1、 第一章第一章 绪绪 论论 第一节第一节 机械制造工业在国民经济中的地位与作用机械制造工业在国民经济中的地位与作用 机械制造工业是制造业最重要组成之一。机械制造工业是制造业最重要组成之一。它担负着向它担负着向国民经济的各个部门提供机械装备的任务。国民经济的各个部门提供机械装备的任务。第二节第二节 机械制造厂的生产过程和工艺过程机械制造厂的生产过程和工艺过程 一、生产过程和工艺过程一、生产过程和工艺过程 1生产过程生产过程 从原材料从原材料(或半成品或半成品)进厂一直到把成品制造出来的各进厂一直到把成品制造出来的各有关劳动过程的总和统称为工厂的生产过程，它包括原材有关劳动过程的总和统称为工厂的生
2、产过程，它包括原材料的运输保管、把原材料做成毛坯、把毛坯做成机器零件、料的运输保管、把原材料做成毛坯、把毛坯做成机器零件、把机器零件装配成机器、检验、试车、油漆、包装等。把机器零件装配成机器、检验、试车、油漆、包装等。2工艺过程工艺过程 在生产过程中凡属直接改变生产对象的尺寸、形状、在生产过程中凡属直接改变生产对象的尺寸、形状、物理化学性能以及相对位置关系的过程，统称为工艺物理化学性能以及相对位置关系的过程，统称为工艺过程。过程。二、工艺过程的组成二、工艺过程的组成 1工序工序 一个工人或一组工人，在一个工作地对同一工件一个工人或一组工人，在一个工作地对同一工件或同时对几个工件所连续完成的那一
3、部分工艺过程，或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程，称为工序。称为工序。例如，加工图例如，加工图1-1所示零件，其工艺过程可由表所示零件，其工艺过程可由表1-1所示的五个工序组成。所示的五个工序组成。2安装安装 安装是工件经一次装夹后所完成的那一部分工艺过程。安装是工件经一次装夹后所完成的那一部分工艺过程。3工位工位 工位是在工件的一次安装中，工件相对于机床工位是在工件的一次安装中，工件相对于机床(或刀或刀具具)每占据一个确切位置中所完成的那一部分工艺过程。每占据一个确切位置中所完成的那一部分工艺过程。4工步工步 工步是在加工表面、切削刀具和切削用量工步是在加工表面、切削刀具和切削用量
4、(仅指机仅指机床主轴转速和进给量床主轴转速和进给量)都不变的情况下所完成的那一部都不变的情况下所完成的那一部分工艺过程。分工艺过程。5走刀走刀 在一个工步中，如果要切掉的金属层很厚，可分在一个工步中，如果要切掉的金属层很厚，可分几次切，每切削一次，就称为一次走刀；图几次切，每切削一次，就称为一次走刀；图1-3所示车所示车表面分两次切就是两次走刀。表面分两次切就是两次走刀。综上分析可知，工艺过程的组成是很复杂的。工综上分析可知，工艺过程的组成是很复杂的。工艺过程由许多工序组成，一个工序可能有几个安装，艺过程由许多工序组成，一个工序可能有几个安装，一个安装可能有几个工位，一个工位可能有几个工步，一
5、个安装可能有几个工位，一个工位可能有几个工步，如此等等。如此等等。第三节第三节 生产类型及其工艺特征生产类型及其工艺特征 一、加工零件的年生产纲领一、加工零件的年生产纲领 加工零件的年生产纲领：即该加工零件的年产量。加工零件的年生产纲领：即该加工零件的年产量。加工零件的年生产纲领加工零件的年生产纲领N可按下式计算可按下式计算 N=Qn(1+a%)(1+b%)式中式中 Q产品的年产量产品的年产量(台台/年年)；n每台产品中该零件的数量每台产品中该零件的数量(件件/台台)；a备品率；备品率；b废品率。废品率。二、生产类型二、生产类型 根据加工零件的年产纲领和零件本身的特性根据加工零件的年产纲领和零
6、件本身的特性(轻重、轻重、大小、结构复杂程度、精密程度等大小、结构复杂程度、精密程度等)，将零件的生产类型，将零件的生产类型划分为：单件生产、成批生产和大量生产三种生产类型。划分为：单件生产、成批生产和大量生产三种生产类型。产品种类很多，同一种产品的数量不多，生产很少重产品种类很多，同一种产品的数量不多，生产很少重复，此种生产称为复，此种生产称为单件生产单件生产。产品的品种较少，数量很大，每台设备经常重复地进产品的品种较少，数量很大，每台设备经常重复地进行某一工件的某一工序的生产，此种生产称为行某一工件的某一工序的生产，此种生产称为大量生产大量生产。成批地制造相同零件的生产，称为成批地制造相同
