第五章 金属冷加工基础

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1．提问10分钟2．讲解70分钟3．小结5分钟4．布置作业5分钟

第五章金属冷加工基础

●冷加工寻常指金属切削加工或机械加工，即用切削工具从金属材料（毛坯）或工件上切除多余的金属层，从而使工件获得具有一定形状、尺寸精度和表面粗糙度的加工方法。

金属切削加工主要形式有：车削、钻削、刨削、铣削、磨削、拉削以及钳工等。

第一节金属切削加工基础

一、金属切削运动及切削要素

1．切削运动

●切削过程中，切削刀具与工件间的相对运动，就是切削运动。切削运动包括主运动和进给运动两个基本运动。

a）车削b）钻削c）刨削d）铣削

e）外圆磨削f）车床上镗孔g）车成形面h）铣齿轮

图5-1切削运动与进给运动示意图

（1）主运动

●主运动是由机床或人力提供的主要运动，它促使切削刀具和工件之间产生相对运动，

从而使切削刀具前面接近工件。

主运动可以是旋转运动，也可以是直线运动。多数机床的主运动是旋转运动，如车削、钻削、铣削、磨削中的主运动均是旋转运动。

（2）进给运动

●进给运动是由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件之间产生附加的相对运动，加上主运动，即可不断地或连续地进行切削，并获得所需几何特性的表面。

切削过程中进给运动可能有一个，也可能有若干个。

进给运动形式有平移的（直线）、旋转的（圆周）、连续的（曲线）及间歇的。直线进给又分为纵向、横向、斜向三种。

主运动和进给运动可以由刀具、工件分别来完成，也可以是由刀具单独全部完成主运动和进给运动。

2．切削要素

切削要素包括切削用量和切削层尺寸平面要素。（1）切削用量

●切削用量是指切削加工过程中的切削速度、进给量和背吃刀量的总称。

要完成切削过程，切削速度、进给量和背吃刀量三者缺一不可，故它们又称为切削用量三要素。

工件上形成三个表面：待加工表面（工件上有待切除的表面）、已加工表面（工件上经刀具切削后产生的表面）和过渡表面（工件上由切削刃形成的那部分表面，是待加工表面和已加工表面之间的过渡表面）。

图5-2切削要素

①切削速度υc是指在进行切削加工时，刀具切削刃上的某一点相对于待加工表面在主运动方向上的瞬时速度，其单位为m/s。

当主运动是旋转运动时，切削速度是指圆周运动的线速度，即：

υc=πDn/（60×1000)

式中D──工件或刀具在切削表面上的最大回转直径，mm；

n──主运动的转速，r/min。

当主运动为往复直线运动时，则其平均切削速度为：

υc=2Lmnr/（60×1000）

式中：Lm──刀具或工件往复直线运动的行程长度，mm；

nr──主运动每分钟的往复次数，亦即行程数，str/min。

②进给量f是指进给量是指主运动的一个循环内（一转或一次往复行程）刀具在进给方向上相对工件的位移量。

车削时，进给量f是工件旋转一周，车刀沿进给方向移动的距离（mm/r）。

③背吃刀量ap是指背吃刀量一般是指工件已加工表面与待加工表面间的垂直距离，也称切削深度，单位为mm。

车外圆时的背吃刀量。

ap=（D-d）/2

式中D──待加工表面直径，mm；d──已加工表面直径，mm。

合理选择切削用量三要素，就是选择υc、f、ap数值的最正确组合，使切削加工获得合格的加工质量、最高的生产率和最低的加工成本。

实践经验证明：对刀具耐用度影响最大的是切削速度υc，影响最小的是背吃刀量ap。因此，粗加工时，应尽可能选择较大的背吃刀量，使加工余量在一次或少数几次进给中切除。切除表层有硬皮的铸件、锻件或加工硬化较严重的不锈钢等材料时，应尽可能使背吃刀量ap越过硬皮或硬化层深度；其次，在机床、刀具等工艺系统刚度允许的前提下，尽可能选择较大的进给量f；根据工件材料和刀具材料确定切削速度υc。粗加工时，一般选择中等切削速度或低切削速度。

精加工时选用较小的背吃刀量ap和进给量f，选取较高的切削速度υc，这样即可以保证加工质量，又可提高生产率。对于硬质合金刀具来说，常选用较高的切削速度υc；对于高速钢刀具来说，常选用较低的切削速度υc。

（2）切削层尺寸平面要素

●外圆车削时，工件转一周，车刀由“位置I〞移动到“位置II〞，其位移量为f，所切削的金属层位于AB与CD之间，此被切除的部分称为切削层。

●通过切削刃基点（一般指主切削刃工作长度的中点）并垂直于该点主运动方向的平面，称为切削层尺寸平面。

●在切削层尺寸平面上测得的切削层几何参数，称为切削层尺寸平面要素。

切削层尺寸平面要素包括：切削层公称厚度、切削层公称宽度和切削层公称横截面积。①切削层公称厚度是指在切削层尺寸平面上，垂直于切削刃方向所测得的切削层尺寸，用符号“hD〞表示，单位为mm。

切削层公称厚度大小代表了切削刃的工作负荷大小。

②切削层公称宽度是指在切削层尺寸平面上，沿切削刃方向所测得的切削层尺寸，用符号“bD〞表示，单位为mm。

切削层公称宽度大小等于切削刃的工作长度大小。

③切削层公称横截面积是指在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面上的实际横截面积，用符号“AD〞表示，单位为mm2。

AD等于切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积，也等于背吃刀量与进给量的乘积。即

AD=hD×bD=apf

当切削速度一定时，切削层公称横截面积的大小代表了生产率的大小。

1．重点：切削用量三要素2．难点：切削层尺寸平面要素

1．利用试样、挂图等教具。2．利用多媒体资料进行短时演示。

3．在讲解过程中要结合典型案例或图进行加工方法介绍。

1．小结

本次课主要介绍金属切削运动及切削要素等内容，学完之后：第一，要了解基本概念；其次，要以车削为例，了解切削用量三要素的基本选择方法；第三，学习过程中，要理论联系实际（尽量表达“做中学、做中教〞），并注意借助多媒体资料，帮助自己提高学习效率和拓展知识面，同时重视师生之间、同学之间的相互交流和探讨，提高交流能力和表达能力。

2．布置作业

一边复习本章的相关知识，一边完成《金属加工与实训习题集》中相关习题，并相相互互交流探讨。

教金属切削加工基础教案二

1．提问10分钟2．讲解70分钟3．小结5分钟4．布置作业5分钟

二、切削刀具选用

正确选择切削刀具几乎与正确选择机床同等重要。对于切削刀具来说，切削刀具材料与切削刀具的几何角度是两个最重要的因素。

1．切削刀具材料

切削刀具一般由刀柄与刀头两部分组成。

刀柄用于夹持切削刀具，在机床上刀头直接担负切削任务，所以，刀头又称为切削部分。刀头材料必需选用具备某些特别性能的材料制作，而刀柄部分一般只使用具有足够强度和刚度的普通钢材即可。寻常所说的切削刀具材料实际上是指刀头部分。

寻常将刀头用焊接（钎焊）或用机械夹固