机械制造基础第十章金属切削加工基础知识

机械制造基础

第十章金属切削加工基础知识

主讲：仝勖峰西安电子科技大学本章内容金属切削加工的工作原理及特点，切削运动和切削要素；切削刀具基础知识；金属切削过程中的物理现象。一、切削加工切削:利用切削工具从工件上切除多余材料的加工方法。切削加工=钳工+机械加工

机械加工—利用机械力对各种工件进行加工的方法。机械加工的方法许多：车、钻、铣、刨和磨等多种，但它们在切削运动、切削刀具、切削过程的物理实质等方面都有着共同的现象和规律。二、切削运动与切削要素1、零件表面的形成零件表面的组成有：基本表面平面、外、内圆面；成形面：沟、槽、螺纹及齿面等

金属切削基础知识录像

1、零件表面的形成

2、切削运动2、切削运动1）三个表面在切削加工过程中，工件上存在三个不断变化的表面，即：已加工表面、待加工表面和过渡表面。（1）待加工表面工件上即将切去切屑的表面。（2）已加工表面工件上已切去切屑的表面。（3）过渡表面工件上由切削刃形成的那部分表面，即已加工表面和待加工表面之间的过渡表面。2、切削运动2、切削运动切削运动：刀具与工件之间的相对运动。切削运动又分主运动和进给运动，其中：1）主运动由机床或人力提供的主要运动，它促使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具前面接近工件。2）进给运动是使待加工表面不断地或连续地投入切削并得出所需几何特性的已加工表面的运动。2、切削运动切削过程中主运动只有一个；进给运动可以有一个或几个。切削运动的形式有：旋转或直线的。实际的切削运动是一个合成切削运动。2、切削运动

3、切削用量一般，切削用量包括：切削速度、进给量和背吃刀量。常称为切削三要素。1）切削速度

υｃ(以车削为例)

切削速度υｃ(m/s)是主运动的线速度。m/sνc=式中：D—为工件待加工表面的直径(mm)；n—为转速(r/min)。车削时指工件待加工表面最大直径处线速度3、切削用量2）进给量f(mm/r)指(车)刀具相对于工件旋转一转,在进给方向的位移量。单位为：mm/r或mm/str。3、切削用量3）背吃力量ap(mm)指工件上已加工表面与待加工表面之间的垂直距离，单位为：mm。式中：d为已加工表面的直径(mm)。生产中为提高效率一般对工件分粗、精加工阶段，如粗加工时的选择原则：“先定ap,次选f,最后定υc”aP＝4、切削层参数1）切削层公称横截面积AD

在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面积，单位为mm2。2）切削层公称宽度bD；3）切削层公称厚度hD

三、切削刀具

刀具组成＝切削部分＋夹持部分1、刀具材料(指切削部分)1）对刀具材料的基本要求切削过程中，刀具的切削部分要承受很大的压力、摩擦、冲击和很高的温度，刀具切削部分的材料应具备以下性能：(1)高的硬度一般刀具材料的硬度应在60HRC以上。1）对刀具材料的基本要求

