1、第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory切削条件的合理选择切削条件的合理选择金属切削过程中的物理现象金属切削过程中的物理现象刀具材料刀具材料基本概念基本概念 学习本章内容的基本要求学习本章内容的基本要求 1.1.掌握切削运动、切削层参数及切削用量等有关金属切削掌握切削运动、切削层参数及切削用量等有关金属切削加工的基本概念。加工的基本概念。2.2.理解刀具角度的定义，能够正确地绘制刀具的标注角度，理解刀具角度的定义，能够正确地绘制刀具的标注角度，了解进给运动和刀具安装对刀具工作角度的
2、影响。了解进给运动和刀具安装对刀具工作角度的影响。3.3.了解常用刀具材料的种类和特点，掌握常用刀具材料的了解常用刀具材料的种类和特点，掌握常用刀具材料的选择原则。选择原则。4.4.掌握切削变形、切削力、切削热、刀具磨损等物理现象掌握切削变形、切削力、切削热、刀具磨损等物理现象影响因素和基本规律。影响因素和基本规律。5.5.掌握刀具几何参数的作用，并能根据实际加工条件合理掌握刀具几何参数的作用，并能根据实际加工条件合理选择。选择。6.6.了解切削用量的作用，并能够合理选择切削用量。了解切削用量的作用，并能够合理选择切削用量。7.7.了解切削液的分类与工作机理，掌握切削液的选用原则。了解切削液的
3、分类与工作机理，掌握切削液的选用原则。金属切削加工金属切削加工是在金属切削机床上，用金属切削刀具从工是在金属切削机床上，用金属切削刀具从工件表面上去除多余的金属材料，使被加工零件表面上去除多余的金属材料，使被加工零件的尺寸、形状精度和表面质量符合预定的件的尺寸、形状精度和表面质量符合预定的技术要求。技术要求。金属切削理论金属切削理论通过对金属切削加工过程的研究，寻求其内通过对金属切削加工过程的研究，寻求其内在本质与规律，并合理利用这些规律控制切在本质与规律，并合理利用这些规律控制切削加工过程，以提高生产率、提高加工质量削加工过程，以提高生产率、提高加工质量和降低加工成本。和降低加工成本。第一章
4、第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念刀具与工件之间刀具与工件之间要有相对运动要有相对运动对金属的切削对金属的切削加工必须具备加工必须具备三个条件三个条件刀具应具有适当的刀具应具有适当的几何参数几何参数 刀具材料应具有刀具材料应具有一定的切削性
5、能一定的切削性能 1.1.1 1.1.1 切削运动与切削用量切削运动与切削用量1.1.零件表面的形成零件表面的形成第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念零件表面的形状虽然多种多样，但都是由基本表零件表面的形状虽然多种多样，但都是由基本表面和成形面组成。基本表面包括外圆面、内圆面面和成形面组成。基本表面包括外圆面、内圆面(孔孔)、平面，成形面包括螺纹、齿轮的齿形和沟、平面，成形面包括螺纹、齿轮的齿形和沟槽等。槽等。）主运动）主运动 切下
6、切屑切下切屑所需的最基本的运动。所需的最基本的运动。主运动的速度最高，消主运动的速度最高，消耗的功率最大，且主运耗的功率最大，且主运动只有一个。动只有一个。）进给运动）进给运动 使切削使切削能持续进行以形成工件能持续进行以形成工件所需表面的运动。所需表面的运动。一般情况下，进给运动一般情况下，进给运动的速度较低、消耗的功的速度较低、消耗的功率小，进给运动的数量率小，进给运动的数量可以是一个或者几个。可以是一个或者几个。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基
7、本概念金属切削基本概念1.1.1 1.1.1 切削运动与切削用量切削运动与切削用量2 2切削运动切削运动切削运动的大小和方切削运动的大小和方向可以用切削运动的向可以用切削运动的速度矢量来表示。速度矢量来表示。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念1.1.1 1.1.1 切削运动与切削用量切削运动与切削用量2 2切削运动切削运动efctanfcvv1 1）待加工表面：工件上）待加工表面：工件上即将被切除的表面。即将被切除的表面。2 2）
8、过渡表面（又称加工）过渡表面（又称加工表面）：刀具切削刃正在表面）：刀具切削刃正在切削的工件表面。切削的工件表面。3 3）已加工表面：去除工）已加工表面：去除工件上多余的金属材料后，件上多余的金属材料后，形成符合要求的工件新表形成符合要求的工件新表面。面。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念1.1.1 1.1.1 切削运动与切削用量切削运动与切削用量3 3切削加工中的工件表面切削加工中的工件表面第一章第一章 机械制造理论基础知识机械
