机修钳工培训

机修钳工仲吉武第一部分：机修钳工的基本操作第一章钳工概述第二章金属材料和热处理概述第三章金属切削的基本知识第四章机修钳工的基本操作第五章金属切削机床和夹具的基本知识第二部分：设备装修工艺第六章设备装配和修理的基本知识第七章固定连接及其装修工艺第八章常见机构的装配与修理第九章轴承和轴组的装修工艺第十章典型设备修理目录第一章钳工概述一、钳工的分类：1、钳工的主要任务：加工工件、装配、维修设备以及工具的制造和修理。2、钳工分类：工具钳工：使用钳工工具及设备，进行刃具、量具、模具、夹具和索具等的加工和修理，并进行组合装配、调试与修理。装配钳工：使用钳工工具及设备，按技术要求对工件进行加工、维修和装配。机修钳工：使用工具、量具和辅助设备等，对各类设备的机械部分进行维护和修理。3、钳工的基本操作：划线、錾削、锯削、锉削、孔加工（钻、扩、锪、铰）、攻螺纹和套丝、矫正和弯形、铆接、刮削和研磨、以及基本测量和简单热处理。二、机修钳工专业技能知识范围1、画法几何与机械制图：三视图、点线面的投影规律、截交和相贯、基本几何体和组合体的投影、视图的常用表达方法（剖视、断面、局部移出和放大、简化画法）、轴测图、机械零件图、装配图、尺寸标注。2、互换性与技术测量：互换性和标准化、公差与配合、长度测量（尺寸、基准）、形状位置检测、表面粗糙度检测。3、钳工工艺：常用量具：标准量具：量块、粗糙度对照块、塞尺专用量具：卡规、塞规、通止规万能量具：游标卡尺、千分尺、万能角度尺、百分表钳工基本操作：划线、錾锯挫削、钻扩锪铰孔、攻套丝、刮削与研磨、矫正与弯形、焊接和粘接、简单的热处理。4、金属切削原理与刀具：切削加工的基本概念：切削运动（主运动、进给运动）、切削加工在工件上形成的包面（待加工、加工、已加工）、工件成形运动（成形法、展成法）、切削用量三要素（v、af、ap）、切削力（理力和材力的基本概念）、切削热和切削液、切屑和积屑瘤、加工表面质量。刀具知识：刀具组成和分类、刀具切削部分（三面、两刃、一刀尖）、刀具角度、刀具的磨损和寿命、刀具材料、复杂刀具。5、机械零件（设计）和机械基础：强度理论，零件（包括标准件）的参数和检测、零件设计，配合（啮合）传动参数的检测和设计；传动简图（传动符号）、螺纹连接和传动、摩擦传动、带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、平面四杆机构、凸轮机构、棘轮和槽轮机构、联轴器与离合器、轴组。6、金属材料和热处理：金属材料的类型和牌号、铁碳合金相图、常用热处理方法。7、金属切削机床和夹具：机床的类型和型号、各类机床的加工工艺范围、典型加工机床的结构原理、机床典型部件、机床的传动分析和计算（转速拟合图）；机床设计、工件自由度和约束、六点定位、定位和卡紧元件、定位尺寸链和定位精度、通用和专用夹具及组合夹具。8、流体力学与液压传动、气动技术：流体力学基础：帕斯卡定律、伯努力方程液压传动：传动参数、液压元件（液压元件符号）、典型回路、油路分析。气体动力学：摩尔定律、热力学方程气动基础：元件（符号）、典型气动回路9、机械加工工艺学：金属切削加工的方法、典型表面加工方案（经济精度）、精密加工和特种加工、典型零件的加工工艺（轴类、盘套类、箱体类、底座和支架类）、机加工工艺过程（加工工艺规程制定、零件工艺分析、毛坯选择、基准的选择、工艺路线的拟定、加工余量的确定、工序尺寸的计算、加工生产率和工时、编写工艺文件）。10、机修工艺学：机修钳工常用设备：钳工工作台（台虎钳）、砂轮机、压力机、千斤顶、轴承加热器、钻床、电动或风动工具、龙门吊架和手拉葫芦。常用工具、量具和仪器：通用工具和专用修理工具、钳工量具、水平仪（框式、合像、电子）、光学平直仪、自准直仪、转速表、声级计、测震仪、温度测量仪、经纬仪（平行光管）、水准仪（或全站仪）、偏摆检查仪、表面粗糙度检测仪、万能测齿仪、数字式万能工具显微镜等（量具的测量精度和误差原理）。设备修理基本知识：拆卸、修理、装配。典型机构和部件的修理：固定连接的修理、传动机构的修理与装配、轴承和轴组的修理与装配、机床导轨的修理。典型设备的修理。11、数控技术基础：数控机床的类型、数控机床的组成和典型机械部件的结构、数控装置的组成和特点、数控编程基础。12、电工学、电力拖动、控制工程和测试技术。电路原理：电压、电流、电阻、电容、电感、欧姆定律、基尔霍夫定律、电压源、电流源、电路分析（电位、等效变换、节点电压和支路电流、戴纬南与诺顿定理、非线性电路、暂态分析）。电子技术基础：二极管、三极管、场效应管和基本放大电路、集成运算放大器、直流稳压电源、电力电子、门电路和组合逻辑电路。正弦交流电、三相电路、磁场和磁路、电机（交流电机、直流电机、控制电机）、电气开关和控制元件（符号、动作原理、整定）、电工仪表。电力拖动：继电控制（自保、互锁、常开、常闭、得电延时、断电延时、点动、连续、顺序等基本概念）、PLC、、常见的交流电机控制电路、变频调速、直流电机调速和控制。自动控制：开闭环、反馈、传递函数、线性微分方程、数学建模、时域与频域分析、根轨迹法、采样、拉氏变换和Z变换、非线性分析、最优控制。测试技术：传感器、信号采集、编码和译码、调制与解调、A/D和D/A转换、数据处理、频谱分析。第二章金属材料及热处理概述课题一金属材料的性能金属材料的性能主要是指力学性能、物理性能、化学性能和工艺性能等。一、材料机械性能（力学性能）：金属材料在各种外力作用下所表现出來的性能称为机械性能。金属的机械性能主要包括:強度、塑性、硬度、韧性及疲劳強度等。1、強度:強度是金属材料在靜载荷作用下，抵抗变形和破断的能力。A.弹性极限:材料在外力作用下只产生弹性变形时所能承受的最大应力称为弹性极限，符号σe。B.屈服极限:材料产生屈服现象时的应力称为屈服极限或屈服強度,符号σS。C.抗拉強度:材料在拉断前所能承受的最大应力为抗拉強度或強度极限，符号σb。2、塑性:

金属材料在断裂前发生塑性变形的能力称为塑性。延伸率(δ)和断面收缩率(ψ)是衡量金属材料塑性的指标。3、冲击韧性:

金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力，称为冲击韧性。4、疲劳強度:

疲劳強度又称疲劳极限。減少零件的应力集中，改善零件表面质量及使零件表面保留压应力均能有效地提高零件的疲劳強度。5、硬度:

硬度即指材料抵抗局部变形，特別是塑性变形、压痕或划痕的能力，它是各种零件和工具必须具备的性能指标之一，也是热处理主要的质量检验标准。

(1).检测方法:

就是用一定几何形狀的压头，在一定载荷下，压入被测金属材料表面，根据被压入程度來测定其硬度值。

(2).表示方法:

压入硬度测定法(如布氏硬度、洛氏硬度等);回跳硬度测定法(如肖氏硬度、里氏硬度)等，而在现場生产中常用的是压入硬度测定法，即布氏硬度、洛氏硬度等。A.布氏硬度(HB):

它是用一定直径的球体(淬硬钢球或硬质合金球)，以相应的试验力压入被测钢料表面，经规定保持时间后卸除试验力，用测量表面压痕直径來计算硬度的一种压痕硬度方法。B.洛氏硬度(HRC):

