金属切削原理与刀具第三模块

1、金属切削原理与刀具09机电、机设专业使用课程教学模块序号模块名称学时1金属切削加工基本知识102刀具材料、寿命、刀具几何角度及选择103金属切削过程基本理论的应用44常用机加工技术及刀具165综合实训8模块三：金属切削加工基本理论的应用o 1、切削的种类及控制o 2、金属材料切削加工性的改善o 3、切削液的合理选用o 4、提高已加工表面质量的措施一、金属切削种类及控制o 屑，就是碎末。机械加工行业中，切削下来的材料一般是细碎的，也叫做切屑。屑连续不断是有害的，所以要设法让屑不连续，就是要断屑 。o 1.1 切削的形态n脆性材料崩碎切削切塑性材料带状切屑节状切屑粒状切屑o 1、带状切屑o 是最常

2、见的一种连续状切削。它内表面光滑，外表面呈毛茸状。o 条件：一般加工塑性金属材料，在切削速度较高，切削厚度较小，刀具前角较大，容易产生这种切屑。o 产生带状切屑，其塑性变形还不充分，滑移还没有达到破裂程度。o 2、节状切屑o 又称为挤裂切屑，其外弧表面呈锯齿形,内弧表面有时有裂纹。o 这种切屑大都在切削速度较低、切削厚度较大、前角较小的情况下产生。o 形成节状切屑的过程中，剪切滑移量大,局部地方滑移已达到破裂程度。o 3、粒状切屑o 形状为大小较均匀的颗粒状切屑o 切削条件：一般采用小前角或负前角，以极低的切削速度和大的切削厚度切削塑性金属时易产生此种切屑。实际生产中很少见。o 形成粒状切屑时

3、，若整个剪切面上剪应力超过材料的破裂强度，则整个单元被切离。o 总结：以上三种切屑是切削塑性金属时得到，形成带状切屑时，切削力波动小，切削过程平稳，已加工表面质量高。节状切屑和粒状切屑次之；但带状切屑过长时会妨碍工作，容易发生人身事故，所以应采取断屑措施。o 在不同的切削条件下，形成的切屑种类不同，当条件改变时它们可以互相转化。o 在形成节状切削情况下,改变切削条件,进一步减小切削速度，减小前角,增大切削厚度,就可以得到粒状切削;反之,如增大切削速度,增大前角,减小切削厚度,即可得到带状切削.掌握其变化规律，有助于控制切屑形态，控制切削过程。o 4、崩碎切屑o 切削脆性金属时，金属层在弹性变形

4、后一般不经过塑性变形突然崩裂形成不规则的碎块状切屑。o 形成崩碎切屑，切削过程很不平稳，工件已加工表面凹凸不平，表面质量差。o 工件材料越是硬脆，切削厚度越大时，越容易产生此类切屑。o 1.2切屑的流向及卷曲o 1、切削方式对切屑流向的影响o 2、刃倾角s对切屑流向的影响o 当s取正时，切屑流向待加工表面；当s取负时，切屑流向已加工表面；当s = 0时，切屑沿着垂直于主切削刃的方向流出。o 一般s在510之间选取。精加工时为防止划伤已加工表面，s应取0或正值；o 粗加工时为提高刀头强度应取负值。 o 1.3 断屑的原因和屑形o 影响因素：切削速度、刃倾角的正负、断屑槽 。o 切屑不能太长也不能

5、太短，太长了，排屑不方便，容易堵塞影响刀具切削； 太短了，说明切削剧烈，刀具受不了，同时表面会很粗糙 。o 1.4 控制切屑的方法o 切屑控制指在切削加工中采取适当的措施来控制切屑的卷曲、流出和折断，使之成为“可接受”的良好屑形。 o 目的：主要是防止切屑伤人和妨碍加工(如缠在工件上、缠在刀具上、堵在孔里等)以及划伤工件表面等；也防止切屑对刀具冲击造成崩刃。 o 方法：在前刀面上磨制出断屑槽或断屑台，增大切屑流出时附加变形，达到断屑目的。o 断屑槽的基本形式有：A型、K、Y、V、O、P型。 o 断屑槽的断面形状共有三种： 1）直线圆弧型 2）直线型 3）全圆弧型。 二、材料的切削加工性及改善切