9、制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念1.1.1 1.1.1 切削运动与切削用量切削运动与切削用量4 4切削用量切削用量切削用量包括切削速度、进给量（或进给速度、每切削用量包括切削速度、进给量（或进给速度、每齿进给量）和背吃刀量，这三个量的大小不仅对切齿进给量）和背吃刀量，这三个量的大小不仅对切削过程有着重要的影响，而且也是计算生产率、设削过程有着重要的影响，而且也是计算生产率、设计相关工艺装备的依据，故称为切削用量三要素。计相关工艺装备的依据，故称为切削用量三要素。1
10、1）切削速度）切削速度单位时间内，工件与刀具沿主运动方向的相对位移，单位时间内，工件与刀具沿主运动方向的相对位移，单位为（单位为（m/minm/min或或m/sm/s）。）。若主运动为回转运动（如车、铣、内外圆磨削、钻、若主运动为回转运动（如车、铣、内外圆磨削、钻、镗），其切削速度为工件或刀具最大直径处的线速度，镗），其切削速度为工件或刀具最大直径处的线速度，计算公式为：计算公式为：第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念1.1.1 1
11、.1.1 切削运动与切削用量切削运动与切削用量4 4切削用量切削用量1 0 0 0cd nvcv2 2）进给量）进给量即每转进给量，指主运动每转一转（即刀具或工件每即每转进给量，指主运动每转一转（即刀具或工件每转一转）时，刀具与工件间沿进给运动方向上的相对转一转）时，刀具与工件间沿进给运动方向上的相对位移，单位为位移，单位为mm/rmm/r。进给量还可以用进给速度或每齿进给量来表示。进给量还可以用进给速度或每齿进给量来表示。进给速度进给速度 ：单位时间内，刀具与工件沿进给运动方：单位时间内，刀具与工件沿进给运动方向上的相对位移，单位为向上的相对位移，单位为mm/minmm/min或或mm/sm
12、m/s。每齿进给量每齿进给量 ：对于多齿刀具而言（如麻花钻、铰：对于多齿刀具而言（如麻花钻、铰刀、铣刀等），当刀具转过一个刀齿时，刀具与工件刀、铣刀等），当刀具转过一个刀齿时，刀具与工件沿进给运动方向上的相对位移，单位为沿进给运动方向上的相对位移，单位为mm/zmm/z。上述三者关系为：上述三者关系为：第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念1.1.1 1.1.1 切削运动与切削用量切削运动与切削用量4 4切削用量切削用量ffvZffZ
13、vn fn fz已加工表面与待加工表面之间的垂直距离（周铣法除已加工表面与待加工表面之间的垂直距离（周铣法除外），单位为外），单位为mmmm。对于外圆车削，对于外圆车削，对于钻孔，对于钻孔，第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念1.1.1 1.1.1 切削运动与切削用量切削运动与切削用量3 3）背吃刀量）背吃刀量2wmpdda2opda 外圆车刀由刀头外圆车刀由刀头和刀杆两部分组和刀杆两部分组成。刀杆是刀具成。刀杆是刀具的夹持部分，安
14、的夹持部分，安装在机床的刀架装在机床的刀架上，其下表面为上，其下表面为车刀的安装基准车刀的安装基准面，水平放置。面，水平放置。刀头是刀具的切刀头是刀具的切削部分，担负切削部分，担负切削工作。削工作。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念1.1.2 1.1.2 刀具角度刀具角度1 1刀具切削部分的结构要素刀具切削部分的结构要素刀尖：主切削刀尖：主切削刃与副切削刃刃与副切削刃的交接部分，的交接部分，可分为尖点刀可分为尖点刀尖、圆弧刀尖尖、
15、圆弧刀尖和倒角刀尖，和倒角刀尖，如图如图1-41-4所示。所示。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念1.1.2 1.1.2 刀具角度刀具角度1 1刀具切削部分的结构要素刀具切削部分的结构要素刀具角度参考系可分为标注参考系和工作参考系。刀具角度参考系可分为标注参考系和工作参考系。1 1）刀具标注参考系）刀具标注参考系又称为刀具静态参考系，是在两个假定条件下建立的：又称为刀具静态参考系，是在两个假定条件下建立的：假定运动条件假定运动条件
