金属切削加工基础知识分析

1、第一章 金属切削加工的基础知识本章摘要基本定义金属切削过程的一些基本概念，包括切削运动、切削用量、参考系（基面、切削平面、主剖面）、刀具标注角度、切削层参数等。 刀具材料刀具材料应具备的性能（硬度、强度、耐热性、工艺性等），两种常用的刀具材料（高速钢、硬质合金）和其它刀具材料（涂层、陶瓷、人造金刚石、立方氮化硼）。第一章 金属切削加工的基础知识第一节 切削运动与切削用量第二节 刀具的几何角度和结构第三节 切削层参数第四节 刀具材料第一节 切削运动与切削用量一、金属切削必备的三个条件刀具与工件之间必须有一定的相对运动；切削材料必须具有一定的切削性能；刀具必须有合理的几何参数，即切削角度。二、加工

2、表面三、切削运动分析切削运动直线运动旋转运动三、切削运动分析主运动：直接切除工件上的切削层，使之变为切屑，以形成工件新表面的运动。 通常用切削速度 vc (m/s) 表示。特点：速度高、功耗大、只能有一个。主运动方向：在不考虑进给运动的条件下，切削刃上选定点相对于工件的瞬时运动方向。三、切削运动分析进给运动方向：在不考虑主运动的条件下，切削刃上选定点相对于工件的瞬时运动方向。进给运动：不断地把切削层投入切削的运动。通常用vf、f或 fz表示。特点：速度低、功耗小、可以是连续或断续运动、可以有多个。三、切削运动分析合成切削运动：主运动和进给运动合成的运动。用ve表示。四、切削用量三要素切削速度：

3、(vc) 进给量：( f ) 背吃刀量：(ap)“切削刃选定点相对与工件沿主运动方向的瞬时速度”。通常以最大线速度为准。主运动是旋转运动时：主运动是直线运动时：“工件或刀具每转一转时，两者沿进给方向的相对位移”。f (mm/r), vf (mm/s), fz (mm/z)“刀具切削刃与工件的接触长度在同时垂直与主运动和进给运动方向上的投影值”。对于外圆车削：第二节 刀具的几何角度和结构一、刀具切削部分的结构要素第二节 刀具的几何角度和结构一、刀具切削部分的结构要素第二节 刀具的几何角度和结构归结起来： “三面两刃一尖”前刀面Ar后刀面A副后刀面A交线交线主切削刃s副切削刃s刀尖连接部分一、刀具

4、切削部分的结构要素刀具角度刀具工作角度：把刀具同工件和切削运动联系起来确定的刀具角度。刀具标注角度：在设计、绘图和制造刀具时所标注的角度。vc二、刀具标注角度参考系二、刀具标注角度参考系前提条件： 不考虑进给运动； 车刀刀尖与工件中心等高； 刀杆中心线与进给方向垂直； 刀具的安装面与基面Pr平行； (1) 假定运动条件：给出刀具假定主运动和假定进给运动方向，而不考虑进给运动； (2) 假定安装条件：车刀刀尖与工件中心等高；刀杆中心线与进给方向垂直； 刀具的安装面与基面Pr平行。vc安装基面Pr确定刀具标注角度参考系时假设前提条件正交平面参考系：基面Pr：“通过主切削刃上选定点垂直于主运动方向的

5、平面”正交平面参考系：切削平面Ps：“通过主切削刃上选定点，与切削刃相切并垂直于基面的平面”。正交平面参考系：正交平面（主剖面）Po：“通过主切削刃上选定点，并同时垂直于基面和切削平面的平面”。正交平面参考系：法平面参考系：法平面Pn:“通过主切削刃上选定点，并垂直于切削刃的平面”。法平面参考系：假定工作平面、背平面参考系：假定工作平面（进给剖面）Pf：“通过主切削刃上选定点，平行于进给方向并垂直于基面的平面”假定工作平面、背平面参考系：背平面（切深剖面）Pp:“通过主切削刃上选定点，同时垂直于基面和假定工作平面的平面”。假定工作平面、背平面参考系：三、刀具的标注角度在基面内测量的角度：主偏角