7、零件的生产，称为成批生产成批生产。每批制。每批制造的相同零件的数量，称为造的相同零件的数量，称为批量批量。按照批量多少和被加工。按照批量多少和被加工零件自身的特性，成批生产又可进一步划分为零件自身的特性，成批生产又可进一步划分为小批生产小批生产、中批生产中批生产和和大批生产大批生产。三、各种生产类型的工艺特征（表三、各种生产类型的工艺特征（表1-4）第四节第四节 基基 准准 用来确定生产对象几何要素间几何关系所依据的那用来确定生产对象几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面，称为些点、线、面，称为基准基准。基准可分为。基准可分为设计基准设计基准和和工艺工艺基准基准两大类；工艺基准又可分为两大类
8、；工艺基准又可分为工序基准工序基准、定位基准定位基准、测量基准测量基准和和装配基准装配基准等。等。一、设计基准一、设计基准 设计图样上标注设计尺寸所依据的基准，设计图样上标注设计尺寸所依据的基准，称为设计称为设计基准基准。二、工艺基准二、工艺基准 工艺过程中所使用的基准，称为工艺基准。按其用工艺过程中所使用的基准，称为工艺基准。按其用途之不同，又可分为工序基准、定位基准、测量基准和途之不同，又可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。装配基准。1工序基准工序基准 在工序图上用来确定本在工序图上用来确定本 工序加工表面尺寸、形状和工序加工表面尺寸、形状和 位置所依据的基准，称为位置所依据的基
9、准，称为工工 序基准序基准(又称原始基准又称原始基准)。2定位基准定位基准 在加工中用作定位的基准，称为在加工中用作定位的基准，称为定位基准定位基准。作为定。作为定位基准的点、线、面，在工件上有时不一定具体存在位基准的点、线、面，在工件上有时不一定具体存在(例例如，孔的中心线、轴的中心线、平面的对称中心面等如，孔的中心线、轴的中心线、平面的对称中心面等)，而常由某些具体的定位表面来体现，这些定位表面称为而常由某些具体的定位表面来体现，这些定位表面称为定位基面定位基面。3测量基准测量基准 工件在加工中或加工后，测量尺寸和形位误差所依工件在加工中或加工后，测量尺寸和形位误差所依据的基准，称为据的基
10、准，称为测量基准测量基准。4装配基准装配基准 装配时用来确定零件或部件在产品中相对位置所依装配时用来确定零件或部件在产品中相对位置所依据的基准，称为据的基准，称为装配基准装配基准。述述各种基准应尽可能使之重合。在设计机器零件时，各种基准应尽可能使之重合。在设计机器零件时，应尽量选用装配基准作为设计基准；在编制零件的加工应尽量选用装配基准作为设计基准；在编制零件的加工工艺规程时，应尽量选用设计基准作为工序基准；在加工艺规程时，应尽量选用设计基准作为工序基准；在加工及测量工作时，应尽量选用工序基准作为定位基准及工及测量工作时，应尽量选用工序基准作为定位基准及测量基准；以消除由于基准不重合引起的误差
11、测量基准；以消除由于基准不重合引起的误差(基准不重基准不重合误差计算参见第四章第二节、第五章第二节合误差计算参见第四章第二节、第五章第二节)。第五节第五节 工件的装夹工件的装夹 一、工件的装夹一、工件的装夹 工件的装夹包括工件的装夹包括定位定位和和夹紧夹紧两层含义。两层含义。在开动机床进行加工之前，必须首先将工件放在机床在开动机床进行加工之前，必须首先将工件放在机床上或夹具中，使它在夹紧之前就相对于机床占有某一正确上或夹具中，使它在夹紧之前就相对于机床占有某一正确的位置，此过程称为定位。的位置，此过程称为定位。工件在定位之后还不一定能承受外力的作用，为了使工件在定位之后还不一定能承受外力的作用
12、，为了使工件在加工过程中总能保持其正确位置，还必须把它压紧，工件在加工过程中总能保持其正确位置，还必须把它压紧，此过程称为夹紧。此过程称为夹紧。定位过程与夹紧过程都可能使工件偏离所要求的正确定位过程与夹紧过程都可能使工件偏离所要求的正确位置而产生位置而产生定位误差定位误差与与夹紧误差夹紧误差。定位误差与夹紧误差之。定位误差与夹紧误差之和称为和称为装夹误差装夹误差。二、工件的定位二、工件的定位 1.工件的六个自由度工件的六个自由度 物体在空间具有六个自由度，即沿三个坐标轴的移动物体在空间具有六个自由度，即沿三个坐标轴的移动(分别用符号分别用符号 表示表示)和绕三个坐标轴的转动和绕三个坐标轴的转动
13、(分分别用别用 表示表示)。2.工件定位的六点定位原理工件定位的六点定位原理 工件定位的实质就是限制工件的自由度，要使工件在工件定位的实质就是限制工件的自由度，要使工件在空间处于完全确定的位置，必须限制工件的六个自由度，空间处于完全确定的位置，必须限制工件的六个自由度，这就是工件定位的六点定位原理。这就是工件定位的六点定位原理。可以用定位支承点来限制工件的自由度，一般来说，可以用定位支承点来限制工件的自由度，一般来说，一个定位支承点可以限制工件的一个自由度。一个定位支承点可以限制工件的一个自由度。物体在空间具有六个自由度物体在空间具有六个自由度 在在XOY面上用三个定位支承点，限制了面上用三个
