【正文】 高低對(duì)工作角度的影響第二章 金屬切削過(guò)程? 若不考慮車刀橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響，如果刀尖安裝得高于工件中心，基面由 Pr變?yōu)?Pre，切削平面由 Ps變?yōu)?Pse，實(shí)際工作前角 將大于標(biāo)注前角 ,工作后角 將小于標(biāo)注后角 。 第二章 金屬切削過(guò)程? 如圖 29所示。當(dāng)?shù)稐U軸線逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 角前的正負(fù)號(hào)取其上。如粗車時(shí)，刀尖可稍高于工件軸線以增大前角來(lái)減少切削力；車細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，可轉(zhuǎn)動(dòng)刀架來(lái)增大主偏角，以減少工件彎曲和振動(dòng)。但在車端面、切斷和車外圓進(jìn)給量（或加工螺紋的導(dǎo)程）較大時(shí)，則應(yīng)考慮螺旋升角的影響。刀具材料的選擇對(duì)刀具壽命、加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率影響極大。目前，在生產(chǎn)中所用的刀具材料主要是高速鋼和硬質(zhì)合金兩類。第二章 金屬切削過(guò)程? 1. 高速鋼? 高速鋼是加入了較多的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼。 第二章 金屬切削過(guò)程? 高速鋼的制造工藝性好，容易磨出鋒利的切削刃，適于制造各類刀具，尤其適于制造鉆頭、拉刀、成形刀具、齒輪刀具等形狀復(fù)雜的刀具。? 高速鋼按切削性能可分為普通高速鋼和高性能高速鋼；按制造工藝方法可分為熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼。? 普通高速鋼的典型牌號(hào)有 W18Gr4V （ W18 ）和W6Mo5Gr4V2 （ M2）。但其強(qiáng)度和韌性略低，不適于制作大截面的刀具。? 高性能高速鋼是在普通高速鋼的基礎(chǔ)上增加一些含碳量、含釩量并添加鈷、鋁等合金元素熔煉而成，其耐熱性好，在 630 ~ 650℃ 時(shí)仍能保持接近60HRC的硬度，適用于加工高溫合金、鈦合金、不銹鋼和高強(qiáng)度鋼等難加工材料。 ? M42的綜合性能和刃磨性能好，但因含鈷多，成本較高。? 表 21列出了幾種常用高速鋼的力學(xué)性能。m2高溫硬度 HRC500℃ 600℃W18Gr4V 63 ~ 66 3 ~ ~ 56 W6Mo5Gr4V2 63 ~ 66 ~4 ~ 55~56 47~489W18Gr4V 66 ~ 68 3 ~ ~ 57 51W6Mo5Gr4V3 65 ~ 67 — W6Mo5Gr4V2Co8 66 ~ 68 — 54W2Mo9Gr4V2Co8 67 ~ 69 ~ ~ 60 55W6Mo5Gr4V2Al 67 ~ 69 ~ ~ 60 55W10Mo4Gr4V3Al 67 ~ 69 ~ ~ 54第二章 金屬切削過(guò)程? 粉末冶金高速鋼是采用高壓惰性氣體（如氬氣或氮?dú)猓⒏咚黉撍F化成粉末后，再經(jīng)過(guò)熱壓成型、鍛軋成材。粉末冶金高速鋼適合于制造切削難加工材料的刀具及大尺寸復(fù)雜刀具，也適于制造各種精密刀具和斷續(xù)切削的刀具。? 硬質(zhì)合金的常溫硬度達(dá) 89~93HRA， 760℃ 時(shí)其硬度為 77~85HRA ，在 800~1000℃ 時(shí)還能切削，切削中碳鋼時(shí)，切削速度可達(dá) 100~200m/min，刀具壽命比高速鋼刀具高幾倍到幾十倍，可加工包括淬硬鋼在內(nèi)的多種材料。? 目前硬質(zhì)合金主要用于制造刃形簡(jiǎn)單、無(wú)沖擊性的非斷續(xù)切削加工的刀具。 第二章 金屬切削過(guò)程? ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）把切削用硬質(zhì)合金分為三類： P類、 K類和 M類。? 這類合金一般可用于鋼料的高速切削。隨著 TiC含量的提高，含鈷量相應(yīng)減少，硬度、耐磨性和切削速度增高，但抗彎強(qiáng)度及沖擊韌性下降。第二章 金屬切削過(guò)程? K類（相當(dāng)于我國(guó) YG類）硬質(zhì)合金由 WC 和 Co組成，也稱鎢鈷類硬質(zhì)合金。常用牌號(hào)有YG YG8 等，隨著含鈷量增多，硬度、耐磨性和切削速度下降，但抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性增高。