洛氏硬度值是用洛氏硬度相应标尺刻度滿量程(100)与残余压痕深度增量之差计算硬度值，HRC值可直接从表盘显示数字中得出。名称代号含意计量单位强度抗拉强度抗弯强度抗压强度δbδbbδbc金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力当所受外力是拉力时所表现出米的抵抗能力当所受外力与材料的轴线相垂直，并在作用后使材料呈弯曲时所表现出来的抵抗能力当所受外力是压力时所表现出来的抵抗能力MPa硬度布氏硬度洛氏硬度HBS(压头为硬质合金球时用HBW)HRCHRBHRA金属材料抵抗更硬物体压入表面的能力用一定直径的淬硬钢球或硬质合金球作为压头，在一定的压力下，将压头压入金属材料的表面，测得压痕的直径，经过计算即得布氏硬度值用l470N的力将金刚石的圆锥压头压入金属材料的表面，以压痕深度表示硬度的大小用980N的力和直径1.59mm淬硬钢球乐入金属表面求得的硬度用580N的力和圆锥形金刚石压入器求得的硬度塑性金属在外力作用下，产生永久变形而不会被破坏的能力冲击韧性值

ak金属在冲击载荷下，抵抗破坏的能力J／cm!二、物理性能：金属材料的物理性能是指金属的密度、熔点、热膨胀、导热性、导电性和磁性等三、化学性能：金属在常温或高温时抵抗各种化学作用的能力称为化学性能，如耐腐蚀性和热稳定性等四、工艺性能：金属材料是否易于加工成形的性能称为工艺性，如铸造性能、锻造性能、焊接性能、可切削加工性能和热处理工艺性能等，洛氏硬度与布氏硬度有下列近似关系：HRC≈1/10HBs洛氏硬度中的HRA与HRC有下列近似关系：HRA=HRC/2+52课题二金属的晶体结构及结晶一、晶体结构晶体是指原子(或分子)按一定几何形狀有规律地排列的固态物质。属晶体的物质的有食鹽、天然金钢石、铁等，所有的固体金属和合金都是晶体。晶体內部原子是有规則秩序地排列的。为了便于分析和描述金属晶体中原子的排列情況，示意地將原子看成一个小球，(图A是晶体中原子在空间作有规則排列的简单模型)。用假想的线条將各原子的中心连接起來，这样就得到一个抽象化了的空间格架(图B)。这种用于描述原子在晶体排列形式的空间格架称为结晶格子，简称晶格。晶胞就是在晶体中取出一个能完全代表晶体中原子排列特征的几何单位。体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格金属的结晶过程就是晶核的形成及晶核长大两个过程。每种金属都有一定的晶格类型，但在不同溫度下，同一种金属可能具有不同类型的晶格。金属在固态下隨溫度的改变，由一种晶格转变为另一晶格，这种现象称为金属的同素异构转变。由同素异构转变所得的不同晶体，称为同素异构体。同素异构体一般用希腊字母α、β、γ、δ等表示。如纯铁的同素异构转变表示:金属的同素异构转变与液态金属的结晶有相似之处，即同素异构转变有一定的转变溫度；同样遵循晶核形成和晶核长大的结晶规律；转变时也有结晶潛热的放出和过冷现象，所以同素异构转变也是一个结晶过程，通常称为重结晶。合金是由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素熔合而成，具有金属特性的物质。组成合金最基本的独立的物质称为组元。一般说來，组元是组成合金的元素。合金的结构可分为：固溶体、金属化合物和多种晶体的机械混合物。固溶体:组成合金的组元在液态相互溶解，结晶时，以一组元为基体保持其原有的晶格类型，其它组元的原子均勻地分布在基体组元的晶格里，形成均勻一致的固体，此合金就称为固溶体。根椐溶质原子在溶濟晶格中所占据的位置不同，可分为间隙固溶体和置換固溶体。金属化合物:组成合金的各组元，按照一定的原子数量比，相互化合而成的一种完全不同于原组元晶格的固体物质，称为金属化合物。金属化合物可用分子式表示，如Fe3C、CuAl2等。机械混合物:组成合金的组元既不是纯组元，也不是固溶体或化合物，而是两种或两种以上的纯组元、固溶体、化合物以弥散的混合物的形式组成在一起的固体物质，称为机械混合物。二、Fe-Fe3C平衡相图铁碳合金的基本组织铁素体:碳溶于α­Fe中的间隙固溶体，称为铁素体。用符号“F”表示。由于碳和铁的原子直径和晶格类型等存在著很大差异，所以当它們以固溶体形式存在时，只能是间隙固溶体，并且其固溶度是有限的。由于铁素体的晶格类型是体心立主，处于立方体中心的原子使立方体的空隙分散，不利于碳原子的溶入。因此铁素体所能溶入碳的数量很少，其最大固溶度为含0.0218%(727℃)。室溫时铁素体中碳的固溶度只有0.0008%。铁素体是铁碳合金室溫下的主要组织，起著基体相的作用。奧氏体:碳溶于γ­Fe中的间隙固溶体，称为奧氏体。用符号“A”表示。奧氏体的最大固溶度为含碳2.11%(1148℃)。奧氏体是铁碳合金的高溫组织，在平衡条件下，它的最低存在溫度是727℃。在该溫度下奧氏体的成份是一固定值:含碳0.77%。渗碳体:渗碳体是铁和碳形成的间隙化合物。用符号“Fe3C”表示。它的含碳量为69%，是一个固定值。渗碳体具有復雜的晶体结构，很硬、很脆、几乎沒有塑性，它是铁碳合金中的強化相。因此渗碳体的形态、大小、多少及分布对铁碳合金的性能有直接影響。通过不同的热处理方法，可以改变渗碳体在铁碳合金中的形态、大小、多少及分布，从而改变材料的性能。这正是热处理的重要原理之一。珠光体:珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物。用符号“P”表示。珠光体是平衡条件下含碳量为0.77%的奧氏体在727℃進行共析转变的产物，当珠光体中铁素体和渗碳体是片层相间的形态时，称片狀珠光体。经过一定的热处理，可以得到铁素体基体分布著颗粒狀的渗碳体，称为粒狀珠光体。莱氏体:莱氏体是奧氏体与渗碳体的机械混合物，即碳的质量分数(含碳量)为4.3%的液态铁碳合金。在727℃以上是奧氏体和渗碳体的机械混合物，称为高溫莱氏体，用“Ld”表示;低于727℃則是珠光体和渗碳体的机械混合物，称为低溫莱氏体，用“L`d”表示。课题三金属材料的分类和牌号一、钢铁材料牌号表示方法：根据国家标准《钢铁产品牌号表示方法》的规定，我国钢号表示方法的基本原则如下：(1)汉字牌号和汉语拼音字母牌号并用，其优点是汉字牌号容易记忆和识别，汉语拼音字母牌号容易书写和标记。(2)钢号中化学元素采用国际化学符号或汉字表示，如Mn(锰)、Si(硅)、Cr(铬)等，但稀土元素(总称)用拉丁字母“RE”或汉字“稀土”表示。(3)钢中碳和合金元素含量用数字表示，碳含量标在钢号最前面，合金元素含量则标在相应元素符号的后面。合金钢编号采用汉字(或汉语拼音字母)、化学元素符号和数字混合组成。

