金属切削的基础知识二

1、金属切削的基础知识二金属切削的基础知识二回 顾切削运动：主运动、进给运动切削运动：主运动、进给运动切削用量：切削速度、进给量、背吃刀量切削用量：切削速度、进给量、背吃刀量刀具材料：工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷刀具材料：工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷刀具角度：三面两刃一尖、五个角度刀具角度：三面两刃一尖、五个角度刀具结构：整体式、焊接式、机夹重磨式、机刀具结构：整体式、焊接式、机夹重磨式、机夹可转位式夹可转位式第第3节节 金属切削过程金属切削过程一、一、切削过程及切屑种类二、积屑瘤二、积屑瘤三、切削力三、切削力四、切削热四、切削热五、刀具磨损五、刀具磨损金属切削过程金属切削过程刀具从工件上将多

2、余金属切下的刀具从工件上将多余金属切下的过程，其过程，其实质是一种挤压过程实质是一种挤压过程。切削层金属受挤压变形是切削过程的基本问题切削层金属受挤压变形是切削过程的基本问题1. 金属切削塑变理论金属切削塑变理论对金属材料挤压，变形（剪切滑移），断裂形成切屑对金属材料挤压，变形（剪切滑移），断裂形成切屑前角小，材料变形大，切削力大，切削温度高前角小，材料变形大，切削力大，切削温度高 金属切削理论弹性变形塑性变形挤裂切离切屑切削变形过程示意图切削变形过程示意图工工 件件刀 具第变形区 近切削刃处切削层内产生的塑性变形区（切屑形成 的主要区域）；第变形区 与前刀面接触的切屑底层内产生的变形区（剧烈

3、的剪切滑移，积屑瘤显著影响切削过程）；第变形区 近切削刃处已加工表层内产生的变形区（表面残余应力直接影响已加工表面质量）。切削变形过程2. 切屑种类切屑种类 由于工件材料塑性不同、刀由于工件材料塑性不同、刀具前角不同及采用不同的切削用具前角不同及采用不同的切削用量，会形成不同类型的切屑。量，会形成不同类型的切屑。（1）带状切屑：大前角高速小进）带状切屑：大前角高速小进给（给（塑性材料塑性材料），切屑连续（不），切屑连续（不安全安全断屑），断屑），平稳，平稳，Ra低低（表面光洁）（表面光洁）（2）节状切屑：低速大进给，）节状切屑：低速大进给，切削力波动大，切削力波动大，Ra高，粗加高，粗加工工典

4、型切削过程典型切削过程（3）崩碎切屑：切削铸铁，黄）崩碎切屑：切削铸铁，黄铜等铜等脆性材料脆性材料。切削热，切。切削热，切削力在主切削刃和刀尖上，削力在主切削刃和刀尖上，易振动（崩刃），影响表面易振动（崩刃），影响表面质量质量无塑性变形无塑性变形切屑的形状可以随切削条件的不同而改变Eg. 增大前角和切削速度或减小进给量增大前角和切削速度或减小进给量 节状切屑节状切屑带状切削带状切削二、积屑瘤二、积屑瘤在一定范围的切削速度下切削塑性金属时，常发现在在一定范围的切削速度下切削塑性金属时，常发现在刀具前刀面靠近切削刃的部位粘附一小块很硬的金属，这刀具前刀面靠近切削刃的部位粘附一小块很硬的金属，这就是

5、积屑瘤。就是积屑瘤。1.形成及特点形成及特点 切屑在切屑在一定温度和压力一定温度和压力下粘附在切削刃附近，形成下粘附在切削刃附近，形成后并长大，达到一定高度后后并长大，达到一定高度后又破裂。反复发生。又破裂。反复发生。特点：硬度大，特点：硬度大，能代替刀能代替刀具切削具切削。2.对加工的影响对加工的影响（1）保护刀具（切削刃）。）保护刀具（切削刃）。（2）增大工作前角，使切削轻快）增大工作前角，使切削轻快（3）不断地产生和脱落，使切削有振动；）不断地产生和脱落，使切削有振动；影响尺寸精度；还会粘在已加工表面上，影响尺寸精度；还会粘在已加工表面上，影响表面质量。影响表面质量。 粗加工希望产生粗加

