金属切削加工1

1、金属切削加工金属切削加工是用切削工具将坯料或工件上的多余是用切削工具将坯料或工件上的多余材料切除，以获得所要求的尺寸、形状、位置精材料切除，以获得所要求的尺寸、形状、位置精度和表面质量的加工方法。度和表面质量的加工方法。金属切金属切削加工削加工钳工钳工机械加工机械加工加工方法有划线、加工方法有划线、錾、锯、刮、研、錾、锯、刮、研、攻螺丝、套螺丝等攻螺丝、套螺丝等通过操作机床来完成通过操作机床来完成切削加工的，如车、切削加工的，如车、钻、刨、磨、齿轮加钻、刨、磨、齿轮加工等工等金属切削的基础知识金属切削的基础知识切削运动与工件上形成的表面切削运动与工件上形成的表面 机床为实现切削加工所必需具有的

2、加工工件与机床为实现切削加工所必需具有的加工工件与工具间的相对运动。它包括工具间的相对运动。它包括主运动主运动和和进给运动进给运动。 主运动主运动：是指在切削加工中速度最高、消耗功率最：是指在切削加工中速度最高、消耗功率最大的运动。大的运动。 进给运动进给运动：是指在切削加工中，使工件的多余材料：是指在切削加工中，使工件的多余材料不断被去除的运动。不断被去除的运动。 切削运动及切削要素切削运动及切削要素注释注释:1、主运动可以是旋转运动，也可以是往复运动；、主运动可以是旋转运动，也可以是往复运动；2、主运动可以是工件来实现（车外圆）、主运动可以是工件来实现（车外圆）,主运动主运动 也可以是刀具

3、来实现也可以是刀具来实现（磨、刨、铣加工）（磨、刨、铣加工）;3、主运动只有一个，进给运动可以有一个以上。、主运动只有一个，进给运动可以有一个以上。待加工表面待加工表面：指加工时工件上有待切除的表面；：指加工时工件上有待切除的表面；已加工表面已加工表面：指工件上经刀具切削后产生的表面：指工件上经刀具切削后产生的表面;过渡表面过渡表面： 指工件上由刀具切削刃形成的表面。指工件上由刀具切削刃形成的表面。 切削用量切削用量切削三要素切削三要素切削速度切削速度进给量进给量背吃刀量背吃刀量指在主运动一个工作循环指在主运动一个工作循环内，刀具与工件在进给方内，刀具与工件在进给方向上的相对位移向上的相对位移

4、指在单位时间内工件和刀具指在单位时间内工件和刀具沿主运动方向的相对位移沿主运动方向的相对位移待加工表面到已加工表待加工表面到已加工表面间的垂直距离面间的垂直距离切削层参数切削层参数切削层公称横截面积切削层公称横截面积：切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面积。：切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面积。 切削层公称宽度切削层公称宽度：沿主切削刃度量的切削层尺寸；：沿主切削刃度量的切削层尺寸；切削层公称厚度切削层公称厚度：横截面积比公称宽度；：横截面积比公称宽度； 刀具材料 1、对刀具材料的要求（1）较高硬度，常温下60HRC以上（2）足够的强度和韧性（3）良好的耐磨性（4）良好耐热性（5）良好工艺

5、性铣刀、齿轮刀具铰刀、拉刀手工工具用途小小大热处理变形 10.50.6 0.20.4速比600200300200耐热性 OCHRC6265HRC6165HRC6165硬度W18Cr4VCrWMn、9SiCrT10、T10AT12例高速钢合金工具钢碳素工具钢2、常用刀具材料的性能及用途硬质合金陶瓷材料人造金刚石例钨钴类（K）钨钛钴类（P）K01P01硬度HRA8991（HRC7478）HRA8696HV10000 (硬质合金为HV13001800)耐热性 OC85010001200700800 速比61214热处理变形不需要用途各种刀片高硬度钢材精加工不宜加工钢铁材料碳素钢刀具高速钢刀具硬质合金

6、刀块刀具角度刀具角度 1.刀具切削部分的组成刀具切削部分的组成刀头刀头:(三面三面) 前刀面：切屑流过的表面前刀面：切屑流过的表面 主后刀面：刀具上与加工表面相对的表面主后刀面：刀具上与加工表面相对的表面 副后刀面：刀具上与已加工表面相对的表面副后刀面：刀具上与已加工表面相对的表面 (两刃两刃) 主切削刃：刀具上前刀面与主后刀面的交线主切削刃：刀具上前刀面与主后刀面的交线 副切削刃：刀具上前刀面与副后刀面的交线副切削刃：刀具上前刀面与副后刀面的交线 (一尖一尖) 主切削刃与副切削刃的交点主切削刃与副切削刃的交点 车刀切削角度的坐标平面车刀切削角度的坐标平面基基 面面切削平面切削平面正交平面正交