(2)足够的强度和韧性又称坚韧性，以承受切削中的冲击力和振动，减少刀具脆性断裂和崩刃。(3)耐磨性好即抵抗磨损的能力，使刀具使用耐久。(4)高的耐热性是指刀具在高温下仍能保持硬度、强度、韧性和耐磨性等。(5)工艺性能要好为了便于刀具本身的制造，刀具材料还应具有一定的工艺性能,如:切削性能、磨削性能、焊接性能及热处理性能等。2）常用刀具材料（1）碳素工具钢T10钢(WC=1%)制手用钢锯条、简单冷作模;T12钢用于制作铰刀、锉刀、量具等（2）合金工具钢常用牌号如9SiCr、Cr12、CrMn、GCr15等。主要用于制造刃具、模具、量具等工具。2）常用刀具材料（3）高速钢高速钢是含W、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。其常用牌号有:W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等,广泛用于制造形状复杂的高速切削工具,如：麻花钻、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其他成形刀具。（4）硬质合金根据GB/2075-1998规定，按被加工材料分了三个大（类）组；分别用字母P、M、K表示(这些字母完全是习惯性，本身无其他含义)。3）新型刀具材料（1）涂层刀具材料是指通过气相沉积或其他技术方法，在硬质合金或高速钢的基体上涂覆一薄层高硬耐磨的难熔金属或非金属化合物而构成的。如在硬质合金表面上涂厚4～9μm的涂层时，表面硬度可达2500～4200HV，是实现刀具要求“面硬而心韧”的有效方法之一。常用的涂层材料有TiC、TiN、Al2O3等硬质合金涂层刀具寿命可比原来提高1～3倍，高速钢涂层后寿命提高2～10倍，世界各国对涂层刀具运用很广泛。处于领先地位的瑞典，在车削中使用涂层硬质合金刀片已达70%～80%。3）新霉型刀具柏材料（2）陶绝瓷刀具材嫌料按化学叔成分可培分为A刻l2O3基和S备i3N4基两类抹。陶瓷刀具限硬度高而削耐磨，允违许切削速悠度达成1逼2.5m斗/s，耐驼热性度可适达120糖0～14碍50℃，糟其效率比处硬质合金菌提高了1泳～4倍，浑可制成刀们片。用于半精摄和精加工西高硬度、脉强度钢及疯冷硬铸铁驰等，缺点雨抗弯强度盒低，冲击宪韧性差。3）新型贯刀具材料（3）超健硬刀具材姻料它包括央人造聚柱晶金刚斯石和立但方氮化截硼等人耻造聚晶洗金刚石答刀具，场硬度极尊高(5躲000丛HV以破上),库耐磨性去极好，慎可切削瓦硬的材候料而长谁时间保桌持尺寸躲的稳定叫。刀具寿命段比硬质合飞金高几十毫至三百倍捡，宜精细糟加工。立方氮化移硼(CB塘N)的显线微硬度达旱8000炎～900劣0HV，评仅次于天莲然金刚石钱（100古00HV因），耐磨脱性很好，限其耐热性指达150采0℃，且况与铁族材铅料亲和作腾用小。2、刀具秘角度刀具的伏种类相深当繁多删，但其裂切削部斤分的结慈构要素活和几何痰角度有笑着许多细共同的色特征。各种刀汽具就一桌个刀齿秧而言，况都相当据于车刀校的刀头称。2、刀具槐角度车刀切削法部分的组银成车刀切滥削部分嫩有：“西三面两汉刃一尖懂”。1）前霞刀面（霸简称前森面）指刀具上稠切屑流经鹿的表面。2）主汗后刀面皮（简称职后面）是与工件乖上过渡表剥面相对的澡表面。3）副后如刀面（简侍称副后面打）是与工查件已加报工表面婆相对的私表面。2、刀魔具角度车刀切削摔部分的组序成车刀切兰削部分前有：“尤三面两漠刃一尖扒”。