（中职）金属切削原理与刀具第四章教学课件

1、YCF正版可修改PPT（中职）金属切削原理与刀具第四章教学课件第四章 金属切削基本理抢的应用第一节 切屑控制第二节 改善工件材料的切削加工性第三节 切削液及其选用第四节 已加工表面的质量第五节 刀具几何参数的合理选择第六节 切削用量的合理选择第一节 切屑控制一、切屑形状的分类生产中由于加工条件不同，形成的切屑形状多种多样。根据ISO规定、并由我国生产工程学会切削专业委员会推荐的国标GB/T16461-19%的规定，切屑的形状与名称分为八类，如表4-1所列。二、切屑的流向、卷曲和折断1.切屑的流向为了不损伤已加工表面和方便处理切屑，必须有效地控制切屑的流向。如图4-1所示，车刀除主切削刃起主要切

2、削作用外，倒角刀尖和副切削刃处也有非常少的部分参加切削，由于切屑流向是垂直于各切削刃的方向，因此最终切屑的流向是垂直于主副切削刃的终点连线方向，通常该流出方向与正交平面夹角为称为流屑角。下-页 返回第一节 切屑控制2.切屑的卷曲机理切屑的卷曲是由于切屑内部变形或碰到断屑槽等障碍物造成的，如图4-3、图4-4、图4-5所示。3.切屑的折断机理切屑经第I、第II变形区的严重变形后，硬度增加，塑性降低，性能变脆。当切屑经变形自然卷曲或经断屑槽等障碍物强制卷曲产生的拉应力超过切屑材料的极限应力值时，切屑即会折断。 三、断屑措施为了保护机床和人身安全、保护已加工表面和刀具不遭损伤，在生产实际中除了有效地

3、控制切屑流向外，常常要人为地采取断屑措施。常用的断屑措施有以下几种。上-页 下-页 返回第一节 切屑控制 1.磨制断屑槽对于焊接硬质合金车刀，在前面上可磨制如图4 -7所示的折线型、直线圆弧型和全圆弧型三种断屑槽。折线型和圆弧型适用于加工碳钢、合金钢、工具钢和不锈钢;全圆弧型的槽底前角大，适用于加工塑性大的金属材料和重型刀具。断屑槽在前刀面上的位置有三种形式，如图4-8所示，即外倾式、平行式(适用于粗加工)和内斜式(适用于半精加工和精加工)。 2.改变切削用量在切削用量参数中，对断屑影响最大的是进给量f，其次是背上-页 下-页 返回第一节 切屑控制 吃刀量，最小为切削速度进给量增大，使切屑厚度

4、气h增大，当受到碰撞后切屑容易折断。3.改变刀具角度主偏角是影响断屑的主要因素。主偏角增大，切屑厚度气h增大，容易断屑。刃倾角使切屑流向改变后，使切屑碰到加工表面上或刀具后面上造成断屑上-页 返回第二节 改善工件材料的切削加工性 一、衡量切削加工性的指标工件材料的切削加工性，除主要决定于材料自身的化学成分、金相组织、机械物理性质外，还与切削条件和对切削过程的要求有关。通常用下面的一个或数个指标来衡量。刀具寿命或在一定寿命下允许的切削速度;切削力;表面粗糙度或表面质量。为了对各种材料的切削加工性进行比较，用相对加工性Kr来表示。下-页 返回第二节 改善工件材料的切削加工性二、改善材料可切削性的途

5、径1.材料中加入少量添加剂在黄铜中加入1%3%的铅，铅可作为球状粒子存在于铜的金相组织中，切削时能起到很好的润滑作用，减少摩擦，使刀具寿命和表面质量提高。 2.进行适当的热处理根据材料性质不同，对材料进行适当的热处理，如低碳钢通过正火、调质，可降低塑性，提高硬度，使切削容易;高碳钢、白口铸铁，可通过退火处理，以降低硬度，改善其切削性。各种碳钢在退火、正火后的硬度见表4-3。上-页 返回第三节 切削液及其选用一、切削液的常见作用1.润滑作用切削液渗透到刀具、切屑与加工表面之间，其中带油脂的极性分子吸附在刀具新鲜的前、后刀面上，形成物理性吸附膜。若与添加在切削液中的化学物质产生化学反应，则形成化学