7、平面过主切削刃上的某一过主切削刃上的某一点，与主运动方向相点，与主运动方向相垂直的平面垂直的平面过主切削刃上的某一点，过主切削刃上的某一点，于切削刃相切并垂直于于切削刃相切并垂直于基面的平面基面的平面过主切削刃上的某一点，并同时垂直于基面过主切削刃上的某一点，并同时垂直于基面和切削平面的平面和切削平面的平面刀具角度说明刀具角度说明前角前角o前刀面与基面间的前刀面与基面间的夹角夹角 前角大，刃口锋利，切屑变前角大，刃口锋利，切屑变小，切削力小，切削轻快。但小，切削力小，切削轻快。但易产生崩刃。易产生崩刃。后角后角o主后刀面与切削平主后刀面与切削平面间的夹角面间的夹角 增大后角可减少摩擦，提高工增

8、大后角可减少摩擦，提高工件加工质量和刀具耐用度，并件加工质量和刀具耐用度，并使切削刃锋利。使切削刃锋利。PoPrPso0 r已 加 工 面加 工 面待 加 工 面r主偏角主偏角r主切削刃与进给方向间的主切削刃与进给方向间的夹角夹角 影响切削层的形状，切削刃的工作影响切削层的形状，切削刃的工作长度和单位切削刃上的负荷。减少长度和单位切削刃上的负荷。减少r，主切削刃单位长度上的负荷减少，刀具主切削刃单位长度上的负荷减少，刀具磨损小，耐用。磨损小，耐用。副偏角副偏角r 副切削刃与进给反方副切削刃与进给反方向间的夹角向间的夹角 影响已加工表面的粗糙度和刀尖影响已加工表面的粗糙度和刀尖强度，减少强度，减

9、少r ，减少表面的粗糙度，减少表面的粗糙度的数值，还可提高刀具强度。过小，的数值，还可提高刀具强度。过小，会使副切削刃与已加工面的摩擦增加，会使副切削刃与已加工面的摩擦增加，引起振动，降低表面质量。引起振动，降低表面质量。主偏角、主偏角、副偏角对副偏角对残留面积残留面积的影响的影响PoPrPso0 r已加工面加工面待加工面rfnPsPrPo0 r已加工面 r注意：车外注意：车外圆与车端面圆与车端面主、副偏角主、副偏角的变化的变化刃倾角s：在主切削平面中测量的主切削刃与基面间的夹角。刃倾角主要影响刀头的强度、切削分力和排屑方向。 刀具的工作角度刀具的工作角度车外圆时车刀安车外圆时车刀安装装高度高

10、度对前角、对前角、后角的影响后角的影响车外圆时车刀安车外圆时车刀安装装偏斜偏斜对主偏角、对主偏角、和副偏角的影响和副偏角的影响刀具结构刀具结构整体式整体式焊接式焊接式机夹可机夹可转位式转位式多为高速钢车刀，其结构简单，制造、使多为高速钢车刀，其结构简单，制造、使用都方便用都方便不需焊接和刃磨，避免了焊接和刃磨引起的缺陷，不需焊接和刃磨，避免了焊接和刃磨引起的缺陷，保持了硬质合金的原有性能，提高了刀具的耐用度保持了硬质合金的原有性能，提高了刀具的耐用度结构简单、紧凑、刚性好，可磨出各种所需结构简单、紧凑、刚性好，可磨出各种所需角度，应用广泛角度，应用广泛机夹重机夹重磨式磨式常见刀具的结构形式常见

11、刀具的结构形式金属的切削过程金属的切削过程 金属在切削过程中，会出现一系列物理现象，如金属在切削过程中，会出现一系列物理现象，如金属变形、切削力、切削热、刀具磨损等，这些都是金属变形、切削力、切削热、刀具磨损等，这些都是以切屑形成过程为基础产生的。以切屑形成过程为基础产生的。切屑形成过程及切屑种类切屑形成过程及切屑种类1. 切屑形成过程切屑形成过程切削层切削层的金属的金属弹性变形弹性变形塑性变形塑性变形挤裂挤裂切离切离切切屑屑切削层的金切削层的金属受到刀具属受到刀具前刀面的推前刀面的推挤后产生弹挤后产生弹性变形性变形随着切应力、切应变随着切应力、切应变逐渐增大，达到其屈逐渐增大，达到其屈服强度

