金属切削的基础知识课件

第二章

金属切削的基本知识1金属切削加工钳工机械加工手持工具加工，加工方法有划线、錾、锯、刮、研、攻螺丝、套螺丝等通过操作机床来完成切削加工的，如车、钻、刨、磨、齿轮加工等切削加工是使用切削工具(刀具、磨具和磨料)在工具和工件的相对运动中，把工件上多余的材料层切除，获得工件设计的几何参数(形状、尺寸、位置)和表面质量的加工方法。2第一章金属切削的基础知识

一、零件表面的形成

第一节切削运动及切削要素

以直线或曲线为母线、以圆或直线为轨迹作运动所形成的表面3二、切削运动为了形成零件表面形状，刀具与工件之间的相对运动1.主运动：切下切屑最主要的运动特点：在整个运动系统中—

速度最高、消耗的功率最大。主运动只有一个。2.

进给运动：使金属层不断投入切削，加工出完整表面所需的运动特点：速度低、消耗的功率小。有一个或多个。43.

零件上的三个表面已加工表面加工表面待加工表面nf已加工表面加工表面待加工表面dwdm5三、切削要素1.

切削用量三要素1）切削速度（v）在单位时间内，工件或刀具沿主运动方向的相对位移m/s旋转运动：（m/s）往复直线运动：（m/s）dmdwfn12fapKr62）进给量(f)(mm)在单位时间内（主运动的一个循环内），刀具或工件沿进给运动方向的相对位移。单位时间的进给量—进给速度(vf)(mm/s)3）切削深度(ap)(mm)(mm)dmdwfn12fapKr72.

切削层几何参数切削层

—指工件上正在被切削刃切削的那一层金属即两个相邻加工表面之间的那一层金属1)切削厚度(ac)(mm)两相邻加工表面之间的垂直距离(mm)2)切削宽度(aw)(mm)沿主刀刃度量的切削层的长度acfapKraw(mm)3)切削面积(AC)(mm2)(mm2)8第二节刀具材料及刀具构造

刀具的组成切削部分（刀头）夹持部分(刀体)前刀面：主后刀面：副后刀面：主刀刃副刀刃刀尖切屑流出所经过的表面刀具上与工件的加工表面相对的表面刀具上与工件的已加工表面相对的表面夹持部分(刀体)切削部分(刀头)前刀面主后刀面副后刀面主刀刃副刀刃刀尖9一、刀具材料1.

对刀具材料的基本要求⑴

较高的硬度。一般要求在HRC60以上。⑵

有足够的强度和韧性。⑶

有较好的耐磨性。⑷

较高的耐热性。⑸

有较好的工艺性。102.

常用刀具材料⑴碳素工具钢C=0.7~1.4%；T8、T10、T10A、T12等特点a.淬火后硬度高；HRC≈61~65b.价格低；ｃ.耐热温度低；ｄ.淬火后应力、变形大。250~300℃应用：速度低、形状简单的手动工具。如锉刀、锯条等11⑵合金工具钢Me<5%；9SiCr、CrWMn等HRC≈61~68耐热温度—350~400℃应用：速度低、形状复杂的工具。如绞刀、板牙、丝锥等⑶高速钢高合金钢W=6~20%；Cr=3.8~4.4%；V=1.0~4%HRC≈62~69耐热温度—600℃应用：各种形状复杂的刀具如钻头、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其他成形刀具12⑷硬质合金碳化物+粘结剂——粉末冶金碳化物：WC、TiC、TaC、NbC粘结剂：CoHRC≈76~84耐热温度—1000℃允许的切削速度是高速钢的4~10倍①钨钴类(YG)：WC+Co韧性好、硬度低，切削韧性材料时耐磨性较差适于加工铸铁、青铜等脆性材料和粗加工②钨钴钛类(YT)：WC+TiC+Co硬度高、耐磨性好、耐热性好，但韧性较差适于加工韧性材料和精加工13⑸陶瓷材料主要成分是Al2O3HRC≈93~94耐热温度—1200~1450℃主要用于加工半精加工和精加工高硬度、高强度钢及冷硬铸铁等材料人造金刚石、立方氮化硼等刀具材料14二、刀具角度1.

