金属切削加工课件

金属切削加工材料成形加工：如铸造、锻造、挤压、粉末冶金等材料累积加工：利用微体积材料逐渐叠加的方式使零件成形。

传统方法有焊接、粘接或铆接等，近几年发展起来的快速原型制造技术机械制造中的加工方法材料去除加工切削加工：指利用切削刀具从工件上切除多余材料特种加工：指利用机械能以外的其他能量直接去除材料，如电火花加工、电解加工等

金属切削加工

一、切削加工用刀具从金属材料（毛坯）上切去多余的金属层，获得几何形状、尺寸精度和表面质量都符合要求的零件的生产方法。（切削加工费约占整个产品成本的50-60%）切削加工分为：钳工和机械加工（机工）二、零件的加工质量1.加工精度尺寸精度：形状精度：位置精度：IT01、IT0…IT6、IT7、IT8…IT18圆柱度、平面度、平面度等平行度、垂直度、平行度等2.表面质量表面粗糙度：表面加工硬化的程度和深度表面残余应力的大小和性质Ra§1切削加工的运动分析及切削要素第一章

金属切削加工基础知识

一、零件表面的形成平面、外圆面、内圆面（孔）、锥面、曲面（成形面）二、切削运动（16.50）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：切下切屑最基本的运动。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（配合主运动）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。3.

零件上的三个表面（16：50）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三、切削要素1.

切削用量三要素1）切削速度（v）m/s在单位时间内，工件或刀具沿主运动方向的相对位移。dwdm旋转运动：（m/s）往复直线运动：（m/s）2）进给量（f）（23:34）

（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）dw

工件待加工表面或者刀具最大直径（mm）；n为主轴转速r/minL往复运动行程长度（mm）；n主运动（如刀具）每分钟往复次数。dmdwfn3）切削深度（ap）（mm）（mm）2.

切削层几何参数切削层

（24:54）—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。12fapKrfapKr待加工表面和已加工表面之间的垂直距离。1)切削厚度（ac）

（mm）两相邻加工表面之间的垂直距离。acfapKr（mm）2)切削宽度（aw）

（mm）刀具主切削刃与工件接触的长度。aw（mm）3)切削面积（AC）

（mm2）工件被切下的金属层的横截面积（mm2）§2

金属切削刀具（材料和形状）一、刀具的组成（11:42）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二、刀具材料1.

对刀具材料的基本要求⑴

较高的硬度。（高于工件3-4倍）一般要求在HRC60以上。⑵

有足够的强度和韧性。（刀具材料能承受冲击和振动而不破裂的能力）⑶

有较好的耐磨性。⑷

较高的红（热）硬性。（高温下，仍能保持高硬度，高耐磨性的能力）高速钢刀具500-600°硬质合金刀具800-1000°⑸

有较好的工艺性。2.

常用刀具材料⑴

碳素工具钢（性能：常温硬度HRC60-63但高于200°时失去原有的硬度）C=0.7~1.4%；T8、T10、T10A、T12等HRC≈61~65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。⑵

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（又称锋钢）高合金钢。W=6~20%；Cr=3.8~4.4%；V=1.0~4%HRC≈62~69耐热温度—600℃V=20~30（m/min）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。⑷

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。⑸

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三、刀具几何形状1.

三个辅助平面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

主剖面主剖面过主刀刃上一点，与主刀刃在基面上的投影相垂直的平面。2.

刀具的主要标注角度（17:06）dwdmnf切削平面主剖面1)

前角（

0）前刀面和基面之间的夹角。在主剖面内度量。

02）后角（

0）主后刀面和切削平面之间的夹角。在主剖面内度量。

03）主偏角（kr）4）副偏角（kr’）krKr’5）刃倾角（

S）主切削刃与基面之间的夹角。在切削平面内度量3.

刀具的工作角度4.

