金属切削原理知识与刀具含习题答案

PAGEPAGE10第九章金属切削原理知识与刀具本章重点1．切削用量的概念及选择；2．车刀主要几何角度的作用及选择；3．常用刀具材料的性能及用途；4．切削液的作用及选择；5．切削力的概念及其影响因素；6．切削热、切削温度的概念及影响切削热的因素；7．刀具磨损的基本形式、过程及刀具寿命的概念；8．砂轮的选择及刃磨900外圆车刀的基本方法；9．切屑的类型、积屑瘤的成因及其对切削加工的影响；10．断屑的概念及其影响因素；11．减小表面粗糙度值的工艺措施。内容提要一、切削用量1．切削用量的概念切削用量（又称切削三要素）是衡量切削运动大小的参量。它包括切削深度（背吃刀量）、进给量和切削速度。（1）切削深度（背吃刀量）ap：切削时工件上待加工表面与已加工表面之间的距离。单位：mm。①车外圆时：ap=（dw-dm）/2式中dw——待加工表面的直径（mm）；dm——已加工表面的直径（mm）；②切断和车槽时的切削深度（背吃刀量）等于车刀主切削刃的宽度。（2）进给量f：工件每转一圈，刀具沿进给方向移动的距离。单位：mm/r。（3）切削速度v：主运动的线速度。单位：m/min。v=nπdw/1000式中：v——切削速度（m/min）；n——主轴转速（r/min）；dw——待加工表面直径（mm）。2．切削用量的选择（1）粗加工时切削用量的选择①选择原则：以提高劳动生产率为主。②选择方法：首先选用一个大的切削深度（背吃刀量），其次为缩短进给时间再选一个较大的进给量，最后在保证刀具寿命的前提下，再选择一个相对大而合理的切削速度。（2）半精加工、精加工时切削用量的选择①选择原则：以保证加工精度为主。②选择方法：切削余量原则一次进给完成，也可分多次，但最后一次进给的余量不得小于0.1mm；进给量应选小一些；切削速度应根据刀具材料选择，高速钢刀具一般小于5m/min，硬质合金可大于80m/min。二、刀具的几何角度1.切削运动——切削时刀具与工件之间的相对运动，包括主运动和进给运动。（1）主运动——切削时形成切削速度的运动。车削时工件的旋转运动是主运动。（2）进给运动——使工件多余材料继续投入切削的运动。车削时车刀的纵向或横向移动为进给运动。2.切削时工件上形成的表面切削时工件上有三个不断变化的表面：（1）待加工表面——工件上将要被切去多余金属的表面。（2）已加工表面——已经切去金属层而形成的表面。（3）过渡（加工）表面——刀具切削刃在工件上形成的表面。3.车刀的主要角度（1）车刀的组成:①刀杆——把车刀装夹在刀架上；②刀体——担负切削工作。包括：三“面”两“刃”一“尖”。a.前刀面——切屑排出时经过的刀面。b.主后刀面——和工件过渡表面相对的面。c.副后刀面——和工件已加工表面相对的面。d.主切削刃——前刀面和主后刀面的相交部位。e.副切削刃——前刀面和副后刀面的相交部位。f.刀尖——主切削和副切削刃的相交部位。补充：修光刃——副切削刃前段近刀尖处的一段平直刀刃。装夹刀具时修光刃必须与进给方向平行，且长度大于进给量才能起到修光作用。（2）确定刀具切削角度的辅助平面①切削平面（Ps）——通过主切削刃上的任一点，并与工件加工表面相切的平面。②基面（Pr）——通过主刃上任一点，并垂直于该点切削速度方向的平面。③主截面（Po）——通过主刃上任一点，并与该点切削平面和基面垂直的平面。[注意]：Ps、Pr、Po互相垂直，构成一个空间直角坐标系。（3）车刀的主要角度①在主截面(P0)内测量的角度：前角γo——前刀面与基面之间的夹角。后角αo——后刀面与切削平面之间的夹角。楔角βo——前刀面与后刀面之间的夹角。②在切削平面（Ps）内测量的角度：刃倾角λs——主切削刃与基面之间的夹角。③在基面（Pr）内测量的角度：主偏角κr——主切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角。