金属切削加工基本被知识课件（可编辑）

金属切削加工基本被知识课件金属切削加工基本知识概述金属切削加工是用刀具从金属材料（毛坯）上切去多余的金属层，从而获得几何形状、尺寸精度和表面质量都符合要求的机器零件的加工方法。分为钳工和机械加工两部分。机械加工是通过工人操作机床对工件进行切削加工，常见的加工方法有车、钻、刨、铣、磨以及齿形加工等。第一节金属切削加工的运动要素一、切削运动二、运动要素一、切削运动切削运动包括主运动和进给运动两类。1、主运动在切削运动中，运动速度最高、消耗动力最大、为切除切屑的最基本的运动。例如车削时工件的旋转运动；刨削时刀具（牛头刨）或工件（龙门刨）的直线往复运动；钻削、铣削和磨削时，钻头、铣刀和砂轮的旋转运动。2、进给运动在切削过程中，为了使新的金属层连续投入切削，从而切出工件全部加工表面所需要的运动。例如车削时车刀沿纵向、横向的直线走刀运动；钻削时钻头的轴向移动；铣削时工件随工作台的直线运动。二、运动要素1、切削运动中的三个表面（1）待加工表面指加工时工件上有待切除的表面；（2）已加工表面指工件上经刀具切削后产生的表面；（3）加工表面指工件上由刀具切削刃形成的表面。（1）切削速度在单位时间内，工件和刀具沿主运动方向相对移动的距离。例如主运动为旋转运动时VDWN/1000M/S式中DW工件待加工表面的直径或刀具最大直径（MM）N工件或刀具的转速（R/S）主运动为往复直线运动时V2LN/100060（M/S）式中L往复运动行程长度（MM）N主运动每分钟往复次数（2）进给量F在主运动的一个循环（或单位时间）内，工件与刀具间沿进刀方向相对运动的距离。如在车削、镗削、钻削时，进给量表示工件或刀具每转一转，刀具或工件移动的距离，单位是MM/R。在牛头刨床（龙门刨）刨削时，刀具（工件）每往复一次，工件（刀具）移动的距离。（3）背吃刀量（切削深度）AP待加工表面和已加工表面的垂直距离。在车削外圆时AP（DWDM）/2（MM）其中DW、DM分别为待加工表面和已加工表面的直径。3、切削层参数切削层包括切削厚度、切削宽度和切削面积。第二节刀具材料和角度一、刀具二、刀具材料三、刀具角度一、刀具1、刀具结构车刀的组成和形式（A）焊接式（B）整体式（C）机夹式铣刀（A）三面刃铣刀（B）圆柱铣刀（C）端铣刀刨刀的结构钻头和镗刀的对比二、刀具材料1、刀具材料的性能（1）较高的硬度为工件硬度的1315倍，一般要求HRC60以上。（2）足够的强度和韧性。（3）良好的耐磨性（4）较高的耐热性（5）良好的导热性2、常用刀具材料碳素工具钢T8A、T10、T12A。如丝锥、锉刀、锯条等。合金工具钢9SICR、CRWMN。如拉刀、铰刀、钻头等。高速钢W18CR4V、W6MO5CR4V2。如钻头、铣刀、齿轮刀具等。硬质合金粗加工YG6、YG8、YT5；精加工YT15、YT30。能耐1000高温，耐磨性好。陶瓷AL2O3、AL2O3TIC、SI3N4；车刀（高速）。特点热硬性好，耐磨，抗弯性差，易碎。立方氮化硼如车刀、铣刀（中高速）。特点热硬性强，可耐1500高温，与铁亲和力小。人造金刚石如车刀、铣刀等。特点热硬性好。三、刀具角度1、车刀的切削部分车刀的切削部分由三个刀面、两个刀刃和一个刀尖组成。三面前刀面、主后刀面、副后刀面。两刃主刀刃、副刀刃。一尖刀尖。2、车刀切削部分的主要角度（1）辅助平面为确定刀具的几何角度而引入的辅助平面包括切削平面、基面和正交平面。切削平面通过主刀刃上某一点，并与该点加工表面相切的平面。基面通过主刀刃上某一点，并与该点切削速度方向垂直的平面。正交平面通过主刀刃上某一点，并与主刀刃在基面上的投影垂直的平面。（2）车刀的主要角度1）在正交平面内测量角度2）在基面内测量角度3）在切削平面内测量的角度刀具角度的选择（1）粗加工时，为了减轻刀具的负荷，采用较大的前角，可适当的减小后角。这时切削刃不会明显削弱。（2）精加工时，为了减小主后刀面与加工面间的摩擦，可采用较大的后角，并适当减小前角。（3）在切削较硬材料或有冲击情况时，可采用较小的主偏角和负的刃倾角，而不必明显地减小前角。（4）当加工精度要求高的细长轴时，为了减小振动，须选用较大的主偏角；为避免划伤已加工表面，须选用正的刃倾角，并相应减小前角。