12、时，产生塑性服强度时，产生塑性变形而滑移变形而滑移刀具继续切入时，材刀具继续切入时，材料内部的应力、应变料内部的应力、应变继续增大，当切应力继续增大，当切应力达到其断裂强度时，达到其断裂强度时，金属材料被挤裂金属材料被挤裂沿刀沿刀具前具前刀面刀面流出流出 2. 切屑的种类切屑的种类呈连绵不断的带状或螺旋呈连绵不断的带状或螺旋状状,与刀具接触的底层光滑，与刀具接触的底层光滑，背面呈毛绒状背面呈毛绒状带状带状切屑切屑切削过程平稳，切削过程平稳，切削力变化小，切削力变化小，工件表面光洁工件表面光洁; 必必须采取断屑措施须采取断屑措施节状节状切屑切屑在节状切屑的整个剪切面在节状切屑的整个剪切面上，切应

13、力超过了材料的上，切应力超过了材料的断裂强度时，整个单元被断裂强度时，整个单元被切离形成粒状切屑切离形成粒状切屑在加工塑性较差在加工塑性较差的材料时，采用的材料时，采用较小的前角或负较小的前角或负前角的刀具并以前角的刀具并以极低的切削速度、极低的切削速度、大的背吃刀量和大的背吃刀量和进给量进行切削进给量进行切削时形成的时形成的崩碎崩碎切屑切屑切削层金属发生弹性变形切削层金属发生弹性变形后，一般不经过塑性变形后，一般不经过塑性变形就突然崩裂而形成形状不就突然崩裂而形成形状不规则的崩碎切屑规则的崩碎切屑工件材料脆性越大，工件材料脆性越大，刀具前角越小，背吃刀具前角越小，背吃刀量和进给量越大，刀量和

14、进给量越大，越易产生此类切削越易产生此类切削积屑瘤积屑瘤 1. 积屑瘤的形成积屑瘤的形成 切削过程中，由于金属的挤压和强烈摩擦，使切切削过程中，由于金属的挤压和强烈摩擦，使切屑与前刀面之间产生很大的应力和很高的切削温度。屑与前刀面之间产生很大的应力和很高的切削温度。当应力和温度条件适当时，切屑底层与前刀面之间的当应力和温度条件适当时，切屑底层与前刀面之间的摩擦力很大，使得切屑底层流出速度变得缓慢，形成摩擦力很大，使得切屑底层流出速度变得缓慢，形成一层很薄的一层很薄的“滞流层滞流层”，当滞流层与前刀面的摩擦阻，当滞流层与前刀面的摩擦阻力超过切屑内部的结合力时，滞流层的金属与切屑分力超过切屑内部的

15、结合力时，滞流层的金属与切屑分离而粘附在切削刃附近形成积屑瘤离而粘附在切削刃附近形成积屑瘤. 积屑瘤对切削加工的影响积屑瘤对切削加工的影响有利方面有利方面保护刀具保护刀具增加工增加工作前角作前角积屑瘤硬积屑瘤硬度很高度很高可代替切削刃可代替切削刃进行切屑，减进行切屑，减少刀具的磨损少刀具的磨损积屑瘤的存在，积屑瘤的存在，使刀具的实际工使刀具的实际工作前角增大作前角增大可减小切削变可减小切削变形和切削力，形和切削力，使切削轻快使切削轻快不利方面不利方面影响工件尺影响工件尺寸精度寸精度影响工件表影响工件表面粗造度面粗造度积屑瘤破裂后会划伤表面，加积屑瘤破裂后会划伤表面，加快刀具磨损快刀具磨损会形成

16、硬点和毛刺，使工件表面粗会形成硬点和毛刺，使工件表面粗造度值增大造度值增大时大时小，时有时无，使切削时大时小，时有时无，使切削力产生波动而引起振动力产生波动而引起振动积屑瘤的顶端突出于切削刃之外，积屑瘤的顶端突出于切削刃之外，使实际的背吃刀量不断变化使实际的背吃刀量不断变化 3. 积屑瘤的控制积屑瘤的控制影响积屑瘤影响积屑瘤的因素的因素工件材料工件材料切削用量切削用量刀具角度刀具角度切削液等切削液等控制措施控制措施要避免在中速加工塑性材料要避免在中速加工塑性材料增大前角可减小切削变形，降低切削增大前角可减小切削变形，降低切削温度，减小积屑瘤的高度温度，减小积屑瘤的高度采用润滑性能优良的切削液可

17、减少采用润滑性能优良的切削液可减少甚至消除积屑瘤甚至消除积屑瘤 切削力的构成与分解切削力的构成与分解切削力及切削功率切削力及切削功率切削力切削力:总切削力在切削速度方向上的分总切削力在切削速度方向上的分力，垂直于基面，其大小约占总力，垂直于基面，其大小约占总的切削合力的。的切削合力的。背向力背向力:总切削力在背吃刀量方向上的分力总切削力在背吃刀量方向上的分力;它在基面内。它在基面内。进给力：进给力：总切削力在进给方向上的分力总切削力在进给方向上的分力;它在基面内。它在基面内。 2. 2. 影响总切削力的因素影响总切削力的因素 3. 3. 切削功率切削功率 切削功率是各切削分力消耗功率的总和。切