二、非钢铁材料(有色金属)及合金的牌号表示方法我国非钢铁材料及合金产品的牌号表示是根据国家标准(GB340)的规定，采用汉字牌号和汉语拼音字母、国际化学元素符号、阿拉伯数字相结合的方法，其表示原则如下：(1)产品牌号以代号或元素符号、成分和顺序号结合产品类别或组别名称表示，(2)产品的统称(如铜材、铝材)、类别(如黄铜、青铜)以及产品标记中的品种(如板、管、棒、带、箔)等均用汉字表示。(3)产品的状态、加工方法和特性采用国家标准中规定的汉语拼音字母表示三、铸造合金牌号表示方法铸造合金包括铸铁、铸钢和铸造非铁合金。1、碳素钢含碳量低于2．11％，并含有少量的磷、硫、硅、锰等杂质的铁碳合金称为碳素钢，又名碳钢。1）普通碳素结构钢这种钢内所含杂质较多，所以质量差些。根据国家标准规定，其中甲类钢只保证力学性能而不保证化学成分。这种钢多制成钢筋、槽钢、角钢和棒料等。一般用于制造力学性能要求不高的零件，如螺钉、螺母、垫圈、销、铆钉等。乙类钢只保证化学成分而不保证力学性能，其用途基本上与甲类钢相同。特类钢既保证化学成分，又保证力学性能。但使用不多，往往被优质碳素结构钢所代替。2）优质碳素结构钢这种钢中的有害杂质磷和硫的含量比较少，钢的质量好，它既保证化学成分又保证力学性能。一般用来制造力学性能要求较高的机器零件。3）低碳钢一般含碳量小于O．25％。它的强度比较低，但塑性、韧性都比较好，容易冲压。因此常用来制成各种板材，制造各种冲压零件与容器。低碳钢也常用来制造各种渗碳零件(经过淬火之后，钢件表面硬度高、耐磨性好，而心部保持着一定的强度和韧性)，如齿轮、短轴、销等。因此，这类钢又称渗碳钢。常用的低碳钢牌号有08、10、15、20和25钢等。4）中碳钢的含碳量一般在0．3％～0．6％之问。它具有较高的强度，但塑性和韧性差些。中碳钢可用调质处理来提高强度和韧性，因此可用来制造各种轴类、杆件、套筒、螺栓和螺母等。如调质之后再经表面淬火，则可使表面硬而耐磨，可用来制造各种耐磨零件，如齿轮、花键轴等。这类钢又称调质钢。常用的中碳钢牌号有30、40、45和50钢等。四、钢材的分类2、合金钢：在钢材化学成分中添加入合金元素，用以保证一定的生产和加工工艺以及所需求的组织与性能的铁基合金称为合金钢。淬硬性钢材在正常淬火条件下，可能得到的最高硬度值的大小，是表示钢淬火时获得硬度高低的能力。淬透性指钢淬火时得到淬硬层深度大小的能力。5）高碳钢的含碳量一般大于0．6％。这种钢的硬度和强度高，但塑性和韧性差。如经过淬火并中温回火之后，不但具有较高的硬度，而且具有良好的弹性，因此可以用来制造对性能要求不太高的弹簧，如板弹簧、螺旋弹簧等。常用的高碳钢牌号有65、70钢等。6）碳素工具钢在碳素工具钢中，由于磷、硫含量较少，所以钢的质量较好。碳素工具钢具有较高的硬度、耐磨性和足够的韧性，一般用来制造各种工具、模具、量具和切削刀具(低速)等。常用的碳素工具钢牌号有优质钢T7、T8、…Tl3和高级优质钢T7A、T8A、…、Tl3A等两大类。1）合金结构钢：合金结构钢分普通低合金钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢和滚动轴承钢五种。普通低合金钢在普通碳素结构钢的基础上加入少量合金元素，成为普通低合金钢。普通低合金钢的强度比普通碳素结构钢高，且白重轻、韧性好、耐腐蚀。渗碳钢这种钢是指经渗碳、淬火和低温回火后使用的钢，主要用来制造表面承受强烈磨损，并承受冲击载荷的零件调质钢指经调质处理后使用的钢，主要用于制造承受很大的交变载荷与冲击载荷或各种复合应力下工作的零件。弹簧钢指用于制造各种弹簧的钢。滚动轴承钢指用于制造各种滚动轴承内外套圈及滚动体的专用钢种。2）合金工具钢：合金工具钢是指制造各种刃具、模具和量具的钢。刃具钢主要用于制造切削刀具，要求它具有足够的硬度和耐热性，并有一定的抗弯强度。常用的有碳素工具钢、低合金工具钢和高速钢等。模具钢主要用于制造冷冲模及冷挤压模等，能承受压力、摩擦或冲击，因此要求它有较高硬度、高耐磨性及足够的强度和韧性。根据模具钢的工作条件可以將它分为两大类，即使金属在冷狀态下变形的冷作模具钢和使金属在热狀态下变形的热作模具钢。

冷作模具钢:这类模具在工作过程中，刃口受到強烈的摩擦和挤压作用，有此模具还受到较大的冲击力，因此冷作模具钢应具备如下基本性能:高的硬度和耐磨性。高的強度和足夠的韧性。良好的工艺性能。热作模具钢:热作模具是用來使热态金属或液态金属获得所需形狀的模具，这种模具往往反復的激冷激热，容易形成热疲劳裂纹(龟裂)，因此，对热锻模钢的基本性能要求是:一定的硬度和足夠的耐磨性。在高溫下保持高強度和良好的冲击韧性。高的淬透性，使模具整体得到均勻的机械性能。良好的导热性。优良的耐热疲劳性。良好的工艺性能和抗氧化能力。压铸模具:压铸模是在高压下熔融金属压铸成形的模具。由于模具反复与液态金属接触，其受热程度比热锻模要高，故压铸模表面易产生热疲劳裂纹。此外，还受金属液流的冲击和腐蝕作用。因此对压铸模钢提出以下性能要求。高淬透性。高的导热性。良好的高溫机械性能。优良的耐热疲劳性。较好的耐腐蝕和抗氧化性，以及良好工艺性能。量具钢主要用于制造量具，如游标尺、千分尺、块规、样板等。要求这种钢经热处理后具有较高的硬度、耐磨性和尺寸稳定性。常用的量具钢有50、55、60、65、T10A、T12A、CrWMn、GCr15、4Crl3、9Cr18等。3．特殊性能钢特殊性能钢具有特殊的物理或化学性能，用来制造除要求有一定的力学性能外，还要求有特殊性能的零件。常用的特殊性能钢有不锈钢、耐热钢和耐磨钢等。1)不锈钢能抵抗大气腐蚀和在化学介质(如酸类)中抵抗腐蚀的钢统称为不锈钢。不锈钢分马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢三类，2)耐热钢具有良好耐热性的钢称为耐热钢，它能在高温下抗氧化，并有较高的高温强度。耐热钢有抗氧化钢和热强钢两类，3)耐磨钢它是指在强力冲击载荷下才能发生硬化的高锰钢，典型钢号如ZGMn13。高锰钢主要用于制造坦克、拖拉机履带、破碎机颚板、防弹钢板等。非铁材料又称有色金属，它有铜、铝、镁、钛及其合金等。常用的非铁材料分四类：1)重金属密度大于5g／cm2，如铜、镍、钴、铅、锌、锡等。2)轻金属密度小于5g／cm2，如铝、镁、钠、钙、钾等。3)贵金属金、银等。4)稀有金属包括稀有轻金属(钛、锂、铍等)和稀有难熔金属(钨、钼、钽、铌等)。含碳量大于2．11％的铁碳合金称为铸铁。工业上常用的铸铁一般含碳量是2．5％～4％。铸铁除含碳量较高之外，还有较高的含硅量，杂质元素硫和磷也较多。铸铁中含有石墨。石墨本身具有润滑作用和吸油能力，因此它有良好的减摩性和切削加工性。此外，由于铸铁的含碳量较高，使它的熔点低，流动性好，因此易于铸造。常用的铸铁有下面几种：1)白口铸铁白口铸铁的断口呈亮白色。它的硬度较高，脆性大，不易切削加工，因此工业上很少直接用它制造机械零件，而是用来作炼钢原料。但也有用来制造轧辊、拉丝模、球磨机等零件的。2)灰口铸铁灰口铸铁的断口呈灰色。它的硬度低，性质较软，容易切削加工；抗拉强度小，抗压强度大(与抗拉强度相比)，塑性差，不能进行压力加工；熔点低，流动性好，冷却凝固时收缩量小，因此其铸造性能较好。但灰口铸铁中的石墨呈片状，对基体有割裂作用，当铸铁受拉力或冲击力作用时，容易破裂。3)可锻铸铁可锻铸铁中的石墨呈团絮状，对基体割裂作用小，所以它的强度、韧性和塑性都比灰口铸铁高，可锻铸铁并不能锻造，这个名称仅表示它比一般铸铁具有较高的韧性和塑性。4)球墨铸铁球墨铸铁中的石墨呈球状，对基体的割裂作用很小，所以它的力学性能与钢相近。对于有些零件可以用球墨铸铁代替钢，铸造合金铸造合金有铸铁、铸钢和铸造非铁合金三大类二十余种。课题四钢的热处理

