【正文】 減小，因此切削熱和切削溫度不與切削速度成正比增加。式中 ——對切削溫度的影響系數(shù)； ——對切削溫度的影響指數(shù)。一般情況下硬質(zhì)合金刀具切鋼時，x=，進(jìn)給量越大，則x越小。這是因為進(jìn)給量越大，切削厚度大，切削的熱容量大，帶走的熱量多，所以切削區(qū)的溫度上升較為緩慢。⑵、進(jìn)給量隨著進(jìn)給量的增大，單位時間內(nèi)的金屬切除量增多，消耗的切削功和由此轉(zhuǎn)換成的熱量也將增加，使切削溫度上升。但隨著進(jìn)給量的增大，單位切削力和單位切削功率將減小，切除單位體積金屬產(chǎn)生的熱量也隨之減小。此外，當(dāng)進(jìn)給量增大后，切削厚度增大，由切削帶走的熱量增多，同時切削與前刀面的接觸長度加長，散熱面積增大。綜合以上幾方面的影響，切削溫度隨進(jìn)給量的增加而升高，但升高的幅度不如切削速度那樣顯著。⑶、背吃刀量背吃刀量對切削溫度的影響很小。這是因為背吃刀量增大后，切削區(qū)產(chǎn)生的熱量雖然成正比增多，但因切削刃參加切削工作的長度也成正比增大，大大改善了散熱條件，因此切削溫度上升甚微。⑷、由上訴分析可知，切削用量三要素中，切削速度對切削溫度的影響較為顯著，進(jìn)給量的影響次之，背吃刀量的影響微小。因此，為了有效的控制切削溫度，以提高刀具使用壽命，在允許的條件下，選用大的背吃刀量和進(jìn)給量比選用切削速度更為有利。刀具幾何角度⑴、前角，切削溫度隨前角的增大而降低。這是因為前角增大時，切削變形減小，單位切削力下降，產(chǎn)生的切削熱減小的緣故。但前角增大到一定值再增大時，則因刀具的楔角減小而使散熱體積減小，切削溫度下降的幅度將減小。⑵、主偏角。隨主偏角的增大，切削溫度升高。這是因為主偏角增大，一方面使切削刃工作長度縮短，切削熱相對集中，同時刀尖角減小，散熱條件變差，因此切削溫度升高。⑶、負(fù)倒棱及刀尖圓弧半徑負(fù)倒棱在范圍內(nèi)變化、基本不影響切削溫度。因為負(fù)倒棱寬度及刀尖圓弧半徑的增大，一方面使塑性變形增大，切削熱隨之增加；另一方面這兩者都能使刀具的散熱條件有所改善，傳出的熱量也有所增加，兩者趨于平衡，所以對切削溫度的影響不大。工件材料這里主要分析工件材料的強(qiáng)（硬）度、導(dǎo)熱系數(shù)等力學(xué)物理性能及熱處理狀態(tài)對切削溫度的影響。 工件材料的強(qiáng)（硬）度和導(dǎo)熱系數(shù)對切削溫度有很大的影響。工件材料的強(qiáng)（硬）度越高，切削力越大，切削時消耗的功越多，產(chǎn)生的切削熱量也越多，切削溫度就越高。工件材料的導(dǎo)熱系數(shù)越大，由工件和切削傳導(dǎo)出去的熱量越多，切削溫度就越低。，幾種典型材料的切削溫度。不難看出： （1）切削脆性材料時，由于抗拉強(qiáng)度和延伸率均減小，切削變形很小，切削呈崩碎狀，與前刀面的接觸長度很短、摩擦小，所以產(chǎn)生的切削熱較小，切削溫度一般比切削碳鋼時低。切削灰鑄鐵HT200的切削溫度約比切削45鋼時低20%30%。 （2）切削不銹鋼和高溫合金時，因為它們的導(dǎo)熱系數(shù)小，而且在高溫下仍能保持較高的強(qiáng)度和硬度，所以切削溫度要比切削其材料時高得多（）。（3）切削合金結(jié)構(gòu)鋼時，因其強(qiáng)度普遍高于45鋼，而導(dǎo)熱系數(shù)又小與45鋼，所以，切削合金結(jié)構(gòu)鋼時的切削溫度一般高于切削45鋼時的切削溫度（）（4）切削熱處理狀態(tài)不同的材料，因強(qiáng)度和硬度不同，切削溫度也不同。