2023年切削加工基础知识技巧归纳

第三十章切削加工的基础知识切削加工是运用切削刀具从毛坯上切除多余的材料,以获得所需的形状、尺寸精度和表面粗糙度加工方法。切削加工在工业生产中占有非常重要的地位，除了少数零件可以用铸造和锻造获得外，大部分的零件都要通过切削加工。登记表白，金属切削加工的工作量占机器制造总工作量的40%〜60%。金属切削加工与其他的加工方法相比重要有如下的优点：1、切削加工可获得相称高的尺寸精度和很小的表面粗糙度磨削外圆精度最高可高达IT51T7级,粗糙度Ra=0.1〜0.8口明镜面磨削的粗糙度甚至可达0.006um,而最精密的压力铸造只能达成IT9"IT1O,R=1.6~3.2口mo.2.切削加工几乎不受零件的材料、尺寸和重量的限制角。它决定了主切削刀的工作长度、刀尖强度和径向力。主偏角较小时，切削宽度增长，切削厚度减薄，主切削刀的工作长度增长，刀具磨损较小、耐用。但容易引越振动，增大径向力，顶弯细长工件，影响加工精度。一般30°〜90°最常用的是45°。⑸副偏角南副切削刃在基面上的投影与进给相反方向之间的夹角。它可以减少副切削刃与已加工表面间的摩擦。减小副偏角，可使表面粗糙度Ra值减小，一般5°〜15。。(6)刀尖角主、副切削刃在基面上投影的夹角。它反映了刀尖的强度和散热条件。在切削平面内测量的角度：(7)刃倾角力主切削刃与基面之间的夹角。它重要影响刀头的强度和排屑方向，改变刀头的受力情况。粗加工时，为了提高刀头的强度常取负值；粗加工时，为了不使切屑划伤已加工面取正值，如图30-7所示。一般为-5°〜10°。此外，在过副切削刃上选定点的副切削面内，尚有副后角和副前角%,其定义参考前角九和后角的定义。《第三节切削过程中的物理现象在金属的切削过程中，随着着许多物理现象，如滞流、切削力、切削热、刀具磨损等。一、切屑.切屑的形成切屑是刀具挤压工件使工件表面的一层金属产生一系列的变形而形成的。切削塑性材料时一般通过挤压滑移、挤裂、切离四个阶段形成切屑。切削脆性材料时不通过滑移阶段。(1)挤压阶段刀具挤压工件使接触处的金属产生弹性变形。(2)滑移阶段刀具挤压工件并使金属内部的应力达成材料的屈服极限，发生塑性变形。(3)挤裂阶段刀具挤压工件并使金属内部的应力达成材料的强度极限，产生裂痕而被挤裂。(4)切离阶段被挤裂的金属脱离工件而形成切屑。.切屑的种类如图30—8所示(1)带状切屑切削较软的塑性材料时，采用高的切削速度和小的进给量时得到，或采用低的切削速度和，而车刀的前角较大时形成带状切屑。(2)节状切屑在粗加工较硬的钢材时，采用大的进给量和高的切削速度，而刀具的前角较小时形成节状切屑。(3)粒状切屑在加工脆性材料时形成粒状切屑。不同的切屑对工件和刀具的影响也不同，带状切屑的形成过程较平稳，工件的表面质量较好，但易刮伤工件；粒状切屑是断续产生的，会使刀具产生振动，减少工件的表面质量，刀尖的冲击较大，容易损坏刀刃。二、积屑瘤切削塑性材料时，常在切削刃上粘附着一小块很硬的金属，其组织性能与刀具、工件材料均不相同，这块金属称为积屑瘤。在切削过程中，前刀面、刀刃和切屑形成一个小楔形区，这里压力大、温度高。切屑从刀具前刀面流出时切屑底层受前刀面摩擦，使流动速度减少，这层金属称为滞流层。当摩擦阻力大到一定值，就会使切屑底层金属的一小部分粘结到刀具前刀面的切削刃处，形成了积屑瘤。硬度约为工件硬度的1.5-2.5倍，粘附在切削刃上保护了切削刃，并增大了前角。在粗加工时，这是有利的。但由于积屑瘤不稳定，时隐时现，时小时大，并容易粘到工件表面上，引起振动，使工件表面粗糙度加大。因此，精加工时，应避免产生积屑瘤。切削速度对积屑瘤影响较大，当切削速度达成某一值附近，积屑瘤最大，切削速度进一步提高，积屑瘤则随之减小。