16、 不考虑进给运动的大小，即假设进不考虑进给运动的大小，即假设进给速度等于零。这样，可以用主运动的方向近似代替给速度等于零。这样，可以用主运动的方向近似代替合成切削运动方向。合成切削运动方向。假定安装条件假定安装条件 假定切削刃选定点与工件的中心线假定切削刃选定点与工件的中心线等高，并假定刀杆的中心对称线与进给运动方向垂直。等高，并假定刀杆的中心对称线与进给运动方向垂直。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念1.1.2 1.1.2 刀具
17、角度刀具角度2 2刀具角度参考系刀具角度参考系第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念1.1.2 1.1.2 刀具角度刀具角度2 2刀具角度参考系刀具角度参考系2 2）刀具工作参考系）刀具工作参考系又称刀具动态参考系，是考虑了刀具与工又称刀具动态参考系，是考虑了刀具与工件之间的实际运动情况和实际安装条件下件之间的实际运动情况和实际安装条件下建立的参考系。建立的参考系。刀具工作参考系的建立方法与刀具标注角刀具工作参考系的建立方法与刀具标注
18、角度参考系一样，唯一的区别在于：前者以度参考系一样，唯一的区别在于：前者以合成运动方向为依据，而后者以主运动方合成运动方向为依据，而后者以主运动方向为依据。向为依据。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念1.1.2 1.1.2 刀具角度刀具角度2 2刀具角度参考系刀具角度参考系刀具的切削刃或刀面在空间的方位角度称为刀具角刀具的切削刃或刀面在空间的方位角度称为刀具角度，可分为标注角度和工作角度。度，可分为标注角度和工作角度。1 1）刀具
19、的标注角度）刀具的标注角度在刀具标注参考系中确定的刀具角度，称为标注角在刀具标注参考系中确定的刀具角度，称为标注角度，亦称刀具的静态角度。刀具的标注角度是在设度，亦称刀具的静态角度。刀具的标注角度是在设计、制造和刃磨刀具时使用的角度。计、制造和刃磨刀具时使用的角度。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念1.1.2 1.1.2 刀具角度刀具角度3 3刀具角度刀具角度第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Kno
20、wledge of Mechanical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念1.1.2 1.1.2 刀具角度刀具角度3 3刀具角度刀具角度 如图如图1-61-6所示，刀具的前角和后角是有正负之分的。所示，刀具的前角和后角是有正负之分的。若基面位于刀具实体之外，前角为正值；若基面若基面位于刀具实体之外，前角为正值；若基面位于刀具实体之内，前角为负值；若基面与前刀位于刀具实体之内，前角为负值；若基面与前刀面重合，则前角为零度。后角的正负判别方法与面重合，则前角为零度。后角的正负判别方法与前角相同。前角相同。刃倾角也有正负之分，如图刃倾角也有正负之
21、分，如图1-71-7所示。判断方法是：所示。判断方法是：将刀具水平放置，若刀尖位于切削刃最高点，则将刀具水平放置，若刀尖位于切削刃最高点，则刃倾角为正值；若刀尖位于切削刃最低点，则刃刃倾角为正值；若刀尖位于切削刃最低点，则刃倾角为负值。倾角为负值。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念1.1.2 1.1.2 刀具角度刀具角度3 3刀具角度刀具角度第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of
22、 Mechanical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念1.1.2 1.1.2 刀具角度刀具角度3 3刀具角度刀具角度2 2）刀具的工作角度）刀具的工作角度在切削过程中，由于受合成切削运动和刀具安装的影在切削过程中，由于受合成切削运动和刀具安装的影响，真正起作用的不是刀具的标注角度，而是由工作响，真正起作用的不是刀具的标注角度，而是由工作参考系下确定的刀具角度，这个角度称为刀具的工作参考系下确定的刀具角度，这个角度称为刀具的工作角度。角度。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mecha
