，也不會產生積屑瘤。 ? 1）對塑性金屬材料來說，可采取適當?shù)臒崽幚?，改變其金相組織。溫度適當時，（如切削中碳鋼時約為 300~380℃ ），刀 ~屑間的摩擦系數(shù) μ最大，容易產生積屑瘤，因而在某一適中的切削速度范圍內積屑瘤長得最大。如圖 137所示，滯流層中最大剪應力為，式中 σ2是由摩擦力所產生的主應力。 ? 有利的方面有： ? 1）積屑瘤包覆在切削刃上，代替刀具進行切削，對切削刃起到一定的保護作用。 由此圖還可看出加工后表面層內硬度變化的情況 。 ? （ 3）相變作用 ? 切削時，在高溫作用下表層組織可能發(fā)生相變，由于各種金相組織的體積不同而產生殘余應力。 圖 133 塑性變形區(qū)加工硬化情況 2. 殘余應力 殘余應力是不需外力平衡而能存在于金屬中的內應力。其中以積屑瘤區(qū)的硬度為最高，切屑中的硬度次之，其次是已加工表面。已加工表面的硬化就是這種強化、弱化和相變作用的綜合結果。剪切區(qū)的形狀與范圍的大小與工件材料的塑性、切削速度、切削厚度、前角、前刀面摩擦條件等有關。在 OA到 OM之間整個剪切區(qū)內，變形的主要特征就是沿剪切面的剪切滑移變形，并伴生有加工硬化現(xiàn)象。由于前刀面與切屑間、后刀面與已加工表面間均存在著摩擦，在摩擦力作用下， M1OM2與 M3OM4范圍內的剪切滑移線，已分別向逆時針方向與順時針方向偏轉一個摩擦角。 ? 由上可知，剪切角 φ的大小可用來衡量切削過程中變形程度的大小。其大小直接影響著切削過程。此外，必須指出，三個變形區(qū)互有影響，密切相關。 （ 2）第二變形區(qū)（ Ⅱ ），也就是刀 —屑接觸區(qū)。 2）基面 （ 2） 刀具標注角度的參考系 圖 15 刀具切削角度的示意圖 圖 16 橫車的基面和切削平面 圖 17 刀具標注角度的參考系 圖 18 縱（橫）剖面參考系 圖 19 各參考系的參考平面 3. 刀具的標注角度 圖 110 車刀的標注角度 4. 刀具角度的換算 圖 111法剖面內的角度 圖 112法向前角 γn 5. 刀具工作角度的計算 圖 113 任意剖面內的角度變換 圖 114 橫向進給運動對工作角度的影響 圖 115 外圓車刀的工作角度 圖 116 刀尖安裝高低對工件角度的影響 圖 117 鏜刀的工件角度 刀桿中心線與進給方向不垂直時工件角度的變化 如圖 118所示，車刀刀桿與進給方向不垂直時，主偏角和副偏角將發(fā)生變化： （ 126） 式中 G——進給運動方向的垂直線和刀桿中心線間的夾角（平面上的安裝角） 圖 118 刀桿中心線不垂直于進給方向 金屬切削基本規(guī)律 切屑種類及形成機理 金屬切削過程中的變形規(guī)律 切削的加工硬化與殘余應力 積屑瘤和鱗刺 切削力與切削功率 切削熱、切削溫度及切削液 切屑種類及形成機理 1. 切屑種類及其相互關系 2. 切屑形成機理 1. 切屑種類及其相互關系 （ 1）帶狀切屑 （ 2）擠裂切屑 （ 3）單元切屑 （ 4）崩碎切屑 圖 119 切屑的各種形態(tài) 表 17切屑形態(tài)的影響因素及其對切削加工的影響 2. 切屑形成機理 研究切屑形成機理 多采用直角切削方式（ λs= 0） 有關切屑形成過程的理論很多，最簡單而形象化的模型是將切屑形成比擬為推擠一疊卡片的情況（圖 120a）。近十年來，各國已先后研制成功“金屬陶瓷”，如我國研制成的 AM、AMF、 AMT、 AMMC等牌號的金屬陶瓷，其成分除 Al2O3外，還含有各種金屬元素，抗彎強度比普通陶瓷刀片高。在 540℃ 時，硬質合金的硬度為82~87HRA，相當于高速鋼的常溫硬度，在 760℃ 時仍能保持77~85HRA。與碳素工具鋼和合金工具鋼相比，高速鋼能提高切削 1~3倍，提高刀具耐用度 10~40倍，甚至更多。如圖 12所示，車外圓時： ac= f 圖 11 零件不同表面加工時的切削運動 圖 12 車外圓的切削要素 2. 切削用量 （ 1）切削速度 υ 在單位時間內，工件和刀具沿主運動方向的相對位移。 外圓面和內圓面（孔）是以某一直線為母線，以圓為軌跡，作旋轉運動時所形成的表面。 上述各種表面，可分別用圖 11所示的相應的加工方法來獲得。 （ 3）切削深度 ap 待加工表面與已加工表面間的垂直距離，單位為 mm。 刀具材料 1. 刀具材料應具備的性能 2. 常用的刀具材料 1. 刀具材料應具備的性能 （ 1） 高的硬度和耐磨