因此，为避免积屑瘤的产生，可以采用较高或较底的切削速度；使刀面的粗糙度较小或加切削液以减小摩擦系数；增大前角，减少进给量以减小切削厚度等措施。三、加工硬化由于刀具的切削刃有一定的刃口圆弧半径P（约为0.012〜0.032mm如图3OT0所示，结果使工件的已加工面受到刀具的刃口圆弧的推压和后刀面的挤压、摩擦作用，产生强烈的塑性变形，导致表面的硬化。一般硬化层的硬度可达原工件的1—2倍，深度在0.02-0.03mmo这种再切削材料时，通过加工的表面硬度增长塑性下降的现象称加工硬化。表面的加工硬化，常引起工件表面产生细小的裂纹，使工件疲劳强度下降，表面粗糙度增长，使下道工序的加工增长困难。因此，常采用增大刀具的前角，提高切削速度，使用切削液等措施，减少加工硬化。四、切削力切削时所产生的刀具与工件之互相作用的力叫切削力。1、切削力的来源切削时，被刀具挤压的金属层及切屑由于变形而产生抗力，该抗力以正压力P,“的形式作用于刀具前刀面，是切削力的重要部分。组成切削力的其他部分涉及切屑和前刀面的摩擦力/〃；加工表面对后面的正压力也和摩擦力Fr;已加工表面对副后刀面的正压力和摩擦力F；flo在这三对力中，正压力均来源自工件及切屑的弹、塑性变形，摩擦力则来自工件与刀具工件的相对运动。如图30-11所示。三对力的合力即为总切削力尸,，简称为切削力。总切削力作用于刀具上的部位和方向如图30-12所示。2、切削分力为了设计计算中需要及便于测量，将总切削力,，分解成三个互相垂直的分力3、Fp、Fco(1)走力抗力尸/其方向与进给方向相反。车削外圆时为轴向分力。它是机床给进机构强度设计的原始数据。(2)吃力抗力乙其方向与吃刀方向相反。车削外圆时，为径向分力。其反作用力有将工件顶弯的趋势，对细长轴工件将影响工件的加工精度。增大主偏角，可以减少径向力。(3)主切削力&它垂直于基面，与切削速度方向一致。是最大的分力。F,所消耗的功率约占机床总功率的90%以上，是计算机床主传动系统零件强度、刚度，夹具夹紧力的重要依据。由于刀具角度、切削用量的不同，尸/和乙相对于尸，的比值在一定范围内变化。弓=(0.15~0.7)工；F尸(0.1~0.6)Fc五、切削热切削时所消耗的功几乎所有转化为热能。切削热的重要来源有:⑴内摩擦热在切削过程中，工件(在切削区)和切屑的弹、塑性变形产生的热。(2)外摩擦热切屑与刀具前面、加工表面与刀具后面、已加工表面与刀具副后面之间摩擦所产生的热。切削热使工艺系统的温度升高。使刀具硬度减少，导致刀具不久摩损；还也许改变工件的金相组织；使工件膨胀变形，影响测量及加工精度，对大尺寸，薄壁及细长工件影响更大。可见，减少切削热减少切削温度对加工精度是十分重要的。一般来说，所有减小切削力的办法均可减少切削热，但冷却润滑重有效。采用充足合理的冷却润滑，除可减少摩擦而减少切削热外，还可带走大量的切削热，从而使工艺系统温度明显减少。六、刀具耐用度刀具使用一段时间后就会变钝，必须重新刃磨后才干使用。我们把两次刃磨之间的实际切削时间称刀具的耐用度，单为是分钟。观测磨损刀具，根据刀具磨损部位的不同可分为后刀面磨损、前刀面磨损和前后刀面磨损，刀具的磨损是不可避免的。在初级磨损阶段，刀具后面的不平处被不久磨平，粗糙度减小。此后便进入了缓慢的正常磨损限度。刀具后面磨损到一定限度，切削刃钝化严重，切削温度较快地升高，使工件表面粗糙增大并出现振动，于是开始了急剧磨损阶段，如图3074所示。影响刀具耐用度的因素很多，如刀具材料、刀具角度、切削用量和冷却润滑情况等。其中以切削速度影响最大。在实际生产中一般根据生产经验人为地规定各种刀具的耐用度即刀具的使用时间，保证最低生产成本的耐用度。