切削技能材料讲解

1、 61 概述 在现代机器制造中，切削加工占全部机器制造工作量的三分之一。为了生产出合格的机器和装置，利用切削工具从工件或毛坯上切除多余的材料，以获得尺寸、形状、位置和粗糙度完全符合图样要求的零件的加工方法称为切削加工。一、切削加工的分类 切削加工方法分为机械加工和人工加工两大类。1、机械加工（机工） 机械加工是由人工操作机床来完成工件的切削加工。常用的切削加工方法有：车削、铣削、刨削、磨削、钻削等，如图6-1所示。 图6-1 切削加工的主要方法 2、人工加工（称钳工） 一般是通过人工手持工具切削加工工件，常用的钳工切削加工方法有：锯削、锉削、錾削、刮削、研磨、钻孔、攻丝、套丝等。由于它使用工具

2、简单，加工灵活，是装配修理中不可缺少的加工方法，在现代加工中，钳工的加工方法也朝着机械化的方向发展。二、切削加工的切削运动在机加工中，不管采用哪种机床加工，刀具与工件之间都应有相对运动。由于切削过程中的作用不同，可以将它们分为两大类运动，即：主运动和进给运动。1、主运动 主运动是提供切削最基本的运动，它是切削过程中机床消耗动力最大的运动，速度最高的运动，而且在切削加工中，主运动只有一个。例如：车削中的工件的旋转运动；铣加工中的刀具旋转运动；牛头刨加工中刀具往复直线运动；磨削加工中砂轮的旋转运动。2、进给运动 进给运动是指提供连续切削的运动，也就是当主运动完成一个切削周期以后，使工件多余材料不断

3、被切除的工作运动。在切削加工中，进给运动有一个或几个。例如：车床车削中车刀的移动；铣床铣削中工件的水平移动；牛头刨床刨平面时工件的间歇移动；平面磨床磨削中工件的往复移动；钻床钻削中钻头的移动。三、切削加工的切削三要素切削过程中的三要素是指：切削速度VC、进给量f、切削深度（吃刀量）ap。根据不同的加工，选择不同的切削要素。 例如：车削、铣削、刨削的切削三要素，如图6-2所示 1、切削速度VC 单位时间内工件和刀具在主运动方向相对移动的距离，即刀具在工件表面切削的线速度（m/min或m/s） 车削、钻削和铣削的切削速度为：VC=Dn (m/min) 1000 磨削的切削速度为：VC=Dn (m/

4、s) 100060 刨削的切削速度为：VC=2Lnr(m/min) 1000 式中D为工件待加工表面或刀具砂轮切削处的最大直径（mm）； n为工件、刀具、砂轮的转速（r/min）； nr牛头刨床刨刀每分钟往复次数（str/min）； L牛头刨刀的往复行程长度（mm）。 2、进给量（f） 切削加工过程中，主运动的一个循环或单位时间内刀具与工件沿进给方向相对移动的距离。例如：车削中工件旋转一圈，车刀沿工件进给方向移动的距离（mm/r）；铣削中进给量为工件每分钟沿工件进给方向移动的距离（mm/min）；刨削中进给量由往复一次沿工件进给方向移动的距离（mm/str）。 3、切削深度ap 为工件待加工表

5、面与工件已加工表面之间的垂直距离。 ap=D d 2 6.2 零件加工的技术要求 按照设计要求加工出来的零部件，才能生产出合格的机器。为了达到机器设备的性能和使用寿命，对各种零部件提出不同的技术要求，零部件的技术要求有以下几个方面： 1、表面粗糙度 切削的过程，就是挤压变形的过程。由于挤压、摩擦等原因，使已加工的表面质量受到不同的影响。看似非常光滑的表面，通过放大，会发现它们高低不平，有微小的峰谷，微小峰谷的高低程度和间距为表面粗糙度。表面粗糙度评定参数，常用轮廓算术平均值Ra，其单位为m。 国家标准GB350583，GB103183，GB13183中详细规定了表面粗糙度的各种参数及其数值。所