14、定位支承点，限制了 ，和和 。在在YOZ面上用二个定位支承点，限制了面上用二个定位支承点，限制了 和和 。在在XOZ面上用一个定位支承点，限制了面上用一个定位支承点，限制了 。例例1：铣削下图所示工件上的槽就必须限制工件的六个自由度：铣削下图所示工件上的槽就必须限制工件的六个自由度 例例2：铣削下图所示的通槽必须限制工件的五个自由度。：铣削下图所示的通槽必须限制工件的五个自由度。在工件的底面在工件的底面A用三个定位支承点，限制了用三个定位支承点，限制了 、和和 。在工件的侧面在工件的侧面B用二个定位支承点，限制了用二个定位支承点，限制了 和和 。3.定位的种类定位的种类 1）完全定位）完全定位
15、 2）不完全定位）不完全定位 3）过定位）过定位 4）欠定位）欠定位 4.常见典型定位方式及定位元件所限制的自由度常见典型定位方式及定位元件所限制的自由度 (1)工件定位基面为平面工件定位基面为平面（2）工件定位基面为圆孔）工件定位基面为圆孔（3）工件定位基面为外圆柱面）工件定位基面为外圆柱面（4）工件定位基面为锥孔）工件定位基面为锥孔 第二章第二章 切削过程及其控制切削过程及其控制 第一节第一节 金属切削刀具基础金属切削刀具基础 一、切削加工的基本概念一、切削加工的基本概念 (一一)切削运动与切削运动与 切削中的工件表面切削中的工件表面 ve=vc+vf (2-1)(二二)切削用量切削用量
16、1切削速度切削速度vc(m/s或或m/min)切削速度切削速度：切削刃相对于工件的主运动速度。：切削刃相对于工件的主运动速度。主运动为旋转运动时，切削速度由下式确定主运动为旋转运动时，切削速度由下式确定 vc=1000dn (2-2)式中式中 d工件工件(或刀具或刀具)的最大直径的最大直径(mm)；n工件工件(或刀具或刀具)的转速的转速(r/s或或r/min)。2进给量进给量f 进给量进给量：工件或刀具转一周：工件或刀具转一周(或每往复一次或每往复一次)，两者在进给运动，两者在进给运动方向上的相对位移量。其单位是方向上的相对位移量。其单位是mm/r(或或mm/双行程双行程)。vf=nf=nzf
17、z (2-3)式中式中 z刀齿数。刀齿数。3背吃刀量背吃刀量ap(mm)背吃刀量背吃刀量：刀具切削刃与工件的接触长度在同时垂直于主运动：刀具切削刃与工件的接触长度在同时垂直于主运动和进给运动的方向上的投影值。外圆车削的背吃儿量就是工件已加和进给运动的方向上的投影值。外圆车削的背吃儿量就是工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离工表面和待加工表面间的垂直距离(参见图参见图2-2)。式中式中 dw-工件上待加工表面直径工件上待加工表面直径(mm)；dm工件上已加工表面直径工件上已加工表面直径(mm)。(2-4)(三三)切削层参数切削层参数 切削刃在一次走刀中从工件上切下的一层材料称为切削刃在一次走刀
18、中从工件上切下的一层材料称为切切削层削层。切削层的截面尺寸参数称为。切削层的截面尺寸参数称为切削层参数切削层参数。切削层参。切削层参数通常在与主运动方向相垂直的平面内观察和度量。数通常在与主运动方向相垂直的平面内观察和度量。1切削层公称厚度切削层公称厚度hD 切削层公称厚度切削层公称厚度hD：垂直于过渡表面度量的切削层尺：垂直于过渡表面度量的切削层尺寸寸(以下简称为切削厚度以下简称为切削厚度)。车外圆时车外圆时(图图2-2)，如车刀主切削刃为直线，如车刀主切削刃为直线 hD=fsinkr (2-5)2切削层公称宽度切削层公称宽度bD 切削层公称宽度切削层公称宽度bD：沿过渡表面度量的切削层尺寸
19、：沿过渡表面度量的切削层尺寸(以下简称为切削宽度以下简称为切削宽度)。如车刀主切削刃为直线。如车刀主切削刃为直线 bD=rpasin 3切削层公称横截面积切削层公称横截面积AD 切削层公称横截面积切削层公称横截面积AD：切削层在切削层尺寸度量：切削层在切削层尺寸度量平面内的横截面积平面内的横截面积(以下简称为切削面积以下简称为切削面积)。对于车削。对于车削 AD=hDbD=fap (2-7)（2-6）二、刀具角度二、刀具角度 下面以外圆车刀为例，给出刀具几何参数方面的有关下面以外圆车刀为例，给出刀具几何参数方面的有关定义。定义。(一一)刀具切削部分的构造刀具切削部分的构造 (1)前刀面前刀面