把钢件加热到一定的温度，进行必要的保温后，以适当的速度冷却到室温，改变钢件的内部组织，从而获得所需要性能的工艺方法称为热处理。按加热和冷却方法不同，热处理大致可分为以下几种名称热处理过程目的退火将钢件加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却到室温(1)降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工；(2)细化晶粒，均匀钢的组织，改善钢的性能及为以后的热处理作准备；(3)消除钢中的内应力，防止零件加工后变形及开裂退火完全退火将钢件加热到临界温度(不同钢材临界温度也不同，一般是710～750℃，个别合金钢的临界温度可达800～900℃)以上30～50℃，保温一定时问，然后随炉缓慢冷却(或埋在沙中冷却)细化晶粒，均匀组织，降低硬度，充分消除内应力。完全退火适用于含碳量在0.8％以下的锻件或铸钢件类别球化退火将钢件加热到临界温度以上20～30℃，经过保温以后，缓慢冷却至500℃以下再出炉空冷降低钢的硬度，改善切削性能，并为以后淬火作好准备，以减少淬火后变形和丌裂。球化退火适用于含碳量大于0.8％的碳素钢和合金工具钢名称热处理过程目的退火类别去应力将钢件加热到500～650℃，保温一定时间，然后缓慢冷却(一般采用随炉冷却)消除钢件焊接和冷校直时产生的内应力，消除精密零件切削加工时产生的内应力，以防止以后加工和使用过程中发生变形。去应力退火适用于各种铸件、锻件、焊接件和冷挤压件等正火将钢件加热到临界温度以上40～600C，保温一定时问，然后在空气中冷却(1)改善组织结构和切削加工性能；(2)对力学性能要求不高的零件，常用正火作为最终热处理；(3)消除内应力淬火将钢件加热到淬火温度，保温一段时问，然后在水、盐水或油(个别材料在空气中)中急速冷却(J_)使钢件获得较高的硬度和耐磨性；(2)使钢件在回火以后得到某种特殊性能，如较高的强度、弹性和单液洋火将钢件加热到淬火温度，经过保温以后，在一种淬火剂中冷却。单液淬火只适用于形状比较简单，技术要求不太高的碳素钢及合金钢件。淬火时，对于直径或厚度大于5～8rnzn的碳素钢件，选用盐水或水冷却；合金钢件选用油冷却韧性等淬双液淬火将钢件加热到淬火温度，经过保温以后，先在水中快速冷却至300～400℃，然后移入油中冷却火类别火焰表面洋火用乙炔和氧气混合燃烧的火焰喷射到零件表面，使零件迅速加热到淬火温度，然后立即用水向零件表面喷射。火焰表面淬火适用于单件或小批生产、表面要求硬而耐磨，并能承受冲击载荷的大型中碳钢和中碳合金钢件，如曲轴、齿轮和导轨等表面感应洋火将钢件放在感应器中，感应器在一定频率的交流电的作用下产生磁场，钢件在磁场作用下产生感应电流，使钢件表而迅速加热(2～名称热处理过程目的淬火类别表面感应淬火10min)到淬火温度，这时立即将水喷射到钢件表面。经表面感应淬火的零什，表面硬而耐磨，而心部保持着较好的强度和韧性。表面感应淬火适用于中碳钢和中等含碳量的合金钢件回火将淬火后的钢件加热到临界温度以下，保温一段时问，然后在空气或油L卜I冷却。回火是紧接着淬火以后进行的，也是热处理的最后一道工序(1)扶得所需的力学性能。在通常情况下，零件淬火后的强度和硬度有很大提高，但塑性和韧性却有明显降低，而零件的实际工作条什要求有良好的强度和韧性。选择适当的回火温度进行回火后，可以获得所需的力学性能；(2)稳定组织，稳定尺寸；(3)消除内应力低温回火将淬硬的钢件加热到150～250℃，并在这个湍度保温一定时问，然后在卒气中冷却。低温回火多用于切削刀具、量具、模具、滚动轴承和渗碳零件等消除钢件凶淬火而产生的内应力回火类中温回火将淬火的钢件加热到350～450℃，经保温一段时问冷却下米。一般用于各类弹簧及热冲模等零件使钢件获得较高的弹性、一定的韧性和硬度别高温同火将淬火后的钢什加热到500～650℃，经过保温以后冷却。土要用丁要求高强度、高韧性的重要结构零件，如主轴、曲轴、凸轮、齿轮和连杆等使钢什获得较好的综合力学性能，即较高的强度和韧性及足够的硬度，消除钢件凶淬火而产生的内应力调质将淬火后的钢件进行高温(500～600℃)回火。多用于重要的结构零件，如轴类、齿轮、连杆等。调质一般是在粗加工之后进行的细化晶粒，使钢件获得较高韧性和足够的强度，使其具有良好的综合力学性能名称热处理过程目的人工时效将经过淬火的钢什加热到100～160℃，经过长时问的保温，随后冷却消除内应力，减少零什变形，稳定尺寸，对精度要求较高的零件更为重要时效处理自然时效将铸什放在露天；钢什(如长轴、丝杠等)放在海水中或长期悬吊或轻轻敲打。要经自然时效的零件，最好先进行粗加工化-当丁执处理将钢件放到含有某些活性原子(如碳、氮、铬等)的化学介质中，通过加热、保温、冷却等方法，使介质中的某些原子渗入到钢件的表层，从而达到改变钢件表层的化学成分，使钢件表层具有某种特殊的性能钢的渗碳将碳原子渗入钢件表层。常用丁耐磨并受冲击的零件，如凸轮、齿轮、轴、活塞销等使表面具有高的硬度(HRC60～65)和耐磨性，而中心仍保持高的韧件化学执处理钢的淬氮将氮原子渗入钢件表层。常用于重要的螺栓、螺母、销钉等零件提高钢件表层的硬度、耐磨性、耐蚀性类别钢的氰化将碳和氮原子同时渗入到钢件表层。适用于低碳钢、中碳钢或合金钢零什，也可用于高速钢刀具提高钢件表层的硬度和耐磨性发黑将金属零件放在很浓的碱和氧化剂溶液中加热氧化，使金属零件表面生成一层带有磁性的四氧化三铁薄膜。常用丁低碳钢、低碳合金工具钢。由于材料和其他因素的影响，发黑层的薄膜颜色有蓝黑色、黑色、红棕色、棕褐色等，其厚度为0.6～0.8um防锈、增加金属表面美观和光泽，消除淬火过程中的应力第三章金属切削加工的基本知识课题一切削加工的基本定义

一、切削运动、加工表面和切削用量三要素用金属切削刀具切除工件上多余的(或预留的)金属，从而使工件的形状、尺寸精度及表面质量都合乎预定要求，这样的加工称为金属切削加工。由刀具切除的多余金属变为切屑而排离工件。在切削加工过程中，刀具同工件之间必须有相对的切削运动，它可以通过人手或金属切削机床的作用来实现。机床、夹具、刀具和工件，构成金属切削加工的工艺系统，切削过程的各种现象和规律，都要在这个工艺系统的运动状态中去考察研究。1、车削运动和工件上的加工表面车削加工是一种最常见的、典型的切削加工方法。如图所示，普通外圆车削加工中的切削运动是由两种运动单元组合而成的：其一是工件的回转运动，它是切除多余金属以形成工件新表面的基本运动；其二是车刀的纵向进给运动，它保证了切削工作的连续进行。在这两个运动合成的切削运动作用下，工件表而的一层金属不断地被车刀切下来并转变为切屑，从而加工出所需要的工件新表面。在新表面的形成过程中。工件上有三个依次变化着的表面；待加工表面、过渡表面和已加工表面。(1)待加工表面：加工时即将被切除的工件表面。(2)已加工表面：已被切去多余金属面形成符合要求的工件新表面。(3)过渡表而(或称切削表面)：加工时由切削刃在工件上正在形成的那个表面。它是待加工表而和已加工表而之问的表面。上述车削运动和加工表而的分析认识，也适用于其他切削加工。2、各种切削加工的切削运动动和加工表面金属切削加工的种类很多。各种切削加工的目的都是为了形成台乎要求的工件表面，因此，表而形成问题是切削加工的基本问题。从这个意义上来说，切削刃相对于工件的运动过程，就是表面形成过程。在这个过程中，切削刃相对于工件运动的轨迹面就是工件上的过渡表面和已加工表面。这里有两个要素，一是切削刃，二是切削运动。不同形状的切削刃加上不同切削运动的组合，即可形成各种加工表面。3、主运动、进给运动与合成切削运动各种切削加工中的运动单元，按照它们在切削过程中所起的作用，可以分为主运动和进给运动两种。这两个运动的向量和，称为合成切削运动。所有切削运动的速度及方向都是相对于工件定义的。（1）主运动由机床或手动提供的刀具与工件之间主要的相对运动，它使刀具切削刃及其毗邻的刀具表面切入工件材料，使被切削层转变为切屑，从而形成工件新表而。如图l_2所示，在车削时，工件的回转运动是主运动。在钻削、铣削和磨削时，刀具或砂轮的回转运动是主运动。在刨削时，刀具或工作台的往复直线运动是主运动。由于切削刃上各点的运动情况不一定相同，在研究问题时，应选取切削刃上某一适宜点，这一为便于研究问题所选取的适宜点，称为切削刃选定点。研究清楚该点的运动情况，再研究整个切削刃就比较容易了。主运动方向：切削刃上选定点相对于工件的瞬时主运动方向。切削速度：切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。（2）进给运动由机床或手动传给刀具或工件的运动，它配合主运动依次地或连续不断地切除切屑，同时形成具有所需几何特性的已加工表面。进给运动可以是间歇的，也可以是连续进行的。进给运动方向：切削刃选定点相对于工件的瞬时进给运动的方向。进给速度：切削刃选定点相对于工件的进给运动的瞬时速度。对于间歇的进给运动，例如刨削加工，可不规定进给速度．（3）合成切削运动由同时进行的主运动和进给运动合成的运动。合成切削运动方向：切削刃选定点相对于工件的瞬时合成切削运动的方向。合成切削速度：切削刃选定点相对于工件的合成切削运动的瞬时速度。进给运动角：在同一瞬间的主运动方向和进给运动方向之间的夹角。对于龙门刨、牛头刨的刨削和拉削之类的加工，这个角度不作规定。合成切削速度角：主运动方向与合成切削方向之间的夹角。4、切削用量三要素在切削加工过程中，需要针对不同的工件材料、刀具材料和其他技术经济要求来选定适宜的切削速度V0，进给量f或进给速度Vf，还要选定适宜的切削深度ap值。V0、f、ap称之为切削用量三要素。（1）切削速度V0大多数切削加工的主运动采用回转运动。圆转体(刀具或工件)上外圆或内孔某-点的切削速度计算公式如下：式中：d：工件或刀具上某一点的回转直径，mm。n：工件或刀具的转速，r/s或r／min。在当前生产中，磨削速度单位用米／秒(m／s)，其他加工的切削速度单位尚习惯用米每分钟(m／min)。即使转速一定，而切削刃上各点由于工件直径不同，切削速度也就不相同。考虑到：切削速度对刀具磨损和已加工质量有影响，在计算时，应取最大的切削速度；如外圆车削时计算待加工表面上的速度，内孔车削时计算已如工表面上的速度，钻削时计算钻头外径处的速度。（2）进给速度Vf、进给量f和每齿进给量fz进给速度Vf是单位时间的进给量，单位是mm／s(或mm／min)。进给量是工件或刀具每回转一周时两者沿进给运动方向的相对位移，单位是mm／r对于刨削、插削等主运动为往复直线运动的加工，虽然可以不规定进给速度，却需要规定间歇进给的进给量，其单位为mm／d·str(毫米／双行程)。在铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃切削工具进行切削时，还应规定每一个刀齿的进给量fz，即后一个刀齿相对于前一个刀齿的进给量，单位是mm／z(毫米／齿)。（3）切削深度ap。对于车削和刨削来说，切削深度ap为工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位为mm。外圆柱表面车削时的切削深度可用下式计算：对于钻削：dw——已加工表面直径，mm；dm——待加工表面直径，mm。二、刀具切削部分的基本定义