淬火狀態(tài)的切削溫度最高，調(diào)質(zhì)狀態(tài)次之，正火狀態(tài)的切削溫度最低。其它因素主要講刀具磨損和切削液對切削溫度的影響。 刀具磨損后，切削刃變鈍，切削作用減小，擠壓作用增大，切削變形增加；同時，磨損后的刀具工作后角變成零度，使后刀面與加工表面間的摩擦加大，均使切削溫度升高。 。切削速度提高，刀具磨損值對切削溫度的影響越顯著。切削合金時，由于強(qiáng)度與硬度比碳素鋼高，而導(dǎo)熱系數(shù)又較小，因此刀具磨損對切削溫度的影響比碳素鋼更顯著。使用切削液對降低切削溫度有明顯效果。切削液有兩個作用：一方面可以減小切削與前刀面、后刀面與工件的摩擦；另一方面可以吸收切削熱。兩者均使切削溫度降低。但切削液對切削溫度的影響，與其導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、流量及澆注方式有關(guān)。任務(wù)四、刀具磨損和刀具的耐用度一、刀具磨損的原因及研究刀具磨損的意義金屬切削刀具在切削過程中，由于切屑和前面、工件和刀具后面存在著強(qiáng)烈的摩擦，切削區(qū)承受著很高的切削溫度（700~800℃）和很高的壓力，因而刀具會逐漸出現(xiàn)磨損。如上圖所示。當(dāng)?shù)毒吣p達(dá)到一定程度時，切削力明顯增大，切削溫度升高，加工表面質(zhì)量明顯惡化，此時，必須對刀具進(jìn)行修磨或更換新刀。因此，研究刀具磨損的特征和規(guī)律，是直接關(guān)系到切削生產(chǎn)率，質(zhì)量和成本的重要問題之一。二、刀具磨損方式刀具失效形式：磨損 （正常工作時逐漸產(chǎn)生的損耗） 破損 （突發(fā)的破壞，隨機(jī)的）前面磨損在切削塑性材料時，若采取較高的切削速度和較大的切削厚度，在刀具前面刃口后方會發(fā)現(xiàn)月牙洼形的磨損現(xiàn)象，如下圖所示。月牙洼和切削刃之間有一條小狹邊，隨著時間的增加，月牙洼逐漸加深加寬，當(dāng)接近刃口時，會使刃口突然崩去。前面磨損的程度用月牙洼的寬度KB和深度KT表示。加工脆性金屬時，由于形成崩碎切屑，其與刀的接觸長度短，一般不發(fā)生這種磨損。后面磨損后面磨損是指磨損的部位主要發(fā)生在后面。后面磨損后，形成后角等于零度的小棱面，當(dāng)切削塑性金屬或脆性金屬時，若切削厚度較小，由于前面摩擦較小，溫度較低，因此磨損主要發(fā)生在后面，后面磨損的大小是不均勻的。在刀尖部分（C區(qū)）其散熱條件和強(qiáng)度較差，磨損較大，用后面磨損量VC表示；在刀刃靠近工件表面處（N區(qū)）由于毛坯的硬皮或加工硬化的原因，磨損也較大，用后面磨損量VN表示；只有在刀刃中間（B區(qū)）磨損較均勻，用后面磨損量VB表示，最大磨損量用表示。邊界磨損切鋼料時，主切削刃、副切削刃與工件待加工表面或已加工表面接觸處磨出溝紋，稱為邊界磨損。邊界處的加工硬化層、硬質(zhì)點、較大的應(yīng)力梯度和溫度梯度所造成。三、刀具磨損原因（一）磨料磨損切屑或工件表面上的硬質(zhì)點（碳化物、氧化物等）對刀具表面刻劃作用造成的機(jī)械磨損。低速切削時，磨料磨損是刀具磨損的主要原因。（二）粘結(jié)磨損刀具與切屑、工件間存在高溫高壓和強(qiáng)烈摩擦，達(dá)到原子間結(jié)合而產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，又稱為冷焊。