车削加工中影响机械负荷的主要因素j

 切削是刀具使多余材料发生形变并终以切屑的形式被切除的过程。 该过程需要通过刀具消耗大量能量，因此刀具需要承受各种机械、热、化学和摩擦等负荷。这些负荷终会导致刀具出现损耗。因此，要实现良好的金属切削加工过程必须要平衡刀具切除金属时消耗的能量和刀具稳定承载切削负荷的能力。正确地了解并处理切削参数、刀具槽型、刀具材料和其他因素之后，机械工程师就能实现高效、经济的金属切削工艺。本次分析将集中介绍车削操作中的参数。

工负荷

作用于切削刀具的负荷有机械负荷、热负荷、化学负荷和摩擦负荷等四种。四种负荷并非独立作用，而是相互作用并影响综合的效果。例如，机械负荷的增加会导致摩擦力增加，而摩擦力的增加往往会使温度升高，而高温下的化学反应往往比较活跃。所用机床的功率、机床和零件紧固装置的刚性，甚至是机床操作者的技能，都会影响加工效果。负荷的相互作用会产生各种结果，并且终都会导致刀具出现磨损以致失效。
刀具使用寿命终结的速度和可预见性取决于刀具承受所产生负荷的能力。为尽量延长刀具使用寿命并确保工艺安全性，必须在一定时间内将加工负荷降至低于刀具负荷承受能力的水平。影响该能力的关键因素为刀具材质和切削材料之间对应的切削参数以及刀片形状等。

切削参数

切削深度、进给和切削速度的处理会对刀具负荷产生不同的影响。切削深度加倍会使切削力加倍，但是也会使切削刃作用于切削的长度加倍，因此单位切削刃长度所承受的负荷仍将保持相同。切削力还将随着进给量的提高而提高，但程度较低且无线性关系。提高进给量对切削力的影响并不像加大切削深度那么大，因为提高进给量增加的是切屑厚度而不是刀具的切削长度。这样会大大增加切削刃的负荷。
在加快切削速度时，切削力通常会保持不变，但是功率要求将会升高；根据基本机械公式计算，功耗等于力乘以速度。实际上，中等切削速度范围内的切削力一般都会保持不变。但是研究和实际经验表明，切削力在切削速度降低时将会升高，并在切削速度加快时将会降低。在低速度下，可能会由于积屑瘤而导致切削力增加，而积屑瘤本身就表示切削速度不恰当。切削温度会随着切削速度上升而上升，但是随着速度的进一步上升将会下降。

太快的切削速度会导致不可控的切屑形成、极快的刀具磨损以及可能会使刀具碎裂或破裂的振动，从而降低工艺的可靠性。实际结论表明，更高的进给率和切削厚度与中低等切削速度相结合时，有可能提高操作的安全性和可靠性。如果切削厚度和进给率低到足以限制切削力的程度，则更高的切削速度可以提供更高的生产率。

刀具材质

提高金属切削生产率及解决问题需要采用更先进的切削刀具材料，例如新的硬质合金材质等级、涂层、陶瓷和pcbn。如果导致刀具破裂问题的原因是机械负荷过重，选择一种更强壮的切削刀具材料无疑是直接有效的方法。
刀片形状
切削刀片的基本大小和形状决定了其强度。作用于较大刀片的切削力与作用于较小刀片的相同切削力相比，会导致更轻的负荷。较大且坚固的刀片有助于实现更高生产率的进给率和切削深度。但是，大刀片可能无法用于加工较小的零件特征。对于刀片形状，也存在类似的考虑因素。圆形刀片具有高的强度，而 90 度刀尖角方形刀片的强度也要高于 35 度刀尖角的刀片。但是，圆形刀片可切削的零件轮廓种类要少于35 度刀具。在强度与应用灵活性之间，需要作出一定的权衡。
另一个因素涉及到刀具如何进入工件，这取决于切削刃角度、刃倾角和刀具前角。如果刀具顶面（前刀面）与加工表面垂直，则会将刀具前角视为负数。切削力将传递至刀具的本体或强壮部分。另一方面，当切削刃从工件表面向后倾斜时，会将刀具前角视为正数。切削力集中在刀刃上，但此处不如本体强壮。此外，以正前角插入的刀片的后刀面必须具有楔角或后角，这样会进一步降低刀具强度。
负前角加工可以有效处理较强壮材料（例如钢和铸铁），但是也会产生更大的切削力，这样可能会限制切屑流动，而在刚性较低的机床、夹具或工件中也可能会导致振动。正前角产生的切削力较小，切屑流动也更自由，但刀具更容易崩刃或破损，并且切屑也可能无法控制。正前角切削适用于需要锋利切削刃的粘性材料和超级合金。
刀刃