副偏角κr’——副切削刃在基面上的投影与背离进给方向之间的夹角。刀尖角εr——主切削刃与副切削刃在基面上的投影之间的夹角。4.车刀角度的作用和选择（1）前角γo①作用：a.主要影响车刀的锋利程度，切削力的大小和切屑变形的大小；b.影响车刀强度，受力情况和散热情况；c.影响加工表面质量。②选择：前角的选择原则是在刀具强度允许的情况下，尽量选较大的前角，具体选择时，应根据工件材料、刀具材料、加工性质等因素合理选取。a.加工脆性材料、高硬度材料时选小前角,加工塑性材料、低硬度材料时选大前角；b.高速钢刀具前角一般大于硬质合金刀具材料；c.精加工选大前角，粗加工选小前角。（2）后角αo①作用：a.减小后刀面与过渡表面之间的摩擦力，提高工件的表面质量，延长车刀的使用寿命；b.增大后角使车刀刃口锋利，但楔角减小，易造成车刀强度减小，散热条件变差和磨损加快等不利现象。②后角的的选择：a.粗加工时，要求刀具有足够的强度，应选较小的后角；b.精加工时，为减小后刀面和工件过渡表面之间的摩擦，保持刃口锋利，应选较大的后角；c.继续切削或切削力较大时应选较小的后角。(3)主偏角κr①主偏角的作用：主要影响车刀的散热条件，影响轴向切削力和径向切削力之比及断屑情况，主偏角增大，车刀散热条件变差，径向力减小，轴向力增大，切削厚度增大易断屑。②主偏角的选择：工件刚性差时选较大的主偏角，车细长轴时应选较大的主偏角，车高硬度工件应选较小的主偏角。(4)副偏角κr’①作用：主要影响副切削刃和工件已加工表面之间的摩擦，影响车刀强度和工件的表面粗糙度。②选择：粗加工时应选稍大一点的副偏角，精加工时应选较小的副偏角。(5)刃倾角①刃倾角的正负：λs为正值——刀尖位于主刃上最高点。λs为负值——刀尖位于主刃上最低点。λs为零度——主刃和基面平行时。②刃倾角的作用：控制排屑方向；影响刀尖强度和切削的平稳性；影响切削前角及刀刃的锋利程度。③选择：主要根据工件材料、刀具材料和加工性质决定。精加工时选正值刃倾角，断续切削时或冲击力大时选负值刃倾角，大前角车刀选负的刃倾角，微量进给时选大的刃倾角。三、刀具材料1.对刀具切削部分材料的要求：(1)高硬度HRC60以上(2)足够的强度和韧性；(3)高耐磨性；(4)高耐热性；(5)良好的工艺性；(6)良好的导热性。2.常用刀具材料及用途(1)碳素工具钢：含碳量0.65%～1.3%，HRC60以上。①常用牌号：T10A、T12A。②用途：用于制造手用铰刀、锉刀和锯条。(2)低合金工具钢：韧性、耐热性、耐磨性较高①常用牌号：9SiCr、CrWMn。②用途：用于制造丝锥、板牙。(3)高速钢：韧性好，耐冲击，切削温度可达5400C～①常用牌号：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。②用途：用来制造车刀、铣刀、钻头、铰刀、拉刀和齿轮刀具。(4)硬质合金：硬度高，耐磨性好，耐高温（可达10000C），但韧性差，常用的有三类：①钨钴类(K类)：常用牌号YG3、YG6、YG8；用于加工脆性材料。②钨钛钴类（P类）：常用牌号YT5、YT15、YT30；用于加工塑性材料。③钨钛钽（铌）钴类（M类）：常用牌号YW1、YW2；用于加工难加工材料。四、切削液1.概念：为了提高切削加工效果而使用的液体称为切削液。2.作用：（1）冷却作用；（2）润滑作用；（3）清洗作用；（4）防锈作用。3.种类：(1)乳化液(水基)——主要起冷却作用。(2)切削油(油基)——主要起润滑作用。4.切削液的选择（工件材料、加工性质、刀具材料）（1）粗加工时选以冷却为主的乳化液；（2）精加工时选以润滑为主的切削油；（3）使用高速钢刀具一般要加切削液；（4）使用硬质合金刀具一般不加切削液；（5）加工塑性材料时通常加切削液，加工脆性材料时一般不加切削液，加工易燃材料时不加切削液，只能采用空冷。五、切削力1.概念：工件材料抵抗刀具切削时所产生的阻力称为切削力。