6、工希望产生 精加工应该避免精加工应该避免3.控制措施控制措施工件材料的力学性能工件材料的力学性能塑性大易形成积屑瘤塑性大易形成积屑瘤; 可采取正火或调质处理，以提高其强度，硬度。可采取正火或调质处理，以提高其强度，硬度。采用合适的采用合适的切削液切削液，达到降温减摩的作用，达到降温减摩的作用;增大刀具前角，以减小切削变形，降低刀、增大刀具前角，以减小切削变形，降低刀、屑接触区压力屑接触区压力切削速度切削速度通过切削温度和摩擦来影响。通过切削温度和摩擦来影响。 速度很低（低于速度很低（低于5m/min),温度低温度低,摩擦小摩擦小, 不宜形成不宜形成 速度增大速度增大(5-50m/min),温升

7、高温升高,摩擦大摩擦大,宜形成宜形成 速度很高速度很高(大于大于100m/min)温升高温升高,摩擦小摩擦小,不宜形成不宜形成 所以所以: 低速切削时温度低，摩擦小，如拉削、铰削、精刨低速切削时温度低，摩擦小，如拉削、铰削、精刨 高速切削时温度高，摩擦小，如精车、精铣高速切削时温度高，摩擦小，如精车、精铣三、切削力三、切削力 切削时材料的变形抗力、刀具与工件切削时材料的变形抗力、刀具与工件及刀具与切屑之间的摩擦力构成实际的及刀具与切屑之间的摩擦力构成实际的切削力。切削力。 切屑、工件表面与刀具的摩擦力。总切削力的构成总切削力的构成 材料的弹性变形和塑性抗力；oMF摩1F弹、塑F摩2总切削力总切

8、削力F的分解的分解切削力（切向分力）切削力（切向分力）Fc在在主运动方主运动方向向上分力，上分力， 做功最多，占总功率做功最多，占总功率90%以上；以上； 计算机床动力及主要传动零件强度和刚度的依据计算机床动力及主要传动零件强度和刚度的依据 进给力进给力（轴向分力）（轴向分力） F Ff 在在进给运动进给运动方向方向上的分力，很小，占总功率的上的分力，很小，占总功率的1-5%； 是设计和计算进给机构零件强度和刚度的依据是设计和计算进给机构零件强度和刚度的依据 背向力（径向分力）背向力（径向分力）Fp在在垂直于工垂直于工作平面（切削深度）作平面（切削深度）上的分力，不做功；上的分力，不做功；但容

9、易使工件变形，甚至但容易使工件变形，甚至产生振动，影响工产生振动，影响工件加工精度件加工精度。F Fp p 影响细长轴的加工影响细长轴的加工2.切削力的估算切削力的估算估算：根据经验公式估算切削力估算：根据经验公式估算切削力实际生产：实际生产：F Fc c=kc c A D D影响切削力的因素影响切削力的因素闷车现象F Fc c过大过大 切削用量： ap （背吃刀量）和（背吃刀量）和f （进给量）（进给量）增大， F越大。 工件材料：材料的强度、硬度越高，塑性韧性越好，F越大。 冷却条件：加切削液，F 减小。 刀具角度：增大 0 ，Fc减小；增大kr ，Ff减小、Fp增大。3.切削功率切削功率

10、 三个切削分力消耗功率的总和。三个切削分力消耗功率的总和。 P P m m=F =F c c vc c 1010-3-3 ( (kW kW ) )电机功率电机功率 PE = Pm / 传动效率传动效率四、切削热四、切削热1.来源来源 切削功大都变成热能，形成切削功大都变成热能，形成切削热。切削热。（1）切屑变形，主要来源切屑变形，主要来源。（2）切屑与前刀面摩擦。）切屑与前刀面摩擦。（3）工件与后刀面摩擦。）工件与后刀面摩擦。2. 传导传导 （高速钢刀具）（高速钢刀具） 切屑传出切屑传出 5086 工件工件 4010 刀具刀具 9 3 辐射辐射 1传入切屑和介质中的热量越多，传入切屑和介质中的

11、热量越多，对加工越有利；对加工越有利；传入刀具的热量会加速刀具磨损；传入刀具的热量会加速刀具磨损；传入工件的热量可能使工件变形，产生形状和传入工件的热量可能使工件变形，产生形状和尺寸误差。尺寸误差。3.切削温度切削温度切削区的平均温度，取切削区的平均温度，取决于切削热的产生和传决于切削热的产生和传出情况。出情况。影响因素：影响因素：（1）切削用量）切削用量 切削速度影响最大，切削速度影响最大， 其次进给量，背吃刀量其次进给量，背吃刀量（2）工件材料）工件材料 强度、硬度高，强度、硬度高，塑性、韧性越好，消耗功率大，消耗功率大，产生切削热多，切削温度高。（切钢比铸铁发热多）产生切削热多，切削温度