切削刃可以是锋利的、倒钝的、倒圆或带倒角的。每种不同的轮廓都各有好处，效果也各有不同。在某些情况下，锋利的切削刃可提供更长的刀具使用寿命。但是，工件、机床和夹具必须坚固且稳定，否则切削刃在受到不均匀的力时会容易碎裂。倒圆和带倒角的切削刃可以提高强度级别，并增强抗崩刃和破损的能力。
极其普遍的情况是，适合切削钢材（对韧性要求较高）的刀具都有着较强壮的切削刃；适合切削不锈钢（一般具有粘性）的刀具都有较锋利的切削刃。当然也可以用锋利切削刃来切削钢材，或者使用强壮切削刃来切削不锈钢，但是必须进行调整，并且生产率可能不会太高。机械工程师可能需要在更灵活的多用途刀具与优化用于某些工件材料应用的刀具之间进行选择。
值得注意的是，极锋利的切削刃并不一定能提供的表面粗糙度。通常需要让切削刃工作一段时间，才能达到结果。打个比方，就好像使用锋利的小刀来削苹果皮。锋利的刀可能会更难削皮，因为刀锋可能会刺入果肉内，而不仅仅是揭起果皮。锋利的金属切削刀具很大程度上也会如此，可能会被拉入工件并造成表面粗糙度较差。只有在经过轻微磨损之后，才能提供的表面粗糙度。

结论
加工期间的刀具损耗是不可避免的，它贯穿着刀具使用寿命的始终。如果刀具使用寿命缩短至不可接受、刀具崩刃或破损，或者磨损或失效变得无法预计，则机械工程师可以对刀具槽型和切削条件进行调整，以尽量提高生产率并延长刀具使用寿命。但即使这些努力都成功发挥了作用，刀具损耗也仍然会贯穿其始终。目标在于建立一种新的损耗模式：使损耗尽量变慢且可预计。

附：pcbn材质刀片 及元素工具技术有限公司

pcbn具有较高的硬度和耐磨性，在高温下不与铁族金属起反应的化学惰性，因此主要用于高硬度材料及难加工材料的切削加工，如淬硬钢、高合金耐磨铸铁、高温合金、高速钢、表面喷焊材料、烧结金属材料等难加工材料的切削加工。郑州元素工具技术有限公司自成立一直致力于新型高效加工工具的研发与生产，目前已拥有2项发明专利及多个实用新型专利。自主研发的ybn245为金属–陶瓷结合剂体系的低含量pcbn产品，产品致密及抗冲击性能优越，尤其是耐高温性能优异；本产品还拥有良好的电加工性能；适用于淬硬钢类高速精加工，可同时胜任连续及断续加工。 ybn285为金属基结合剂pcbn刀具，电加工性能优越，本款产品兼具高强度及高耐磨性能，适用于铸铁类材质加工，ybn285极强的耐冲击性使其成为铸铁断续加工的选择，本款产品为国产pcbn复合片的行业，整体性能已达国际高水平（部分指标如冲击强度测试指标等超越国际品牌）。 ybn295为ybn285的辅助产品，研发设计初衷为弥补ybn285在粉末冶金加工中的部分不足。粉末冶金产品对刀具的耐磨性及抗冲击性能有更高要求。