加入 TaC或 NbC 后，改善了硬質(zhì)合金的綜合性能。常用牌號(hào)有YW1 和 YW2 等。? 由表 22中可以看出，當(dāng)硬質(zhì)合金中碳化物含量較高時(shí)，硬度就高，但抗彎強(qiáng)度就相對(duì)較低；當(dāng)粘結(jié)劑含量較高時(shí)，則抗彎強(qiáng)度較高，硬度較低。涂層刀具材料與高速鋼、硬質(zhì)合金刀具材料相比，其表面具有高的硬度和耐磨性，基體又有良好的抗彎強(qiáng)度和韌性，使涂層刀具的壽命大為提高。第二章 金屬切削過(guò)程? （三）其它刀具材料? 1．陶瓷? 陶瓷刀具材料主要有 Al2O3基陶瓷和 Si3N4基陶瓷兩類。后者有較高的抗彎強(qiáng)度和韌性，適合于加工鑄鐵及高溫合金，但切削鋼料效果不顯著。第二章 金屬切削過(guò)程? 2. 立方氮化硼? 立方氮化硼（ CBN）是由六方氮化硼經(jīng)高溫高壓處理轉(zhuǎn)化而成的一種新型刀具材料。它可耐 1300~1500℃ 的高溫，熱穩(wěn)定性與化學(xué)穩(wěn)定性都很好，在 1200~1300℃ 高溫下也不與鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。第二章 金屬切削過(guò)程? 3. 人造金剛石? 工業(yè)上多使用人造金剛石。人造金剛石又分為單晶金剛石和聚晶金剛石（ PCD）。? 金剛石的硬度高達(dá) 10000HV，是目前自然界中已知的最硬物質(zhì)，可以用于加工硬質(zhì)合金、陶瓷、高硅鋁合金等高硬度、高耐磨材料。? 金剛石不是碳的穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)溫度大于 700℃ 時(shí)，金剛石轉(zhuǎn)化為石墨結(jié)構(gòu)而喪失硬度，因此，用金剛石刀具進(jìn)行切削時(shí)須對(duì)切削區(qū)進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。 第二章 金屬切削過(guò)程第四節(jié) 切 削 力? 在切削加工中，切削力是一個(gè)非常重要的參數(shù)，切削熱、刀具磨損等物理現(xiàn)象都與切削力有關(guān)。第二章 金屬切削過(guò)程? 一、切削力與切削功率? 1. 切削力? 切削時(shí)，使被加工材料發(fā)生變形成為切屑所需的力稱為切削力。圖 225 加工材料發(fā)生變形所需克服的力第二章 金屬切削過(guò)程圖 225 加工材料發(fā)生變形所需克服的力? 2）刀具前刀面與切屑、刀具后刀面與工件表面間的摩擦阻力。? 為便于測(cè)量和應(yīng)用，可將作用在車刀切削部位上的合力分解為三個(gè)互相垂直的分力。圖 226 切削合力和分力? Fc是計(jì)算切削功率和設(shè)計(jì)機(jī)床的主要依據(jù)。圖 226 切削合力和分力? Fp會(huì)使機(jī)床加工系統(tǒng) (含機(jī)床、刀具和工件 )變形或引起振動(dòng)，影響加工精度和已加工表面質(zhì)量。圖 226 切削合力和分力Ff是設(shè)計(jì)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)或校核其強(qiáng)度的主要依據(jù)。? 由圖 226可知：（ 215）第二章 金屬切削過(guò)程? 3. 切削功率? 消耗在切削過(guò)程中的功率稱為切削功率，用 Pc (kW) 表示。（ 216）第二章 金屬切削過(guò)程? 上式中由于 Ff 小于 Fc，而 Ff方向的進(jìn)給速度又很小，因此所消耗的功率與第一項(xiàng)相比很?。ㄒ话阈∮?1～ 2% ），可忽略不計(jì)。（ 217）第二章 金屬切削過(guò)程? 根據(jù)切削功率選擇機(jī)床電動(dòng)機(jī)時(shí)，還要考慮機(jī)床的傳動(dòng)效率（ ηm= ~ ）。（ 219）第二章 金屬切削過(guò)程? 二、切削力經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式? 1．切削力的測(cè)量? 目前常用的測(cè)力儀有電阻式測(cè)力儀和壓電式測(cè)力儀。 圖 227 切削力測(cè)量系統(tǒng)第二章 金屬切削過(guò)程? 2．切削力經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式? 通過(guò)實(shí)際測(cè)量不同切削工況條件下的切削力，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，可求得以下切削力經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式 （ 220）第二章 金屬切削過(guò)程? 