12、高。（切钢比铸铁发热多）（3）刀具）刀具 主偏角小，作用切削刃长，散热好主偏角小，作用切削刃长，散热好 前角大，材料变形小，切削热少前角大，材料变形小，切削热少 材料导热性好，散热也好材料导热性好，散热也好五、刀具磨损五、刀具磨损1.形式形式前刀面磨损（小）前刀面磨损（小）以较大的背吃刀量（ap0.5mm）切削塑性材料的条件下（切削速度和进给量太大）后刀面磨损（主要后刀面磨损（主要）切削脆性材料或以较小的背吃刀量（ap0.1mm）切削塑性材料（切削速度太大或后角与进给量太小）同时磨损同时磨损这种磨损一般发生在以中等背吃刀量（ap=0.10.5mm）切削塑性材料的条件下。刀尖磨损、刃口磨损刀尖磨

13、损、刃口磨损 由于多数情况下，后刀面都有磨损，它的磨由于多数情况下，后刀面都有磨损，它的磨损对加工质量的影响较大，而且测量相对方损对加工质量的影响较大，而且测量相对方便，所以一般都用便，所以一般都用后刀面的磨损高度后刀面的磨损高度VB来表来表示刀具的磨损程度。示刀具的磨损程度。非正常形式非正常形式 塑性变形（刀刃塌下）塑性变形（刀刃塌下） 破损（崩刃）破损（崩刃）刀具太脆、进给量太大、刀具太脆、进给量太大、刀杆刀杆/柄刚性低、切削刃强度低（加大刃口修柄刚性低、切削刃强度低（加大刃口修模量，制出圆角或倒棱模量，制出圆角或倒棱2.磨损阶段磨损阶段三阶段：初期磨损阶段三阶段：初期磨损阶段 OA 正常

14、磨损阶段正常磨损阶段 AB 急剧磨损阶段急剧磨损阶段 BC磨损原因磨损原因机械摩擦机械摩擦黏结磨损黏结磨损压力、温度（塑性大）压力、温度（塑性大）扩散磨损扩散磨损高速切削（高温）高速切削（高温）周围介质化学作用周围介质化学作用氧化氧化所以：应在刀具正常磨损阶段后期，急剧磨损所以：应在刀具正常磨损阶段后期，急剧磨损阶段之前刃磨刀具。阶段之前刃磨刀具。判断刀具钝化的方法判断刀具钝化的方法： 观察法粗车合金钢：VB = 0.40.5mm粗车中碳钢：VB = 0.60.8mm粗加工 测定（限定）刀具后刀面的磨损高度VB：精加工：VB = 0.10.3mm3.刀具磨损的影响因素刀具磨损的影响因素（1）切

15、削用量大切削用量大，则刀具磨损大，则刀具磨损大 其中其中切削速度切削速度影响最大影响最大（2）刀具材料和角度）刀具材料和角度 耐热性好的耐热性好的刀具材料不易磨损；刀具材料不易磨损； 增大刀具前角可减少磨损增大刀具前角可减少磨损（3）使用切削液可降低刀具磨损）使用切削液可降低刀具磨损4.刀具耐用度刀具耐用度（1）定义：）定义： 刃磨后的刀具，自开始切削直到磨损量达刃磨后的刀具，自开始切削直到磨损量达到磨钝标准，所经历的实际切削时间，称到磨钝标准，所经历的实际切削时间，称为刀具耐用度。用为刀具耐用度。用 T 表示。表示。（2）磨钝标准）磨钝标准 用后刀面的磨损程度作为标准。用后刀面的磨损程度作为

16、标准。 实际上按刀具切削时间来判断。实际上按刀具切削时间来判断。 粗加工粗加工切削时间切削时间min； 精加工精加工走刀次数或零件个数。走刀次数或零件个数。第第4节节 切削加工的技术经济分析切削加工的技术经济分析一、技术经济指标一、技术经济指标二、影响因素二、影响因素一、主要技术经济指标一、主要技术经济指标1、产品质量、产品质量（1）加工精度）加工精度尺寸精度：标准公差尺寸精度：标准公差20级，级，IT01IT18,IT0形状精度：平面度、圆（柱）度形状精度：平面度、圆（柱）度位置精度：同轴度、平行度、垂直度位置精度：同轴度、平行度、垂直度经济精度：在正常情况下所能达到的精度经济精度：在正常情

