機(jī)械制造基礎(chǔ)第二章金屬切削原理與刀具VIP

第一節(jié)刀具的結(jié)構(gòu)

一、切削運(yùn)動(dòng)

1.切削運(yùn)動(dòng)

刀具與工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為切削運(yùn)動(dòng)（即表面成形運(yùn)動(dòng)）

主運(yùn)動(dòng)：在機(jī)床上形成切削速度并消耗大部分切削力的運(yùn)動(dòng)

進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：機(jī)床上維持切削加工過(guò)程連續(xù)不斷進(jìn)行運(yùn)動(dòng)金屬切削原理與刀具黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具2.切削要素

待加工表面：工件上即將被切除的表面已加工表面：工件上已切去切削層而形成的新表面過(guò)渡表面(加工表面)：工件上正被刀具切削著的表面，介于已加工表面和待加工表面之間

切削過(guò)程中，工件上通常存在的3個(gè)不斷變化的表面黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具切削要素包括切削用量和切削層的幾何參數(shù)

(1).切削用量包括切削速度、進(jìn)給量、背吃刀量（切削深度）

切削速度Vc（m/s）：刀具切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件主運(yùn)動(dòng)的速度計(jì)算時(shí)常用最大切削速度代表刀具的切削速度外圓車(chē)刀車(chē)削外圓時(shí)的切削速度計(jì)算公式為

dw—工件待加工表面的直徑，(mm)

n—工件的轉(zhuǎn)速，(r/s)

內(nèi)孔車(chē)削時(shí)的切削速度計(jì)算公式為

dm—工件已加工表面的直徑，(mm)

n—工件的轉(zhuǎn)速，(r/s)黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

進(jìn)給量f

在主運(yùn)動(dòng)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)或每一行程時(shí)，刀具與工件之間沿進(jìn)給動(dòng)方向的相對(duì)位移單位是mm/r(用于車(chē)削、鏜削等)mm/行程(用于刨削、磨削等)進(jìn)給量表示進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度進(jìn)給速度Vf（mm/s)每齒進(jìn)給量fz(多刃刀具，mm/齒)

其中：n—主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速，(r/s)

z—刀齒齒數(shù)

Vf=n·f=n·z·fz黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院

背吃刀量ap

（切削深度）

待加工表面與已加工表面之間的垂直距離(mm)單位為mm對(duì)于外圓加工

其中：dw—工件待加工表面的直徑，(mm)

dm—工件已加工表面的直徑，(mm)對(duì)于鉆孔工作金屬切削原理與刀具黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

(2).切削層參數(shù)

在切削過(guò)程中，工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)或刀具每轉(zhuǎn)一齒，刀具主切削刃相鄰兩位置間的一層金屬，稱(chēng)為切削層切削層公稱(chēng)寬度aw：沿過(guò)渡表面測(cè)量的切削層尺寸aw反映了切削刃參加切削的工作長(zhǎng)度aw=ap/sinkr

切削層公稱(chēng)厚度ac：在過(guò)渡表面法線(xiàn)方向測(cè)量的切削層尺寸，即相鄰兩過(guò)渡表面之間的距離ac反映了切削刃單位長(zhǎng)度上的切削負(fù)荷ac=f·sinkr

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切削層公稱(chēng)橫截面積Ac：切削層公稱(chēng)厚度與切削層公稱(chēng)寬度的乘積

Ac=ac·aw=f·sinkr·ap/sinkr=f·ap

切削用量與切削層參數(shù)黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

二、刀具角度

1.刀具切削部分的組成三面兩刃一尖前(刀)面主后(刀)面副后(刀)面主切削刃副切削刃刀尖黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具其它各類(lèi)刀具，都可以看作是車(chē)刀的演變和組合

黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具2.刀具角度的參考平面

正交平面參考系切削平面：通過(guò)主切削刃上某一點(diǎn)并與工件加工表面相切的平面?；妫和ㄟ^(guò)主切削刃上某一點(diǎn)并與該點(diǎn)切削速度方向相垂直的平面。正交平面：通過(guò)主切削刃上某一點(diǎn)并與主切削刃在基面上的投影相垂直的平面法平面參考系、背平面和假定工作平面參考系黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具3.刀具的標(biāo)注角度

在正交平面內(nèi)測(cè)量的角度前角γ0：前刀面與基面之間的夾角表示前刀面的傾斜程度正值、負(fù)值、零后角α0：主后刀面與切削平面之間的夾角表示后刀面的傾斜程度一般為正值黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

在基面內(nèi)測(cè)量的角度主偏角κr：主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角一般為正值副偏角κr’：副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向的夾角一般為正值黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

在切削平面內(nèi)測(cè)量的角度刃傾角λs：主切削刃與基面之間的夾角正值、負(fù)值、零黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

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4.刀具的工作角度

根本原因是切削平面、基面和正交平面位置的改變刀具的工作角度（實(shí)際角度）：以切削過(guò)程中實(shí)際的切削平面、基面和正交平面為參考平面所確定的刀具角度

刀具安裝位置對(duì)工作角度的影響車(chē)刀安裝高度對(duì)工作角度的影響車(chē)刀安裝偏斜對(duì)工作角度的影響

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不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)都獍惭b得高于或低于工件軸線(xiàn)時(shí)，將引起工作前角γoe和工作后角αoe的變化

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當(dāng)車(chē)刀刀桿的縱向軸線(xiàn)與進(jìn)給方向不垂直時(shí)，將會(huì)引起工作主偏角κre和工作副偏角κre‘的變化

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進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響

車(chē)削時(shí)由于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的存在，使車(chē)外圓及車(chē)螺紋的加工表面實(shí)際上是一個(gè)螺旋面

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車(chē)端面或切斷時(shí)，加工表面是阿基米德螺旋面黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具刀具切削部分的組成三面兩刃一尖前(刀)面主后(刀)面副后(刀)面主切削刃副切削刃刀尖黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

三、刀具種類(lèi)

1.刀具分類(lèi)按加工方式和具體用途：車(chē)刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動(dòng)線(xiàn)及數(shù)控機(jī)床刀具和磨具。按所用材料：工具鋼、高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金剛石刀具等。按結(jié)構(gòu)：整體刀具、鑲片刀具、機(jī)夾刀具和復(fù)合刀具等。按是否標(biāo)準(zhǔn)化：標(biāo)準(zhǔn)刀具和非標(biāo)準(zhǔn)刀具等。黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

2.常用刀具簡(jiǎn)介(1)車(chē)刀在結(jié)構(gòu)上分為：整體車(chē)刀焊接車(chē)刀焊接裝配式車(chē)刀機(jī)械夾固刀片車(chē)刀機(jī)夾車(chē)刀可轉(zhuǎn)位車(chē)刀黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

將硬質(zhì)合金刀片用機(jī)械夾固的方法安裝在刀桿上，又稱(chēng)“機(jī)夾重磨式”車(chē)刀黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院

刀片為多邊形，每一邊都可做切削刃，用鈍后只需將刀片轉(zhuǎn)位，即以新的切削刃投入工作。又稱(chēng)“機(jī)夾不重磨式”車(chē)刀金屬切削原理與刀具黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

(2)孔加工刀具從實(shí)體材料上加工出孔的刀具:麻花鉆切削部分：承擔(dān)主要的切削工作導(dǎo)向部分：引導(dǎo)鉆頭的作用，也是切削部分的后備部分柄部：鉆頭的夾持部分，用來(lái)傳遞扭矩（直柄、錐柄）頸部：磨柄部時(shí)的砂輪越程槽，也是鉆頭打標(biāo)記的地方黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

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中心鉆加工軸類(lèi)零件的中心孔鉆孔時(shí)先打中心孔，防止鉆偏深孔鉆（孔深與孔徑之比大于5的孔）內(nèi)排屑深孔鉆外排屑深孔鉆噴吸鉆套料鉆黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