4）主切脆削刃前刀面与便主后刀面恶的交线。5）副功切削刃前刀面与若副后刀面在的交线。6）刀谱尖指主、副淹切削刃汇按交的部位立，它可以蹦是圆弧，承或是一小喇段直线。2、刀具搭角度3、刀具角度况参考系刀具角度毕是确定车魂刀各部分险几何形状译的重要参教数，用于横定义和规衬定刀具角默度的各基塑准坐标平送面称为参踪蝶考系。参亩考系有两年类：一类汤称为刀具批静止参考垒系，又称缺标注参考毕系，它是候刀具设计补时标注、挨刃磨和测汽量的基准楚，用此定眠义的刀具丽角度称刀亩具标注角越度；另一弊类是刀具究工作参考种系，又称夕为动态参慢考系。3、刀具角度妙参考系组成刀妙具静止势参考系江的平面视，如下顶所示，且由以下订三平面省组成：1）基撞面Pr矛过切择削刃选血定点并仅垂直于帐假定主绿运动方浅向的平验面。车畏刀的基探面可理流解为平诸行于刀论具底面咸（水平津面）的滑平面。2）切惧削平面腰Ps姐过切柔削刃上滴选定点陈与切削块刃相切暮并垂直钓于基面撤的平面梨（主切牢削平面寺以Ps肤表示，资副切削区平面以妙Ps，朵表示）愉。3）正交惭平面Po污过切息削刃上选截定点，并坦同时垂直驶于基面和祝切削平面的平面。4）假定爸工作平面蚀Pf宇过切削刃槽选定点，煎垂直于基梅面并平行盈与假定进块给运动方斥向的平面凡。3、刀具角度若参考系4、车刀的窄几何角所度及其旱作用4、车刀的几防何角度及佣其作用1）前角捆r。前刀柜面与基面古间的夹角滩。根据前振刀面与醋基面间分的相对纷位置又热分别规偶定为正杠前角、必零度前央角和负描前角。作用：影牌响切削刃银锋利程度旧及强度，疯增加前角廊可使刀刃龄锋利，切介削力减少才。切削温丙度降低，预但过大的起前角会使越刃口强度星降低，容蝴易造成刃森口损坏。选择原好则：前激角的数快值大小委与刀具唤切削部杏分的材劲料，被舅加工材筋料、工未作条件踪蝶等都有叫关系。(1)刀泽具切削部氏分材料性傅脆、强度悦低时前角妻应取小值有；(2)工踢件材料强忍度和硬度毒低时，可评选取较大就前角；(3)灶在重切岭削和有育冲击的驰工作条嫁件时，弱前角只钱能取较众小值，麦有时甚白至取负灾值。一般是在眠保证刀具歌刃口强度亮的条件下荡，尽量选悦用大前角济。4、车刀的勾几何角裤度及其擦作用2）后角选αo指主后刀恩面与切削枣平面之间啦的夹角。作用：减萝小后刀面民与工件之评间的摩擦漫，它也和厘前角一样弓影响刃口修的强度和约锋利程度帅。选择原则洲：与前角网相似，一承般后角值可为6～8映度。3）主暖偏角描γ指隙主切削剪平面与圈假定工喝作平面盲间夹角身。作用：影侨响切削刃思工作长度垄、背向力葱、刀尖强巾度和散热记条件；主柜偏差越小祖，背向力羽越大，切黎削刃工作妇长度越大驶，散热条蓬件越好。选择原径则：工细件粗大经，刚性菊好时可漆取较小眨值，车牧细长轴杨时为了栋减少背倾向力以私免工件之弯曲加抹工出腰柴鼓形，踏宜选取瘦较大的膝值，常菊用为4栽5～7完5度间羞。4、车刀的晃几何角挪度及其捉作用4）副偏袋角副切误削平面与孟假定工作飞平面间的改夹角。作用：翼影响已辛加工表翠面的粗暖糙度，雹减少副歪偏角可羡使加工刊表面粗起糙值降元低。选择原则桂：精加工同为提高加塑工表面质溉量，选取芽较小值，嚼一般为5逗～10度5）刃倾还角s汉指主切鞋削刃与基些面间的夹帅角，反映虫主切削刃创对基面的品倾斜程度耽。作用：影奋响切屑流者动方向和饮刀尖的强呼度。(1)当暖s为正酷值时，刀拴尖在主切徐削刃上的撤最高点，沃切屑流向芽得加工表销面；(2)当嫂s为负纪值时，刀抛尖在主切庸削刃上为通最低点，铁切屑流向耕已加工表庭面；(3)刃币倾角为0尘时，切屑镇垂直于过车渡表面方挎向流出。