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第二节切削刀具及其材料一、切削刀具结构由工作部分和非工作部分构成。车刀(turningtools)的工作部分比较简单，只由切削部分构成，非工作部分就是车刀的柄部(或刀杆)。不论刀具结构如何复杂，就其单刀齿切削部分，都可以看成由外圆车刀的切削部分演变而来，本节以外圆车刀为例来介绍其几何参数。（1)前刀面切屑流过的刀面。1.刀面（2)主后刀面与工件正在被切削加工的表面（过渡表面）相对的刀面。（3)副后刀面与工件已切削加工的表面相对的刀面。（一）刀具切削部分的基本定义2.刀刃（1）主切削刃前刀面与主后刀面在空间的交线。（2）副切削刃前刀面与副后刀面在空间的交线。3．刀尖三个刀面在空间的交点，也可理解为主、副切削刃二条刀刃汇交的一小段切削刃。在实际应用中，为增加刀尖的强度与耐磨性，一般在刀尖处磨出直线或圆弧形的过渡刃。•刀具角度是刀具设计、制造、刃磨和测量时所使用的几何参数，它们是确定刀具切削部分几何形状（各表面空间位置）的重要参数。•参考系：用于定义和规定刀具角度的各基准坐标面。•参考系：刀具静止参考系和刀具工作参考系。（二）定义刀具角度的参考系刀具静止参考系或标注角度参考系：在设计、制造、刃磨和测量时，用于定义刀具几何参数的参考系。1．刀具静止参考系在该参考系中定义的角度称为刀具的标注角度。静止参考系中最常用的是正交平面参考系。★标注坐标系的假定条件1、假定没有进给运动，只考虑主运动，并且限定主运动的方向垂直于水平面，方向向上。2、二是假定刀具的刃磨和安装基准面垂直于切削速度方向(或平行少基面)，对车刀来说，规定其刀尖安装在工件的中心高度上，刀杆中心线垂直于工件的回转轴线。2.正交平面参考系由以下三个在空间相互垂直的参考平面构成。(1)基面pr通过切削刃上选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。通常平行于车刀的安装面（底面）。(2)切削平面ps通过切削刃上选定点，垂直于基面并与主切削刃相切的平面。(3)正交平面po通过切削刃上选定点，同时与基面和切削平面垂直的平面。（三）刀具的标注角度（1）基面中测量的刀具角度1）主偏角κr主切削刃在基面上的投影与进给运动速度vf方向之间的夹角。2）副偏角κr′副切削刃在基面上的投影与进给运动速度vf反方向之间的夹角。（2）切削平面中测量的刀具角度1）刃倾角λs主切削刃与基面之间的夹角。•它在切削平面内标注或测量，但有正负之分。•当主切削刃与基面平行时λs=0°；•当刀尖点相对基面处于主切削刃上的最高点时λs＞0°；反之λs≤0°。（3）正交平面中测量的刀具角度1)前角γO前面与基面之间的夹角。2)后角αo后面与切削平面之间的夹角。说明：以上标注角度是在刀尖与工件回转轴线等高、刀杆纵向轴线垂直于进给方向，以及不考虑进给运动的影响等条件下确定的。（四）刀具工作角度刀具在工作参考系中确定的角度称为刀具工作角度。研究刀具工作角度的变化趋势，对刀具的设计、改进、革新有重要的指导意义。1．刀具工作参考系的建立与静态系统中正交平面参考系建立的定义和程序相似，不同点就在于它以合成切削运动υe或刀具安装位置条件来确定工作参考系的基面pre。2．刀具工作角度的分析在车削(切断、车螺纹、车丝杠)、镗孔、铣削等加工中，通常因刀具工作角度的变化，对工件已加工表面质量或切削性能造成不利影响。（1）刀具安装位置对刀具工作角度的影响用刃倾角λs=0°车刀车削外圆时，由于车刀的刀尖高于工件中心，工作前角γoe增大，而工作后角αoe减小。若切削刃低于工件中心，则工作前角γoe增大，而工作后角αoe减小1)刀尖安装高低对工作前、后角的影响当刀杆中心线与进给运动方向不垂直且逆时针转动G角时，工作主偏角将增大，工作副偏角将减小。