刀具静止参考系①基面dwdmnf过主刀刃上一点，与该点切削速度方向相垂直的平面②切削平面过主刀刃上一点，与该点加工表面相切的平面切削平面③正交平面正交平面过主刀刃上一点，与主刀刃在基面上的投影相垂直的平面15162.刀具切削部分的主要角度dwdmnfpo-po正交平面1)前角(

0)前刀面和基面之间的夹角在正交平面内度量

02）后角(

0)主后刀面和切削平面之间的夹角在正交平面内度量

03）主偏角(kr)4）副偏角(kr′)krKr’在基面内度量175）刃倾角（

S）主切削刃与基面之间的夹角。在切削平面内度量影响刀头的强度、切削分力和排屑方向选择：粗加工：可取零或负（

S

=0、-

S）精加工：取正（+

S

）18刀具角度对切削的影响1)前角

0影响刃口的锋利程度及切屑的变形选择：加工塑性材料和精加工—取大前角(

0↑)加工脆性材料和粗加工—取小前角(

0↓)

0↑：a.刃口锋利，切屑变形小b.切削力减小，切削轻快，表面质量好c.易磨损或崩刃，不耐用192）后角

0减少刀具后刀面与已加工表面间的摩擦a.刃利，减少摩擦b.减小刀具的磨损，使刀具耐用c.提高工件的加工精度和表面质量

0↑：选择：加工塑性材料和精加工—取大后角(

0↑)

加工脆性材料和粗加工—取小后角(

0↓)

后角(

0)只能是正的精加工：

0=80~120粗加工：

0=40~80203）主偏角kr4）副偏角kr´副偏角对残留面积的影响主偏角对残留面积的影响影响切削层的形状和切削分力影响已加工表面的粗糙度Kr´↓：Ra↓，耐用度↑。过小易引起摩擦和振动，降低表面质量kr↓：ap、f不变、aw↑、ac↓、主切削刃单位长度上的负荷减少，刀具耐用21刀具的结构形式整体式焊接式机夹不重磨式多为高速钢车刀，其结构简单，制造、使用都方便不需焊接和刃磨，避免了焊接和刃磨引起的缺陷，保持了硬质合金的原有性能，提高了刀具的耐用度结构简单、紧凑、刚性好，可磨出各种所需角度，应用广泛三、刀具结构22常见刀具的结构形式233.刀具的工作角度车外圆时车刀安装的高低，对前角、后角有影响车外圆时车刀安装的偏斜，对主偏角、副偏角有影响24第三节金属切削过程

金属材料在刀具的作用下变形、分离的过程一、切屑的形成过程及切屑的种类1.

切屑形成过程切削层金属弹性变形塑性变形挤裂切离切屑受到刀具前刀面的推挤后产生弹性变形随着切应力、切应变逐渐增大，达到其屈服强度时，产生塑性变形而滑移刀具继续切入时，材料内部的应力、应变继续增大，当切应力达到其断裂强度时，金属材料被挤裂沿刀具前刀面流出252.切屑的种类1)带状切屑用较大的

0、较高的v、较小的f加工塑性材料时易见2)节状切屑用较小的

0、较低的v

、较大的f、粗加工中等硬度的塑性材料时易见3)崩碎状切屑切削黄铜或铸铁等脆性材料时易见26控制切削条件，使切屑形态向有利于生产的方面转化，可保证切削加工的顺利进行前角↑切削速度↑进给量↓有利于使粒状切屑、节状切屑向带状切屑转化使切削过程平稳降低加工表面粗造度数值27二、积屑瘤在一定的切削速度下切削塑性材料时，常发现在刀具前刀面上靠近刀刃的部位粘附着一小块很硬的金属，即积屑瘤1.