4、车刀的兽几何角星度及其滴作用在s为烤正值时切洗屑对刀具旦的压力使害刀头及刃惕口部分容逃易损坏，喊表现出刀累头强度较钓差；反之孝则表示刀斯头强度较凯好。选择原则砌：精加工肾时取正值妥，粗加工幅时或有冲安击时取负作值，一般喷情况下为桌0～5度滋。5、刀具结构刀具结源构种类清很多，摩以车刀厉为例介界绍常见犁分类：1）整体评车刀荣切削部分望与刀杆为穗同一种材扑料，如高狱速钢车（动白钢刀）帅，在有色梨金属加工飞中应用较碍多。2）焊索接车刀忘切渣削部分厘与刀杆歼不同材己料，刀超杆为中锐碳钢锻版造，而母切削部摧分为硬挥质合金大类刀片雕，运用上硬钎焊膝连接而致成，方散便灵活亮，尤其掘小刀具拨运用多厌。呢.3）机械鸭夹固式车副刀按泊是否重磨吩又分机夹术不重磨式烈和机夹重盆磨式两种苗，其中机路夹不重磨滔时，一刀叙刃用钝后诞不需重磨竭。如图所照示，只须舰将夹紧螺遇钉稍松，膨将刀片再首转过一刃唱即可使用以。而机夹贞重磨式，常类似焊接阔车刀，用体钝后可重兽磨。5、刀具结构5、刀具结构5、刀具结构切削过程长录像四、金属切霸削过程1、切事屑形成余及种类1）切屑童形成摘塑性材料波的切屑过含程是一个扁：挤压变茫形切离过禁程；经历匹了：弹性桂变形、塑猪性变形、豆挤裂和切度离四个阶乳段。2）切屑斩的种类①带状膛切屑②节状乳切屑③崩碎切穗屑2、积斯屑瘤2、积滔屑瘤对急切削过蜻程的影怠响优点：①硬化桃刀刃保惜护刀具杜；②增大暮前角γ音利切削慨；③粗加工拍时利用之股。不足：时旺积时流使尽工件表面饮粗糙；精糊加工时，桑予以限制颈。3、切削力3、切削捏力以车外圆取时为例：总切削需力F分壶解为相滚互垂直愉的三个躲分力：1）切削员力Fc夕F在主咐运动方向勇上的分力姐；2）进固给力F验f祥F在进树给方向依上的分牢力；3）背向派力Fp翻F在垂饼直于工作醋平面方向怨上的分力疼。4、切削热努与切削硬温度4、切削帆热与切削仇温度1）切梨削热的趣产生、盗传出及霜对加工霞的影响仓（见录疯像片）2）切弄削温度缎及其影冤响影响切削欠温度的主过要因素：①工件材满料强电而硬的材梯料生热多摩；②切削用志量影恩响程度依吗次排序为富：切削速董度、进柜给量、炎背吃刀姑量。③刀具角缴度前角兆大点、主陡偏角小些论都可使生茧热少些。4、切削热与保切削温度3）切员削液及根其选用降低切削姓热的一个乳有效途径贡是喷注切程削液，可螺以降温。鹊其实切削而液还可以您起：冷滥却作用、漫润滑、清笨洗和防锈梳作用。生产中伟常用的涨切削液不可分为泉三类：（1）纳水溶液水为主，颠加有防锈硬液等添加胡剂。作用膊：冷却为粉主。（2）乳息化液将乳化宣油加水海稀释而跑成。不摧仅冷却陈且兼润灿滑作用捎。（3）切趁削油矿物油似为主。票少数采获用动、评植物油繁等，润而滑为主5、刀具磨损夸和刀具耐杨用度刀具在使厅用一段时或间后，其攀切削刃变延钝，以致带无法使用寺。为此要近讨论刀具蕉磨损与耐睁用度。1）刀具腊磨损形态（1）后蜓刀面磨损污，磨损以沉后刀面上疏的磨损宽础度值VB边表示。（2）欧前刀面钓磨损扇在高梳切削速扫度，背岔吃刀量裕较大且诱不用切商削液情算况下，语切塑性别材时，卫前刀面初上出现络月牙洼挨，前刀脾面的磨皮损量以中最大深涉度值K言T表示蛮。（3）前惭后刀面同公时磨损5、刀具磨损宅和刀具耐酷用度五、常驱用材料踪蝶切削性态能1、结纽奉构钢1）低协碳钢性软而韧短，易生鳞君刺，经正塞火处理后窜，可使切终削性得以松改善。2）中碳章钢有较好综槐合力学性筑能，切削