20、(2)主后刀面主后刀面 (3)副后刀面副后刀面 (4)主切削刃主切削刃 (5)副切削刃副切削刃 (6)刀尖刀尖 (二二)刀具的标注角度刀具的标注角度 1刀具标注角度的参考系刀具标注角度的参考系 (1)基面基面Pr 通过主切削刃上某一指定点，并与通过主切削刃上某一指定点，并与 该点切削速度方向相垂直的平面。该点切削速度方向相垂直的平面。(2)切削平面切削平面Ps 通过主切削刃上某一指定点，与主通过主切削刃上某一指定点，与主 切削刃相切并垂直于该点基面的平面。切削刃相切并垂直于该点基面的平面。(3)正交平面正交平面Po 通过主切削刃上某一指定点，同时通过主切削刃上某一指定点，同时 垂直于该点基面和
21、切削平面的平面。垂直于该点基面和切削平面的平面。上述三个参考平面是互相垂直的，由它们组成的刀具上述三个参考平面是互相垂直的，由它们组成的刀具标注角度参考系称为正交平面参考系。标注角度参考系称为正交平面参考系。2刀具的标注角度刀具的标注角度 (1)前角前角o 在正交平面内测量的前刀面和基面间的夹角。在正交平面内测量的前刀面和基面间的夹角。前角的作用：前角的作用：a.o变形变形切削力切削力。b.o切削刃强度切削刃强度。c.o散热体积散热体积。所以应有合理前角。所以应有合理前角。(2)后角后角o 在正交平面内测量的主后刀面与切削平面的夹角，一在正交平面内测量的主后刀面与切削平面的夹角，一般为正值。般
22、为正值。后角的作用：后角的作用：a.o 摩擦摩擦切削力切削力。b.o切削刃强度切削刃强度。c.o散热体积散热体积。所以后角也应有合理值。所以后角也应有合理值。(3)主偏角主偏角kr 在基面内测量的主切削刃在基面上的投在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。影与进给运动方向的夹角。主偏角的作用：主偏角的作用：a.在在ap和和f一定的情况下，一定的情况下，kr 切削刃单位长度上的切削刃单位长度上的受力受力。b.kr 径向力径向力Fp，轴向力，轴向力Ff。所以主偏角也应有合理值。所以主偏角也应有合理值。(4)副偏角副偏角kr 在基面内测量的副切削刃在基面上的投在基面内测量的副切削刃
23、在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。影与进给运动反方向的夹角。副偏角的作用：副偏角的作用：a.kr 摩擦摩擦。b.kr 工件表面粗糙度工件表面粗糙度 所以副偏角所以副偏角 也应有合理值。也应有合理值。(5)刃倾角刃倾角s 在切削平面内测量的主切削刃与基面之在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。间的夹角。刃倾角的作用：刃倾角的作用：a.影响切屑的流出方向。影响切屑的流出方向。正的正的s切屑流向工件切屑流向工件 的待加工表面。的待加工表面。负的负的s切屑流向工件切屑流向工件 的已加工表面。的已加工表面。b.正的正的s刀尖强度刀尖强度。所以刃倾角也应有合理所以刃倾角也应有合理值。值。3刀具的
24、工作角度刀具的工作角度 (1)进给运动对工作角度的影响进给运动对工作角度的影响 a.横向进给运动对工作角度的影响横向进给运动对工作角度的影响 oe=o+oe=o-b.纵向进给运动对工作角度的影响纵向进给运动对工作角度的影响 螺纹车刀左侧刀刃上螺纹车刀左侧刀刃上A点在正交平面内的工作前角度点在正交平面内的工作前角度 oe=o+oe=o-(2)刀具安装位置对工作角度的影响刀具安装位置对工作角度的影响 a.刀尖高于或低于工件中心的影响刀尖高于或低于工件中心的影响 刀尖高于工件中心（如图）：刀尖高于工件中心（如图）：oeo oeo 刀尖低于工件中心：刀尖低于工件中心：oe o oe o b.车刀刀杆中
25、心线与进给方向不垂直时的影响车刀刀杆中心线与进给方向不垂直时的影响 kre=krA kre =kr A式中式中 A刀杆中心线的垂线与进给方向的夹角。刀杆中心线的垂线与进给方向的夹角。三、刀具材料三、刀具材料 (一一)刀具材料的性能要求刀具材料的性能要求 (1)较高的硬度和耐磨性较高的硬度和耐磨性 刀具材料的常温硬度要求刀具材料的常温硬度要求在在60HRC以上。以上。(2)足够的强度和韧性足够的强度和韧性 (3)较高的耐热性较高的耐热性 (4)良好的导热性和耐热冲击性能良好的导热性和耐热冲击性能 (5)良好的工艺性良好的工艺性 (二二)常用刀具材料常用刀具材料 1.碳素工具钢碳素工具钢 碳素工具