刀具的结构形式1）焊接式车刀2）机夹重磨式车刀3）机夹可转位式车刀四、刀具角度对加工过程的影响1.

前角（

0）(21:20)作用①减小切屑的变形；②减小前刀面与切屑之间的摩擦力。所以

0：a.减小切削力和切削热；b.减小刀具的磨损；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—取大前角（）

0加工脆性材料和粗加工—取小前角（）

0前角（

0）可正、可负、也可以为零。高速钢车削碳钢：

0=200~300硬质合金车削碳钢：

0=100~2002.

后角（

0）作用：减小工件加工表面与主后刀面之间的摩擦力。所以

0a.减小切削力和切削热；b.减小刀具的磨损；c.提高工件的加工精度和表面质量。

0

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=40~803.主偏角（kr）(24.10)改善切削条件，提高刀具寿命。作用：减小kr：当ap、f不变时，则切削宽度aw厚度ac

—

使切削条件得到改善，提高了刀具寿命。nfdwdmkrkr’ap选择系统刚性好：取较小的kr。100~300、450。系统刚性差：取较大的kr。600、750、900。但减小kr

Fy

、Fx

，加大工件的变形挠度，使工件精度降低。同时，容易引起系统振动。4.副偏角（kr’）作用：最终形成已加工表面。选择：在不产生振动的前提下，取小值。Kr’：使已加工表面残留密集的高度减小，降低工件的表面粗糙度。5.刃倾角（

S

）主切削刃与基面之间的夹角。作用①影响切削刃的锋利程度；②影响切屑流出方向；③影响刀头强度和散热条件；④影响切削力的大小和方向。选择：粗加工：可取零或负（

S

=0、-

S

）精加工：取正（+

S

）§3

金属切削过程（6:15）金属材料在刀具的作用下变形、分离的过程。也是切屑形成的过程，其实质是一种挤压过程。一、切屑的形成过程及切屑的种类1.

切屑的形成过程与切屑变形F450

OMABFOMABoMLcacLchach切屑的变形程度用变形系数表示。

=Lc/Lch=ach/ac>1影响切屑变形的因素：①刀具角度：

0

②切削速度：

v

③材料塑性：

④刀具与切屑之间的摩擦系数，。

2.

切屑的种类1)

带状切屑特征：内表面光滑，外表面呈毛茸状。形成条件：塑性材料、速度中等、较大的

0、较小的f和ap。2)

节状切屑特征：内表面有时有裂纹，外表面呈锯齿状。形成条件：中等硬度的塑性材料、速度较低、较小的

0、较小的f和ap。3)崩碎状切屑特征：不规则的碎块状。形成条件：脆性材料。二、积屑瘤（12:34）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—称为积屑瘤。1.

积屑瘤的形成oM滞留层1)积屑瘤的形成过程2)积屑瘤的形成条件①工件材料：塑性材料；②切削速度：中等（10~50m/min），温度约300℃；③刀具角度：

0

偏小；④冷却条件：不加切削液。2.

积屑瘤对加工过程的影响有利①使

0

增大，使切削过程变得轻快。②可代替主刀刃和前刀面进行切削，保护刀具。所以：粗加工时可以利用。3.

积屑瘤的抑制不利①积屑瘤不稳定，易引起振动，使Ra增大。②会引起ap的变化，使加工精度降低。所以：精加工时应尽量避免。①利用切削液；②控制切削速度；③加大刀具前度

0

；④对工件进行正火、调质处理，降低、ak。三、切削力和切削功率1.