第四节工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性是指工件材料在切削加工时的难易限度。这是材料工艺性能的一个重要方面。它对保证加工质量提高劳动生产率有很大影响。假如某种材料被切削加工时，允许的切削速度高，刀具耐用度高，加工质量容易保证，切削力小，易断削，则我们说这种材料的切削加工性好，反之则差。事实上，没有那种材料能同时满足上述各项指标。因此，在科研和生产中，经常只取Vt或Kr来衡量切削加工性的好坏。1、VtVt的含义是：当刀具的耐用度为t分钟时，切削某种材料所允许的切削速度。显然，Vt越高，材料的切削加工性越好。一般材料常用Vso来衡量切削加工性，难加工材料也有用丫30或来衡量的，其中下标“60”、“30”、“15”即指耐用度七2、Kr用Vt衡量时不易看出材料切削加工性的相对限度，此时可用相对加工性Kr来衡量。Kr的定义是:假如以。b=736Mpa的45号钢作基准，计作(Vq)j,则其他材料的Vw同Mo)j的比值即称为相对加工性,记作KroKr=V60/(Vbo)j材料的可切削性并非一成不变的，根据生产批量的大小，在不影响工件使用性能的前提下，可通过适当调整材料的化学成分或适当的热解决来改善材料的加工性，实际生产中经常采用后者。目前尚未发现不能切削加工的金属材料.事实上，涉及橡胶、塑料、木材这些非金属材料在内，也都可进行切削加工，这是任何其它冷热加工方法都无法做到的.金属切削加工的尺寸可小至不到0.1mm,大至几十米，重达几百吨.金属切削加工可分为钳工和机械加工。钳工的内容在金工实习中介绍，本章只介绍机械加工的内容，机械加工是通过操纵机床对工件进行切削加工，其生产效率高，加工质量好，是现代金属加工的重要方式。第一节切削加工的基本概念切削运动和切削要素在切削过程中是两个经常碰到的概念，因此必须对的理解。一、切削运动（表面成型运动）切削加工是靠刀具和工件之间的相对运动来实现的。刀具和工件之间的相对运动叫切削运动,它涉及主运动和进给运动。.生运动是切除工件表面多余材料的基本运动，在切削运动中通常线速度最高，所消耗的功率也最多。例如车削时工件的旋转运动；钻削时刀具的旋转运动；刨削时工件与刀具的相对往复运动等都属于主运动。.选绘运动是使工件未被切除的多余材料不断被切除的运动，

又称走刀运动。通过进给运动便可以切削出要加工的表面。进给运动的速度一般远远小于主运动的速度。例如，车削外圆时车刀的纵向移动；钻孔时钻头的轴向移动；铳平面时工件的纵向移动；牛头刨床刨削时工件的横向间歇移动等都属于进给运动。机床除上述运动外，其它运动均称为辅助运动。如：进刀运动、退刀运动、分度运动、工作台的升降等。二、切削要素切削要素指切削用量和切削层几何参数。切削加工时在工件上形成三个表面:待加工面，是工件上等待切除一层材料的表面；已加工表面，是工件上经切削后产生的表面；加工面，正被刀具切削的表面，它是待加工面和已加工表面之间的过渡面。1、切削用量切削用量涉及切削速度、进给量、与切削深度。要完毕切削，这三者缺一不可，故又称为切削用量三要素。(1)切削速度也指主运动的线速度,当主运动是旋转运动时，rcDnrcDn1000rcDn1000rcDn1000m/min式中匕一切削速度，m/min;D-工件待加工表面直径，mm;n-工件转速，r/mino(2)进给量f(又称为走刀量)指刀具在进给运动方向上相对工件移动的距离。可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表达。例如，车削时进给量为工件每转刀具沿进给方向的位移量，单位mm/r,刨削时进给量指工件或刀具每往复一次，两者在进给方向的相对位移,单位mm/str(毫米/每往复行程)(3)切削深度指待加工表面与已加工表面的垂直距离。