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、机夹可转位式第3节金属切削过程一、切削过程及切屑种类二、积屑瘤三、切削力四、切削热五、刀具磨损金属切削过程——刀具从工件上将多余金属切下的过程，其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1. 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工件刀具第Ⅰ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Ⅱ变形区与前刀面接触的切屑底层内产生的变形区（剧烈的剪切滑移，积屑瘤显著影响切削过程）；第Ⅲ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

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量，会形成不同类型的切屑。（1）带状切屑：大前角高速小进给（塑性材料），切屑连续（不安全——断屑），平稳，Ra低（表面光洁）（2）节状切屑：低速大进给，切削力波动大，Ra高，粗加工——典型切削过程（3）崩碎切屑：切削铸铁，黄铜等脆性材料。切削热，切削力在主切削刃和刀尖上，易振动（崩刃），影响表面质量——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

节状切屑→带状切削二、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，这就是积屑瘤。1. 形成及特点

切屑在一定温度和压力下粘附在切削刃附近，形成后并长大，达到一定高度后又破裂。反复发生。特点：硬度大，能代替刀具切削。对加工的影响（1）保护刀具（切削刃）。（2）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；影响尺寸精度；还会粘在已加工表面上，影响表面质量。

粗加工希望产生精加工应该避免控制措施工件材料的力学性能——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。采用合适的切削液，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、屑接触区压力切削速度——通过切削温度和摩擦来影响。

速度很低（低于5m/min),温度低,摩擦小,不宜形成

速度增大(5-50m/min),温升高,摩擦大,宜形成

速度很高(大于100m/min)温升高,摩擦小,不宜形成

所以: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、精铣三、切削力

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切削力。②切屑、工件表面与刀具的摩擦力。总切削力的构成①材料的弹性变形和塑性抗力；oMF摩1F弹、塑F摩2总切削力F的分解切削力（切向分力）Fc——在主运动方向上分力，做功最多，占总功率90%以上；

计算机床动力及主要传动零件强度和刚度的依据

进给力（轴向分力）

Ff

——在进给运动方向上的分力，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

背向力（径向分力）Fp——在垂直于工作平面（切削深度）上的分力，不做功；但容易使工件变形，甚至产生振动，影响工件加工精度。Fp

影响细长轴的加工切削力的估算估算：根据经验公式估算切削力实际生产：Fc=kcAD影响切削力的因素

闷车现象——Fc过大①切削用量：ap（背吃刀量）和f（进给量）增大，F越大。②工件材料：材料的强度、硬度越高，塑性韧性越好，F越大。④冷却条件：加切削液，F减小。③刀具角度：增大0，Fc减小；增大kr，Ff减小、Fp增大。3.切削功率——三个切削分力消耗功率的总和。Pm=Fc

×vc×10-3

(kW)电机功率

PE=Pm/η

η

传动效率四、切削热1. 来源

切削功大都变成热能，形成切削热。（1）切屑变形，主要来源。（2）切屑与前刀面摩擦。（3）工件与后刀面摩擦。2.传导

（高速钢刀具）

切屑传出50％～86％

工件40％～10％

刀具9％～3％

辐射1％传入切屑和介质中的热量越多，对加工越有利；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，产生形状和尺寸误差。3.切削温度——切削区的平均温度，取决于切削热的产生和传出情况。影响因素：（1）切削用量

切削速度影响最大，

其次进给量，背吃刀量（2）工件材料

强度、硬度高，塑性、韧性越好，消耗功率大，产生切削热多，切削温度高。（切钢比铸铁发热多）（3）刀具

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

材料导热性好，散热也好五、刀具磨损1. 形式前刀面磨损（小）——以较大的背吃刀量（ap>0.5mm）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）——切削脆性材料或以较小的背吃刀量（ap<0.1mm）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——这种磨损一般发生在以中等背吃刀量（ap=0.1~0.5mm）切削塑性材料的条件下。刀尖磨损、刃口磨损