式中 — 取決于被加工材料和切削條件的切削力系數(shù)；? — 三個(gè)分力公式中，背吃刀量 ap、進(jìn)給量 f 和切削速度 vc的指數(shù)；（ 220）第二章 金屬切削過(guò)程? — 實(shí)際加工條件與建立經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式的試驗(yàn)條件不相符時(shí)，計(jì)算切削力的修正系數(shù)。（ 220）第二章 金屬切削過(guò)程? 表 23為在不同工況條件下進(jìn)行車削試驗(yàn)經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到的上述有關(guān)系數(shù)和指數(shù)。? 切削脆性材料時(shí)的切削力相對(duì)較小。第二章 金屬切削過(guò)程? 2. 切削用量的影響? （ 1）背吃刀量 ap和進(jìn)給量 f? ap和 f 增大都會(huì)使 Fc增大 , 但兩者影響程度不同 :? ① ap 增大使 Fc增大，且呈正比；? ② f 增大也會(huì)使 Fc增大，但不呈正比。第二章 金屬切削過(guò)程? （ 2）切削速度? 積屑瘤及產(chǎn)生原因 在切削速度不高而又能形成連續(xù)切屑的情況下，加工一般鋼料或鋁合金等塑性材料時(shí)，常在前刀面切削處粘著一塊剖面呈三角狀的硬塊（圖 219），它的硬度很高，通常是工件材料硬度的 2 ~ 3倍，這塊粘附在前刀面上的金屬稱為積屑瘤。在產(chǎn)生積屑瘤的情況下，刀具的實(shí)際前角隨積屑瘤的成長(zhǎng)與脫落變化著。? 切削脆性材料時(shí)，對(duì)切削力沒(méi)有顯著影響。切削塑性材料時(shí)， 對(duì)切削力的影響較大；切削脆性材料時(shí)，由于切削變形很小， 對(duì)切削力的影響不顯著。第二章 金屬切削過(guò)程? （ 3）刃傾角 改變?nèi)袃A角 將影響切屑在前刀面上的流動(dòng)方向，從而使切削合力的方向發(fā)生? 變化。 在 范圍內(nèi)變化時(shí)， Fc基本不變。? 當(dāng) ＜ lf 時(shí)（ lf 為切屑與前刀面接觸長(zhǎng)度），切削力增加的幅度不大；當(dāng) ＞ lf 時(shí)，相當(dāng)于用 負(fù)前角 的車刀進(jìn)行切削，與不設(shè)負(fù)倒棱相比，切削力將顯著增大。? 5．切削液? 使用以冷卻為主的切削液（如水溶液）對(duì)切削力影響不大，使用潤(rùn)滑作用強(qiáng)的切削液（如切削油）可使切削力減小。? 在其他切削條件完全相同的條件下，用陶瓷刀具切削比用硬質(zhì)合金刀具切削的切削力小，用硬質(zhì)合金刀具切削比用高速鋼刀具切削的切削力小。? 由于切削熱和切削溫度使工件和刀具產(chǎn)生變形和殘余應(yīng)力而最終影響工件的加工精度和表面質(zhì)量。? 切削過(guò)程中有三個(gè)發(fā)熱區(qū)域，如圖所示。如忽略進(jìn)給運(yùn)動(dòng)所消耗的能量，則單位時(shí)間產(chǎn)生的切削熱? （ 221）? 式中 Qc—— 單位時(shí)間產(chǎn)生的切削熱（ J/s）； Fc—— 切削力（ N）； vc—— 切削速度（ m/s）。? 影響散熱的主要因素是：? （ 1）工件材料的導(dǎo)熱系數(shù) ? （ 2）刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù)? （ 3）周圍介質(zhì)第二章 金屬切削過(guò)程? 車削時(shí)，切屑： 50%~86% ；刀具： 10%~40% ；工件： 3%~9% ；空氣： 1% 。? 切削速度越高，切削厚度越大，切屑帶走的熱量越多。切削溫度一般是指前刀面與切屑接觸區(qū)域的平均溫度。第二章 金屬切削過(guò)程? 1. 自然熱電偶法? 該種方法測(cè)得的溫度是切削區(qū)的平均溫度。圖 231b 用熱電偶測(cè)量切削溫度第二章 金屬切削過(guò)程? 圖 232為采用人工熱電偶法測(cè)量并輔以傳熱學(xué)計(jì)算得到的刀具、切屑和工件的切削溫度分布圖。圖 232刀具、切屑和工件的切削溫度分布第二章 金屬切削過(guò)程? 三、影響切削溫度的主要因素? 1．切削用量對(duì)切削溫度的影響? 用實(shí)驗(yàn)方法求得的刀具與切屑接觸區(qū)平均切削溫度的經(jīng)驗(yàn)公式為? （ 222）? 式中 θ—— 刀具與切屑接觸區(qū)平均溫度（ ℃ ）；