6、削性指金属硬度适当，不要太硬磨损刀具，也不能太软粘刀。材料的切削加工性笼统地说是指对某种材料进行切削加工的难易程度。切削加工性的概念具有相对性。所谓某种材料切削加工性好坏，是相对于另一种材料而言的。一般在讨论钢料的切削加工性时，习惯地以45碳素结构钢作为比较的基准。如高强度钢比较难加工，就是相对于45钢而言的。 o 2.1 衡量切削加工性的指标 1）刀具寿命T衡量加工性 ； 2）一定寿命下的切削速度V衡量加工性 ； 3）以切削力或切削温度衡量切削加工性； 4）以已加工表面质量衡量切削加工性； 5）以切屑控制或断屑的难易衡量切削加工性。 o 2.2 影响切削加工性的因素o 1）材料的强、硬度o

7、2）材料的塑、韧性o 3）材料的导热性o 4）材料的金相组织o 5）材料的化学成分o 2.3 改善切削加工性的途径（1）通过热处理改变材料的组织和机械性能 高碳钢和工具钢 球化退火 热轧状态的中碳钢 正火 低碳钢 冷拔或正火 （2）调整材料的化学成分 在钢中适当添加一些元素，如硫、钙、铅等，使钢的切削加工性得到显著改善。（3）采用新的切削加工技术 三、切削液的合理使用o 3.1 切削液的作用 切削液的冷却作用 切削液的润滑作用 切削液的排屑清洗作用 切削液的防锈作用 3.2 切削液的分类 （1）水溶液的主要成分是水，它的冷却性能好，若配成液呈透明状，则便于操作者观察。 （2）乳化液是将乳化油用

8、水稀释而成。乳化油是由矿物油、乳化剂及添加剂配成，用9598水稀释后即成为乳白色或半透明状的乳化液。它具有良好的冷却作用，但因为含水量大，所以润滑、防锈性能均较差。 （3）切削油的主要成分是矿物油，少数采用动植物油或复合油。纯矿物油不能在摩擦界面上形成坚固的润滑膜，润滑效果一般。 3.3 切削液的选择和使用o 粗加工时，高速钢刀具应选用以冷却作用为主的切削液，主要目的是降低切削温度；硬质合金刀具可以不用切削液，必要时也可以来用低浓度的乳化液或水溶液，但必须连续地、充分地浇注。o 精加工时（包括铰削、拉削、螺纹加工、剃齿等），应选用润滑性能好的极压切削油或高浓度的极压乳化液。o 硬质合金刀具采用

9、的切削液与粗加工时基本相同，但应适当注意提高其润滑性能。切削高强度钢和高温合金等难加工材料，对切削液的冷却、润滑作用都有较高的要求，此时应尽可能采用极压切削油或极压乳化液。o 加工铜、铝及其合金不能用含硫的切削液。 四、提高已加工表面质量的措施o 4.1 已加工表面质量 工件经过切削加工后，已加工表面质量的主要标志是：表面的粗糙度、表面层冷作硬化程度、表面层残余应力的性质及其大小。 已加工表面质量对工件成为机器零件后的使用性能有很大的影响。具体如下 ：（1）表面粗糙度对耐磨性的影响（2）表面粗糙度对零件疲劳强度的影响。（3）表面粗糙度对配合性质的影响（4）表面粗糙度对耐腐蚀性的影响o 4.2

10、影响表面粗糙度的因素及改善措施o 表面粗糙度是一种微观几何形状误差，又称微观不平度。o 影响表面粗糙度的因素有：o （1）残留面积o 残留面积是构成已加工表面微观不平度的基本因素。o 残留面积高度H随着进给量的减小及主、副偏角的减小或刀尖圆弧半径的增大而减小。o （2）积屑瘤 、鳞刺o 在较低的切削速度，切削塑性材料时，会在工件已加工表面上形成近似与切削速度方向相垂直的横向裂纹，并有鳞片状毛刺出现，即所谓“鳞刺” 。当有鳞刺出现时，表面粗糙度会增大24级。o （3）振动o 切削过程中发生振动，在工件已加工表面上形成振纹，并引起切削力波动，使已加工表面变得粗糙。o 形成振动的原因较复杂，通常由加