6、：“主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角”。副偏角：“副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角”。刀尖角：“主切削刃与副切削刃之间的夹角”。r=180-(r+r)三、刀具的标注角度在基面内测量的角度：kr三、刀具的标注角度在正交平面内测量的角度后角：o“后刀面与切削平面的夹角”前角：o“前刀面与基面之间的夹角”。三、刀具的标注角度在切削平面内：刃倾角：S“主切削刃与基面之间的夹角”余偏角：r“主切削刃与基面之间的夹角”r（5）副偏角r （6）副后角o 派生角度：楔角o、刀尖角r余偏角rr（1）主偏角r（4）后角o（2）刃倾角s（3）前角o当主、副切削刃共面时，所需标注的独立角度只有6个。正交平

7、面参考系的标注角度（1）主偏角r（2）刃倾角s（3）法前角n（4）法后角n （5）副偏角r （6）副后角o法剖面参考系的标注角度（1）主偏角r（2）进给前角f（3）进给后角f（4）背前角p（5）背后角p（6）副偏角r （7）副后角o假定工作平面-背平面参考系的标注角度三、刀具的标注角度00在切削平面内：s在切削平面内：s0s+ s四、切削形式1. 正切削与斜切削 切削刃垂直于合成切削方向称为正切削或直角切削。如果切削刃不垂直于合成切削方向则称为斜切削或斜角切削。下图为刨削时的正切削和斜切削。四、切削形式2. 自由切削与非自由切削只有直线形主切削刃参加切削工作，而副切削刃不参加切削工作，称为自由

8、切削。曲线主切削刃或主、副切削刃都参加切削者，称为非自由切削。这是根据切削变形是二维问题或三维问题进行区分的。为了简化研究工作，通常采用自由切削变形区来观察和研究。五、刀具的工作角度横向进给对工作角度的影响纵向进给对工作角度的影响五、刀具的工作角度刀具安装高低对工作角度的影响刀杆与进给方向不垂直对工作角度的影响第三节 切削层参数一、切削层：“刀具沿进给方向移动一个进给量 f，由一个刀齿正在切削着的金属层”。切削层的大小和形状直接影响：刀具切削部分承受的载荷大小；决定了切削的尺寸和形状；二、切削层的参数切削厚度：hD“垂直于过渡表面度量的切削层尺寸”hD=fsinr (mm)切削宽度：bD“沿着

9、过渡表面度量的切削层尺寸”bD=ap/sinr (mm)切削面积：ADAD=hDbD (mm2)对于外圆车削：AD=fap (mm2) 三、残留面积：实际切削面积等于名义切削面积减去残留面积。第四节 刀具材料一、刀具材料应具备的基本性能：高的硬度；必须高于工件硬度，通常应60HRC以上。足够的强度和韧性；较高的耐磨性；较高的耐热性；良好的工艺性；二、常用刀具材料高速钢（1900年首次使用）基本性能： 硬度：6265HRC 耐热性：500600 切削速度：V 30 m/min 工艺性好，适用于制造复杂刀具。常用牌号： W18Cr4V W6MO5Cr4V2 W6MO5Cr4V2Al二、常用刀具材料

10、各类高速钢刀具二、常用刀具材料硬质合金： 基本性能： 硬度：7482HRC 耐热性：8001000 切削速度：V=100 300 m/min 工艺性差，不适用于制造整体结构的复杂刀具。典型牌号： 钨钴类YG （K类） 钨钴钛类YT （P类） 通用类YW （M类）成分：WC+Co多用于加工短切屑的金属或非金属，如：铸铁、青铜等。常用牌号：YG3(K01)、YG6(K20)、YG8(K40)等 精加工 粗加工成分：WC+TiC+Co多用于加工长切屑的黑色金属，如：钢材等。常用牌号：YT5(P30)、YT15(P20)、YT30(P10)等 粗加工 精加工成分：WC+TiC+TaC(NbC)+Co

11、既可用于加工短切屑的铸铁，也可用于加工长切屑的钢材。常用牌号：YW1(M10)、YW2(M20)、YW3(M30)等 精加工 粗加工二、常用刀具材料各类硬质合金钢刀具3、超硬刀具材料 陶瓷 人造聚晶金刚石（PCD） 立方氮化硼（CBN）“Al2O3或Si3N4添加不同的金属元素(Ni、Co、Mo、W)或金属炭化物(TiC、WC)，采用热压和烧结的方法获得”。特点：硬度高、耐磨性好。9195HRA 耐热性高。1200 切削速度高达100400 m/min 抗弯强度、冲击韧性较差。主要用于冷硬铸铁、高硬钢等精加工和半精加工。“高温下借助合金触媒的作用，由石墨转化而成”。特点：硬度高、耐磨性极好。5000HV以上