對(duì)工件上已有孔進(jìn)行加工的刀具:擴(kuò)孔鉆

擴(kuò)孔鉆專(zhuān)門(mén)用來(lái)擴(kuò)大已有孔。它比麻花鉆的齒數(shù)多(Z＞3)，容屑槽較淺，無(wú)橫刃，強(qiáng)度和剛度均較高，導(dǎo)向性能、切削性能較好，加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率比麻花鉆高(a)高速鋼整體式（b）鑲齒套式(c)鑲硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位式黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

鉸刀用于孔的精加工，加工余量小，齒數(shù)多，又有較長(zhǎng)的修光刃，加工精度和表面質(zhì)量都很高

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鏜刀：多用于箱體孔的粗、精加工，可分為單刃和多刃鏜刀微調(diào)鏜刀1-刀片2-鏜桿3-導(dǎo)向鍵4-緊固螺釘5-精調(diào)螺母6-刀塊黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

(3).銑刀按用途分圓柱銑刀端銑刀盤(pán)形銑刀立銑刀鍵槽銑刀角度銑刀成形銑刀盤(pán)形齒輪銑刀黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

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(4)拉刀

是一種加工精度和加工效率都比較高的多齒刀具，廣泛用于大批大量生產(chǎn)加工各種內(nèi)、外表面按加工表面的不同分為：內(nèi)拉刀外拉刀推刀拉刀的結(jié)構(gòu)組成拉刀參數(shù)的確定

黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具圓孔拉刀的組成部分1頭部2頸部3過(guò)渡錐部4前導(dǎo)部5校準(zhǔn)部6后導(dǎo)部7尾部黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

拉削各種內(nèi)外表面舉例黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具(5)螺紋刀具

切削法螺紋車(chē)刀：是一種具有螺紋廓形的成形車(chē)刀螺紋梳刀：相當(dāng)于一排多齒的螺紋車(chē)刀絲錐：加工中小尺寸內(nèi)螺紋的標(biāo)準(zhǔn)刀具板牙：加工中小尺寸外螺紋的標(biāo)準(zhǔn)刀具螺紋銑刀：用銑削方法加工螺紋的刀具滾壓法滾絲輪搓絲板黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具板牙黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

(6)齒輪刀具

展成齒輪刀具

成形齒輪刀具

插齒刀齒輪滾刀剃齒刀盤(pán)形齒輪銑刀指形齒輪銑刀插齒刀黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

第二節(jié)刀具材料

一、刀具材料應(yīng)具備的性能

高硬度常溫HRC60~62以上高耐磨性高耐熱性（熱穩(wěn)定性）足夠的強(qiáng)度和韌性(抗彎強(qiáng)度、沖擊值）良好的工藝性能良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能

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二、常用的刀具材料

工具鋼碳素工具鋼：T10AT12A合金工具鋼：9SiCrCrWMn高速鋼（HSS）鎢系：W18Cr4V鎢鉬系：W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2碳化物的均勻性、韌性和高溫塑性均超過(guò)W18Cr4V，耐磨性比W18Cr4V略差。

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二、常用的刀具材料硬質(zhì)合金鎢鈷(YG)：YG3YG6YG8鎢鈷鈦(YT)：YT5YT15YT30硬質(zhì)合金是高硬度、難熔的金屬化合物微米級(jí)的粉末，用鈷或鎳等金屬作粘結(jié)劑燒結(jié)而成的粉末冶金制品。刀具耐用度較高速鋼高幾倍到幾十倍。

碳素鋼合金鋼YTYT5不連續(xù)粗加工YG8鑄鐵有色金屬YGYT15連續(xù)粗加工，不連續(xù)精加工YG6YT30連續(xù)精加工YG3黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