23、nical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念1.1.2 1.1.2 刀具角度刀具角度3 3刀具角度刀具角度（1 1）进给运动的影响）进给运动的影响横向进给的影响横向进给的影响 合成切削速度角（合成切削速度角（）；）；切削刃选定点处工件直切削刃选定点处工件直径（径（mmmm）。）。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念1.1.2 1.1.2 刀具角度刀具角度3 3刀具角度刀具角度oe
24、ooeotanfcvvfdd纵向进给的影响纵向进给的影响纵向进给时，以外圆车削为例，纵向进给时，以外圆车削为例，刀具的进给方向与工件的轴线刀具的进给方向与工件的轴线平行平行 。假定工作平面中测量的合假定工作平面中测量的合成切削速度角（成切削速度角（）；对工作）；对工作角度的影响角度的影响 切削刃选定点处工件直径切削刃选定点处工件直径（mmmm）。）。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念1.1.2 1.1.2 刀具角度刀具角度3 3刀
25、具角度刀具角度fefffefftanffd fd（2 2）刀具安装的影响）刀具安装的影响切削刃选定点安装高低的影响切削刃选定点安装高低的影响以切断刀为例，若切削刃选定点以切断刀为例，若切削刃选定点高于工件中心线：高于工件中心线：若切削刃选定点低于工件中心线，若切削刃选定点低于工件中心线，上式中上式中 的符号相反。对于圆孔的符号相反。对于圆孔加 工（如 镗 削），上 式 中加 工（如 镗 削），上 式 中 的符号与外圆车削相反。的符号与外圆车削相反。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing The
26、ory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念1.1.2 1.1.2 刀具角度刀具角度3 3刀具角度刀具角度oeooeosin2h d 刀杆中心线与进给方向不垂直的影响刀杆中心线与进给方向不垂直的影响第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念1.1.2 1.1.2 刀具角度刀具角度3 3刀具角度刀具角度GrreGrre 1 1）切削层公称厚度）切削层公称厚度在基面内垂直于主切削在基面内垂直于主切削刃方向测量的切削层尺刃方向测量的切削
27、层尺寸，单位为寸，单位为mmmm。2 2）切削层公称宽度）切削层公称宽度在基面内沿着主切削刃在基面内沿着主切削刃方向测量的切削层尺寸，方向测量的切削层尺寸，单位为单位为mmmm。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念1.1.3 1.1.3 切削层参数与切削方式切削层参数与切削方式1 1切削层参数切削层参数DhrDfhsinDbrpDabsin切削层公称面积切削层公称面积在基面内测量的切削层在基面内测量的切削层横截面积，单位为横截面积，
28、单位为mmmm2 2。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念DApDDDafbhA1.1.3 1.1.3 切削层参数与切削方式切削层参数与切削方式1 1切削层参数切削层参数若刀具的切削刃为曲线时，切削刃各点所对应的切削厚若刀具的切削刃为曲线时，切削刃各点所对应的切削厚度互不相等。度互不相等。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Th
29、eory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念1.1.3 1.1.3 切削层参数与切削方式切削层参数与切削方式1 1切削层参数切削层参数1 1）自由切削与非自由切削）自由切削与非自由切削 只有一条直线型切削刃参加只有一条直线型切削刃参加工作的切削称为自由切削，工作的切削称为自由切削，而曲线型切削刃或两条及两而曲线型切削刃或两条及两条以上的直线型切削刃参加条以上的直线型切削刃参加工作的切削称为非自由切削。工作的切削称为非自由切削。2 2）直角切削与斜角切削）直角切削与斜角切削切削刃垂直于合成切削运动切削刃垂直于合成切削运动方向的切削方式称为直角切方向的切削方式称为直角切削，否则为斜角切削