1、刀具切削部分的结构要素金属切削刀具的种类虽然很多，但它们的切削部分的几何形状与参数都有着共性，即不论刀具结构如何复杂，它们的切削部分总是近似地以外圆车刀的切削部分为基本形态。前刀面Aγ前刀面Aγ是切屑流过的表面。如果前刀面是由几个相互倾斜表面组成的，则可从切削刃开始，依次把它们称为第一前刀面Aγ1(有时称为倒棱)、笫二前刀面Aγ2等。还可以根据前刀面与主、副切削刃相毗邻的情况区分：与主切削刃毗邻韵称为主前刀面，与副切削刃毗邻的称为副前刀面。后刀面Aa后刀面Aa是与工件上新形成的过渡表面相对的刀具表面。同样，也可以分为第一后刀面Aa1(有时称为刃带)、第二后刀面Aa2等。与副切削刃毗邻的与工件上已加工表面相对的刀面，称为副后刀面Aa′，伺样，也可分为第一副后刀面Aa′1第二副后刀面Aa′2等。切削刃S切削刃是前露面上直接进行切削的边锋。有主切削刃S和副切削刃S′之分。连接主副两条切削刃之间的一小段切削刃，可以是直线，也可以是圆弧，它常称过渡刃。刀尖刀尖是指主切削刃与副切削刃的连接处相当短的一部分切削刃。常用力尖有三种：交点(点状)刀尖、圆弧(修圆)刀尖和倒棱(倒角)刀尖。2、刀具角度的参考系刀具切削部分必须具有合理的几何形状，才能保证切削加工的顺利进行和获得预期的加工质量。刀具切削部分的几何形状主要是由一些刀面和刀刃的方位角度来表示。为了确定刀具的这些角度，必须将刀具置于相应的参考系里。按构造参考系时所依据的切削运动的差异，参考系可分为：刀具标注角度参考系和刀具工作角度参考系。前者由主运动方向确定，而后者则由合成切削运动方向确定。（1）刀具标注角度的参考系：构成刀具标注角度参考系的参考平面，通常有基平面、切削平面、主剖面、切削刃法剖面、进给剖面和切深剖面。a、基平面(简称基面)Pr：通过切削刃选定点，垂直于主运动方向的平面。通常，基面应平行或垂直于刀具上制造、刃磨和测量时的某一安装定位平面或轴线。普通车刀、刨刀的基面Pf，它平行于刀具底面。要做到这一点，必须假设切削刃选定点与工件旋转轴线同高(以刀具底面为测量基准)。钻头、铣刀和丝锥等旋转类刀具，其切削刃各点的主运动（即旋转运动)方向都垂直于通过该点并包含刀具旋转轴线的平面，故其基面Pr就是这些刀具的轴向剖面。b、切削平面Ps：通过切削刃选定点，与切削刃S相切，并垂直于基面Pr的平面。也就是切削刃S与切削速度方向构成的平面。基面和切削平面十分重要。这两个平面加上以下所讲的任一剖面，便构成各种不同的刀具标注角度参考系。C、主剖面Po和主剖面参考系：主剖面是通过切削刃选定点，同时垂直于基面Pr，和切削平面Ps的平面。由此可知，主剖面垂直于主切削刃在基面上的投影。Pr-Ps-Po组成一个正交的主剖面参考系。这是目前生产中最常用的刀具标注角度参考系。d、切削刃法剖面Pn和法剖面参考系：法剖而Pn是通过切削刃选定点，垂直于切削刃的平面。Pr-Ps一Pn组成一个法剖面参考系。e、进给剖面Pf和切深剖面Pp及其组成的进给、切深剖面参考系：进给剖面Pf是通过切削刃选定点，平行于进给运动方向，并垂直于基面Pr的平面。通常，它也平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和测量的某一安装定位平面或轴线。例如，普通车刀和刨刀的Pf垂直于刀柄底面，钻头、拉刀、端面车刀、切断刀等的Pf平行于刀具轴线，铣刀的Pf则垂直于铣刀轴线。切深剖面Pp是通过切削刃选定点，同时垂直于Pr和Pf的平面。由Pr-Pf-Pp组成一个进给、切探剖面参考系。（2)刀具工作角度参考系：上述刀具标注角度参考系，在定义基面时，都是只考虑主运动，不考虑进给运动，却在假定运动条件下确定的参考系。但刀具在实际使用时，这样的参考系所确定的刀具角度，往往不能确切地反映切削加工的真实情形。只有用合成切削运动方向来确定参考系，才符合切削如工的实际。刀具工作角度参考系同标往角度参考系的唯一区别是构造参考系时，前者以合成切削方向为依据，后者以主运动方向为依据。3、刀具的标注角度在刀具标注角度参考系中确定的切削刃与各刀面的方位角度，称为刀具标注角度。由于刀具角度的参考系沿切削刃各点可能是变化的，故所定义的刀具角度均应指明是切削刃选定点处的角度；凡未特殊注明者，则指切削刃上与刀尖毗邻的那一点的角度。在切削刃是曲线或者前、后刀面是曲面的情况下，定义刀具角度对，应该用通过切削刃选定点的切线或切平面代替曲刃或曲面。（1）主剖面参考系的标注角度将主剖面参考系中的参考平面Pr、Po、Ps按工程制图规则移置在一平面上，便可得到R向(Pr)、S向(Ps)视图和O-0剖面翻(Po)。在Pr、Ps、Po内有如下一些标注角度：在主剖面Po内的标注角度：①前角γo在主剖面内度量的基面Pr与前刀面Aγ的夹角。②后角αo在主剖面内度量的后刀面Aα与切削平面Ps的夹角。③楔角βo在主剖面内度量的后刀面Aα与前刀面Aγ的夹角。在切削平面Ps内的标注角度：刃倾角λs：在切削平面内度量的主切削刃S与基面Pr的夹角。在基面Pr内的标注角度：①主偏角Kr：在基面Pr内度量的切削平面Ps与进给平面Pf的夹角。它也是主切削刃S在基面上投影与进给运动方向的夹角。②余偏角ψr：在基面Pr内度量的切削平面Ps与切深剖面Pp的夹角。也是主偏角Kr的余角。ψr=900-Kr在主剖面参考系里，前角γo、后角αo、刃倾角λs、主偏角Kr为四个基本角度。若给定这四个独立的角度，那么这把刀切削部分的主切削刃的几何形状便被确定。具有主切削刃S和副切削刃S′的刀具，还得给定与副切削刃有关的四个独立角度：副偏角Kr′、副刃倾角λs′、副前角γo′和副后角αo′，这把刀切削部分的几何形状才能确定。这些冠以“副”字的角度，须在副剖面参考系中加以定义。副剖面参考系的建立和角度的定义，可以仿照主剖面参考系的办法去做。③刀尖角εr：在基面内度量的切削平面Ps和副切削平面Ps′的夹角。可以定义为刀尖角εr是主切削刃S和副切削刃S′在基面上投影的夹角。前角γo、后角αo、刃倾角λs是有正负号的。γo正负号判定：在主剖面Po里，若前刀面Aγ在基面Pr的下方，γo取正号，反之便取负号。αo正负号作如下规定：当后刀面Aγ在切削平面Ps的右边时，αo取正号，在左边时取负号。λs正负号作如下趣定：当刀具底面处于水平位置，如果刀尖处在切削刃最高位置，λs取正号，倘若刀尖处于切削刃的最低位置，则λs取负号。也可以仿照判定前角正负号的办法来判定λs，即切削刃S处在基面Pr下方时，λs取正号，切削刃处在基面上方时，λs则取负号。（2）法剖面参考系的标注角度法剖面参考系和主剖面参考系的差别足在于剖面的不同。以法剖面Pn代替主剖面Po，主剖面参考系便变为法剖面参考系。因此只有法剖面的标法角度和主剖面的注角度不相同，其余角度是对应相同的。(1)法前角γn：在法削面内度量的前刀面与基面的夹角。(2)法后角αn：在法剖面内度量的切削平面与后刀面九的夹角。(3)法楔角βn：在法剖面内测量的前刀而与后刀面的夹角。（3）进给、切深剖面参考系及其标注角度进给、切深参考系由基面Pr进给剖面Pf和切深剖面Pp构成。Pr的定义同前述主剖面参考系。其他待定的有：进给剖面Pf：过切削刃上选定点平行于进给运动方向并垂直于基面Pr的平面。切深剖面Pp：过切削刃上选定点垂直于基面Pr和进给剖面Pf的平面。将进给、切深剖面参考系的参考平面按工程制图规则移置到一平面内，便可得到R向视图Pr、F-F(Pf)和P—P(Pp)剖面图。本参考系基面内的标注角度与主剖面参考系基面内的标注角度相同。进给剖面Pf内的标注角度有进给前角γf、进给后角αf和进给楔角βf；切深剖面Pp内的标注角度有切深前角γp、切深后角αp和切深楔角βp。这些角度可以参照给主剖面参考系标注角度下定义的方法加以定义。三、刀具角度的换算

