切削用量对切削过程的影响

【摘要】切削用量是表示主运动及进给运动大小的参数，合理选择切削用量对提高加工质量和生产效率有至关重要的作用。在切削过程中出现一系列的物理现象，如：切削力、切削热、积屑瘤、刀具的磨损等等。研究切削用量与这些物理现象之间的变化规律，有助于我们合理正确地选择切削用量。

【关键词】切削用量；切削过程

切削用量是表示主运动及进给运动大小的参数，合理选择切削用量对提高加工质量和生产效率有至关重要的作用。切削过程是指在刀具的切削刃的切割和前刀面的推挤作用下，使被切削的金属层产生变形、剪切、滑移而变成切屑的过程。在这一过程中，会出现一系列的物理现象，如：切削力、切削热、积屑瘤、刀具的磨损等等。研究切削用量与这些物理现象之间的变化规律，有助于我们合理正确地选择切削用量。

一、切削用量對切削力的影响

切削力是工件材料抵抗切削所产生的阻力，切削力来源于变形抗力和摩擦力。切削力是设计机床、夹具和刀具的重要依据。根据切削力产生的作用效果的不同，可将切削力分解成三个相互垂直方向的分力。它们分别是：主切削力Fc，进给抗力Ff和切深抗力Fp，其中Fc是切削总力F沿主运动切向分解而得，是计算车刀强度，设计机床零件，确定机床功率的主要依据；Ff也叫轴向力，它作用在进给方向，是设计进给机构，校验机床进给系统主要零部件强度的依据；Fp也叫径向力，车外圆时，切深抗力Fp是使工件在水平面内发生弯曲的力，而且Fp是产生振动的重要因素。

1、进给量f对切削力的影响 在一般车削中，当进给量f不变时，将背吃刀量aP增大一倍，主切削力也成倍增长；当背吃刀量aP不变时，将进给量f增大一倍，主切削力约增大70%～80%.

2、切削速度νc 对切削力的影响 低速和高速切削塑性金属时，切削力一般随着切削速度的提高而减小，这是因为切削速度的提高，切削温度也增高，摩擦系数减小，变形也就减小，切削力下降的缘故；而在中速范围，极易产生积屑瘤而使刀具实际前角增大，切削力减小；切削脆性金属时，因为变形和摩擦均较小，故切削速度的改变对切削力影响不大。所以切削用量三要素对切削力的影响由大到小的顺序是：aP>f>νc

二、切削用量对切削温度的影响

切削热来源于切削金属发生弹性变形和塑性变形产生的热量以及刀具前刀面与切屑、工件与刀具后刀面的摩擦产生的热量。

切削用量三要素增大，切削温度都会升高，因为νc、f 、aP增大时，变形增大，摩擦加剧，切削功率增大，所以切削温度升高。

1、背吃刀量aP对切削温度的影响 当背吃刀量aP增大后，主切削刃参加切削的长度也以相同比例增加，显著改善了散热条件。当背吃刀量aP增大一倍时，切削温度仅提高3%。

2、进给量f对切削温度的影响 当进给量f增大时，切屑与刀具前刀面接触长度增加，散热条件有所改善，因此，进给量f提高一倍，切削温度提高10%。

3、切削速度νc对切削温度的影响 当切削速度νc提高，虽然切削力略有下降，但切屑与刀具前刀面接触长度减小，散热条件变差，当切削速度νc提高一倍，切削温度增加20～33%。切削用量三要素对切削温度的影响由大到小的顺序是：νc>f>aP。

三、切削用量对刀具磨损的影响

刀具严重磨损不但影响工件的加工精度和表面质量，而且严重的会造成重磨困难，增加刀具材料的消耗，缩短刀具的使用寿命。所以，刀具磨损对产品生产效率以及加工成本都有直接影响。

