第一章-金属切削的基础知识教学课件

第一章金属切削加工的基础知识1）加工精度尺寸精度：分为20级：T00、T01、T1、T2------T18T7~T6常用于机床、机器、车辆和仪表；T9~T8属于中等精度，用于重型机械。形状精度：直线度、平面度、圆度、圆柱度等。位置精度：平行度、垂直度、同轴度、对称度等。加工质量要求12）表面加工质量－以表面粗糙度标记

标记：、、、

数字为Ra（m）。Ra越小，表面愈光洁。6.30.81.63.2……2第一节切削运动与切削要素一、切削运动—切削机床上刀具与工件的相对运动。车削铣削根据其作用不同而分为主运动和进给运动。3

主运动速度最高；消耗功率最大；切下金属的主体运动。如车削中工件的旋转运动；铣削中刀具的旋转等。

进给运动（１个或多个）

维持新的金属层连续投入切削，消耗功率小。如车削中车刀的直线平移（轴向或径向进给）和铣削中工作台带着工件的直线移动。4零件不同表面加工时的切削运动5切削运动中的速度合成6

切削速度－主运动速度c二、切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量三要素。

主运动为旋转：式中d—工件或刀具直径（mm）；n—工件或刀具转速（r/s或r/min）；7主运动为往复直线运动，如刨削：式中

nr—主运动（直线）每秒或每分钟的往复次数（st/s或st/min）；L—往复行程长度（mm）。8进给量（f）刀具在进给运动方向上相对工件的位移量称为进给量。

9fhDbD

进给量（常以f表示）是主运动旋转一周或一个往复行程时，工件和刀具在进给方向上的相对位移量，单位为mm/r或mm/dst。10背吃刀量（αp）

背吃刀量，比如车削，是工件已加工表面与待加工表面的垂直距离，即式中dw—工件待加工表面直径（mm）；dm—工件已加工表面直径（mm）。11三、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.切削层公称宽度bD在给定瞬间，作用主切削刃截形上两个极限点间的距离，在切削层尺寸平面中测量，单位为mm3.切削层公称厚度hD在同一瞬间的切削层公称横截面积与其公称宽度之比，单位为mm212第二节刀具材料及刀具构造13

了解刀具材料、刀头几何形状及典型刀具结构特点。

一、刀具材料

1.刀具性能要求高硬度足够强度和冲击韧度；高热硬性，即具有高温（600~700℃）硬度（红硬度）；良好的工艺性能和低成本。14

2.常用刀具材料

高速钢：W18Cr4V（600℃时48HRC）

W6Mo5Cr4V3（630~650℃可保持60HRC的硬度）（用于高速切削）；

合金工具钢：9Mn2V、9SiCr、CrWMn等一般刀具；

碳素工具钢：T8、T10A等（钳工刀具）；15硬质合金：用粉末冶金制取，用于切削难加工材料；YG（K）：WC—CoYT（P）：WC—TiC—CoYW（M）：WC—TiC—TaC

其他类：（用于切削难加工材料），包括：涂层（TiC）刀具；陶瓷（Al2O3—TIC）

和金刚石（刻划玻璃）刀具等。二、刀具角度16１.刀头几何参数1）“三面两刃一刀尖”以车刀为例。17前刀面

切屑沿其流出的表面（刀头上面）；

副后刀面

与工件已加工表面相对应的刀头平面，包容副切削刃；

主后刀面

与工件加工表面相对应的刀头平面包容主切削刃；

18

主切削刃

前刀面与主后刀面的交棱；承担主体切削工作。

副切削刃

前刀面与副后刀面的交棱。

刀尖（实为小圆弧状或线形）两刀刃的交点。19

2.借助三个辅助面（正交平面参考系）

—基面、切削平面、正交平面

基面

通过主切削刃上某一点而垂直于切削速度方向的平面，用Pr表示，可视为水平面。20切削平面

通过主切削刃上某一点且垂直基面的平面（包容切削速方向），以Ps表示。21正交平面（主剖面）

通过主切削刃上某一点且与切削刃在基面上的投影垂直，也必然分别垂直于基面Pr和切削平面Ps。用Po表示。Pr、Ps和Po三者构成了空间正交平面的参考系，借用于反映刀头角度。223“前角、后角两偏角”—刀头标注角度—用于刀头设计、制造、刃磨和测量。标示前刀面、后刀面（三面）的空间位向。以外圆车刀为例：23前角

正交平面P0内前刀面与基面的夹角，以

0表示,在正交平面内测量。0增大，车刀锋利，减小与切屑的磨损。

后角

正交平面P0内主后刀面与切削平面的夹角。以0表示。0增大，减小刀头与工件的磨损。

24两偏角主偏角和副偏角，表示两切削刃偏离进给方向的空间位向。即：主切削刃在基面Pr的投影与进给方向f的夹角称为主偏角，以Kr表示。一般取值30~75。25

Kr增大（90），用于切削的刃长减小，刀具耐用度增加，径向力降低。车削细长轴时弯曲变形小。

副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角，称为副偏角。以Kr表示，一般取值5~10。Kr减小，减小刀具磨损，有利于降低表面粗糙度。26还有一个“刃倾角”