6、采用的加工方法能达到的表面粗糙度Ra值如表6-1所示 表6-1 常用切削方法与加工表面粗糙值Ra值的对应表 Ra/m 旧国标的光洁度 表 面 特 征 加 工 方 法 50（） 1 可见明显刀痕 粗加工：车、铣、刨、镗、钻孔。 25（） 2 可见刀痕 12.5（） 3 微见刀痕 6.3（） 4 可见加工痕迹 半精加工：车、铣、刨、镗。 3.2（） 5 微见加工痕迹 1.6（） 6 不见加工痕迹 精加工：车、铣、刨、镗。 0.8（） 7 可辨加工方向 粗加工磨 0.4（） 8 微辨加工痕迹方向 精加工磨 0.2（） 9 不辨加工痕迹方向 0.10.008 （ ） 1014 按表面光泽判断 （镜面）

7、 精密加工 一、精度 是指零件在切削加工后，其尺寸、形状等参数的实际数值同它们的绝对准确的理论数值相符合的程度。相符合的程度愈高，加工精度就愈高。精度包括： 1、尺寸精度 尺寸精度是指加工零件实际尺寸与理想公称尺寸的精确程度，尺寸精度是由尺寸公差来决定的。尺寸公差是加工中尺寸的变动范围，同一尺寸的零件，公差变动愈小，尺寸的精度愈高，公差变动大，尺寸精度愈底。 国家标准GB180079至GB180479将尺寸精度的标准公差等级分为20级分别用IT01，IT0，IT2IT18表示，IT01公差值最小，尺寸精度最高。 尺寸精度愈高，其表面粗糙度Ra值越小。但是表面粗糙度值小，尺寸精度却不一定高。我们

8、常见的外科手术刀、剪刀其表面很光洁，粗糙度很小，但外形尺寸却不精确。 2、形状精度 仅仅只有精确尺寸和较低粗糙度，还不能满足机械设备的装配要求，对零件的形状和相互的位置也要提出相应要求，也称形状精度，以图6-3为例。 以上零件的尺寸都在尺寸公差范围以内，但这八种形状组成了八种形状精度。在机械的装配中，它们对机械的使用效果会产生不同的影响。所以对零件的形状精度要用六种参数加以控制。 图6-3 轴的形状示例 零件的形状精度是指零件上的线、面要素相对理想形状的准确程度，它可以用形状公差来控制。国标中GB118280至GB118480规定了六项形状公差。其符号见表6-2 表6-2 形状公差的名称及符号

9、 3、位置精度 零件点、线、面的准确位置与实际位置的误差称为位置精度。加工中由于各种因素造成误差是不可避免的。 按照国家标准GB118280和GB118480规定，相互位置精度用位置公差来控制，位置公差共有8项，位置公差的名称及符号见表6-3。 表6-3 位置公差的名称及符号 零部件技术要求的部分标注示例，如图6-4所示。 63 切削刀具及材料 金属切削过程中，刀具是完成切削加工余量的工作，刀具切削部分的材料和刀具的几何形状、角度直接影响零件的质量。 一、刀具材料的性能要求： 在刀具切削过程中，刀具承受很大的剂压、摩擦及高温的切削热，由于加工工件的不同，同时会产生冲击、振动，因此对切削刀具的材

10、料，提出了以下的性能要求。 1、硬度：刀具材料的硬度要高于工件材料硬度，常温下一般要大于62HRC以上。 2、耐磨度：抵抗切削加工中的磨损。 3、强度和韧性：能承受切削中的切削力、冲击和振动，防止刀具产生断裂及崩刃。 4、热硬性：是指在高温下仍然保持刀具切削硬度。 5、工艺性：便于制造。包括锻造、轧制、焊接、切削加工和热处理的工艺性要求。 6、化学稳定性：切削中不易与被加工的材料产生化学、氧化反应，不粘结。 二、刀具材料的种类： 刀具材料种类很多，主要有工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金钢石、立方氮化硼等。 常见刀具材料主要性能牌号用途见表6-4 表6-4 举用刀具材料主要性能牌号及用途 种类