三、新型刀具材料

陶瓷陶瓷的主要成分是氧鋁化（Al2O3

）或氮化硅（Si3N4）。硬度、耐磨性和熱硬性均比硬質(zhì)合金好。陶瓷刀片性脆，抗變強(qiáng)度與沖擊韌性低，一般用于高硬度材料的半精加工和精加工。立方氮化硼立方氮化硼是六方氮化硼的同素異形體，硬度僅次于金剛石，立方氮化硼的熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性大大優(yōu)于金剛石。

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三、新型刀具材料

人造金剛石金剛石是目前已知的最硬材料，其硬度為HV10000，精車(chē)有色金屬時(shí)，加工精度可達(dá)IT5，刀具耐用度通常為硬質(zhì)合金的10-100倍。金剛石的耐熱性較差，一般低于800℃，在高溫條件下，與鐵原子反應(yīng)，不適于加工鋼鐵材料。金剛石粉制成的砂輪磨削硬質(zhì)合金。

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第三節(jié)金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象一、切削過(guò)程及切屑種類(lèi)

1.切屑形成過(guò)程

切屑的形成過(guò)程就是切削層金屬的變形過(guò)程。即在前刀面的推擠、摩擦作用下，使變形金屬內(nèi)部發(fā)生剪切滑移的過(guò)程。黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

切屑根部的金相顯微照片繪出金屬變形過(guò)程中的滑移線(xiàn)和流線(xiàn)示意圖

M刀具切屑OA終滑移線(xiàn)始滑移線(xiàn)：τ=τsΦ剪切角黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院第二變形區(qū)（纖維化）第一變形區(qū)（剪切滑移）

金屬切削原理與刀具

第三變形區(qū)（纖維化與加工硬化）金屬切削過(guò)程中的滑移線(xiàn)和流線(xiàn)黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

2.切屑的類(lèi)型及其控制切屑類(lèi)型a帶狀切屑b擠裂(節(jié)狀)切屑c單元（粒狀）切屑d崩碎切屑黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具（1）帶狀切屑特點(diǎn)：內(nèi)表面比較光滑，其他自由變形的表面顯得粗糙。加工塑性金屬材料，當(dāng)切削深度較小、切削速度較高、刀具前角較大時(shí)，一般常得到這類(lèi)切屑。切削過(guò)程平衡，切削力波動(dòng)較小，已加工表面粗糙度較小。

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（2）擠裂切屑特點(diǎn)：表面上有裂紋，甚至斷裂成一個(gè)個(gè)屑，但切屑內(nèi)部還是互相連接著。這種切屑大多在切削速度較低、切削厚度較大、刀具前角較小時(shí)產(chǎn)生。(3)單元切屑特點(diǎn)：形狀類(lèi)似，互相分離的屑?jí)K，切削力的波動(dòng)較大。黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

(4)崩碎切屑特點(diǎn)：形狀各不相同的屑?jí)K。它的切削過(guò)程很不平穩(wěn)，容易破壞刀具，也有損于機(jī)床，已加工表面粗糙。黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院切屑類(lèi)型及形成條件金屬切削原理與刀具黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具切屑形狀的分類(lèi)黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

3.積屑瘤現(xiàn)象

在切削速度不高而又能形成連續(xù)切屑的情況下，加工一般鋼料或其它塑性材料時(shí)，常常在前刀面處粘著一塊剖面有時(shí)呈三角狀的硬塊。它的硬度很高，通常是工件材料的2－3倍，在處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，能夠代替刀刃進(jìn)行切削。這塊冷焊在前刀面上的金屬稱(chēng)為積屑瘤或刀瘤。黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院積屑瘤對(duì)切削過(guò)程的影響：1)

積屑瘤包圍著切削刃，可以代替前面、后面和切削刃進(jìn)行切削，從而保護(hù)了刀刃，減少了刀具的磨損。2)

積屑瘤使刀具的實(shí)際工作前角增大，而且，積屑瘤越高，實(shí)際工作前角越大，刀具越鋒利。3)