在设计和制造刀具时，需要对不同参考系内的标注角度进行换算，也就是主剖面、法剖面、切深剖面、进给剖面之间的角度换算。1、主剖面与法剖面内的角度换算在刀具设计、制造、刃磨和检验中，常常需要知道法剖面内的角度；许多斜角切削刀具，特别是大刃倾角刀具，必须标注法剖面角度。法剖面内的角度一般是从主剖面内的角度换算得来。换算公式如下：以前角计算为例，公式推导如下2、主剖面与其他剖面内的角度换算AGBE为通过主切削刃上A点的基面，Po(AEF)在主剖面上，Pf和Pp分别为切深剖面、进给剖面，Pθ(ABG)为垂直于基面的任意剖面，它与主切削刃AH在基面上投影AG间的夹角为θ；AHCF在前刀面上。求解任意剖面Pθ内的前角γθ：最大前角所在剖面同主切削刃在基面上投影之间夹角θrmax为：同理，可求出任意剖面内的后角αθ：四、刀具工作角度以上所讲的是在假定运动条件和安装条件下的标注角度，如果考虑合成运动和实际安装情形，则刀具的参考系将发生变化。按照切削工作的实际情况，在刀具工作角度的参考系中所确定的角度，称为工作角度。由于通常的进给速度远小于主运动速度，所以在一般的安装条件下，刀具的工作角度近似地等于标注角度，这样，在大多数场合下(如普通车削、镗削，端铣、周铣)不必考虑工作角度。只有在角度变化值较大时(如车螺纹或丝杠、铲背和钻孔时，研究钻心附近的切削条件以及刀具特殊安装时)，才需要计算工作角度。1、进给运动对工作角度的影响a、横车以切断车刀为倒，在不考虑进给运动时，车刀主切削刃选定点相对于工件的运动轨迹为一圆周，切削平面Ps为通过切削刃上该点切于圆周的平面，基面Pr为平行于刀杆底面同时垂直于Ps的平面。当考虑横向进给运动之后，切削刃选定点相对于工件的运动轨迹为一平面阿基米德螺旋线，切削平面变为通过切削刃切于螺旋面的平面Psη，基面也相应倾斜为Prη，角度变化值为η。工作主剖面Poη仍为Po平面。此时，在工作参考系[Psη，Prη，Poη]内的工作角度γoη、αoη为：γoη=γo+η；αoη=αo–η。η刀角称为合成切削速度角。它是主运动方向与合成切削运动方向的夹角。式中d为随着车刀进给而不断变化着的切削刃选定点处工件旋转直径，η值是随着切削刃趋近工件中心而增大的；在常用进给量下，当切削刃距离工件中心1mm时，η=1040〞，再靠近中心，其值急剧增大，工作后角变为负值。在铲背加工时，η值很大，它是不可忽略的。b、纵车同理，也是由于工作中基面和切削平面发生了变化，形成了一个合成切削速度角η，引起了工作角度的变化。在不考虑进给运动时，切削平面Ps垂直于刀柄底而，基面Pr平行于刀柄底面，标注角度为γo、αo；考虑进给运动后，工作切削平面Psη为切于螺旋面的平面，刀具工作角度度参考系【Prη，Psη】倾斜了一个η角，则工作进给剖面（仍为原进给剖面)内的工作角度为：上述角度变化可以换算至主剖面内由上式可知：η值不仅与进给量f有关，也同工件直径dw有关，dw越小，角度变化值越大；实际上，一般外圆车削的η值不过30′～40′，因此可以忽略不计。但在车螺纹，尤其是车大螺旋升角的多头螺纹时，η的数值很大，必须进行工作角度的计算。2、刀刃上选定点安装高低对工作角度的影响当刀刃上选定点安装得高于工件中心线时，工作切削平面将变为Psθp，工作基面变为Prθp，工作角度γpθ增大，αpθ减小。在工作切深剖面(P-P仍为标注切深剖面)内角度变化值为θ：则工作角度为：当刀刃上选定点低于工件中心时，上述计算公式符号相反；镗孔时计算公式符号同外圆车削计算公式符号相反。3、刀柄中心线与进给方向不垂直时工作角的的变化车刀刀柄与进给方向不垂直时，工作主偏角和工作副偏角将发生变化。G——进给剖面Pf与工作进给剖面Pfg之间的夹角，在基面内测量。也就是进给运动方向的垂线与刀柄中心线间的夹角。各种切削加工的切削层参数，可用典型的外圆纵车来说名。如图所示，车刀主切削刃上任意一点相对于工件的运动轨迹是一条空间螺旋线。λs=0时，主切削刃所切出的过渡表面为阿基米德螺旋面。工件每转一转，车刀沿工件轴线移动一段距离，即进给量(f，mm／r)。这时，切削刃从加工表面Ⅱ的位置移至相邻的过度表面Ⅰ的位置上。于是Ⅰ、Ⅱ之间的金属层转变为切屑。由车刀正在切削着的这一层金属就叫做切削层。切削层的大小和形状直接决定了车刀切削部分所承受的负荷大小及切下切屑的形状和尺寸。五、切削层参数1、切削层在各种切削加工中，刀具向对手工件沿进给运动方向每移动f(mm／r)或fz(mm／z)之后，一个刀齿正在切削的金属层称为切削层。切削层的尺寸称为切削参数。2、切削厚度垂直于过渡表面来度量的切削层尺寸称为切削厚度，以hp袭示。在外圆纵车(λs=0=0)时hp=f·sinkr。3、切削宽度沿过渡表面度量的切削层尺寸称为切削宽度，以bD表示。外回纵车(λs=0时)，bD=ap／sinkr