26、钢是含碳量为碳素工具钢是含碳量为0.70.71.3%1.3%的优质高碳钢。的优质高碳钢。常用牌号有：常用牌号有：T8AT8A、T10AT10A、T12AT12A。碳素工具钢的性能：碳素工具钢的性能：淬火硬度可达淬火硬度可达HRC60HRC606666，且刀具韧磨时容易锋利，且刀具韧磨时容易锋利，价格低廉。但耐热性差，价格低廉。但耐热性差，200200左右就会失去原来的硬度，左右就会失去原来的硬度，故允许的切削速度不高（故允许的切削速度不高（0.5m/s0.5m/s左右）。淬透性差，热处左右）。淬透性差，热处理变形大。理变形大。碳素工具钢应用：碳素工具钢应用：只用来制造手动刀具，如锉刀、手工锯条
27、等。只用来制造手动刀具，如锉刀、手工锯条等。2.合金工具钢合金工具钢 在碳素工具钢中加入一定量的合金元素，如铬（在碳素工具钢中加入一定量的合金元素，如铬（CrCr）、）、钨（钨（W W）、硅（）、硅（SiSi）、锰（）、锰（MnMn）等即成合金工具钢。）等即成合金工具钢。常用的牌号有：常用的牌号有：9 9SiCrSiCr、CrWMnCrWMn等。等。合金工具钢的性能：合金工具钢的性能：淬火硬度与碳素工具钢相同，而耐热性有所提高，可淬火硬度与碳素工具钢相同，而耐热性有所提高，可耐耐350350左右的高温，耐磨性也略有提高。合金工具钢的左右的高温，耐磨性也略有提高。合金工具钢的最大优点是热处理时变
28、形较小。最大优点是热处理时变形较小。合金工具钢应用：合金工具钢应用：常用来制造形状复杂、要求热处理变形小的低速刀具，常用来制造形状复杂、要求热处理变形小的低速刀具，如丝锥、板牙、铰刀等。如丝锥、板牙、铰刀等。3高速钢高速钢 高速钢是加入了较多的钨高速钢是加入了较多的钨(w)、钼、钼(Mo)、铬、铬(Cr)、钒、钒(v)等合金元素的高合金工具钢。等合金元素的高合金工具钢。高速钢的性能：高速钢的性能：具有较高的具有较高的硬度硬度(6267HRC)和和耐热性耐热性；高的；高的耐热性耐热性，温度高达温度高达500650时仍能进行切削；高时仍能进行切削；高强度强度(抗弯强度抗弯强度是一般硬质合金的是一般
29、硬质合金的23倍，陶瓷的倍，陶瓷的56倍倍)；韧性韧性好，可好，可在有冲击、振动的场合应用；制造在有冲击、振动的场合应用；制造工艺性工艺性好，容易磨出锋好，容易磨出锋利的切削刃。利的切削刃。高速钢的应用：适于制造各类刀具，尤其适于制造钻高速钢的应用：适于制造各类刀具，尤其适于制造钻头、拉刀、成形刀具、齿轮刀具等形状复杂的刀具。头、拉刀、成形刀具、齿轮刀具等形状复杂的刀具。高速钢的分类：高速钢的分类：按切削性能可分为按切削性能可分为普通高速钢普通高速钢和和高性能高速钢高性能高速钢 按制造工艺方法可分为按制造工艺方法可分为熔炼高速钢熔炼高速钢和和粉木冶金高速钢粉木冶金高速钢。（1）普通高速钢）普通
30、高速钢 是加入较多的钨（是加入较多的钨（W）、钼（）、钼（Mo）、铬（）、铬（Cr）、钒）、钒（V）等合金元素的高合金工具钢。）等合金元素的高合金工具钢。典型牌号：典型牌号：W18Cr4V(简称简称W18)和和W6Mo5Cr4V2(M2)。特点及适用范围：特点及适用范围：W18的综合性能较好，可用于各种复的综合性能较好，可用于各种复杂刀具。杂刀具。M2的碳化物分布细小、均匀，可用来制造尺寸较的碳化物分布细小、均匀，可用来制造尺寸较大，承受较大冲击力的刀具；大，承受较大冲击力的刀具；M2的热塑性好，适合于制造的热塑性好，适合于制造热扎钻头等刀具。热扎钻头等刀具。（2）高性能高速钢）高性能高速钢
31、在普通高速钢的基础上增加一些含碳量、含钒量并添在普通高速钢的基础上增加一些含碳量、含钒量并添加钴、铝等合金元素熔炼而成。加钴、铝等合金元素熔炼而成。典型牌号：典型牌号：W2Mo9Cr4VCo8(M42)和和W6Mo5Cr4V2Al(501)。特点及适用范围：特点及适用范围：M42的综合性能好，常温硬度接的综合性能好，常温硬度接近近70HRC，600时其硬度为时其硬度为55HRC，刃磨性能也好；但，刃磨性能也好；但M42含钻多，成本较贵。含钻多，成本较贵。501钢是一种含铝的无钴高速钢，钢是一种含铝的无钴高速钢，600时硬度达时硬度达54HRC，501钢的切削性能与钢的切削性能与M42大体相大体