2）刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响3、金属切削过程的基本理论1）、切削过程中的变形金属切削过程实质是工件受到刀具的切割和推挤以后产生弹性和塑性变形，使切削层与工件分离的过程（1）、金属切削过程中的变形规律第一变形区：产生弹性变形，剪切应力达到材料的屈服极限，金属内部产生滑移，外部表现为塑性变形，塑性变形增大，韧性降低，强度和脆性增加，一直到滑移第二变形区：切削金属层通过剪切平面OM后形成切屑，沿刀具前刀面流出过程中，受到前刀面挤压使切屑层底部继续产生滑移变形的区域，又称摩擦区第三变形区：工件过渡表面和已加工表面受切削刃钝圆部分和后刀面的挤压，摩擦产生微量塑性变形的区域。特点：主要的变形区，产生大量的切削热特点：摩擦引起刀和切屑界面的温度骤然升高特点：工件出现加工硬化现象的根源摩擦区Lf摩擦区Lf分为粘接区Lf1和滑动区Lf2粘接区Lf1：切屑与前刀面压力很大，加上高温，材料塑性增加，底层的金属与前刀面发生粘接现象，形成滞留层，发生内部二次剪切滑移，当内摩擦减小到零时，切屑横截面的流动速度趋于一致。2）、积屑瘤与鳞刺切削塑性金属时，在刀具切削刃口附近粘接着一块剖面呈三角状或鼻状的金属块，包围着切削刃且覆盖部分前刀面，这种堆积物叫积屑瘤有利方面保护刀具增加工作前角积屑瘤硬度很高可代替切削刃进行切屑，减少刀具的磨损积屑瘤的存在，使刀具的实际工作前角增大可减小切削变形和切削力，使切削轻快不利方面影响工件尺寸精度影响工件表面粗造度积屑瘤破裂后会划伤表面，加快刀具磨损会形成硬点和毛刺，使工件表面粗造度值增大时大时小，时有时无，使切削力产生波动而引起振动积屑瘤的顶端突出于切削刃之外，使实际的切削深度不断变化3.积屑瘤的控制影响积屑瘤的因素工件材料切削用量刀具角度切削液等控制措施要避免在中温、中速加工塑性材料增大前角可减小切削变形，降低切削温度，减小积屑瘤的高度采用润滑性能优良的切削液可减少甚至消除积屑瘤（2）、鳞刺鳞刺：在已加工表面上产生与切削速度方向垂直的横向裂纹和呈鳞片状的毛刺鳞刺的产生是由于少量金属材料的粘接层积接，剪切应力的大小和方向不断变化，当应力的大小达到材料的强度极限，导致切屑与母体发生撕裂。切屑的形成过程及切屑种类1.切屑形成过程切削层的金属弹性变形塑性变形挤裂切离切屑切削层的金属受到刀具前刀面的推挤后产生弹性变形随着切应力、切应变逐渐增大，达到其屈服强度时，产生塑性变形而滑移刀具继续切入时，材料内部的应力、应变继续增大，当切应力达到其断裂强度时，金属材料被挤裂沿刀具前刀面流出2.切屑的种类切屑带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑呈连绵不断的带状或螺旋状,与刀具接触的底层光滑，背面呈毛绒在状带状切屑一般加工塑性材料（钢、铝）、采用大的前角，小的切削厚度，最高切削速度，会形成此类切屑。切削过程平稳，切削力变化小，工件表面光洁;必须采取断屑措施挤裂切屑切屑背面呈较大的锯齿状，底面有不贯穿的裂纹一般加工中等硬度钢材时，切削速度较低，切削深度和进给量较大时产生单元切屑在节状切屑的整个剪切面上，切应力超过了材料的破裂强度时，整个单元被切离形成粒状切屑在加工塑性较差的材料时，采用较小的前角或负前角的刀具并以极低的切削速度、大的切削深度和进给量进行切削时形成的崩碎切屑切削层金属发生弹性变形后，一般不经过塑性变形就突然崩裂而形成形状不规则的崩碎切屑工件材料脆性越大，刀具前角越小，切削深度和进给量越大，越易产生此类切削(1)切屑的形态可随切削条件不同而改变(2)可控制切削条件，使切屑形态向有利于生产的方面转化，保证切削加工的顺利进行和工件的加工质量增大前角提高切削速度减小进给量有利于使粒状切屑、节状切屑向带状切屑转化使切削过程平稳降低加工表面粗造度数值作业1．谓何前角、后角、主偏角、副偏角和刃倾角？2．何谓积屑瘤？它对切削加工有何影响？如何控制？