11、 硬度（淬火） 热硬度/ 抗弯强度/ 103MPa 常用牌号 用途 碳素 工具 钢 6064HRC 81-83HRA 200 2.52.8 T8A T10A T12A 切削速度不高的刀具（手动的锉刀锯条） 合金 工具 钢 6065HRC (8183.5HRA) 250300 2.52.8 9CrSi CrWMn CrW5 切削速度不高手动复杂刀具丝锥、板牙、铰刀 高 速 钢 6270HRC (8287HRA) 540600 2.54.5 W18Gr4V W6Mo5Cr4V2 用于复杂的机动刀具，如钻头、铰刀、铣刀、齿轮刀具等 硬 质 合 金 8994HRC (7482HRA) 8001000

12、0.92.5 钨钴类 YG3 YG6 YG8 （铸铁加工） 做成刀片焊、镶嵌在刀体上，如车刀刀头、铣刀刀头、刨刀刀头等 钨钛钴类 YT5 YT15 YT30 （钢的精加工） 9.1磨削加工概述磨削就是利用高速旋转的磨具（砂轮、砂带、磨头等）从工件表面切削下细微切屑的加工方法。1.1磨削加工的特点在机械制造业中，磨削加工是对工件进行精密加工的主要方法之一。磨削加工具有以下特点： 1）切削速度高 磨削加工时，砂轮以10003000m/min的高速旋转，由于切削速度很高，产生大量的切削热，工件加工表面温度可达1000以上。为防止工件材料在高温下发生性能改变，在磨削时应使用大量的冷却液，降低切削温度，

13、保证加工表面质量。 2）多刃、微刃切削 磨削用的砂轮是由许多细小的硬度很高的磨粒用结合剂粘结而成，砂轮表面每平方厘米的磨粒数量为601400颗，每个磨粒的尖角相当于一个切削刀刃，形成多刃、微刃切削。3）加工精度高，表面质量好由于磨粒体积微小，其切削厚度可以小到几微米，所以磨削加工的精度较高，可达IT6IT5级，表面质量较好，表面粗糙度Ra值可达0.20.8m。高精度磨削时Ra值可达0.0080.1m。 4）磨粒硬度高砂轮的磨粒材料通常采用Al2O3、SiC、人造金刚石等硬度极高的材料，因此磨削不仅可以加工碳钢、铸铁和有色金属等常用金属材料，而且可以加工其它切削方法不能加工的各种硬材料，如淬硬钢

14、、硬质合金、超硬材料、宝石、玻璃等。5）磨削不宜加工较软的有色金属 一些有色金属由于硬度低而塑性很好，砂轮进行磨削时，磨削会粘在磨粒上而不脱落，很快将磨粒空隙堵塞，使磨削无法进行。 1.2磨削加工的范围磨削的加工范围很广，用于粗加工时，主要用于材料的切断、倒角、清除工件的毛刺、铸件上的浇、冒口和飞边等工作，如图9-1所示。 用于精加工时，可磨削零件的内外圆柱面、内外圆锥面和平面，还可加工螺纹、齿轮、叶片等成形表面。 磨外圆 磨内圆 磨平面 磨花键 磨螺纹 磨齿轮 图9-1 磨削加工范围 9.2砂轮简介 砂轮是磨削加工中最常用的磨具，由许多极硬的磨粒材料经过结合剂粘结而成的多孔体，如图9-2所示

15、。磨料、结合剂和孔隙构成砂轮结构的三要素。磨料起切削作用，结合剂使砂轮具有一定的形状、硬度和强度，孔隙在磨削中起散热和容纳磨屑的作用。 图9-2砂轮的结构 9.2.1砂轮的特性 砂轮特性包括磨料、粒度、结合剂、硬度、组织、形状和尺寸等。1、磨料磨料是砂轮的主要成分，直接担负切削工作。磨料在磨削过程中承受着强烈的挤压力及高温的作用，所以必须具有很高的硬度，强度、耐热性和相当的韧性。常用的磨料的种类、代号及应用如表9-1所示。表9-1 常用的磨料种类、代号、性能及应用磨料名称代号性能应用棕刚玉A 硬度较高，韧性较好磨削碳钢、合金钢、可锻铸铁等白刚玉WA磨削淬硬钢、高速钢等黑色碳化硅C硬度高，韧性差