32、相当，成本较低，但刃磨性能较差。当，成本较低，但刃磨性能较差。表表2-1列出了几种常用高速钢的力学性能。列出了几种常用高速钢的力学性能。(3)粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢 粉末冶金高速钢是在用高压惰性气体粉末冶金高速钢是在用高压惰性气体(氩气或氮气氩气或氮气)把把钢水雾化成粉末后，再经过热压、锻轧成材。钢水雾化成粉末后，再经过热压、锻轧成材。特点及适用范围：特点及适用范围：有效地解决了熔炼高速钢的碳化物共晶偏析问题，结有效地解决了熔炼高速钢的碳化物共晶偏析问题，结晶组织细小均匀。与熔炼高速钢相比，粉末冶金高速钢材晶组织细小均匀。与熔炼高速钢相比，粉末冶金高速钢材质均匀，韧性好，硬度高，热处理变
33、形小，质量稳定，刃质均匀，韧性好，硬度高，热处理变形小，质量稳定，刃磨性能好，刀具寿命较高。可用它切削各种难加工材料，磨性能好，刀具寿命较高。可用它切削各种难加工材料，特别适合于制造各种精密刀具和特别适合于制造各种精密刀具和 形状复杂的刀具。形状复杂的刀具。4硬质合金硬质合金 硬质合金是用高硬度、难熔的金属碳化物硬质合金是用高硬度、难熔的金属碳化物(WC、TiC等等)和金属粘结剂和金属粘结剂(Co、Ni等等)在高温条件下烧结而成的粉在高温条件下烧结而成的粉末冶金制品。末冶金制品。硬质合金的性质：硬质合金的性质：硬质合金的常温硬度达硬质合金的常温硬度达8993HRA，760时其硬度时其硬度为为7
34、7 85HRA，在，在8001000时硬质合金还能进行切削，时硬质合金还能进行切削，刀具寿命比高速钢刀具高几倍到几十倍，可加工包括淬硬刀具寿命比高速钢刀具高几倍到几十倍，可加工包括淬硬钢在内的多种材料。但硬质合金的强度和韧性比高速钢差，钢在内的多种材料。但硬质合金的强度和韧性比高速钢差，常温下的冲击韧性仅为高速钢的常温下的冲击韧性仅为高速钢的1/81/30，因此，硬质合，因此，硬质合金承受切削振动和冲击的能力较差。金承受切削振动和冲击的能力较差。硬质合金的分类：硬质合金的分类：ISO把切削用硬质合金分为三类：把切削用硬质合金分为三类：P类类、K类类和和M类类。(1)P类类(相当于我国相当于我国
35、YT类类)硬质合金由硬质合金由WC、TiC和和Co组成，也称钨钛钴类硬质合金。组成，也称钨钛钴类硬质合金。常用牌号有：常用牌号有：YT5(TiC的质量分数为的质量分数为5)、YTl5等。等。性能：性能：随着随着TiC质量分数的提高，钴质量分数相应减少，硬质量分数的提高，钴质量分数相应减少，硬度及耐磨性增高，抗弯强度下降。度及耐磨性增高，抗弯强度下降。应用范围：应用范围：主要用于加工钢料及有色金属等韧性材料。但是不宜主要用于加工钢料及有色金属等韧性材料。但是不宜加工不锈钢和钛合金。加工不锈钢和钛合金。(2)K类类(相当于我国相当于我国YG类类)硬质合金由硬质合金由WC和和Co组成，组成，也称钨钴
36、类硬质合金。也称钨钴类硬质合金。常用牌号：常用牌号：YG6(钴的质量分数为钴的质量分数为6)、YG8(钻的质量分数为钻的质量分数为8)等。等。性能：性能：随着钴质量分数增多，硬度和耐磨性下降，抗弯强度随着钴质量分数增多，硬度和耐磨性下降，抗弯强度和韧性增高。和韧性增高。应用范围：应用范围：主要用来加工铸铁、青铜等脆性材料，也可加工有色主要用来加工铸铁、青铜等脆性材料，也可加工有色金属及其合金。金属及其合金。(3)M类类(相当于我国相当于我国YW类类)硬质合金，是在硬质合金，是在WC、TiC、Co的基础上再加入的基础上再加入TaC(或或NbC)而成。而成。常用牌号：常用牌号：YW1和和YW2等。
37、等。性能：性能：加入加入TaC(或或NbC)后，改善了硬质合金的综合性能。后，改善了硬质合金的综合性能。这类硬质合金既可以加工铸铁和有色金属，又可以加工钢这类硬质合金既可以加工铸铁和有色金属，又可以加工钢料，还可以加工高温合金和不锈钢等难加工材料，有通用料，还可以加工高温合金和不锈钢等难加工材料，有通用硬质合金之称。硬质合金之称。表表2-2列出了几种常用的硬质合金的牌号、性能及其列出了几种常用的硬质合金的牌号、性能及其使用范围。使用范围。(三三)其他刀具材料其他刀具材料 1陶瓷陶瓷 用于制作刀具的陶瓷材料主要有两类：氧化铝用于制作刀具的陶瓷材料主要有两类：氧化铝(Al2O3)基陶瓷和氮化硅基陶
38、瓷和氮化硅(Si3N4)基陶瓷。基陶瓷。A12O3基陶瓷硬度高达基陶瓷硬度高达9195HBA，耐磨性好、耐热，耐磨性好、耐热性好、化学稳定性高、抗粘结能力强，但抗弯强度和韧性性好、化学稳定性高、抗粘结能力强，但抗弯强度和韧性差；这种陶瓷用于精加工和半精加工冷硬铸铁、淬硬钢很差；这种陶瓷用于精加工和半精加工冷硬铸铁、淬硬钢很有效。有效。Si3N4基陶瓷有较高的抗弯强度和韧性，适于加工铸基陶瓷有较高的抗弯强度和韧性，适于加工铸铁及高温合金，切削钢料效果不显著。铁及高温合金，切削钢料效果不显著。2立方氮化硼立方氮化硼 立方氮化硼立方氮化硼(CBN)是由六方氮化硼经高温高压处理是由六方氮化硼经高温高压