相對運動使粘接點破裂而被工件材料帶走，造成粘結(jié)磨損。 中速切削形成不穩(wěn)定積屑瘤時，磨損嚴(yán)重；刀工材料硬度比小親合力大時磨損嚴(yán)重；刀具刃磨質(zhì)量差磨損嚴(yán)重。（三）擴(kuò)散磨損刀具與切屑、工件接觸處由于高溫作用，雙方化學(xué)元素在固態(tài)下互相擴(kuò)散，使刀材成分、結(jié)構(gòu)改變造成磨損。切削溫度越高擴(kuò)散越快；刀工材料親合力越大擴(kuò)散越快；高速切削時擴(kuò)散磨損是刀具磨損的主要原因。（四）化學(xué)磨損（氧化磨損）一定溫度下，刀材與空氣中的氧、切削液中的硫、氯起化學(xué)作用，生成較軟的化合物，造成刀具磨損。 化學(xué)磨損是邊界磨損原因之一；主要發(fā)生在較高速切削條件下。（五）熱電磨損切削區(qū)高溫，在刀工間產(chǎn)生熱電勢加快擴(kuò)散加劇刀具磨損。 四、刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)刀具磨損過程對切削過程中刀具后刀面磨損量VB進(jìn)行定時(或定切削行程)測量可得刀具磨損過程的典型磨損曲線。刀具磨損過程可分為三個階段：(1)初期磨損階段 新刃磨的刀具剛投入使用,后刀面與工件的實際接觸而積很小，單位面積上承受的正壓力較大，再加上剛?cè)心ズ蟮暮蟮睹嫖⒂^凸凹不平，刀具磨損速度很快,此階段稱為刀具的初期磨損階段。刀具刃磨以后如能用細(xì)粒度磨粒的油石對刃磨面進(jìn)行研磨,可以顯著降低刀具的初期磨損量。(2)正常磨損階段 經(jīng)過初期磨損后，刀具后刀面與工件的接觸面積增大，單位面積上承受的壓力逐漸減小，刀具后刀面的微觀粗糙表面已經(jīng)磨平，因此磨損速度變慢，此階段稱為刀具的正常磨損階段。它是刀具的有效工作階段。(3)急劇磨損階段 當(dāng)?shù)毒吣p量增加到一定限度時，切削力、切削溫度將急劇增高，刀具磨損速度加快．直至喪失切削能力，此階段稱為急劇磨損階段。在急劇磨損階段讓刀具繼續(xù)工作是一件得不償失的事倩，既保證不了加工質(zhì)量，又加速消耗刀具材料，如出現(xiàn)刀刃崩裂的情況，損失就更大。刀具在進(jìn)入急劇磨損階段之前必須更換。 刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)即指所規(guī)定的刀具磨損量的極限值，或不能繼續(xù)使用的限度。生產(chǎn)中，控制刀具磨損量的方法，主要是根據(jù)切削中發(fā)生的一些現(xiàn)象來判斷刀具是否已經(jīng)磨鈍。例如：粗加工時，觀察加工表面是否出現(xiàn)亮帶，切屑的顏色和形狀的變化，以及是否出現(xiàn)不正常的聲音和振動現(xiàn)象等。精加工時可觀察加工表面粗糙度變化，以及測量加工零件形狀和尺寸的精度等。如發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象就要及時換刀。 一般刀具都要發(fā)生后刀面磨損，而且測量也比較方便。因此，國際標(biāo)準(zhǔn)ISO統(tǒng)一規(guī)定以1／2切削深度處后刀面上測定的磨損帶寬VB作為刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。自動化生產(chǎn)中使用的精加工刀具，從保證工件尺寸精度考慮，常以刀具的徑向尺寸磨損量NB作為衡量刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。 