6、吸附膜。2.防锈作用为了防止工件、机床受周围介质腐蚀，要求切削液具有一定的防锈作用。防锈作用的强弱取决于切削液本身的性能和加入防锈添加剂的性质。防锈添加剂的加入可在金属表面吸附或化合形成保护膜，防止与腐蚀介质接触而起到防锈作用。下-页 返回第三节 切削液及其选用 3.冷却作用切削液浇注在切削区后，通过切削液的热传导、对流和汽化等方.式，把切屑、工件和刀具L的热量带走，降低了切削公破，起到冷却作用，从而有效地减小了工艺系统的热嘟珍，减少了刀步豁磨损。4.清洗作用在金属切削中，为了防止碎屑、铁锈及磨料细粉豁附在工件、刀具和机床上，影响工件已加工表面质量和机床加工精度，要求切削液具有良好的清洗作用。

7、清洗性能的好坏与切削液的渗透性、流动性和使用压力有关。上-页 下-页 返回第三节 切削液及其选用 二、切削液的种类金属切削加工中，常用的切削液可分为三大类:水溶液、乳化液和切削油。1.水溶液水溶液是以水为主要成分的切削液。由于天然水虽有很好的冷却作用，但其润滑性能太差，又易使金属材料生锈，因此不能直接作为切削液在切削加工中使用。为此，常在水中加入一定含量的油性、防锈等添加剂制成水溶液，改善水的润滑、防锈性能，使水溶液在保持良好冷却性能的同时，还具有一定的润滑和防锈性能。上-页 下-页 返回第三节 切削液及其选用 2.切削油切削油的主要成分是矿物油，少数采用矿物油和动、植物油的复合油。切削油中也

8、可以根据需要再加入一定量的油性、极压和防锈添加剂，以提高其润滑和防锈性能。3.乳化液乳化液是将乳化油用水稀释而成。乳化油主要是由矿物油、乳化剂、防锈剂、油性剂、极压剂和防腐剂等组成。稀释液不透明，呈乳白色。乳化液的冷却、润滑性能较好、成本较低，废液处理较容易，但其稳定性差，夏天易腐败变质，并且稀释液不透明，很难看到工作区。上-页 下-页 返回第三节 切削液及其选用 三、切削液的合理选择切削液应根据刀具材料、加工要求、工件材料和加工方法的具体情况选用，以便得到良好的效果。粗加工时，切削用量大，产生大量的切削热，为降低切削区的温度，应选用以冷却为主的切削液。高速钢刀具耐热性差，故高速钢刀具切削时必

9、须使用切削液，如使用3%一5%的乳化液和水溶液。硬质合金、陶瓷刀具耐热性好，一般不用切削液。从加工材料考虑，切削钢料等塑性金属材料时，需使用切削液。切削铸铁、青铜等脆性材料，一般不用切削液。对于高强度钢、高温合金等难加工材料的切削加工，应选用极压切削液。上-页 下-页 返回第三节 切削液及其选用从加工方法考虑，磨削时的温度高，而且会产生大量的细屑和砂末等，影响加工质量。因而磨削液应有较好的冷却性能和清洗性能，并应有一定的润滑性和防锈性。一般磨削加工常用普通乳化液和水溶液。上-页 返回第四节 已加工表面的质量一、几何原因形成的表面粗糙度对于普通车削，由于主、副切削刃同时参加切削和刀具与工件的相对

10、运动，这样加工后有一部分金属未被切除掉，而是残留在已加工表面上，从而构成了已加工表面在进给方向(纵向)的粗糙度，如图4一13所示1.用刀尖圆弧半径=0的车刀进行纵车如图4-13(a)所示，可得下-页 返回第四节 已加工表面的质量2.用刀尖圆弧半径 0的车刀进行纵车假定刀尖圆弧半径r二比较大，主要靠它来切削，由图4-13(b)可得由上可知，减小主、副偏角与进给量，增大刀尖圆弧半径，均能降低已加工表面的粗糙度值，但它们的减小与增大要受到一定的限制。因此，在生产中必须具体问题具体分析，采取相应的措施。上-页 下-页 返回第四节 已加工表面的质量二、切削中不稳定因素形成的表面粗糙度切削中不稳定因素形成