第三节金属的切削过程一、切屑的形成过程及切屑的种类二、积屑瘤三、切削力和切削功率四、切削热和切削温度五、刀具磨损一、切屑的形成过程及切屑种类（1）带状切屑带状切屑呈连绵不断的带状或螺旋状,与刀具接触的底层光滑，背面呈毛绒状。（A）形成条件大前角、切速高、进给量小、被切金属塑性好。（C）切屑形成过程弹性变形、塑性变形、切离。（C）优点切削力平稳、切削热少、加工表面光洁。（D）缺点切屑连绵不断，易缠绕、易划伤已加工表面。（2）节状切屑节状切屑上面呈较大的锯齿状，底面有不贯穿的裂纹形成条件切速低、进给量大、中等硬度材料。缺点切削力波动大、工件表面较粗糙。（3）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形成条件铸铁、铸造黄铜等脆性材料。缺点切削热和切削力集中在刀具的主刀刃和刀尖处，刀尖易磨损、易产生振动，表面质量不高。二、积屑瘤1、积屑瘤的形成在一定的切削速度下切削塑性材料时，常发现在刀具的前刀面上靠近刀尖的部位粘附着一小块很硬的金属，称为积屑瘤。一般认为，积屑瘤是由于切屑与前刀面在切削过程中剧烈的摩擦而形成的。3积屑瘤的控制三、切削力和切削功率1、切削力切削力是指切削时刀具切入工件，切削层产生变形成为切屑所需的力，（2）切削力的产生（A）被切金属层因弹性变形和塑性变形所产生的变形抗力。（B）刀具与切屑、工件之间的摩擦。（2）总切削力的分解切削力是一个空间力，为了便于研究将其分解为三个相互垂直的分力,即主切削力、进给力和背向力。2、影响切削力的主要因素（1）工件材料的影响（A）强度和硬度高，则切削力大。（B）塑性和韧性高，则切削力大。塑性大的材料，切屑与前刀面的摩擦系数大，接触区较长，故切削力较大；韧性高的材料，致使其发生变形或破坏所消耗的能量较多，故切削力也较大。如不锈钢0GR18NI9TI与正火的中碳钢的强度硬度基本相同，但不锈钢的塑性韧性较高，其切削力要比正火的中碳钢约高25。（2）刀具角度的影响（A）前角增大，切削力减小。（B）主偏角增加，切削力降低。（3）切削用量的影响（A）切削深度AP的影响最大。（B）进给量F的影响次之。（C）切削速度的影响（4）积屑瘤使切削力发生变化，总的趋势是随着切削速度的增加切削力有所减小。此外，刀具磨损、刀具材料及冷却润滑条件也对切削力有影响。四、切削热和切削温度1、切削热来源（1）被加工件材料的弹性变形和塑性变形；（2）切屑与前刀面的摩擦；（3）后刀面与已加工表面之间的摩擦。传散（1）切屑，5086；（2）工件，4010；（3）车刀，93；（4）空气，1。2、切削温度及影响因素切削温度一般指切屑、工件与刀具接触表面上的平均温度。决定因素工件材料、切削用量和刀具角度。（1）工件材料的影响（A）工件材料的强度、硬度越高，切削中消耗的功越大，所产生的切削热越多，切削温度就越高。（B）工件材料的导热性好，温度低。脆性材料，温度低。（2）切削用量的影响（A）切削速度增加，温度升高。当速度升高一倍时，温度升高2030；（B）进给量F增加，温度升高。当F增加一倍时，温度升高10；（C）背吃刀量（切削深度）AP增加，温度升高不多。如AP增加一倍时，温度只升高3。（3）刀具角度的影响（A）前角增大，温度降低；（B）主偏角，在进给量一定时，主偏角增大，温度上升。3、切削液（1）切削液的作用降温和润滑。（2）切削液的种类切削油、乳化液、水溶液等。（A）切削油矿物油、动植物油和复合油。特点润滑性好，流动性差，冷却作用小。应用低速精加工。如精车丝杠、螺纹等。（B）乳化液乳化液是由乳化油加水稀释而成的。特点流动性好、冷却能力强。应用最为广泛。应用低浓度的用于粗车和磨削；高浓度的用于精车、铰孔和铣削等。（B）水溶液主要成分是水，水的热导率和比热容都比油大得多，流动性又好，可以吸收大量的热。其中加入了一定量的防锈剂，用于粗磨；加入一定的油类，可用于精磨。五、刀具磨损1、刀具的磨损形式由于切削条件不同，刀具磨损产生在刀具的不同部位，一般有三种形式后刀面磨损、前刀面磨损和前后刀面同时磨损。2、刀具磨损过程（1）初磨阶段（2）正常磨损阶段（3）急剧磨损阶段刀具磨损的原因（1）机械磨损（2）相变磨损由于温度升高发生组织相变，刀具变软而造成的磨损。