18、削功率是各切削分力消耗功率的总和。工件材料工件材料切削用量切削用量刀具角度刀具角度强度、硬度高、塑性、韧性强度、硬度高、塑性、韧性大，总切削力大。大，总切削力大。背吃刀量、进给量、切削速度。背吃刀量、进给量、切削速度。前角越大，切削层材料变形前角越大，切削层材料变形越小，总切削力越小。越小，总切削力越小。切削热和切削温度切削热和切削温度1. 切削热的产生、传出及切削热的产生、传出及对加工的影响对加工的影响切削热的来源切削热的来源切削层的金属发生弹性变形、切削层的金属发生弹性变形、塑性变形而产生大量的热塑性变形而产生大量的热切屑与刀具前刀面产切屑与刀具前刀面产生的摩擦生的摩擦工件与刀具后刀面产生

19、的摩擦工件与刀具后刀面产生的摩擦切削热的传出切削热的传出传入切屑传入切屑，约占总热量的，约占总热量的，对切削加工无不利影响，对切削加工无不利影响传入工件传入工件，约占总热量的，约占总热量的，会使工件膨胀或伸长，产生尺寸和形状误会使工件膨胀或伸长，产生尺寸和形状误差，影响加工精度差，影响加工精度传入刀具传入刀具，约占总热量的，使刀具，约占总热量的，使刀具温度升高，硬度下降，磨损加快，耐用度降温度升高，硬度下降，磨损加快，耐用度降传入周围介质传入周围介质，约占总热量的，对切削，约占总热量的，对切削加工无不利影响加工无不利影响 2. 切削温度及其影响因素切削温度及其影响因素 3. 降低切削温度的措施

20、降低切削温度的措施切削温度一般是指切削区的平均温度。切削温度一般是指切削区的平均温度。(1) 选择合理的刀具角度和切削用量选择合理的刀具角度和切削用量(2) 使用切削液使用切削液其高低取决于切削时产生热量的多少和传出条件的好其高低取决于切削时产生热量的多少和传出条件的好坏，切削用量、工件材料、刀具材料及角度等对切削坏，切削用量、工件材料、刀具材料及角度等对切削温度均有影响温度均有影响刀具磨损和刀具耐用度刀具磨损和刀具耐用度 刀具的磨损形式及过程刀具的磨损形式及过程刀具的磨损形式刀具的磨损形式:前刀面磨损；后刀面磨损；前、前刀面磨损；后刀面磨损；前、后刀面同时磨损后刀面同时磨损.刀具的磨损过程刀

21、具的磨损过程:初期磨损阶段初期磨损阶段正常磨损阶段正常磨损阶段急剧磨损阶段急剧磨损阶段刃磨后的刀具，前、后刀面刃磨后的刀具，前、后刀面上高低不平，受到切屑的冲上高低不平，受到切屑的冲击和摩擦时，将击和摩擦时，将“凸峰凸峰”很很快磨去，时间很短快磨去，时间很短刀具上的高低不平已被磨去，刀具上的高低不平已被磨去，磨损量增加缓慢且比较稳定磨损量增加缓慢且比较稳定切削刃变钝，刀具与工件之间切削刃变钝，刀具与工件之间的摩擦变大，切削力增大，切的摩擦变大，切削力增大，切削温度上升，磨损加剧，刀具削温度上升，磨损加剧，刀具失去正常的切削能力失去正常的切削能力 刀具耐用度刀具耐用度 刀具允许的磨损限度通常用后

22、刀面的磨损高度表刀具允许的磨损限度通常用后刀面的磨损高度表示。但这种磨损标准很难掌握示。但这种磨损标准很难掌握,而引入而引入刀具耐用度刀具耐用度的概念。的概念。指刀具刃磨后从开始切削直到磨损量达到磨损标准为止的指刀具刃磨后从开始切削直到磨损量达到磨损标准为止的切削时间用表示。切削时间用表示。金属材料的切削加工性金属材料的切削加工性 切削加工性是指材料加工的难易程度。它主要切削加工性是指材料加工的难易程度。它主要取决于材料的力学性能且与材料的热处理状态有取决于材料的力学性能且与材料的热处理状态有关。关。切削用量的合理选择切削用量的合理选择1、切削用量同加工生产率的关系、切削用量同加工生产率的关系2、切削用量的选用原则、切削用量的选用原则1) 切削用量切削用量对加工质对加工质量的影响量的影响当切削速