30、。削，否则为斜角切削。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第一节第一节 金属切削基本概念金属切削基本概念1.1.3 1.1.3 切削层参数与切削方式切削层参数与切削方式2 2切削方式切削方式 刀具材料的切削性能直接影响着生产率、工件的加工刀具材料的切削性能直接影响着生产率、工件的加工质量，刀具的制造成本等。正确选择刀具材料是设计质量，刀具的制造成本等。正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一，特别是对某些难加工材和选用刀具的重要内容之一，特别是对某些难加工材料的切削，刀具
31、材料的选用显得尤为重要。料的切削，刀具材料的选用显得尤为重要。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第二节第二节 刀具材料刀具材料 1 1）足够的强度和韧性）足够的强度和韧性 为防止刀具脆性断裂和崩刃现象的发生，刀具材料为防止刀具脆性断裂和崩刃现象的发生，刀具材料的抗弯强度和冲击韧性必须足够。的抗弯强度和冲击韧性必须足够。2 2）较高的硬度和耐磨性）较高的硬度和耐磨性 刀具材料的硬度必须更高于被加工材料的硬度，一刀具材料的硬度必须更高于被加工材料的硬度，一般要求刀具材料的常温硬度
32、在般要求刀具材料的常温硬度在62HRC62HRC以上。以上。3 3）较好的耐热性）较好的耐热性 耐热性是指刀具在高温环境下仍能保持足够的强度、耐热性是指刀具在高温环境下仍能保持足够的强度、韧性、硬度和耐磨性的能力。通常用高温硬度来衡量刀韧性、硬度和耐磨性的能力。通常用高温硬度来衡量刀具材料耐热性的好坏。具材料耐热性的好坏。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第二节第二节 刀具材料刀具材料 1.2.1 1.2.1 刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能4 4）良好的热物理性能和
33、耐热冲击性）良好的热物理性能和耐热冲击性 刀具材料的导热系数愈大，导热性愈好，切削热容刀具材料的导热系数愈大，导热性愈好，切削热容易向外传散，有利于降低切削温度；线膨胀系数愈小，易向外传散，有利于降低切削温度；线膨胀系数愈小，可减小刀具的热变形，耐热冲击性愈好，不会因较大的可减小刀具的热变形，耐热冲击性愈好，不会因较大的热冲击而使刀具产生微裂纹，甚至刀具断裂。热冲击而使刀具产生微裂纹，甚至刀具断裂。5)5)良好的工艺性良好的工艺性 为便于刀具本身的制造和刃磨，要求刀具材料有良为便于刀具本身的制造和刃磨，要求刀具材料有良好的工艺性。工艺性包括冷加工工艺性（切削性能和磨好的工艺性。工艺性包括冷加工
34、工艺性（切削性能和磨削性能）和热加工工艺性（焊接性能、热塑性能和热处削性能）和热加工工艺性（焊接性能、热塑性能和热处理性能等）。理性能等）。另外，在满足以上性能要求的前提下，尽量采用资另外，在满足以上性能要求的前提下，尽量采用资源丰富、价格低廉等比较经济的材料。源丰富、价格低廉等比较经济的材料。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第二节第二节 刀具材料刀具材料 1.2.1 1.2.1 刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识
35、Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第二节第二节 刀具材料刀具材料 1.2.2 1.2.2 常用刀具材料常用刀具材料常用刀常用刀具材料具材料 工具钢工具钢硬质合金硬质合金 超硬刀超硬刀具材料具材料 碳素工具钢、合金工碳素工具钢、合金工具钢和高速钢具钢和高速钢 WCWC基硬质合金基硬质合金TiCTiC基硬质合金基硬质合金陶瓷、金刚石及立方陶瓷、金刚石及立方氮化硼等氮化硼等 第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第二节第
36、二节 刀具材料刀具材料 1.2.2 1.2.2 常用刀具材料常用刀具材料常用刀常用刀具材料具材料 工具钢工具钢硬质合金硬质合金 超硬刀超硬刀具材料具材料 碳素工具钢、合金工碳素工具钢、合金工具钢和高速钢具钢和高速钢 WCWC基硬质合金基硬质合金TiCTiC基硬质合金基硬质合金陶瓷、金刚石及立方陶瓷、金刚石及立方氮化硼等氮化硼等 第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第二节第二节 刀具材料刀具材料 1.2.2 1.2.2 常用刀具材料常用刀具材料1 1高速钢高速钢几种常用高速钢的牌