（3）扩散磨损由于温度升高，工件与刀具中某些元素相互扩散，刀具变软而造成的磨损。第四节技术经济分析一、工件材料的切削加工性二、生产率三、提高生产率的途径作业一、工件材料的切削加工性材料被切削加工的难易程度通常称为材料的切削加工性。材料的切削加工性是一个综合指标，包括刀具耐用度高、允许的切削速度高、切削力小、加工质量易于保证；断屑问题易于解决。1、衡量材料切削加工性的标准VTVT的含义当刀具寿命为T分钟时，切削某种材料所允许的切削速度。VT越高，表示材料的加工性越好。通常取T60分钟，所以VT可写作V60。对于一些难加工的材料也可取T30MIN或15MIN，则所以VT可写作V30或V15。2、常用金属材料的切削加工性结构钢的切削加工性（1）低碳钢软而韧，易粘结在刀具的前刀面上，使切削不利。故切削性较差。通常通过适当的热处理可改善切削加工性。（2）中碳钢综合性能好，切削加工性较好。（3）高碳钢硬而脆，刀具易磨损，耐用度下降，故切削性甚差。（4）合金结构钢强度硬度高，切屑与刀具前刀面的接触长度极短，切削温度高，刀尖处的应力集中极大，易使刀具崩刃。铝、镁合金切削加工性铝镁合金的比重小，比强度高，具有良好的导热性和抗蚀性，且硬度较低，具有良好的切削加工性。按所需功率比较，假定镁合金的功率为10，则铝合金为18，黄铜为23，铸铁为35，中碳钢为63，不锈钢为10。不锈钢、钛合金和高温合金共同特点切削力大，切削温度高。因此，切削加工性较差。具体原因（1）加工硬化严重奥氏体不锈钢滑移面数目多，晶粒变形，产生较大程度的加工硬化；钛合金除塑性变形外，在高温下易吸入氧、氢、氮气，使合金脆化，加速了刀具的磨损，恶化了切削加工性。（2）容易粘刀奥氏体不锈钢和高温合金等材料的高温强度高、韧性大。当强韧的切屑流经刀具前刀面时，将产生粘接、熔焊等粘刀现象。钛合金在高温下化学亲和力强，加之大的切削压力，促进了刀具的粘接磨损。二、生产率在切削加工中，单位时间内所生产的零件数目，称为生产率。Q1/TD式中Q切削加工生产率TD生产一个零件所需要的总时间TDTJTFTQ式中TJ基本工艺时间，即加工一个零件所需要的总时间。TF辅助时间，为了维持切削加工所消耗到各种辅助操作上的时间。TQ其他时间，日清扫切屑等。4、切削用量的选定作业P237第1、2、4、5、7、10、11题。2、切屑的种类切屑分为带状切屑、节状切屑和崩碎切屑三类。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2、积屑瘤对加工过程的影响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主切削力切削合力在切削速度方向上的分力，垂直于基面，其大小约占总的切削合力的背向力切削合力在切削深度方向上的分力它在基面内，与切深方向相反进给力切削合力在进给方向上的分力它在基面内，与进给方向平行，但方向相反工件材料切削用量刀具角度积屑瘤第一节金属切削加工的运动要素第二节刀具材料和角度第三节金属的切削过程第四节技术经济分析注释1、主运动可以使旋转运动，也可以是往复运动；2、主运动可以是工件来实现（车外圆）,也可以是刀具来实现（刨、铣加工）3、主运动只有一个，进给运动可以一个以上。2、切削用量三要素切削速度进给量背吃刀量在主运动的一个循环（或单位时间）内，工件与刀具间沿进刀方向相对运动的距离。在单位时间内，工件和刀具沿主运动方向相对移动的距离。待加工表面和已加工表面的垂直距离。（1）切削厚度AC垂直于加工表面度量的切削层尺寸。（2）切削宽度AW沿着加工表面度量的切削层的尺寸。（3）切削面积AC切削层截面面积。ACACAWFAP车刀的主要角度包括前角、后角、主偏角、负偏角和刃倾角。（A）前角0正交平面中，前刀面与基面之间的夹角。前角的大小对切屑变形、切削力以及切削刃强度都有很大影响。通常为5至25之间。（B）后角0主后刀面与切削平面之间的夹角。主要作用是减少主后刀面与工件间的摩擦。通常为612。（A）主偏角R主刀刃在基面上投影与进给方向的夹角。它能改变径向切削力和轴向切削力的比例。常用的主偏角有45、60、75、90几种。（B）副偏角R副刀刃在基面上投影与进给反方向的夹角。主