11、的表面粗糙度叠加在几何原因形成的表面粗糙度之上，增大了已加工表面的粗糙度值。1.积屑瘤的影响如前所述，积屑瘤是一个动态结构，很不稳定，产生、剥落与消失是经常的。当积屑瘤发生变化时，一方面使切削刃的形状发生变化;另一方面由于剥落的积屑瘤碎片一部分被工件带走2.鳞刺的影响鳞刺是在切削过程中已加工表面上形成的鳞片状毛刺。如在较低的切削速度和较大的进给量时，车、刨、拉、攻螺纹、上-页 下-页 返回第四节 已加工表面的质量 插齿和滚齿加工中，会出现这种现象，它将严重地影响已加工表面质量。 鳞刺的形成:在较低的切削速度下形成节状或粒状切屑时，切屑与前面的摩擦发生周期性变化，使切屑在前面上作周期性的停留(图

12、4-15 I)，由前面对切削层的推挤变为切屑的推挤，致使切削刃的前方加工表面导裂，使切削厚度深人到切削层以下(图4-15 II ,III阶段)，当切削力超过切屑与前面的豁结力时，切屑单元重新沿前面流动并被切离，而导裂层残留在已加工表面上就形成鳞刺(图4-15IV)。上-页 下-页 返回第四节 已加工表面的质量3.振动的影响在切削过程中，一旦产生振动就会在已加工表面上留下振纹，致使表面粗糙度值明显加大。根据振动方向的不同，有纵向振纹、横向振纹，如图4一16所示。4.其他因素的影响其它因素主要有刀具后面严重磨损对加工表面挤压和摩擦而形成的粗糙不平;刀具刃磨质量差，致使在刀尖附近产生微小崩刃，由它切

13、削时复映在已加工表面便是沟痕。上-页 返回第五节 刀具几何参数的合理选择一、前角及前刀面型式的选择1.前角(1)工件材料加工塑性材料时，为减少切削变形，降低切削力和切削温度，应选大的前角;加工脆性材料时，塑性变形小，由于形成多为崩碎状切屑，前角的作用不显著，应选用较小的前角(图4一17)。(2)刀具材料抗弯强度和冲击韧性大的刀具材料，如高速钢，选较大的前角。反之，如硬质合金选小值。因此高速钢刀具的前角可比硬质合金刀具的前角大一些，如图4-18所示。(3)加工性质粗加工时， ap,f大，切削力大，切削热量多，应选用较小前角;精加工时，ap,f小，切削力小，切削热少，为提高表面质量，应采用较大前角

14、。下-页 返回第五节 刀具几何参数的合理选择2.前刀面型式常用的前刀面型式如图4-19所示。(1)正前角平面型如图4-19(a)所示，这种型式的特点是结构简单、刀刃锐利，但强度低，传热能力差。(2)正前角平面带倒棱型如图4-19(b)所示，这种型式是沿切削刃磨出很窄的棱边，称为负倒棱。它可提高切削刃的强度和增大传热能力。对脆性大的硬质合金刀具来说，这时就能采用较大的前角，改善刀具的切削性能。(3)正前角曲面带倒棱型如图4-19(c)这种型式，是在平面带倒棱的基础上，前刀面上又磨出一个曲面，称为卷屑槽或月牙槽。它可增大前角，并能起到卷屑的作用。上-页 下-页 返回第五节 刀具几何参数的合理选择(

15、4)负前角单面型和负前角双面型如图4-19(d),(e)所示，切削高强度、高硬度材料时，为使脆性较大的硬质合金刀片承受压应力，而采用负前角。3.卷屑槽与切屑控制前刀面磨出卷屑槽可以使切屑卷曲，这是生产中经常采用的方法。经卷曲的切屑就不易缠绕在工件和刀具上。(1)切屑的卷曲为使切屑卷曲，需在前刀面磨出卷屑槽，其型式有下面三种(图4-20):全圆弧型、直线圆弧型和直线型。全圆弧型卷屑槽主要用于切削高塑性材料，采用较大前角的刀具。卷屑槽与切削刃的倾角有三种形式(图4-21);上-页 下-页 返回第五节 刀具几何参数的合理选择外斜式如图4一21(a)所示，这种卷屑槽前宽后窄，前深后浅，用于中等背吃刀量