切削平面Ps上主切削刃对基面的倾角，以0表示。27刃倾角的正负：

刃尖为最高点，主切削刃向下倾斜，0定为正。刃尖处于最低点，主切削刃向上倾斜，0定为负。0取负值时，刀头强度加大，适于铸铁粗加工。0取正值时，切屑流向待加工表面。

0取负值，对于带状切屑，切屑流向已加工表面，有可能刮伤加工表面。这一点，需要注意。283、车刀磨刃技巧取0=+3，切屑流向待加工表面。主切削刃磨有0.15~0.2mm的倒棱，能提高刀刃强度。大前角，令γ0=15~30，切削力小，前刀面上磨有平行于主切削刃的圆形卷屑槽（4~6mm深）。主偏角Kr=90，切削刃长度最小，工件受力（径向力）变形最小。用于细长轴精加工。294、刀具耐用度

即用经验规定的刀具投入切削时间作为限定刀具磨损量的实用标准。

如：高速钢车刀、刨刀、镗刀，耐用度30~60min；钻头：80~120min；硬质合金铣刀：90~180min；切削自动线刀具：240~280min。涂层刀具：耐用率提高1~2倍。

刀具耐用度指各类刀具从开始投入切削到实用标准规定的磨损限度为止的切削时间（min）。显然，不同刀具的耐用度会有差异。30三、刀具结构31机夹重磨式切断刀32优点：避免整体式刀具对材料的浪费和焊接式所带来的缺陷，刀片和刀柄制作成可拆分的两个独立单元件。33杠杆式可转位车刀34缺点：1.克服了换刀、调刀等造成停机时间损失。2.刀具性能大为提高3.稳定可靠4.刀体使用寿命长，节约刀体材料及其制造费用。5.刀片不需重磨。35第三节金属切削过程一、切屑形成及种类1.切屑形成过程塑性材料的切屑过程是一个：

挤压变形切离过程；经历了：弹性变形、塑性变形、挤裂和切离四个阶段。362.切屑的种类①带状切屑：大前角的刀具，较高的切削速度和较小的进给量切削塑性材料②节状切屑：较低的切削速度和较大的进给量粗加工中等硬度的钢材③崩碎切屑：切削脆性材料，如铸铁和黄铜。37二、积屑瘤在一定范围的切削塑性金属时，常发现在刀具前面靠近切削刃的部位粘附着一小块很硬的金属，这就是积屑瘤。38不足：会有一些积屑瘤碎片粘附在工件表面，使表在变得粗糙；因些精加工时尽量避免其产生。优点：①硬化刀刃保护刀具；②增大前角γ利切削；③粗加工时利用之。39（四）切削力和切削功率

刀具刀头挤压工件，使之变形、挤裂而在前刀面上产生切屑，并克服与工件、切屑间的摩擦，这都需要力的作用，这些力的总和即为切削力。40

切削力分解为：

背向力（Fx）

为基面内且与工件轴线垂直的水平分力。

进给力（Fy）

为进给方向的分力，与工件轴线平行，与走刀方向相反，消耗功率1~5%。

主切削力（Fz）

为切削速度方向的力，又称为切削力，消耗功率95%左右，是最大的分力。41切削合力式中Fz—主切削力（N）

c—切削速度（m/s）切削功率（Pm）为三项分力消耗功率的总和。车外圆时，42（五）切削热和切削液2）切削热由切屑、工件、刀具及周围介质（空气）传出。以切屑传热为主。散热条件不好，切削温度提高。切削温度过高会影响工件加工精度和刀具耐用度。1．切削热

1）切削热来源

切削过程中工件弹、塑性变形直至分离所产生的热；切削与刀头前刀面的摩擦热；工件与刀头后刀面的摩擦热。432．切削液

作用：改善润滑条件，减小摩擦热；冷却降温，改善散热条件；清洗工件等。2)矿物油同时起润滑和冷却作用，以润滑为主；用于精加工。1)

水溶液（加一定量的防锈剂—苏打）主要起冷却降温作用；用于粗加工。分类：44乳化液（乳化油加水稀释，70%~98%的水），可用于粗、精加工。加工铸铁一般不用切削液。组织内有石墨能起润滑作用。用硬质合金刀具，也不用切削液。45（六）切削用量（Vc、f、αp）的合理选择2）方案

粗车：αp与f较大，Vc较低；精车：αp与f较小，Vc较高；对于表面较硬和难加工材料，Vc较低；刀具材料好，Vc可适当提高。1）原则

在充分利用刀具的耐用性能和维护机床安全使用的前提下，以“质量、效率、成本”三准则来合理选择。46复习题

分别指出车端面和铣（镗）平面的主运动和进给运动，并同时用示意图表示。说明切削用量三要素的