第1章金属切削的基本要素

第一章金属切削加工的基础知识第一节切削运动和切削要素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和切削要素一、零件的种类及组成完成切削加工必须具备的两个条件：切削刀具与工件之间必须有一定的相对运动；切削刃有一定的形状；二、切削运动分析切削运动直线运动旋转运动二、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。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、可以是断续运动、可以有多个。合成切削运动：主运动和进给运动合成的运动。用ve表示。三、切削用量三要素切削速度：(vc)

进给量：(f)背吃刀量：(ap)“工件上已加工表面和待加工表面之间的垂直距离”。对于外圆车削：“切削刃选定点相对与工件主运动的瞬时速度”。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)三、切削用量三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Aα副后刀面Aα’交线交线主切削刃s副切削刃s’刀尖连接部分一、刀具切削部分的结构要素二、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；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平面”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”。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”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：“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”。εr=180º-(Кr+Кr’)三、刀具的标注角度在正交平面内测量的角度后角：αo“后刀面与切削平面的夹角”前角：γo“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：λS“主切削刃与基面之间的夹角”四、刀具的工作角度四、刀具的工作角度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；决定了切屑的尺寸和形状；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=f∙sinКr(mm)切削宽度：bD“沿着过渡表面度量的切削层尺寸”bD=ap/sinКr(mm)切削面积：ADAD=hD∙bD

(mm2)对于外圆车削：AD=f∙ap

(mm2)

三、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；良好的导热性和工艺性；二、常用刀具材料高速钢（1900年首次使用）属于高碳、高合金型的工具钢，其碳元素含量一般在0.7%～1.6%，W、Ｍo、Cr、V、Co等合金元素的重量百分比之和在10%～40%之间，其中Cr元素的含量固定在4%左右。基本性能：硬度：62~65HRC耐热性：500~600℃切削速度：V<30m/min工艺性好，适用于制造复杂刀具。二、常用刀具材料通用型高速钢:国别及标准中国GB/T美国ASTM德国DIN日本JIS标准代号GB/T9943-88ASTM600-92DIN17350-1980JISG4403_2000主要牌号W18Cr4VT1S18-0-1SKH2W6Mo5Cr4V2M2S6-5-2SKH52W2Mo9Cr4V2M7S400SKH50W9Mo3Cr4V二、常用刀具材料高性能高速钢：类别主要牌号成份特点及特性适合的刀具无钴含铝W6Mo5Cr4V2Al(M2Al)含碳量高、平衡碳差值小，碳饱和度高，易混晶，淬火范围窄。硬度65-69HRC立铣刀、铰刀、车刀、片状铣刀、拉刀W9Mo3Cr4VAl(W9Al)W6Mo5Cr4V2SiNbAl(B201)含钴W2Mo9Cr4VCo8(M42)红硬性高，抗回火软化能力强，工艺性较好，综合性能较好。硬度66-70HRC滚刀、剃齿刀、各种拉刀W6Mo5Cr4V2Co5(M36)高钒W6Mo5Cr4V3(M3)含碳量高，耐磨性好，可磨削性差。硬度65-67HRC丝锥、铰刀、滚刀、插齿刀、轮槽铣刀、钻头W6Mo5Cr4V4(M4)W12Cr4V4Mo(EV4)含钴高钒W12Cr4V5Co5(T15)含碳量较高，硬度高，耐磨性好，韧性差。硬度66-70HRC高强度车刀、各种齿轮刀具、精密铣刀W12Mo3Cr4V3Co5Si(Co5Si)二、常用刀具材料涂层高速钢：采用PVD（物理气相沉积法）技术，在真空、工艺处理温度500℃的环境条件下，在刀具表面均匀涂覆一层TiN、TiC、TiCN等硬膜（2~5μm）。

寿命提高3~7倍，效率提高30%粉末冶金高速钢：粉末冶金高速钢是将高频感应炉熔炼出的钢液，用高压氩气或纯氮喷射雾化，再急冷得到细小均匀结晶粉末，或用高压水喷雾化形成粉末，在真空状态下密闭烧结后，经过高温高压压制成致密的钢坯，然后锻轧成高速钢材料。强度、韧性可以提高2倍左右，耐磨性提高20%～30%。二、常用刀具材料硬质合金：

基本性能：硬度：71~76HRC耐热性：800~1000℃切削速度：V=100~300m/min工艺性差，不适用于制造整体结构的复杂刀具。由金属碳化物粉末和金属粘结剂经粉末冶金方法制成二、常用刀具材料硬质合金典型牌号：（GB/T18376.1-2001）P类（旧牌号YT类）：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：

P01、P10、P20、P30、P40等精粗二、常用刀具材料硬质合金典型牌号：（GB/T18376.1-2001）K类（旧牌号YG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：

K01、K10、K20、K30、K40等二、常用刀具材料硬质合金典型牌号：（GB/T18376.1-2001）M类（旧牌号YW类）：成分：WC+TiC+TaC(NbC)+Co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：

M10、M20、M30、M40等二、常用刀具材料涂层硬质合金：TiC基硬质合金：（金属陶瓷）超细晶粒硬质合金：利用CVD（化学气相沉积法）技术在刀具表面涂上一层厚度为5~10μm的TiC、TiN或Al2O3寿命提高10倍，生产率提高20倍通过添加Cr2O3使晶粒细化到小于0.5~1.0μm的硬质合金使用寿命提高1~2倍。适用于加工冷硬铸铁、淬硬钢、不锈钢、高温合金等难加工材料。三、超硬刀具材料陶瓷“Al2O3或Si3N4基体中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（91~95HRA）、耐磨性好；耐热性（1200℃）高；切削速度高达100~400m/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。三、超硬刀具材料人造聚晶金刚石（PCD）“高温高压下借助合金触媒的作用，由石墨转化而成”。特点：硬度高（10000HV）、耐磨性极好。耐热性：700~800℃，不能在高温下切削；冲击韧性、抗弯强度低。只有硬质合金的1/4。与Fe的亲和力强，不能加工铁族材料。适用于硬质合金、玻璃等