11、工工艺系统刚性不足和过大的背向力Fp而造成o 4.3 减小表面粗糙度值的措施o 欲降低已加工表面粗糙度，必须减小残留面积，避免或抑制积屑瘤、鳞刺，控制切削过程中的振动及其他不利因素。o （1）工件材料o 工件材料的塑性愈大，愈易生成积屑瘤、鳞刺，已加工表面粗糙度也愈大。生产中可通过对工件材料进行热处理改善切削加工性能。如对低碳钢、低碳合金钢加工前进行调质处理以降低塑性，从而减小已加工表面粗糙度。o （2）切削用量o 切削速度切削塑性材料时，在中、低速情况下，易产生积屑瘤及鳞刺，提高切削速度，能使积屑瘤及鳞刺减小甚至消失，从而减小表面粗糙度。o 减小进给量f，能有效减小表面残留面积的高度，并起到

12、抑制积屑瘤及鳞刺的作用，从而减小已加工表面粗糙度值。o 但进给量下降到某一范围（0.150.05mm/r）以后，不利于表面粗糙度值的减小，甚至会引起振动使表面粗糙度值增大。所以，在生产中使用硬质合金刀具切削时进给量不宜小于0.05mm/ro （3）刀具几何参数o 增大刀具前角，能减小切削变形，并能有效地抑制积屑瘤和鳞刺。此外，较大前角刀具切削刃锋利，能切下较薄的切屑，有助于减小已加工表面粗糙度值。但前角太大会削弱刀具强度和减小散热面积，加速刀具磨损。o 因此，为提高加工表面质量，首先在刀具强度和寿命允许条件下，尽量选用大的前角。o 稍微增大刀具后角能减小后面与加工表面的摩擦，对减小表面粗糙度值

13、有利。o 减小刀具副偏角，增大刀尖圆弧半径以及采用修光刃是减小表面粗糙度值最有效的措施。但修光刃不宜过长，一般为1.2f，否则易引起振动。o 一般不宜采用减小主偏角的方法，特别是当工艺系统刚性不足时，以免Fp力过大而引起振动，反而使表面粗糙度值增大。o 4.4影响表面层力学性能的因素及改善措施o 1、表面层的加工硬化 机械加工后，工件已加工表面表层金属的硬度常常高于基体材料的硬度，这一现象称为加工硬化。o 影响加工硬化的因素 （1）刀具方面，刀具的前角越大，切削层金属的塑性变形越小，已加工表面在形成过程中受挤压的程度越大，故加工硬化也越大；o （2）工件方面，工件材料的塑性越大，强化指数越大，

14、熔点越高，则硬化越严重。 o （3）切削条件方面，切削速度对冷度程度的影响是力因素和热因素综合作用的结果，表现为加工硬化先是随着切削速度的增加而减小，到较高的切削速度后，又随着切削速度的增加而增加 。o 增加进给量，将使切削力及塑性变形区范围增大，因此硬化程度随之增加，而切削深度改变时，对硬化层深度的影响则不显著。 （4）采用有效的冷却润滑措施也可以使加工硬化层深度减小。 o 2、表面层金相组织o 加工表面出现温度升高到超过金相组织变化的临界点时，就会产生金相组织的变化。一般的切削加工，由于单位切削截面所消耗的功率不是太大，故产生金相组织变化的现象较少。 o 磨削加工因切削速度高，产生的切削热比一般的切削加工大几十倍，其中很大一部分热将传入工件表面，使表面层的金相组织发生变化，引起表面层的硬度和强度下降，产生残余应力甚至引起显微裂纹，这种现象称为磨削烧伤。 o 3、表面层残余应