16、平行式如图4一21(b)所示，这种卷屑槽在切削碳钢时与外斜式效果相似。内斜式如图4一21 (c)所示，这种卷屑槽断屑范围较窄，主要用于精车或半精车(2)切屑的折断卷曲的切屑流出时，碰在后刀面或工件上，切屑因受阻而应力增加，当某断面应力超过其强度极限时，切屑就折断，呈短片状，其过程如图4 - 22所示。切屑流出时碰不到后刀面或工件时，切屑将以各种螺旋形卷屑流出，到一定长度后，靠自重甩断。如卷屑槽尺寸不合适时，切屑就成连绵不断的带状切屑。上-页 下-页 返回第五节 刀具几何参数的合理选择二、后角的选择主、副后角的大小，会影响后刀面与工件间的摩擦、切削刃的锐利程度等。但过大会使刀刃强度和传热能力减小

17、。三、主、副偏角及过渡刃的选择1.主偏角由第三章可知，为减小切削力，主偏角应选大值;为降低切削温度、提高刀具寿命，主偏角应选用小值。在生产实践中，主要按工艺系统的刚性选取。2.副偏角主要根据加工性质选取，粗车时取1015;精车时取510;切断时取130上-页 下-页 返回第五节 刀具几何参数的合理选择3.过渡刃采用大的主偏角，对减小切削力有利，但会降低刀具寿命并使表面粗糙度值变大，为了补偿这些缺陷，可在靠近刀尖处如图4-24(a)所示，磨出一个过渡刃如图4-24(b)所示。过渡刃有两种型式:水平修光刃就是在刀尖部分平行于进给运动方向磨出一个切削刃，如图4-24(c)所示，以改善在大进给量情况下

18、的表面粗糙度。(2)圆弧过渡刃与刀尖圆弧半径过渡刃也可磨成圆弧形的，它的参数就是刀尖圆弧半径。增大圆弧半径，使刀尖半径处的主偏角变小，起到直线过渡刃和水平修光刃相同的作用。第五节 刀具几何参数的合理选择不论是水平修光刃还是刀尖圆弧半径，均不宜过大，否则则会使背向力FP增大，容易引起振动，反而使表面粗糙度值变大。它们应该按工艺系统的刚度来选择，同时还需仔细刃磨刀具。四、斜角切削与刃倾角的选择1.斜角切削如前所述，当切削刃与切削速度方向不垂直时，称为斜角切削(1)切屑流出方向与流出角斜角切削时，由于切削速度。不垂直于切削刃，使切屑流出速度在前刀面上与法剖面间形成一个夹角，这个角称为切屑流出角，如图

19、4一25所示。上-页 下-页 返回第五节 刀具几何参数的合理选择 (2)有效前角 斜角切削时，切屑流出速度在前刀面上与法剖面间的夹角为。切屑是在切削速度和所组成的平面Poe内产生的。刀具实际起作用的前角应在这个平面内度量(图4一25 )。(3)有效刃口钝圆半径 由前章已知，已加工表面的变质层主要是由于刃口钝圆半径所引起的。为了提高已加工表面质量，如何减小刀口纯圆半径就成为十分重要的问题。这个问题一方面要靠仔细的刃磨和研磨刀具，另一方面则可借助于增大刃倾角来解决。2.刃倾角人。刃倾角人。起以下主要作用:上-页 下-页 返回第五节 刀具几何参数的合理选择(1)控制切屑流向(图4-28 ) (2)控

20、制切削刃切入时，首先与工件接触的位置(图4-29)断续切削时，如刃倾角为负，刀尖为切削刃上最低点，首先与工件接触的是切削刃上离刀尖较远的点，这样就可使切削刃能承受冲击载荷，起到保护刀尖的作用;若刃倾角为正，则刀尖首先与工件接触，可能引起刀尖崩刃或打刀;当s=0时，整个切削刃与工件同时接触，冲击力大。(3)控制切削刃在切入和切出时的平稳性(图4-29 )(4)控制背向力FP和进给力Fr的比值上-页 下-页 返回第五节 刀具几何参数的合理选择 五、典型车刀合理几何参数的综合分析正确地选择刀具合理几何参数是要综合分析各几何参数间的相互关系，灵活地运用上述选择刀具合理几何参数原则与数据，才能获得满意的

