金属切削中的物理现象及基本规律（4）

（三）影响切削力的主要因素

　　1. 工件材料的影响

　　工件材料的物理机械性能、加工硬化能力、化学成分和热处理状态，都对切削力产生影响。

　　由表 2-2可以看出，工件材料的硬度愈高，则切削力愈大。工件材料虽然硬度、强度较低，但塑性、韧性大，加工硬化能力大，其切削力仍很大。如 1Cr18Ni9Ti 等不锈钢。　

　　在普通钢中添加含硫或铅等金属元素的易切钢，其切削力比普通钢降低 20～ 30％。

　　同一种材料热处理状态与金相组织不同，切削力也有很大差异。

　　切削脆性材料（如铸铁）时，塑性变形小，加工硬化小，切屑与前刀面接触少，摩擦小，因此切削力也较小。

　　2 ．切削用量的影响

　　如图 2-17所示，背吃刀量 a p和进给量 f是通过对切削面积和单位切削力的变化而影响切削力的。背吃刀量 a p增大，切削宽度 b d也增大，剪切面积 As和切屑与前刀面的接触面积按比例增大，第一变形区和第二变形区的变形与摩擦相应增大。当背吃力量增大一倍时，切削力也增大一倍。进给量 f增大，切削厚度 h d增大，而切削宽度 b d 不变，这时剪切面积虽按比例增大，第二变形区的变形未按比例增大。而进给量增大，平均变形变小，单位切削力降低，因此，进给量 f增大一倍，切削力约增加 70～ 80％。

　　从上述分析可知， a p和 f对切削面积的影响相同，但对单位切削力的影响不同。 a p 增加时单位切削力不变， f增加时，单位切削力减小，当切削面积 A d相等时，为了减小切削力，可以选择大的进给量 f，小的背吃刀量 a p，即采用窄而厚的切屑断面形状。图 2-18为车削 45钢时， a p与 f对切削力影响的实验曲线。

　　切削速度 v c对切削力的影响呈波浪形变化，如图 2-19所示。由切削变形一节所述可知，切削速度 v c小于 50m /min的范围内，随着速度的增加，积屑瘤由小变大又变小，切削力则随之由大变小又变大。速度 v c继续增高，切削温度上升，切削力又下降，但变化较小。如 v c从 50m /min增加至 500m /min时，切削力减少约 10％。生产中的高速切削技术就可减小切削力，提高切削效率。

　　3. 刀具几何参数的影响

<DIV align=left>(1) 前角的影响 </DIV>

　　在刀具几何参数中前角对切削力的影响最大。如图 2-20所示。前角愈大，

　　切屑易于从前刀面流出，切削变形小，从而使切削力下降，但前角γ_{0对三个切削分力的影响是不同的。同时，工件材料不同，前角的影响也不同，对塑性较大的材料，如紫铜、铝合金等，切削时塑性变形大，前角的影响较显著；而对脆性材料，如铸铁、脆黄铜等，前角的影响就较小。}

　　（ 2）主偏角的影响

　　如图 2-21所示为主偏角κ_{r对三个切削分力的影响。从图中看出主偏角对主切削力的影响不大，当 k_{r=60^{0～ 75^{0时，主切削力最小。但主偏角对 F_{p、 F_{f 的影响较大。随着主偏角的增加，进给力 F_{f增加，而背向力 F_{p减小。当κ_{r =90^{0，理论上背向力 F_{p=0，实际上由于有刀尖圆弧半径 r_{ε和副切削刃参与切削，即使κ_{r =90^{0， F_{p还是存在的。在车削刚性较差的细长轴时，应选用较大的主偏角，就是为了减小 F_{p的影响。表 2-4所示为 F_{p/F_{c、 F_{f/F_{c的比值。}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}

表 2-4 切削钢和铸铁时 F_{P/F_{C， F_{F／F_C比值}}}

工件材料

主偏角 κ_r

45 °

75 °

90 °

钢

F_{P／F_C}

0.55~0.65

0.35~0.5

0.25~0.4

F_{F ／F_C}

0.25~0.4

0.35~0.5

0.4~0.55

铸铁

F_{P／F_C}

0.3~0.45

0.2~0.35

0.15~0.3

F_{F ／F_C}

0.1~0.2

0.15~0.3

0.2~0.35

　　（ 3 ）刃倾角的影响

　　图 2 — 22 所示为刃倾角对三个切削分力的影响。从图可见，刃倾角 λs 对主切削力 Fc 的影响很小，但对进给力 F_{f 和背向力 Fp 的影响较大。当 λs 从正值变为负值， F_{p 将增加， F_{f 将减小。所以车削刚性较差的工件时，一般不取负的刃倾角。}}}

　　（ 4 ）刀尖圆弧半径

　　刀尖圆弧半径大小将影响切削刃上的圆弧部分长度和影响平均主偏角 κ_{rB 。如图 2 — 23 所示。在切削深度 a_{p, 进给量 f 和主偏角 κ_{r 一定的情况下，增大刀尖}}}

　　圆弧半径 r_{ε ，刀刃曲线部分长度增大，切削刃平均主偏角减小，使切屑断面形状中 b_{D增长， h_{D 减小，成为薄而宽的切屑，从而使切削变形增加，所以切削力也增加，其中 Fp 明显增加， F_{f 降低。因此在工艺系统刚性较差时，应选用较小的刀尖圆弧半径。}}}}

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金属切削中的物理现象及基本规律（4）

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