制訂刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)時，既要考慮充分發(fā)揮刀具的切削能力，又要考慮保證工件的加工質(zhì)量。精加工時磨鈍標(biāo)準(zhǔn)取較小值，粗加工時取較大值；工藝系統(tǒng)剛性差時，磨鈍標(biāo)準(zhǔn)取較小值；切削難加工材料時，磨鈍標(biāo)準(zhǔn)也要取較小值。五、刀具耐用度刀具耐用度與刀具壽命刀具耐用度是指一把新刃磨的刀具，從開始切削至到達(dá)磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所經(jīng)過的切削時間，用表示。刀具壽命則是指一把新刀具從使用到報廢的切削時間，它是刀具耐用度與刃磨次數(shù)的乘積。即：對于不可重磨刀具，刀具壽命等于刀具耐用度。刀具耐用度實驗公式實驗方法 按ISO國際標(biāo)準(zhǔn)對車刀耐用度試驗的規(guī)定：當(dāng)切削刃磨損均勻時，取；磨損不均勻時則取。固定其它的切削條件，在常用的切削范圍內(nèi)，取不同的切削速度、…，對應(yīng)的耐用度、…。在對數(shù)坐標(biāo)紙上定出各點、…?？傻茫涸谝欢ㄇ邢魉俣确秶鷥?nèi)，它們基本上是在一條直線上。這就是刀具磨損耐用度曲線。刀具磨損耐用度直線方程為：所以：式中 ——刀具耐用度； ——系數(shù)，其數(shù)值與工件材料、刀具材料、切削用量等有關(guān)； ——指數(shù)，表示對的影響程度。用YTl5硬質(zhì)合金車刀切削的碳鋼時，切削用量與刀具耐用度的關(guān)系為： 由上式看出，切削速度對刀具耐用度的影響最大，進(jìn)給量次之，切削深度影響最小，這與三者對切削溫度的影響順序完全一致；這也反映出切削溫度對刀具耐用度影響的重要性。制訂刀具壽命考慮因素切削用量與刀具壽命密切相關(guān)。刀具壽命T定得高，切削用量就要取得低，雖然換刀次數(shù)少，刀具消耗少了，但切削效率下降，經(jīng)濟(jì)效益未必好。刀具壽命T定得低，切削用量可以取得高，切削效率是提高了，但換刀次數(shù)多，刀具消耗變大，調(diào)整刀具位置費工費時，經(jīng)濟(jì)效益也未必好。在生產(chǎn)中，確定刀具壽命有兩種不同的原則，按單件時間最少的原則確定的刀具壽命叫最高生產(chǎn)率刀具壽命，按單件工藝成本最低的原則確定的刀具壽命叫最小成本刀具壽命。一般情況下，應(yīng)采用最小成本刀具壽命，在生產(chǎn)任務(wù)緊迫或生產(chǎn)中出現(xiàn)節(jié)拍不平衡時，可選用最高生產(chǎn)率刀具壽命。 在制訂刀具壽命時，還應(yīng)考慮以下幾點：1)刀具構(gòu)造復(fù)雜、制造和磨刀費用高時，刀具壽命應(yīng)規(guī)定得高些。2)多刀車床上的車刀，組合機(jī)床上的鉆頭、絲錐和銑刀，自動機(jī)及白動線上的刀具。因為調(diào)整復(fù)雜，刀具壽命應(yīng)規(guī)定得高些。3)某工序的生產(chǎn)成為生產(chǎn)線上的瓶頓時，刀具壽命應(yīng)定得低些，這樣可以選用較大的切削用量，以加快該工序生產(chǎn)節(jié)拍；某工序單位時間的生產(chǎn)成本較高時刀具壽命應(yīng)規(guī)定得低些，這樣可以選用較大的切削用量，縮短加工時間。4)精加工大型工件時，刀具壽命加規(guī)定得高些。