2.来源：变形与摩擦(1)工件上切削层和已加工表面要产生弹性变形和塑性变形，因而有变形抗力作用在刀具上；(2)工件与刀具、切屑与刀具间的摩擦阻力也作用在刀具上。3.切削力Fr的分解：(1)主切削力（切向力）Fz——垂直于基面的分力。(2)切深抗力（径向力）Fy——影响加工精度，产生振动。(3)进给抗力（轴向力）Fx——影响进给系统零部件的受力大小。4.影响切削力的因素：凡影响变形和摩擦的因素都能影响切切削力，主要因素有工件材料，刀具角度，切削用量和切削液等。(1)工件材料：工件材料的硬度、强度越大，其切削力越大。(2)切削用量：切削用量中对切削力影响最大的是切削深度，其次是进给量，影响最小是切削速度。(3)刀具角度：对切削刀影响较大的前角、主偏角和刃倾角。(4)切削液：选用切削液可使切削力减少。六、切削热、切削温度1.切削热的产生和传导（1）切削热——在切削加工过程中，由于被切削金属层的变形，分离及刀具和被切削材料间的摩擦而产生的热量称为切削热。（2）切削热主要通过切屑、刀具、工件、切削液和周围空气传导出去，若加工时不用切削液，则主要由切屑传出。2.切削热对切削过程的影响（通过切削温度）（1）切削热传入刀具后，使刀具温度升高，硬度下降，刀具寿命降低。（2）切削热传入工件后，使工件温度升高，热变形增大，工件加工精度降低。3.切削温度（1）切削温度——切削过程中切削区域的平均温度称为切削温度。（2）切削温度的高低取决于产生热量的多少和热传导的快慢。4.影响切削热的因素（1）工件材料（2）切削用量切削用量中，对切削温度影响最大的是切削速度，其次进给量，影响最小的是切削深度。（3）刀具角度（4）切削液加注切削液可使切削温度降低。七、刀具的磨损、寿命及刃磨1.磨损原因：机械摩擦和切削热2.磨损形式：（1）非正常磨损：裂纹、崩刃、卷刃、碎裂（2）正常磨损：①前刀面磨损；②后刀面磨损；③前后刀面同时磨损。3.刀具磨损过程：（1）初期磨损阶段（2）正常磨损阶段（3）剧烈磨损阶段4.刀具的磨钝标准（1）概念：刀具从开始切削到不能继续使用为止，在后刀面上的那段磨损量。（2）种类：①粗加工磨钝标准（经济磨钝标准）②精加工磨钝标准（工艺磨钝标准）5.刀具寿命（1）刀具寿命——刀具开始切削一直到达到磨钝标准为止的总切削时间。（2）刀具总寿命——一把新刀具可经过无数次刃磨，直到丧失切削能力为止的总切削时间。（3）影响刀具寿命的因素：（1）工件材料（2）切削用量影响最大的是切削速度，其次是进给量，最小的是切削深度。（3）刀具角度（4）切削液6.刀具的刃磨（1）砂轮的选择①白色氧化铝砂轮——磨高速钢刀具及硬质合金刀杆。②绿色碳化铝砂轮——磨硬质合金刀具。（2）车刀的刃磨：机械刃磨和手工刃磨。900硬质合金刀具刃磨步骤如下：①磨刀杆底平面；②粗磨刀杆上的主后面和副后面；③粗磨刀头上的主后面和副后面；④磨断屑槽；⑤精磨刀头上的主后面和副后面；⑥磨负倒棱；⑦磨过渡刃。八、切屑和积屑瘤1.切屑的种类：（1）带状切屑；（2）挤裂切屑（节状切屑）；（3）单元切屑（粒状切屑）；（4）崩碎切屑；[注意]：切削塑性金属时，一般产生前三种切屑，切削脆性金属时，一般产生崩碎切屑，但不能绝对。2.积屑瘤：（1）概念：用中等切削速度加工塑性材料时，在刀具前刀面近刀尖处会“冷焊”上一小块金属，这块金属就是积屑瘤。（2）成因：用中等切削速度加工塑性材料时，由于切屑和削刀面之间剧烈摩擦，当切削温度超过3000C左右，而摩擦力超过加屑内部结合力时，一部分金属被“冷焊（3）对切削加工的影响：①粗加工时能起到保护前刀面和刀尖的作用；②增加刀具实际前角，减小切屑变形和切削力；③积屑瘤无法形成稳定的前刀面和刀刃，造成切削不稳定性，易引起振动。④积屑瘤超出刀尖时，影响尺寸精度，脱落嵌入工件后会影响工件加工精度和表面质量。（4）避免措施：①采用低进切削（高速钢刀具）；②采用高速切削（硬质合金）；③采用润滑性好的切削液；④增加刀具前角，精磨前刀面；⑤适当提高工件材料硬度。