積屑瘤前端伸出切削刃外，直接影響加工尺寸精度。4)

積屑瘤直接影響工件加工表面的形狀精度和表面粗糙度。金屬切削原理與刀具黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

第四節(jié)切削力與切削功率一、切削力的來(lái)源、切削合力及其分解

金屬切削時(shí)，刀具切入工件,使被加工材料發(fā)生變形并成為切屑所需的力，稱(chēng)為切削力克服被加工材料對(duì)彈性變形的抗力克服被加工材料對(duì)塑性變形的抗力克服切屑對(duì)前刀面的摩擦力和刀具后刀面對(duì)過(guò)渡表面與已加工表面之間的摩擦力切削力的來(lái)源黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具Fy—背向力Fx—進(jìn)給力、軸向力Fz—主切削力或切向力黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院κrFcFFpFf·pFfF·pFf·pfv切削力的分解F切削合力Fc主切削力Fp背向力Ff進(jìn)給力切削力分解黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

切削功率Pc：

消耗在切削過(guò)程中的功率Fz和Fx所消耗的功率之和，因Fy方向沒(méi)有位移，所以不消耗功率

Pc=(FzV+Fxnwf/1000)×10-3

第二項(xiàng)是消耗在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中的功率，相對(duì)于Fz所消耗的功率來(lái)說(shuō)（<1%～2%）

Pc=FzV×10-3計(jì)算機(jī)床電動(dòng)機(jī)的功率PE

η:機(jī)床的傳動(dòng)效率，0.75~0.85黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

二、切削力的測(cè)量及切削力的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試

1.測(cè)定機(jī)床功率，計(jì)算切削力2.用測(cè)力儀測(cè)量切削力三、切削力的經(jīng)驗(yàn)公式和切削力估算

常用的經(jīng)驗(yàn)公式約可分為兩類(lèi)：計(jì)算切削力的指數(shù)公式

按單位切削力計(jì)算切削力和切削功率

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第五節(jié)切削熱與切削溫度一、切削熱的產(chǎn)生和傳導(dǎo)切削時(shí)所消耗的能量，絕大部分（98%~99%）轉(zhuǎn)化為熱能切削熱是切削溫度上升的根源切削熱被切屑、工件、刀具和周?chē)慕橘|(zhì)傳出車(chē)、銑、刨加工中，切削熱大部分傳遞給切屑鉆、磨加工中，切削熱大部分傳遞給工件黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

二、切削溫度的測(cè)量

熱電偶法自然熱電偶法人工熱電偶法三、影響切削溫度的主要因素

1.切削用量的影響切削用量三要素對(duì)切削溫度的影響：vc最大，其次是f，ap的影響最小2.工件材料的影響材料的強(qiáng)度、硬度愈高，切削時(shí)消耗的功愈多，切削溫度也就愈高。材料的導(dǎo)熱性好，可以使切削溫度降低。黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

3.刀具角度的影響

前角前角加大，變形和摩擦減小，切削熱減少黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

主偏角主偏角減小將使切削刃工作長(zhǎng)度增加，散熱條件改善，使切削溫度降低黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

4.刀具磨損的影響在后刀面的磨損值達(dá)到一定數(shù)值后，對(duì)切削溫度的影響增大；切削速度愈高，影響就愈顯著。5.切削液的影響切削液對(duì)降低切削溫度有明顯的效果四、切削液

1.水溶液2.乳化液3.切削液黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

五、切削溫度對(duì)工件、刀具和切削過(guò)程的影響

1.對(duì)工件材料強(qiáng)度和切削力的影響2.對(duì)刀具材料的影響3.對(duì)工件尺寸精度的影響4.利用切削溫度自動(dòng)控制切削速度或進(jìn)給量5.利用切削溫度與切削力控制刀具磨損黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院金屬切削原理與刀具

一、刀具磨損的形態(tài)及其原因

刀具損壞的形