例如车削外圆时切削深度是待加工表面与已加工表面的半径差。2、切削层几何参数切削层几何参数涉及切削宽度、切削厚度和切削面积。它比进给量、切削深度更能直观地反映，切削刃单位长度负荷以及切削刃工作长度的变化。如图30-2所示。(1)切削宽度7沿刀具主切削刃所量得的切削层尺寸，即切削刃参与切削工作的长度，单位为mm。外圆纵车时：_%aw-~sinKr式中3一刀具主切削刃和工件轴线之间的夹角。(2)切削厚度z刀具或工件每移动一个进给量/后，刀具主切削刃相邻两个位置间的垂直距离，单位为mm。4c=fsinKr(3)切削面积A,切削层的横截面面积，单位为mm之。4=a.'ac=f'ap由以上公式可以看出，/,〃决定A，的大小。人随着的减小而增大,而ac随着Kr的减小而减小.第二节切削刀具金属切削刀具重要由刀头和刀体组成，刀头承担切削任务，刀体用来夹持刀头。选择合适的刀具对切削加工极为重要，选择刀具重要考虑材料和角度两个因素。一、刀具材料1.对刀具材料的规定(1)较高的硬度其硬度应高于工件材料的硬度，常温硬度在HRC60以上。(2)良好的耐磨性使刀具的工作时间延长，提高生产率。(3)足够的强度和韧性以保证对切削抗力、冲击力与振动有足够的承受能力。(4)高的耐热性(又称红硬性)能在高温下维持切削所需的硬度、耐磨性、强度和韧性。除上述基本切削性能外，还应有良好的工艺性和导热性。2、刀具的常用材料(1)合金工具钢有较高的热硬性，耐热温度在22O°C左右，切削速度约在8~10m/min之间，但价格低廉，常用来制造形状复杂的低速刀具，如铁刀、丝锥和板牙等。(2)高速工具钢其高温硬度、耐磨性都比合金工具钢好，耐热温度在560°C左右，其热解决后的硬度可达成HRC63〜66,切削速度可达3Om/min左右。由于其热解决性能好，有较高的强度和良好的刃磨性，被广泛用于制导致形车刀、铳刀、钻头和拉刀等各种机用刀具。目前应用最多的材料是W18Cr4Vo(3)硬质合金是由碳化鸨、碳化钛和钻等材料用粉末冶金方法制成的合金。其硬度可达HRA89-92.5(相称于HRC70-75)，能耐温度达850°〜1000°C,耐磨性很好。切削速度是高速钢的470倍，但抗弯强度仅为高速钢的1/3,怕冲击振动。通常是将硬质合金刀片固定在刀体上使用，目前硬质合金已成为重要的刀具材料之一。根据GB2075-87,切削用的硬质合金按其排屑形式和加工对象范围。分为三类，分别以字母P、M、K表达。P一适于加工长切屑的黑色金属，以蓝色作标志。M—适于加工长切屑或短切屑的黑色金属和有色金属，以黄色作K—适于加工短切屑的黑色金属、有色金属合非金属材料，以红色作标志。P类的硬度、耐磨性较高，韧性较差。K类的韧性较高，硬度、耐磨性略低。M类的综合性能较好。表307列出了分组代号及应用范围，供实际工作中参考。每个类别的分组代号中，数字愈大，耐磨性愈低，而韧性愈高，则进给量可选得大些，而切削速度应选得小些。随着科学技术的发展，刀具材料不断更新。出现了一些新的刀具材料，如钻高速钢，粉末冶金高速钢，钢结硬质合金。人造金刚石，立方氮化硼(CBN)等。二、刀具的几何形状刀具的几何形状重要指切削部分的几何形状，涉及切削部分的组成、辅助平面、切削部分的几何角度等内容。下面以普通外圆车刀为例加以说明。其它刀具都可看作由车刀演化而来。1、车刀切削部分的组成如图30-4a所示(1)前刀面一切屑流出时一方面接触的表面。为使切屑卷曲、折断，切削塑性材料时，刀具的前刀面一般磨有断屑槽，如图30-4b所示。前刀面可为平面，也可为曲面。(2)主后刀面切削时，刀具上与工件加工表面相对着的表面。(3)副后刀面切削时，刀具上与工件已加工表面相对着的表面。(4)主切削刃前刀面与主后刀面的交线，它担负着重要的切削工作