39、处理转化而成，其硬度高达转化而成，其硬度高达8000HV，仅次于金刚石。，仅次于金刚石。CBN是一种新型刀具材料，它可耐是一种新型刀具材料，它可耐13001500的的高温，热稳定性好；它的化学稳定性也很好，即使温度高温，热稳定性好；它的化学稳定性也很好，即使温度高达高达12001300t也不与铁产生化学反应。也不与铁产生化学反应。立方氮化硼能以硬质合金切削铸铁和普通钢的切削立方氮化硼能以硬质合金切削铸铁和普通钢的切削速度对冷硬铸铁、淬硬钢、高温合金等进行加工。速度对冷硬铸铁、淬硬钢、高温合金等进行加工。3人造金刚石人造金刚石 金刚石分为天然金刚石和人造金刚石两种，由于天然金金刚石分为天然金刚石
40、和人造金刚石两种，由于天然金刚石价格昂贵，工业上多使用人造金刚石。人造金刚石又刚石价格昂贵，工业上多使用人造金刚石。人造金刚石又分为单晶金刚石和聚晶金刚石分为单晶金刚石和聚晶金刚石(PCD)。金刚石的硬度高达金刚石的硬度高达600010000HV，是目前已知的最硬，是目前已知的最硬物质，可用于加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金等高硬度、物质，可用于加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金等高硬度、高耐磨材料。高耐磨材料。金刚石不是碳的稳定状态，遇热易氧化和石墨化，用金金刚石不是碳的稳定状态，遇热易氧化和石墨化，用金刚石刀具进行切削时须对切削区进行强制冷却。金刚石刀刚石刀具进行切削时须对切削区进行强制冷却。金
41、刚石刀具不宜加工铁族元素，因为金刚石中的碳原子和铁族元素具不宜加工铁族元素，因为金刚石中的碳原子和铁族元素的亲和力大，刀具寿命低。的亲和力大，刀具寿命低。人造金刚石目前主要用于制作磨具及磨料，用作刀具材人造金刚石目前主要用于制作磨具及磨料，用作刀具材料主要用于有色金属的高速精细切削。料主要用于有色金属的高速精细切削。第二节第二节 金属切削过程中的变形金属切削过程中的变形 一、切屑的形成过程一、切屑的形成过程 1变形区的划分变形区的划分 (1)第一变形区第一变形区 图中图中I区区 (2)第二变形区第二变形区 图中图中区区 (3)第三变形区第三变形区 图中图中区区 在第一变形区内的变形：在第一变形
42、区内的变形：变形的主要特征就是沿滑移线的剪切变形，以及随之变形的主要特征就是沿滑移线的剪切变形，以及随之产生的加工硬化。产生的加工硬化。OA、OB和和OM等等 都是等剪应力曲线。都是等剪应力曲线。OA称作称作始滑移线始滑移线 OM称作称作终滑移线终滑移线 滑移与晶粒的伸长：滑移与晶粒的伸长：当金属沿滑移线发生剪切变形时，晶粒会伸长，如图当金属沿滑移线发生剪切变形时，晶粒会伸长，如图2-12所示。晶粒伸长的方向与滑移方向所示。晶粒伸长的方向与滑移方向(即剪切面方向即剪切面方向)是是不重合的，它们成不重合的，它们成 一夹角一夹角。塑性金属切屑形成过程：塑性金属切屑形成过程：一般切削速度范围内，第一
43、变形区的宽度仅为一般切削速度范围内，第一变形区的宽度仅为0.020.2mm，所以可以用一，所以可以用一剪切面剪切面来表示。来表示。剪切面与切削速度方向的夹角称作剪切面与切削速度方向的夹角称作剪切角剪切角，以，以表示。表示。我们可以用图我们可以用图2-13形象地模拟塑性金属切屑形成过程。形象地模拟塑性金属切屑形成过程。卡片之间滑移的方向就是剪切面的方向。卡片之间滑移的方向就是剪切面的方向。2切屑的受力分析切屑的受力分析 在直角自由切削的情况下，作用在切屑上的力有：前在直角自由切削的情况下，作用在切屑上的力有：前刀面上的刀面上的法向力法向力Fn和和摩擦力摩擦力Ff；剪切面上的；剪切面上的正压力正压
44、力Fns和和剪切力剪切力Fs；这两对力的合力互相平衡，如图所示。；这两对力的合力互相平衡，如图所示。如将上述两对力都画在切削刃的前方，就可得到图如将上述两对力都画在切削刃的前方，就可得到图2-15所示的力关系图。图中所示的力关系图。图中F是是Ff和和Fn的合力，称为的合力，称为切屑形切屑形成力成力；是剪切角；是剪切角；是前刀面对切屑作是前刀面对切屑作 用用的的摩擦角摩擦角；o是刀是刀 具前具前角；角；Fc是切削运是切削运 动方动方向的切削分力；向的切削分力；Fp是垂直于切削运动是垂直于切削运动 方方向的切削分力；向的切削分力；hD 是切是切削层公称厚度。削层公称厚度。令令bD表示切削层公称宽度