刀具正常的磨损形式有三种：

1、后刀面的磨损 这种磨损的部位主要在后刀面上，一般是在切削脆性金属或以较低的切削速度和较小的切削厚度（ac<0.1mm）切削塑性金属时产生的。

2、前刀面磨损 这种磨损形式主要发生在前刀面上。一般在较高的切削速度和较大的切削厚度（ac>0.5mm）切削塑性金属时，切屑从前刀面流出，由于摩擦、高温高压的作用而产生。

3、前、后刀面同时磨损 这种磨损形式是指切削后，刀具上出现前刀面和后刀面的磨损，这是采用中等切削速度和中等进给量切削塑性金属时，较常出现的磨损。刀具的磨损是由机械摩擦和热效应两方面造成的，因此，影响刀具磨损的因素基本与影响切削温度的因素相同。

四、切削用量对断屑的影响

车削塑性金属时，被切削金属层产生变形、剪切、滑移变成切屑，切屑在流动和卷曲的过程中碰到障碍物，再经受附加变形，若附加变形的强度足以使切屑断裂时，切屑会折断。在车削时，一般根据加工要求来可靠地控制切屑的流向、卷曲和折断。处理不当就会影响生产的顺利进行，经常停车去消除切屑会增加加工辅助时间，使切屑拉毛工件表面，严重的还会影响到操作者的安全。那切削三要素对断屑的影响又如何呢？生产实践和实验证明，切削用量对断屑的影响最大的是进给量f，其次是背吃刀量aP，最后是切削速度νc。

1、进给量f 进给量加大，切削厚度ac的比例增大，使切屑卷曲半径rch减小，弯曲应力σ增大，切屑易断屑。

2、背吃刀量aP 背吃刀量aP的改变会影响切屑流出的方向。切屑流出方向与主剖面形成一个出屑角η，出屑角η的大小对切屑的弯曲和折断、切屑形状有很大的影响。背吃刀量aP小，使过渡刃和副切削刃参加切削的比例增大，出屑角η增大，η较大易产生管状螺旋屑和带状切屑。η适中时，切屑会碰到刀具后刀面而折断。

3、切削速度νc 切削速度νc提高后，切削温度升高，在一般情况下，切屑塑性增大，变形减小，切屑不易折断。

因此，如果出现不断屑的情况，在切削用量方面可以首先考虑增大进给量f来断屑。

五、切削用量对积屑瘤的影响

用中等切削速度切削塑性金属，有时在车刀的前刀面上近切削刃处牢牢粘着一块小金属，这就是积屑瘤。在切削过程中，由于金属的变形和摩擦，使切屑和刀具前刀面产生很大的压力和很高的温度，当温度和压力条件适当时，切屑和前刀面之间会产生很大的摩擦力，当摩擦力大于切屑内部的结合力，切屑底层的一部分金属就“冷焊”在前刀面近切削刃处，形成积屑瘤。

积屑瘤有益有弊，在精车时，积屑瘤的存在就是有害的，因为它会严重影响工件表面质量和尺寸精度。

影响积屑瘤的因素很多，如工件材料、切削速度、刀具前角、刀具前刀面的表面粗糙度和切削液等等，其中，切削速度的影响最大。

当切削速度较低，νc<5m/min时，切屑流动较慢，切削温度较低，切屑与前刀面接触不紧密，摩擦系数低，不会产生积屑瘤。

当切削速度νc>70m/min时，切削温度很高，切屑底层金属变软，摩擦系数明显下降，也不会产生积屑瘤。

当切削速度νc≈15～30m/min时，切削温度约为300℃左右，切屑底层金属塑性增加，切屑与前刀面接触面增大，摩擦系数最大，最易产生积屑瘤。

由此可见，在精加工时，为避免产生积屑瘤，应用高速钢刀具低速车削（νc<5m/min），或用硬质合金刀具高速切削（νc >70m/min）。

综上所诉，切削用量对切削过程中一系列的物理现象都有重要影响，因此，掌握这些规律对合理选择切削用量有积极意义。

参考文献

[1]车工工艺学[M]96版

作者简介

邓文超（1971-），女，江西崇仁人，大连市工贸职业技术学校高级讲师，主要从事机械制造和机械设计的教学与研究。