16、、导热性较好磨削铸铁、黄铜、铝合金等绿色碳化硅GC磨削硬质合金、玻璃、陶瓷等立方氮化硼SD硬度很高磨削高温合金、不锈钢等人造金刚石CBN磨削硬质合金、宝石等2、粒度粒度是指磨料颗粒的大小，即粗细程度。粒度用筛选法分类，以1平方英寸的筛子上的孔眼数来表示，粒度号越大，磨粒越细。直径很小的磨粒称为微粉，微粉用显微测量法测量到的实际尺寸来表示。粒度号标准依照国家标准GB2481.1.1-1998和GB2481.1.2-1998分37个粒度号，F4F220为粗磨粒，F230F1200为微粉。为提高磨削加工效率和加工表面质量，应根据实际情况选择合适的粒度号砂轮。在磨削较软材料或粗磨时，应选用粒度号小的粗

17、砂轮，精磨或磨削较硬材料时应选用粒度号大的细砂轮。3、结合剂结合剂将磨粒粘结在一起，并使砂轮具有一定的形状。砂轮的强度、耐热性、耐冲击性及耐腐蚀性等性能都取决于结合剂的性能。常用的结合剂有陶瓷结合剂（代号为V）、树脂结合剂（代号为B）和橡胶结合剂（代号为R）。陶瓷结合剂由于耐热、耐水、耐油、耐酸碱腐蚀，且强度大，应用范围最广。4、硬度砂轮硬度不是指磨料的硬度，而是指结合剂对磨粒粘接的牢固程度。磨粒易脱落，则砂轮的硬度低，不易脱落则砂轮的硬度高。在磨削时，应根据工件材料的特性和加工要求来选择砂轮的硬度。一般情况下磨削较硬材料应选择软砂轮，可使磨钝的磨粒及时脱落，及时露出具有尖锐棱角的新磨粒，有利

18、于切削顺利进行，同时防止磨削温度过高“烧伤”工件。磨削较软材料则采用硬砂轮。精密磨削应采用软砂轮。砂轮硬度代号以英文字母表示，字母顺序越大，砂轮硬度越高。5、组织砂轮的组织表示磨粒、结合剂和气孔三者之间的比例。砂轮的组织号以磨粒所占砂轮体积的百分比来确定。组织号分15级，以阿拉伯数字014表示，组织号越大，磨粒所占砂轮体积的百分比越小，砂轮组织越松。一般磨削加工使用中等组织的砂轮，精密磨削应采用紧密组织砂轮，磨削较软的材料应选用疏松组织的砂轮。6、形状与尺寸为了磨削各种形状和尺寸的工件，砂轮可制成各种形状和尺寸。表9-2为常用砂轮的形状、代号。表9-2常用砂轮的形状、代号砂轮名称代号简图主要用

19、途平形砂轮1用于磨外圆、内圆、平面、螺纹及无心磨等双斜边形砂轮4用于磨削齿轮和螺纹薄片砂轮41主要用于切断和开槽等筒形砂轮2用于立轴端面磨杯形砂轮6用于磨平面、内圆及刃磨刀具碗形砂轮11用于导轨磨及刃磨刀具碟形砂轮12a用于磨铣刀、铰刀、拉刀等，大尺寸的用于磨齿轮端面 2.2砂轮标记和选用 1、砂轮标记通常在砂轮的非工作表面标示砂轮的特性代号，按GB/T2485-1994规定，砂轮标志的顺序为：形状代号、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、允许的磨削速度。2、砂轮的选用选用砂轮时，应综合考虑工件的形状、材料性质及磨床条件等各种冈素，具体可根据表9-3的推荐加以选择。表9-3 砂轮的选用磨削条件粒度硬度组织结合剂磨削条件粒度硬度组织结合剂粗细软硬松紧V B R 粗细软硬松紧V B R 外圆磨削 磨削软金属 内圆磨削 磨韧性、延展性大的材料 平面磨削 磨硬脆材料 无心磨削 磨削薄壁工件 粗磨、打磨毛刺 干磨 精密磨削 湿磨 高精密磨削 成形磨削 超精密磨削 磨热敏性 镜面磨削 材料刀具刃磨 高速磨削 钢材切断 2.3砂轮的安装和修整 1