积屑瘤的形成1)积屑瘤的形成过程①工件材料：塑性材料②刀具角度：

0偏小③切削速度：中等(10~50m/min)，温度约300℃④冷却条件：不加切削液282.积屑瘤对加工过程的影响有利①↑

0增大，切削轻快②替代切削刃切削，保护刀具所以：粗加工时可以利用不利①积屑瘤不稳定，易引起振动，↑Ra

②引起ap的变化，↓尺寸精度所以：精加工时应尽量避免293.积屑瘤的控制主要影响因素工件材料的塑性切削速度刀具前角冷却润滑条件控制措施避免在中温、用中速加工塑性材料增大前角减小切削变形利用切削液减少或消除积屑瘤对工件进行正火、调质处理，降低

30三、切削力和切削功率1.切削力的构成与分解1)切削力的构成①材料的变形抗力②切屑、工件表面与刀具的摩擦力2)切削力的分解主切削力Fc：在切削速度方向上的分力，约占合力的85~90%背向力Fp：在切削深度方向上的分力，与切深方向相反进给力Ff：在进给方向上的分力，与进给方向相反FpFcFfF312.切削力的估算影响切削力的因素②工件材料：σ↑、HB↑、δ↑、αk↑，则F↑①切削用量：ap↑、f↑，则F↑③刀具角度：

0↑，F↓；kr↑，则Fp↓、Fc↑④冷却条件：加切削液，F↓（N）切削力的估算3.切削功率(W)32四、切削热和切削温度1.切削热的来源、传散及对加工的影响1)切削热的来源a.切屑变形所产生的热，是主要来源b.切屑与前刀面之间的摩擦热c.工件与后刀面之间的摩擦热由切屑、工件、刀具、介质传出2)切削热的传散3)对加工的影响a.传入切屑及介质中的热量越多，有利b.传入工件及刀具中的热量越少，有利332.切削温度及其影响因素切削温度：切削区(切屑、工件、刀具接触区)的平均温度影响切削温度的因素：②工件材料：③刀具④冷却条件：加切削液，切削温度降低

0↑、kr↓，则t↓①切削用量：v↑、f↑、ap↑，则t↑材料的导热性↑，则t↓σ↑、HB↑、δ↑、αk↑，则t↑材料的导热性↑，则t↓34五、刀具磨损和刀具耐用度1.刀具磨损1)刀具磨损形式①后刀面磨损②前刀面磨损③前后刀面同时磨损一般用后刀面的磨损高度VB表示刀具的磨损程度2)刀具的磨损过程VBtOABC初期磨损阶段正常磨损阶段急剧磨损阶段①初期磨损阶段(OA)②正常磨损阶段(AB)③急剧磨损阶段(BC)最好在刀具正常磨损阶段后期，急剧磨损阶段之前刃磨35②工件材料：强度、硬度越高、导热性愈差，刀具磨损愈快③刀具④冷却条件：合理使用切削液，可提高刀具耐用度a.角度：增大

0、

0，可减小刀具磨损b.材料：耐磨、耐热性愈好，不易磨损2.影响刀具磨损的因素①切削用量愈大，刀具磨损加剧3.刀具耐用度（T）指刀具由开始切削到磨钝为止的实际切削总时间即刀具在两次刃磨之间的实际切削总时间36第四节提高切削效益的途径一、切削加工主要经济指标1.产品质量1)精度①尺寸精度②形状精度③位置精度2)表面质量①表面粗糙度②已加工表面的加工硬化和剩余应力加工硬化：工件表层金属在形成已加工表面的过程中经过强烈的塑性变形，使其晶粒伸长、扭曲和破碎而被强化的现象372.生产率常以单位时间内生产零件的数量来表示提高生产率的主要途径①尽可能采用先进的毛坯制造工艺，减小加工余量②合理地选择切削用量③尽可能采用先进的工、夹、量具④尽可能采用先进的机床设备及自动化控制系统3.经济性使用价值一定，投入最小；或投入一定，使用价值最大投入最少，工艺最简单，产出最大38三、切削液的选用1)切削液的作用a.冷却作用b.润滑作用c.洗涤与排屑作用d.防锈作用2)切削液的种类b.乳化液：乳化油+水+防锈剂切削油：矿物油a.水溶液：肥皂水或苏打水+防锈剂①水基：冷却②油基：润滑3)切削液的选用粗加工：以冷却为主如水溶液、低浓度的乳化液等精加工：以润滑为主如高浓度的乳化液、切削油等39四、材料切削加工性的改善