37、号、性能及用途几种常用高速钢的牌号、性能及用途第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第二节第二节 刀具材料刀具材料 1.2.2 1.2.2 常用刀具材料常用刀具材料2 2硬质合金硬质合金1 1）硬质合金的分类）硬质合金的分类硬质合金刀具材料以碳化钨基（硬质合金刀具材料以碳化钨基（WCWC）应用较为广泛，国）应用较为广泛，国际上将碳化钨基硬质合金分为三类：际上将碳化钨基硬质合金分为三类：K K类、类、P P类和类和M M类。其类。其常用牌号、成分及性能见下表所列。常用牌号、成分及性
38、能见下表所列。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第二节第二节 刀具材料刀具材料 1.2.2 1.2.2 常用刀具材料常用刀具材料2 2硬质合金硬质合金2 2）硬质合金的选用）硬质合金的选用K K类硬质合金适于加工铸铁、有色金属和非金属材料；类硬质合金适于加工铸铁、有色金属和非金属材料；P P类硬质合金适于加工钢料等塑性材料；类硬质合金适于加工钢料等塑性材料；M M类硬质合金类硬质合金既可加工铸铁、有色金属，也可加工钢料。其应用范既可加工铸铁、有色金属，也可加工钢料。其应用范围
39、围 如下表所列如下表所列 。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第二节第二节 刀具材料刀具材料 1.2.2 1.2.2 常用刀具材料常用刀具材料3 3其他刀具材料其他刀具材料陶瓷陶瓷AlAl2 2O O3 3基基陶瓷陶瓷 SiSi3 3N N4 4基基陶瓷陶瓷 耐热性很好；有很高的化学耐热性很好；有很高的化学稳定性，抗冷焊、扩散磨损的能稳定性，抗冷焊、扩散磨损的能力强；摩擦系数小，加工表面粗力强；摩擦系数小，加工表面粗糙度较小；但强度和韧性相对较糙度较小；但强度和韧性相对较弱，
40、抗冲击能力差。弱，抗冲击能力差。强度和韧性强度和韧性 、导热系数、导热系数、线膨胀系数及耐热冲击性均优线膨胀系数及耐热冲击性均优于于Al2O3Al2O3基陶瓷。基陶瓷。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第二节第二节 刀具材料刀具材料 1.2.2 1.2.2 常用刀具材料常用刀具材料3 3其他刀具材料其他刀具材料人造人造金刚石金刚石 它是目前已知最硬的刀具材料，其硬度它是目前已知最硬的刀具材料，其硬度可达可达HV10000HV10000，是硬质合金硬度的，是硬质合金硬度的6 6
41、8 8倍，可制成非常锋利的切削刃，且切削倍，可制成非常锋利的切削刃，且切削时不易产生积屑瘤，已加工表面粗糙度时不易产生积屑瘤，已加工表面粗糙度小。它既可以加工硬质合金、陶瓷、玻小。它既可以加工硬质合金、陶瓷、玻璃等高硬耐磨材料，也可加工有色金属璃等高硬耐磨材料，也可加工有色金属及其合金。及其合金。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第二节第二节 刀具材料刀具材料 1.2.2 1.2.2 常用刀具材料常用刀具材料3 3其他刀具材料其他刀具材料其硬度仅次于金刚石，但热稳定其硬度仅次
42、于金刚石，但热稳定性和化学稳定性均优于金刚石，性和化学稳定性均优于金刚石，可耐可耐15001500高温，可以用较高的高温，可以用较高的切削速度实现对淬硬钢、冷硬铸切削速度实现对淬硬钢、冷硬铸铁、高温合金等材料的半精加工铁、高温合金等材料的半精加工和精加工。和精加工。立方立方氮化硼氮化硼 第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第三节第三节 金属切削过程中的物理现象金属切削过程中的物理现象 1.3.1 1.3.1 金属切削变形过程金属切削变形过程1 1变形区的划分变形区的划分利用快速
43、落刀法获得利用快速落刀法获得切屑根部标本，通过切屑根部标本，通过扫描电镜观察到的切扫描电镜观察到的切削变形图片。削变形图片。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第三节第三节 金属切削过程中的物理现象金属切削过程中的物理现象 1.3.1 1.3.1 金属切削变形过程金属切削变形过程1 1变形区的划分变形区的划分1 1）第一变形区）第一变形区金属材料从金属材料从OAOA线开始发生塑性变形，到线开始发生塑性变形，到OMOM线晶粒的剪切滑移基本结束。线晶粒的剪切滑移基本结束。2 2）第