21、经济效果。下面以几个典型车刀的合理几何参数的选择为例说明之，以期对此问题有所理解。1. 75强力车刀(图4-30)(1)工件材料与加工性质粗、半精加工中碳钢铸件及锻件，其单边余量在1015mm以上，选择的切削用量为:aP =1015 mm；f=1 mm/r; vc=50m/min。(2)刀具材料YT5或YT15(3)刀具几何参数上-页 下-页 返回第五节 刀具几何参数的合理选择1)为降低切削力，减少切削热的产生以降低切削温度，选取大前角。由表4-4，对低碳钢可取2025，对中碳钢可取1015，现取1820。如有可能争取再增大一些。2)为降低切削力，采用较大的主偏角kr =75。主偏角大可减少背

22、向力FP使在较大的背吃刀量情况下，不致引起振动。3)选择副偏角=15;4)为保证卷屑而采用外斜式直线圆弧卷屑槽。2.细长轴银白屑车刀上-页 下-页 返回第五节 刀具几何参数的合理选择细长轴是长径比在20以上的轴，例如车床的光杠、丝杠等。其特点是切削时工件很容易因背向力FP的作用而弯曲并引起振动。同时切削温度升高，引起工件伸长，而使工件弯曲。所谓银白屑车刀是指利用切削刃的负倒棱，在切削过程中能连续稳定地形成积屑瘤，利用积屑瘤增大实际工作前角，保护切削刃，使切削力和切削温度降低，切屑呈银白色，故称银白屑车刀。用这种车刀车削细长轴时，排出的主切屑由于温度低呈银白色，并以螺旋状顺利排除。3.车淬火钢车

23、刀图4一32)上-页 下-页 返回第五节 刀具几何参数的合理选择用于车削淬火钢。刀具几何角度及形状如图4一32所示。刀具材料:YG6A。特点:具有小的主偏角、副偏角，且前角只有5，切削刃强度好。大的负刃倾角，切削刃可承受大的冲击力。上-页 返回第六节 切削用量的合理选择 一、刀具耐用度的确定切削用量是生产实践中最活跃的参数。切削用量的合理选择是以一定的刀具耐用度为前提，由此可知，切削用量也与刀具耐用度密切相关，因此刀具耐用度T也直接影响着生产率和加工成本。从加工成本考虑，在其他条件不变时，耐用度T与加工成本C的关系如图4一33所示。即耐用度T选得过大与过小，不仅不会降低加工成本C，反而要提高加

24、工成本C。因此，只有选择合理的刀具耐用度T，才能使工件加工成本为最低。下-页 返回第六节 切削用量的合理选择下面来确定最大生产率与最低成本耐用度。1.最大生产率耐用度以单位时间内生产最多数量产品或加工每个零件所用工时最少来衡量。2.最低成本耐用度(经济耐用度)以每件产品或工序的加工费用最低为原则来制定。设单位工序加工成本为C;上-页 下-页 返回第六节 切削用量的合理选择二、切削用量的选择原则由式Pc= Fcvc103/60可知，切削功率Pc随主切削力Fc和切削速度vc的增大，成比例增加。而主切削力Fc受切削深度aP和进给量f的影响，增大aP , f ，使Fc的增加幅度不同，其中f影响较小。因

25、此，为充分发挥机床功率，首先应选取大的aP，其次选取较大的f，最后选取满足机床功率要求的vc。2.切削用量受刀具耐用度限制时的选择提高切削用量常受刀具耐用度的限制，切削用量对刀具耐用度的影响次序是vcfaP。上-页 下-页 返回第六节 切削用量的合理选择3.切削用量受加工质量限制时的选择半精加工时，切削用量受到加工质量的限制，此时切削深度ap可由半精加工余量来确定;进给量f的选择应有利于精加工时表面质量的提高。粗加工时由于毛坯余量大且不均匀，工件加工精度和表面质量要求较低，切削用量的选择主要以充分发挥机床和刀具的切削性能，提高生产率，降低生产成本为目的，所以粗加工时，切削用量合理选择的原则是:首先选取一个尽量大的切削深度ap ，其次选取一个较大的进给量f，最后根据已确定的ap和f，在刀具耐用度和机床功率允许的条件下选择一个合理的切削速度上-页 下-页 返回第六节 切削用量的合理选择精加工时，工件余量