切削力1)切削力的构成oM①材料的弹性变形和塑性抗力；②切屑、工件表面与刀具的摩擦力。2)切削力的分解刀具切削工件时作用在刀具或工件上的力。将Fr沿速度方向、轴向和径向三个相互垂直的发现分解为Fz、Fx、Fy。F弹、塑F摩1F摩2Fr①主切削力（切向分力）FzFz是Fr在切削速度方向上的分力。主切削力占总切削力的80%~90%，消耗的功率占总功率的95%以上。是计算机床动力及主要传动零件强度和刚度的依据。②进给抗力（轴向分力）FxFx是Fr在进给方向上的分力。消耗的功率仅占总功率的1~5%。是设计和计算进给机构零件强度和刚度的依据。③

切深抗力（径向分力）Fy是Fr在切削深度方向上的分力。FrFzFxFyFX、Y3)影响切削力的因素②工件材料：材料的强度、硬度越高，塑性韧性越好，Fr越大。①切削用量：ap

、f增大，Fr越大。③刀具角度：增大

0，Fr减小；增大kr

，Fy减小、Fz增大。④冷却条件：加切削液，Fr减小。4)切削力的估算生产中常用单位切削力p估算切削力的大小。单位切削力—切削单位面积所需要的切削力。单位：N/MM2（N）2.

切削功率（Pm）（W）（W）四、切削热和切削温度1.

切削热的来源与传散1)切削热的来源a.切屑变形所产生的热；b.切屑与前刀面之间的摩擦；c.工件与后刀面之间的摩擦。切屑：介质：工件：刀具：50~80%1%40~10%9~3%2)切削热的传散2.

切削温度及其影响因素切削温度—切削区的平均温度。切削区—切屑、工件、刀具相接触的区域。影响切削温度的因素：②工件材料：材料的强度、硬度越高，塑性、韧性越好，切削温度越高；材料的导热性愈好，切削温度愈低。③刀具④冷却条件：加切削液，切削温度降低。刀具角度：增大

0

，切削温度降低；减小kr

、kr’，刀具材料：导热性愈好，切削温度愈低。①切削用量：、愈大，切削温度愈高。但的影响最大、

次之、最小。3.

切削液在切削过程中，正确的选择和使用切削液。对降低切削温度、减小刀具磨损，提高生产率和加工质量有着重要的意义。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②乳化液：乳化油+水；呈乳白色。应用最广泛。③切削油：矿物油；润滑作用。①水溶液：水+防锈剂等；呈透明状。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。高浓度的乳化液、切削油等。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：VB这种磨损一般发生在切削脆性材料或以较小的切削厚度（ac<0.1mm）切削塑性材料的条件下。②前刀面磨损：KT这种磨损一般发生在以较大的切削厚度（ac>0.5mm）切削塑性材料的条件下。③前后刀面同时磨损：KTVB这种磨损一般发生在以中等切削厚（ac=0.1~0.5mm）切削塑性材料的条件下。

由于多数情况下，后刀面都有磨损，它的磨损对加工质量的影响较大，而且测量相对方便，所以一般都用后刀面的磨损高度VB来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):磨合阶段②正常磨损阶段(AB):③急剧磨损阶段(BC):所以：应在刀具正常磨损阶段后期，急剧磨损阶段之前刃磨刀具。判断刀具钝化的方法：①观察法：②测定（限定）刀具后刀面的磨损高度VB：精加工：VB=0.1~0.3mm粗加工粗车中碳钢：VB=0.6~0.8mm粗车合金钢：VB=0.4~0.5mm但VB的测量a.须经验丰富；b.影响生产率。所以：在数控机车、加工中心得到广泛应用。③规定刀具使用时间：—刀具耐用度。2.

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。刀具在两次刃磨之间的实际切削总时间。如粗加工：硬质合金车刀：T=60min高速钢钻头：T=60~120min3.影响刀具磨损与刀具耐用度的因素①切削用量：

、、愈大，刀具磨损加剧。但影响最大,次之，最小。

②工件材料：材料的强度、硬度越高，温度越高；材料的导热性愈差，刀具磨损愈快，降低刀具耐用度。③刀具④冷却条件：合理使用切削液，可降低切削温度降低、减小摩擦，提高刀具耐用度。刀具角度：增大

0

、

0，可减小切屑变形、减