可见，在f与ap一定的条件下，切削层面积一定，主樯角越太，切削厚度也越大，但切削宽度越小。当主偏角为900时，hp=f。曲线形主切削刃，切削层各点的切削厚度互不相等4、切削面积切削层在基面Pr内的面积，称为切削面积，以AD表示。其计算公式为：对于车削，不论切削刃形状如何，切削面积均为：上面所计算的均为名义切削面积(图1-24中的AGDB)。实际切削面积Ads等于名义切削面积AD减去残留面积⊿AD所得之差。5、正切屑和倒切屑当hD、bD与f、ap的关系属于f·sinkr<ap／sinKr的情况，在这种情况下切下来的切屑称为正切屑。生产中大多数情况下所得出的切屑都属于这一种。但当大进给(大走刀)切削法出现以后，常常出现f·sinkr>ap／sinKr的情况，这时切下来的切屑称为倒切屑。介于两者之间f·sinkr=ap／sinKr称为对等屑。显然，对于倒切屑来说，主要的切削工作已经由主切削刃转到副切削刃上了，其切削厚度hD=ap，切削宽度bD=f在这种情况下，刀具的副前角应该是设计、刃磨的重点，而原来的主切削刃的前角变为次要的角度。可见，对于各条切削刃在实际切削工作中的“主”与“副”要做具体的分析。6、正切削与斜切削切削刃垂直于合成切削方向的切削称为正切削或直角切削。如切削刃不垂直于切削运动方向则称为斜切削或斜角切削。7、自由切削与非自由切削只有直线形主切削刃参加切削工作，而副切削刃不参加切削工作，称为自由切削，曲线形主切削刃或主、副切削刃都参加切削者，称为非自由切削。这是根据切削变形是二维问题或三维问题进行区分的。课题二刀具材料在切削过程中，刀具直接完成切除余量和形成已加工表面的任务．刀具切削性能的优劣，取决于构成切削部分的材料、几何形状和刀具结构。由此可见刀具材料的重要性，它对刀具使用寿命、加工效率、加工质量和加工成本影极大。因此，应当重视刀具材料的正确选择和合理使用，重视新型刀具材料的研制。一、刀具材料应当具备的性能

在切削加工时，刀具切削部分与切屑、工件相互接触的表面上承受很大的压力和强烈的摩擦，刀具在高温下进行切削的同时，还承受着切削力、冲击和振动，因此刀具材料应具备以下基本要求。1、硬度刀具材料必须具有高于工件材料的硬度，常温硬度须在HRC62以上，并要求保持较高的高温硬度。2、耐磨性耐磨性表示刀具抵抗磨损的能力，它是刀具材料机械性能(力学性能)、组织结构和化学性能的综台反映。例如，组织中硬质点的硬度、数量、大小和分布对抗磨料磨损的能力有很大影响，面抗冷焊磨损(粘结磨损)、抗扩散磨损和抗氧化磨损的能力还与刀具材料的化学稳定性有关。3、强度和韧性为了承受切削力、冲击和振动，刀具材料应具有足够的强度和韧性；一般，强度用抗弯强度表示，韧性用冲击值表示。刀具材料中强度高者，韧性也较好，但硬度和耐磨性常因此而下降，这两个方面的性能是互相矛盾的。一种好的刀具材料，应当根据它的使用要求，兼顾以上两方面的性能，而有所侧重。4、耐热性刀具材料应在高温下保持较高的硬度、耐磨性、强度和和韧性，并有良好的抗扩散、抗氧化的能力。这就是刀具材料的耐热性。5、导热性和膨胀系数在其他条件相同的情况下，刀具材料的导热系数(热导率)越大，则由刀具传出的热量越多，有利于降低切削温度和提高刀具使用寿命。线膨胀系数小，则可减少刀具的热变形。对子焊接刀具和沫层刀具，还应考虑刀片与刀杆材料、涂层与基体材料线膨胀系数的匹配。6、工艺性为了便于制造，要求刀具材料有较好的可加工性，包括锻、轧、焊接、切削加工和可磨削性、热处理特性等。材料的高温塑性对热轧刀具十分重要。可磨削性可用磨削比——磨削量与砂轮磨损体积之比来表示，磨削比大，则可磨削性好。此外，在选用刀具材料时，还应考虑经济性。性能良好的刀具材料，如成本和价格较低，且立足于国内资源，则有利于推广应用。刀具材料种类很多，常用的有工具钢(包括碳索工具钢、合金工具钢和高速钢)、硬质合金、陶瓷、金刚石(天然和人造)和立方氮化硼等。碳索工具钢(如Tl0A、Tl2A)和合金工具钢(如9CrSi、CrWMn)，因其耐热性很差，仅用于手工工具。陶瓷、金刚石和立方氮化硼则由于性质脆、工艺性差及价格昂贵等原因，目前尚只在较小的范围内使用。当今，用的最多的刀具材料为高速钢和硬质合金。高速钢是加入了钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)等合金元素的高合金工具铜。按重量计，钨和钼占l0～20％，铬约占4％，钒占l％以上，它们都是强烈的碳化物形成元素，在熔炼与热处理过程中与碳形成丁高硬度的碳化物，从而提高了钢的耐磨性。另外，高速钢采用了接近熔点的淬火温度，得到细品粒的合金化的马氏体组织，它在低温回火(约5600C)时卫使台金碳化物析出，从而进一步提高了硬度与耐磨性。在高速钢中，钼和钨的作用基本相同，l％和的钼可代替2％的钨。钼并能减少钢中碳化物的不均匀性，细化碳化物品粒，提高韧性。

1、高速钢

另外，在某些高速钢中，为了提高高温硬度，添加钴、铝、硅、铌等元素；为了提高耐磨性，可适当增加含钒量。但是，随着含钒量的增加，可磨削性变差，钒的含量不宜超过3％。高速钢在600。C时，仍能保持切削加工所要求的硬度，切削中碳钢时，切削速度可达0．5m／s(30m／min)左右。高速钢的强度、韧性和工艺性能均较好，能进行锻造，磨出的切削刃比较锋利，熔炼质量稳定，使用比较可算。各种刀具都可用高速钢制造}尤其是形状复杂的刀具和小型刀具，均大量使用着高速钢。目前，高速钢占刀具材料总使用量的60％以上。按基本化学成分，高速钢可分为钨系、钨钼系和钼钨系。按切削性能分，则有普通高速翎和高性能高速钢。按制造方法分，则有熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。二、主要的刀具材料