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，而且测量相对方便，所以一般都用后刀面的磨损高度VB来表示刀具的磨损程度。非正常形式

塑性变形（刀刃塌下）

破损（崩刃）——刀具太脆、进给量太大、刀杆/柄刚性低、切削刃强度低（加大刃口修模量，制出圆角或倒棱2. 磨损阶段三阶段：初期磨损阶段OA

正常磨损阶段AB

急剧磨损阶段BC磨损原因机械摩擦黏结磨损——压力、温度（塑性大）扩散磨损——高速切削（高温）周围介质化学作用——氧化所以：应在刀具正常磨损阶段后期，急剧磨损阶段之前刃磨刀具。判断刀具钝化的方法：①观察法粗车合金钢：VB=0.4~0.5mm粗车中碳钢：VB=0.6~0.8mm粗加工②测定（限定）刀具后刀面的磨损高度VB：精加工：VB=0.1~0.3mm刀具磨损的影响因素（1）切削用量大，则刀具磨损大其中切削速度影响最大（2）刀具材料和角度

耐热性好的刀具材料不易磨损；增大刀具前角可减少磨损（3）使用切削液可降低刀具磨损刀具耐用度（1）定义：

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，称为刀具耐用度。用T表示。（2）磨钝标准

用后刀面的磨损程度作为标准。

实际上按刀具切削时间来判断。

粗加工——切削时间min；

精加工——走刀次数或零件个数。第4节切削加工的技术经济分析一、技术经济指标二、影响因素一、主要技术经济指标1、产品质量（1）加工精度尺寸精度：标准公差20级，IT01~IT18,IT0形状精度：平面度、圆（柱）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（2）表面质量：表面粗糙度（Ra/μm）：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加工硬化：挤压、摩擦使表面硬度提高剩余应力和裂纹：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面粗糙度2、生产率和经济性（1）加工时间tw

：（单个零件）tw

＝tm+tc+totm：基本工艺时间，也称机动时间。tc：辅助时间，即调整、装卸、空程时间。to：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Cw：（单个零件且不包括材料成本）Cw=twM+(tm/T)CtM：单位时间全厂开支，包括工资、设备折旧等。T：刀具耐用度。Ct：刀具刃磨一次的费用。二、影响因素1、切削用量切削用量的选择原则（次序）：

背吃刀量、进给量、切削速度粗加工时，考虑加工效率，一般取较大的背吃刀量和进给量,而切削速度不高精加工时，考虑加工质量，常选取较小的背吃刀量和进给量,较高的切削速度2、切削液作用：冷却、润滑、清洗、防锈分类：

水基：主要是冷却作用。如乳化液

油基：主要是润滑作用。如切削油选用：粗加工时，主要考虑冷却，低浓度乳化液精加工时，主要考虑润滑，高浓度乳化液难加工材料，润滑——极压切削油/乳化液磨削加工，冷却+清洗（润滑+防锈），乳化液高速钢刀具，用切削液硬质合金刀具，可不用切削液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1.一定刀具耐用度下的切削速度当刀具的耐用度为T时，切削某种材料所允许的切削速度。材料的切削加工性越好。若T=60min，则各种材料与45钢（正火态）之比值。若把45钢的作为基准，写为材料具有良好的切削加工性。材料的切削加工性较差。2.相对加工性kr3.已加工表面质量4.切屑的控制或断屑的难易凡较容易获得好的表面质量的材料，其切削加工性较好；反之则较差。精加工时，常以此为衡量指标。凡切屑较容易控制或易于断屑的材料，其切削加工性较好；反之则较差。在自动机床或自动线上加工时，常以此为衡量指标。5.切削力在相同切削条件下，凡切削力较小的材料，其切削加工性较好；反之则较差。在粗加工中，当机床刚性或动力不足时，常以此为衡量指标。二、影响材料切削加工性的因素材料的导热性愈好、一定刀具耐用度下的切削速度愈高，材