44、二变形区）第二变形区切屑底层金属纤维化，其方向基本上与切屑底层金属纤维化，其方向基本上与前刀面平行，这一变形区域称为第二变前刀面平行，这一变形区域称为第二变形区。形区。3 3）第三变形区）第三变形区已加工表面的金属材料产生更为严重的已加工表面的金属材料产生更为严重的纤维化和加工硬化现象。这一区域称为纤维化和加工硬化现象。这一区域称为第三变形区。第三变形区。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第三节第三节 金属切削过程中的物理现象金属切削过程中的物理现象 1.3.1 1.3.1
45、金属切削变形过程金属切削变形过程2 2变形程度的衡量指标变形程度的衡量指标1 1）剪切）剪切角角 剪切面与切削速度之间剪切面与切削速度之间的夹角称作剪切角，其的夹角称作剪切角，其他条件不变时，切削速他条件不变时，切削速度增大，第一变形区后度增大，第一变形区后移，即剪切面后移，使移，即剪切面后移，使剪切角增大剪切角增大 。第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第三节第三节 金属切削过程中的物理现象金属切削过程中的物理现象 1.3.1 1.3.1 金属切削变形过程金属切削变形过程2
46、2变形程度的衡量指标变形程度的衡量指标（1 1）作用在切屑上的力）作用在切屑上的力 剪切角的大小与作用剪切角的大小与作用在切屑上的力有直接关系，在切屑上的力有直接关系，为了能够计算剪切角，首为了能够计算剪切角，首先来分析作用在切屑上的先来分析作用在切屑上的力。力。1 1）剪切）剪切角角 第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第三节第三节 金属切削过程中的物理现象金属切削过程中的物理现象 1.3.1 1.3.1 金属切削变形过程金属切削变形过程2 2变形程度的衡量指标变形程度的衡量
47、指标1 1）剪切）剪切角角 )cos(sinoDssFAAF)cos(sin)cos(oDosAFF)cos(sin)cos()cos(ooDoeAFF)cos(sin)sin()sin(ooDopAFF第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第三节第三节 金属切削过程中的物理现象金属切削过程中的物理现象 1.3.1 1.3.1 金属切削变形过程金属切削变形过程2 2变形程度的衡量指标变形程度的衡量指标1 1）剪切）剪切角角 （2 2）剪切角的计算）剪切角的计算 根据合力最小原理确
48、定剪切角根据合力最小原理确定剪切角 根据主应力方向与最大剪应力方向夹根据主应力方向与最大剪应力方向夹角为角为4545的原理确定剪切角的原理确定剪切角 422o4o第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第三节第三节 金属切削过程中的物理现象金属切削过程中的物理现象 1.3.1 1.3.1 金属切削变形过程金属切削变形过程2 2变形程度的衡量指标变形程度的衡量指标2 2）剪应）剪应变变又称相对滑移。又称相对滑移。MKKPNKMKNPsycottan()o第一章第一章 机械制造理论基础
49、知识机械制造理论基础知识Basic Knowledge of Mechanical Manufacturing Theory第三节第三节 金属切削过程中的物理现象金属切削过程中的物理现象 1.3.1 1.3.1 金属切削变形过程金属切削变形过程2 2变形程度的衡量指标变形程度的衡量指标3 3）变形系）变形系数数 切削前后金属材料厚度或长切削前后金属材料厚度或长度方向的尺寸之比来衡量变度方向的尺寸之比来衡量变形程度，称为变形系数。形程度，称为变形系数。hsincossin)90sin(oocDDchOMOMllhh第一章第一章 机械制造理论基础知识机械制造理论基础知识Basic Knowledg
50、e of Mechanical Manufacturing Theory第三节第三节 金属切削过程中的物理现象金属切削过程中的物理现象 1.3.1 1.3.1 金属切削变形过程金属切削变形过程3 3前刀面上的摩擦与积屑瘤前刀面上的摩擦与积屑瘤 前刀面上的刀前刀面上的刀屑摩擦，不屑摩擦，不仅影响着切削变形，而且也是产仅影响着切削变形，而且也是产生积屑瘤的主要原因。生积屑瘤的主要原因。一般情况下，来自前区的摩一般情况下，来自前区的摩擦力约占全部摩擦力的擦力约占全部摩擦力的85%85%。因。因此，在研究刀此，在研究刀屑摩擦时，应以屑摩擦时，应以刀刀屑接触前区的摩擦为主要依屑接触前区的摩擦为主要依据。