1）普通高速钢普通高速钢的特点是工艺性好，切削性能可满足一般工程材料的常规加工，常用品种有：（1）Wl8Cr4V属钨系高速钢。它的历史悠久，至今尚在普遍使用。其综合机械(力学)性能和可磨削性好，可用以制造包括复杂刀具在内的各类刀具。（2）W6Mo5Cr4V2属钨钼系高速钢，其碳化物分布的均匀性、韧性和高温塑性均超过Wl8Cr4V，但是，可磨性比Wl8Cr4V略差，切削性能则大致相同。国外由于资i瞎[关系，已海汰所请传统高速钢的Wl8Cr4V面以W6M05Cr4V2代替。这一钢种目前我国主要用于热轧刀具(如麻花钻)，也可用于制作大尺寸刀具。（3）Wl4Cr4VMn—RE这种高速钢有较大的塑性，可作热轧刀具用。此钢种中含钨量较W18Cr4V少，面含有少量的锰和稀土元素RE,其切削性能相当于W18Cr4V。．（4）W9Mo3Cr4V和W6Mo5Cr4V2性能接近。2）高性能高速钢调整普通高速钢的基本化学成分和添加其他合金元素，使其机械(力学)性能和切削性能有显著提高，这就是高性能高速钢。高性能高速钢的常温硬度可达HRC67-70，高温硬度也相应提高，可用于高强度钢、高温合金、钛合金等难加工材料的切削加工，并可提高刀具使用寿命。高性能高速钢主要有以下几种：（1）钴高速钢典型钢种是AISI和M42，它的特点是综合性能好，硬度高(接近HRC70)，高温硬度在同类钢中居于前列，可磨削性也好。M42的磨削比接近普通高速钢W6Mo9Cr4V2。用M42制作的刀具用于加工高温台金、不锈钢等效果很好。然而，这一钢种含有较多的钴元素，价格较贵。针对国内资源情况，我国应发展低钴或无钴的高性能高速钢。（2）低钴高速钢低钻高速钢(W12Mo3cr4V3Co5Si)是用减少钴增加硅的办法以获得高性能．其耐磨性比M42好，但韧性比M42差。缺点是仍鸯仍含有一定前钴，而且由于增加了含钒量，使可磨性变差，因而不宜用于制造复杂刀具。（3）铝高速钢铝高速钢(W6Mo5Cr4V2A1)是我国独创的无钴高速钢，它在W6Mo5Cr4V2的基础上加铝增碳，其高温硬度在600qC时约为HV602，抗弯强度为3.5明～3.80GPa(350～380Kgf／mm2)，冲击韧性为0.20MJ／m2(2.Okgf·m／cm2)，均与M42相当，抗弯强度及冲击韧性则高于Wl2Mo3Cr4V3Co5Si钢。缺点是可磨削性略低于M42。此钢种不含钴，性能好，生产成本较低。缺点是热处理温度较难控制，钢材成材率较低。此外，我国研制的无钴高速钢还有加铝强化的5F6钢和加铝、硅、．铌强化的B201钢等，性能达到钴高速钢的水平，但也存在着含钒多而可磨性差的问题。它们在生产．中用得不多。近年来，我国研制成功无钴和低钻的高性能高速钢Wl2Mo3Cr4V3N（V3N）和W12Mo3Gr4VCo3N(Co3N)，颇有应用前景。V3N价格较低，但可磨性稍差。3）粉末冶金高速钢高速钢的制造质量受多方面因素的影响，其中对性能影响较大面而又难于改善的因素，是对碳化物分布的均匀性及其粒度粗细的控制。熔炼高速钢中碳化物偏析比较严重。完全消除碳化物偏析的方法是粉末冶金法。其基本原理是将高频感应炉熔炼的钢液用高压惰性气体(如氩气)雾化成粉末，再经过热压(同时进行烧结)制成刀坯，或制成钢坯再经轧制或锻造成材。粉末高速钢与熔炼高速钢相比，有很多优点；如韧性与硬度较高，可磨削性能显著改善(例如含钒5％的粉末冶金高速钢的可磨射性相当于含钒2％的普通高速锕)，材质均匀，热处理变形小，质量稳定可靠，故刀具使用寿命较长。粉末冶金高速钢可以切削各种难加工材料，特别适合于制造各种精密刀具和形状复杂的刀具。高速钢刀其可以用盐浴软氮化、气体软氮化、辉光离子化及离子氮注入等方法进行表面处理，形成高硬、耐磨的薄层(0.02---0．1mm)，也可以采用物理气相沉积(PVD)等方法在高速钢刀具表面涂覆一层(约10µm)TiN或TiC等材料。经过表面处理或涂层后，刀其的耐磨性和使用寿命可以得到显著提高。近年，TiN涂层高速钢刀具发展较快，应用较广。高速钢钻头、丝锥、铣刀及齿轮刀具，经涂层后，其耐用度常可提高3～5倍以上。2、硬质合金

硬质合金是高硬度、难熔的金属化台物(主要是WC、TiC等，又称高温碳化物)微米级的粉末，用钴或镍等金属作粘结剂烧结面成的粉末冶金制品。其中高温碳化物含量超过高速钢，允许切削温度高达800一10000C。切削中碳钢时，切削速度可达1.67～3．34m／s(100～200m／min)以上。硬质合金是当今最主要的刀具材料之一。绝大多数车刀、端铣刀和部分立铣刀、深孔钴、浅孔钻、铰刀等均采用硬质合金制造。由于硬质合金的工艺性较差，它用于复杂刀具尚受到很大限制。

目前绝大部分硬质台金是以WC为基体，并分为WG—Go、WC—TIC—Co、WC—TaC(NbC)一Co以及WC—TiG--TaC(NbC)-Co等四类。YT类合金，ISO(国际标准化组织)称为P类，主要用于加工长切屑的黑色金属；YG类合金，IS0称为K类，主要用于加工短切屑的黑色金属、有色金属和非金属材料；YW类舍金，IS0称为M类，可覆盖P类、K类舍金的应用范围。

1）硬度碳化物WC、TiC等的硬度很高，所以合金整体也就具有高硬度，一般在HRA89～93之间。硬质合金的硬度值随碳化物的性质、数量和粒度而变化，又随粘接剂含量的增多而降低。硬质合金的硬度又随着温度升高而降低。在700～8000C时，部分合金保持着相当于高速钢在常温时的硬度，另一部分合金则低些。合金的高温硬度仍取决于碳化物在高温下的硬度，故WG—TiC—Co合金的高温硬度比WC-Co合金高些。添加TaC(或NbC)能提高高温硬度。2）抗弯强度和韧性常用牌号硬质合金的抗弯强度在0.90～1.50GPa(90～150kgf／mm2)范围内。粘结剂含重越高，则抗弯强度也就越高。当粘结剂含量相同时，WC—TiC—C0合金的抗弯强度总是低于WC-Co合金，并随着TiC含量的增加而下降。硬质台金是脆性材料，常温下其冲击韧性仅为高速钢的1／8～1／30。韧性不足是硬质合金的弱点。故硬质合金刀具一般是将合金刀片焊接或夹固在刀柄(刀体)上使用，有的小模数齿轮滚刀或小的硬质合金钻头和立铣刀等才做成整体的。和抗弯强度的情况一样，WC—TiC-Co类的韧性低于WC—Co类。。3）导热系数．由于TiC的导热系数低于WC，所以WC-TiC-Co的导热系数比WC--Co台金低，并随TiC含量增加而下降。4）线膨胀系数总的说来，硬质台金的线膨胀系数比高速钢小得多。WC—TiC—Co合金的线膨胀系数大于WC-Co合金，且随TiC含量增加而加大。由于WC—Co合金的线膨胀系数比WC-TiC-Co合金小，而且WC—Co台金抗弯强度较高，导热系数较大，所以焊接时产生裂纹的倾向比WC-TiC—Co合金小。5）抗冷焊性硬质台金与钢发生冷焊的温度高于高速钢，WC-TiC—Co合金与钢发生冷焊的温度高于WC—Co台金。6）硬质合金的选用正确选用适当牌号的硬质台金对于发挥其效能具有重要意义。WC—Co硬质台金一般用于加工铸铁、有色金属及其台金，WC-TiC—Co硬质合金则用于高速切削钢料。切削铸铁及其他脆性材料时，由于形成崩碎切屑，切削力集中在切削刃近旁的很小面积上，局部压力很大。并具有一定的冲击性，所以宜选用抗弯强度和韧性较好的WC—Co合金。另一方面，WC—Co合金虽然抗弯强度较高，但试验证胡：这类合金与钢料摩擦时，其抗月牙洼磨损的能力较WC-TiC-Co合金差，因此不宣用于高速切削普通钢料。然而对于高温合金、不锈钢等难加工材料，又有不同情况。这类工件材料中含钛，导热系数低，容易发生冷焊，切削力大，切削温度高，因而要求刀具中不含(或少含)钛，并有较好的导热性，以便减轻冷焊并降低切削温度。这就说明对于上述难加工材料选甩WC-Co合金并采用较低的切削速度较为合适。显然，精加工时宜选用含钴少、硬度高的合金；粗加工或有冲击载荷时，宜选用含钴多、抗弯强度大的合金。3、其他刀具材料1）陶瓷按化学成分，刀具用陶瓷可以分为：（1）纯氧化铝陶瓷主要用Al2O3加微量添加剂(如MgO)，经冷压烧结而成，是一种廉价的非金属刀具材料。其抗弯强度为0.40～0.50GPa，硬度HRA91--92。由于抗弯强度过低，尚难以推广应用。（2）复合氧化铝陶瓷在Al2O3基体中添加某些高硬度、难熔碳化物(如TiC)，并加入一些其他金属(如镍、钼)进行热压，可使抗弯强度提高到0.80GPa(80kgf／mm2)以上，硬度达到HRA93～94。陶瓷有很高的高温硬度，在1200度高温时，硬度尚能达HRA80。若是硬质