九、断屑1.概念：金属切削过程就是把多余的金属变成切屑的过程，切屑在流动或卷曲的过程中，如果碰到障碍物，将加速切屑的变形，如果变形程度超过了材料的极限强度，切屑就自行折断，这就是断屑。2.影响断屑的因素：（1）刀具角度（2）切削用量在切削用量中，对断屑影响最大的是进给量，其次是背吃刀量和切削速度。（3）断屑槽的尺寸形状十、表面粗糙度1.概念：指加工表面较小的间距和峰谷所形成的微观几何不平度。2.评定参数：（1）轮廓算术平均偏差Ra；（2）轮廓最大高度Ry；（3）微观不平度十点高度Rz。3.影响因素：（1）残留面积高度；（2）积屑瘤；（3）振动。4、减小表面粗糙度值工艺措施：（1）减小残留面积高度的措施：①减小主偏角和副偏角；②增大刀尖圆弧半径；③减小进给量。（2）避免工件表面有硬点及毛刺的措施：应避免积屑瘤的产生，高速钢刀具采用低速切削(<5m/min),硬质合金刀具采用高速切削（>70m/min）。（3）防止工件表面有振纹的措施：查找振动部位，分析振动原因，避免振动。练习题一、填空题1.刀具与工件之间的相对运动，叫做__________运动。2.在龙门刨床上刨削时，工件的往复直线运动是__________运动，刨刀的移动是__________运动。3.切削时，和工件上已加工表面相对的面称为刀具的__________。4.刃倾角是在__________内测量的角度。5.刀具在切削中的切削力，可分解为__________力，__________力和__________力。6.粗加工时选择切削用量的顺序是：首先尽量选大的__________，再尽量选大的__________，最后选大的__________。7.工厂常用的砂轮有两种，一种是白色的__________砂轮，另一种是绿色的__________砂轮。8.刀具正常磨损有三种，即刀具__________、__________和__________。9.影响切削力的因素有__________、__________、__________和__________等。二、选择题1.工件材料强度和硬度越高，则切削力就_______。A.愈大 B.愈小 C.不变2.在切削用量三要素中，对切削力影响最大的是_______。A.ap B.f C.V3.在切削用量中，对刀具寿命影响最大的是_______。A.ap B.f C.V4.确定车刀削角度的三个辅助平面中，和刃倾角直接有关系的是_______。A.切削平面 B.基面 C.主截面5.当磨钝标准相同时，刀具寿命愈高，表示刀具磨损_______。A.愈快 B.愈慢 C.不变6.不在主截面测量的角度是_______。A.后角 B.主偏角 C.楔角7.过主刃上任一点，与工件过渡表面相切的平面为_______。A.切削平面 B.基面 C.主截面8.当刀尖位于主刃上最低点时，刃倾角为_______。A.正值 B.负值 C.零9.钻孔时使用的切削液主要起_______。A.冷却作用 B.润滑作用 C.清洗作用10.一般来说，产生_______切屑时，切削过程平稳，切削力变化小。A.带状 B.挤裂 C.崩碎 D.单元三、判断题：（每题2分，共计20分）1．()切削加工时，进给运动可以有几个，通常是速度较低，消耗功率较小的运动2．()刀具在切削中，沿切削速度方向的分力为最大分力，占总切削力90%左右。3.()车削时，工件每转一圈，刀具沿进给方向移动的距离为切削速度。4.()刃倾角为正值时，切屑排向已加工表面。5.()加工脆性材料时，一定产生崩碎切屑。6．()切削中对切削力影响较小的是前角和主偏角。7.()在切削用量中，对切削温度影响最大的是切削速度，影响最小的是切削深度。8.()切削力的轴向分力与切削进给方向相同。9．()工艺磨纯标准大于经济磨钝标准。10.()增大主偏角，车刀散热条件变差，径向力减小而轴