六、合理耐用度的選用原則刀具耐用度合理數(shù)值有兩種：① 最高生產(chǎn)率耐用度 所確定的能達(dá)到最高生產(chǎn)率?；蛘哒f，加工一個零件所花的時間最少。加工一個零件的生產(chǎn)時間由下列幾部分組成：式中——切削時間——輔助時間，包括裝卸零件、刀具空行程時間等； ——一次換刀所需時間； ——換刀次數(shù)。② 最低生產(chǎn)成本耐用度 七、刀具破損在切削加工中，刀具有時沒有經(jīng)過正常磨損階段，而在很短時間內(nèi)突然損壞，這種情況稱為刀具破損。破損也是刀具損壞的主要形式之一。破損是相對于磨損而言的。 刀具的破損形式分為脆性破損和塑性破損。1．脆性破損硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具切削時，在機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力沖擊作用下，經(jīng)常發(fā)生以下幾種形態(tài)的破損：（1）崩刃 切削刃產(chǎn)生小的缺口。在繼續(xù)切削中，缺口會不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致更大的破損。用陶瓷刀具切削及用硬質(zhì)合金刀具作斷續(xù)切削時，常發(fā)生這種破損。（2）碎斷 切削刃發(fā)生小塊碎裂或大塊斷裂，不能繼續(xù)進(jìn)行切削。用硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具作斷續(xù)切削時，常發(fā)生這種破損。（3）剝落 在刀具的前、后刀面上出現(xiàn)剝落碎片，經(jīng)常與切削刃一起剝落，有時也在離切削刃一小段距離處剝落陶瓷刀具端銑時常發(fā)生這種破損。 （4）裂紋破損 長時間進(jìn)行斷續(xù)切削后，因疲勞而引起裂紋的一種破損。熱沖擊和機(jī)械沖擊均會引發(fā)裂紋，裂紋不斷擴(kuò)展合并就會引起切削刃的碎裂或斷裂。2．塑性破損在刀具前刀面與切屑、后刀面與工件接觸面上，由于過高的溫度和壓力的作用，刀具表層材料將因發(fā)生塑性流動而喪失切削能力，這就是刀具的塑性破損。抗塑性破損能力取決于刀具材料的硬度和耐熱性。硬質(zhì)合金和陶瓷的耐熱性好，一般不易發(fā)生這種破損。相比之下，高速鋼耐熱性較差，較易發(fā)生塑性破損。可采取以下相應(yīng)措施防止刀具破損： （1）合理選擇刀具材料 用作斷續(xù)切削的刀具，刀具材料應(yīng)具有一定的韌性。（2）合理選擇刀具幾何參數(shù) 通過選擇合適的幾何參數(shù)，使切削刃和刀尖有較好的強(qiáng)度。在切削刃上磨出負(fù)倒棱是防止崩刃的有效措施。（3）保證刀具的刃磨質(zhì)量 切削刃應(yīng)平直光滑，不得有缺口，刃日與刀尖部位不允許燒傷。（4）合理選擇切削用量 防止出現(xiàn)切削力過大和切削溫度過高的情況。 （5）工藝系統(tǒng)應(yīng)有較好的剛性 防止因為振動而損壞刀具。山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械化學(xué)校課程 ：金屬切削原理與刀具授 課 時 間時間分配復(fù) 習(xí) 提 問 5 分所 需 學(xué) 時2內(nèi) 容 講 授 80 分累 計 學(xué) 時26課 堂 小 結(jié) 5 分課 題：第五章 切削基本理論的應(yīng)用 切削液教學(xué)目的：使學(xué)生了解衡量切削加工性的指標(biāo)，了解影響材料切削加工