17、况下所能达到的精度（2）表面质量：）表面质量：表面粗糙度（表面粗糙度（ Ra/m）：曾叫表面光洁度，与）：曾叫表面光洁度，与零件配合性质、耐磨性和抗腐蚀性关系密切零件配合性质、耐磨性和抗腐蚀性关系密切加工硬化加工硬化：挤压、摩擦使表面硬度提高：挤压、摩擦使表面硬度提高剩余应力和裂纹剩余应力和裂纹：影响表零件面质量和使用性能：影响表零件面质量和使用性能两种情况（硬化层）受压应力：提高已加工表面的强度和硬度，避免产生裂纹，并提高零件的耐用度和抗疲劳强度锋利和前角小（负）的刀具受拉应力：削弱工件的耐用度和抗疲劳强度磨损变钝的刀具解决办法提高切削刃锋利程度减小背吃刀量和进给量增大切削速度降低后刀面的表

18、面粗糙度2、生产率和经济性、生产率和经济性（1）加工时间）加工时间 t tw w ：（：（单个零件单个零件）t tw w t tm m+t+tc c+t+to ot tm m ：基本工艺时间，也称机动时间。：基本工艺时间，也称机动时间。t tc c ：辅助时间，即调整、装卸、空程时间。：辅助时间，即调整、装卸、空程时间。t to o ：其他时间，清扫、休息时间。：其他时间，清扫、休息时间。提高生产率的主要途径缩短单件时间定额1、缩减基本时间：提高切削用量（高速强力切削）、减少切削行程长度（排刀车削、多件加工）、减少加工余量（毛坯精化）2、缩减辅助时间：机械化、自动化提高生产率的主要途径粗加工时

19、尽量减小加工余量切削用量:粗加工强力切削，精加工高速切削采用先进的和自动化的工、夹、量具和设备提高生产率的主要途径采用先进工艺方法1、毛坯制造采用新工艺：粉末冶金、失蜡铸造、精锻2、采用少无切削工艺3、改进加工方法：拉孔代替镗、铰，精刨精磨代替刮研4、应用特种加工新工艺：电解加工锻模型腔（2）加工成本）加工成本C Cw w ：（：（单个零件单个零件且且不包括材料成本不包括材料成本）C Cw w = t = tw w M + M + ( (t tm m/T /T ) )C Ct tM M ：单位时间全厂开支，包括工资、设备折旧等。：单位时间全厂开支，包括工资、设备折旧等。 T T ：刀具耐用度。

20、：刀具耐用度。C Ct t ：刀具刃磨一次的费用。：刀具刃磨一次的费用。二、影响因素二、影响因素1、切削用量、切削用量切削用量的选择原则（次序）：切削用量的选择原则（次序）： 背吃刀量、进给量、切削速度背吃刀量、进给量、切削速度粗加工时，考虑粗加工时，考虑加工效率加工效率，一般取较大的背，一般取较大的背吃刀量和进给量吃刀量和进给量,而切削速度不高而切削速度不高精加工时，考虑精加工时，考虑加工质量加工质量，常选取较小的背，常选取较小的背吃刀量和进给量吃刀量和进给量,较高的切削速度较高的切削速度2、切削液、切削液作用：冷却、润滑、清洗、防锈作用：冷却、润滑、清洗、防锈分类：分类： 水基：主要是冷却

21、作用。如乳化液水基：主要是冷却作用。如乳化液 油基：主要是润滑作用。如切削油油基：主要是润滑作用。如切削油选用：选用： 粗加工时，主要考虑粗加工时，主要考虑冷却，低浓度乳化液冷却，低浓度乳化液 精加工时，主要考虑精加工时，主要考虑润滑，高浓度乳化液润滑，高浓度乳化液难加工材料，难加工材料，润滑润滑极压切削油极压切削油/乳化液乳化液磨削加工，磨削加工，冷却冷却+清洗（润滑清洗（润滑+防锈），乳化液防锈），乳化液 高速钢刀具，用切削液高速钢刀具，用切削液 硬质合金刀具，可不用切削液硬质合金刀具，可不用切削液使用方法使用方法一般为浇注：直接浇注到切削区高压喷射冷却法：改善渗透性，增强冷却效果喷雾冷却法：难切削材料和高速切削材料的切削加工性60vTvTv材料的切削加工性是指材料被切削加工的难易程度。一、衡量材料切削加工性的指标一、衡量材料切削加工性的指标1. 1.一定一定刀具耐用度下的切削速度刀具耐用度