45、，表示切削层公称宽度，AD表示切削层公称横截表示切削层公称横截面积面积(AD=hDbD)，As表示剪切面的面积表示剪切面的面积(As=AD/sin)，表示表示剪切面上的剪应力，则剪切面上的剪应力，则 如用测力仪直接测得作用在刀具上的切削分力如用测力仪直接测得作用在刀具上的切削分力Fc和和Fp，在忽略被切材料对刀具后刀面作用力的条件下，在忽略被切材料对刀具后刀面作用力的条件下，即可由式即可由式(2-9)与式与式(2-10)推导求得前刀面对切屑作用的推导求得前刀面对切屑作用的摩擦角摩擦角，进而可近似求得前刀面与切屑间的，进而可近似求得前刀面与切屑间的摩擦系数摩擦系数。以式以式(2-10)除以式除以
46、式(2-9)得得 二、切削变形程度二、切削变形程度 切削变形程度有三种切削变形程度有三种 表示方法，分述如下。表示方法，分述如下。1变形系数变形系数h 切屑厚度切屑厚度hch与切削层厚度与切削层厚度hD之比称为之比称为厚度变形系数厚度变形系数ha；而切削层长度；而切削层长度lc与切屑长度与切屑长度lch之比称为之比称为长度变形系数长度变形系数hl。（2-11）由于切削层变成切屑后，宽度变化很小，根据体积不由于切削层变成切屑后，宽度变化很小，根据体积不变原理，可求得变原理，可求得 ha=hl ha与与hl可统一用符号可统一用符号h表示。表示。变形系数变形系数h的值是大的值是大于于1的数。的数。h
47、越大，变形越大。越大，变形越大。h值可通过实测求得。值可通过实测求得。由式由式(2-11)知，知，h与剪切角与剪切角有关，有关，增大，增大，h减小，减小，切削变形减小。切削变形减小。2相对滑移相对滑移 相对滑移相对滑移(剪应变剪应变)。图图2-17中，平行四边形中，平行四边形 OHNM发生剪切变形后，发生剪切变形后，变为平行四边形变为平行四边形OGPM，其相对滑移其相对滑移 （2-12）3剪切角剪切角 由式由式(2-11)知，剪切角知，剪切角与切削变形有密切关系，我们与切削变形有密切关系，我们也可以用剪切角也可以用剪切角来衡量切削变形的程度。来衡量切削变形的程度。因为主应力方向与最大剪应力方向
48、的夹角应为因为主应力方向与最大剪应力方向的夹角应为45，即即Fs与与F的夹角应为的夹角应为45，由图，由图2-15可知可知（2-13）讨论：讨论：1)前角前角o增大时，剪切角增大时，剪切角随之增大，变形减小。随之增大，变形减小。2)摩擦角摩擦角增大时，剪切角增大时，剪切角随之减小，变形增大。随之减小，变形增大。三、前刀面上的摩擦三、前刀面上的摩擦 在在OA区：由于正应力值大，切屑在前刀面上形成区：由于正应力值大，切屑在前刀面上形成粘粘结接触结接触。=s 各点的摩擦系数：各点的摩擦系数：由于由于(x)随随x变化，故在粘结接触区切屑与前刀面的变化，故在粘结接触区切屑与前刀面的摩擦系数是一个变值，离
49、切削刃越远，摩擦系数越大。摩擦系数是一个变值，离切削刃越远，摩擦系数越大。其平均摩擦系数其平均摩擦系数avsAOsAODDsnfdxxOAdxxbOAbFF)()(111平均平均=式中式中 Ff1，Fn1分别为粘结接触区的摩擦力和正压力；分别为粘结接触区的摩擦力和正压力；bD切削层公称宽度；切削层公称宽度；av粘结接触区平均正应力。粘结接触区平均正应力。在在AB区：切屑在前刀面上形成区：切屑在前刀面上形成滑动接触滑动接触，各点的摩，各点的摩擦系数擦系数相同，切应力相同，切应力=。四、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响四、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响 1积屑瘤的形成及其影响积屑瘤的形成及其影响
50、 积屑瘤的概念：积屑瘤的概念：积屑瘤的成因：积屑瘤的成因：影响积屑瘤的的因素：影响积屑瘤的的因素：积屑瘤的产生及其成长积屑瘤的产生及其成长 与工件材料的性质、切削区与工件材料的性质、切削区 的温度分布和压力分布有关。的温度分布和压力分布有关。2积屑瘤对切削过程的影响积屑瘤对切削过程的影响 (1)使刀具前角变大使刀具前角变大 (2)使切削厚度变化使切削厚度变化 (3)使加工表面粗糙度增大使加工表面粗糙度增大 (4)对刀具寿命的影响对刀具寿命的影响 积屑瘤对切削过程的影响有积极的一面，也有消极的积屑瘤对切削过程的影响有积极的一面，也有消极的一面。精加工时必须防止积屑瘤的产生。一面。精加工时必须防止
