1、模块一模块一 金属切削加工基本知识金属切削加工基本知识项目一项目一 金属切削基础金属切削基础任务一任务一 切削运动和切削用量切削运动和切削用量 1.1.切削运动切削运动 在切削加工中刀具与工件的相对运动，使刀具和工件之间产生相对运动，称为切削运动。1)1)主运动主运动 由机床或人力提供的主要运动。特点：特点：切削速度最高，消耗功率最大。如如车削时工件工件的旋转运动，刨削时工件或刀具刀具的往复运动，铣削时铣刀铣刀的旋转运动等。2)2)进给运动进给运动 由机床或人力提供的运动，它使刀具和工件之间产生附加的相对运动。3 3）合成切削运动）合成切削运动 由主运动和进给运动合成的运动，称为合成切削运动。
2、2.2.工件上的加工表面工件上的加工表面 切削加工时在工件上产生的表面。待加工表面待加工表面 工件上有待切除的表面。已加工表面已加工表面 工件上经刀具切削后产生的表面。过渡表面过渡表面 工件上由刀具切削刃形成的正在切削的那一部分表面。3.切削用量切削用量是切削速度、进给量(或进给速度)和背吃刀量的总称。1）切削速度（Vc）是指在切削加工时，切削刃上选定点相对于工件的主运动瞬时线速度。Vc=Dn/10002）进给量（f）是指工件（或刀具）每回转一周时，刀具（或工件）在进给运动方向上的相对位移量。3）背吃刀量（ap）指待加工表面和已加工表面之间的垂直距离。4.切削层参数切削层是指在切削过程中，刀具
3、的切削部分沿进给方向在一次走刀中切除的工件材料层。切削层参数包括切削层公称宽度bD、切削层公称厚度hD和切削层公称横截面积AD，它的形状和尺寸规定在刀具的基面中度量。任务二 刀具角度一、刀具切削部分的组成前刀面A、后刀面A、副后面A、主切削刃S、副切削刃S 、刀尖。安装车刀时，规定刀尖与工件中心等高，刀杆中心线垂直于进给运动方向。几个平面刀具静止角度 1）主偏角Kr 2）副偏角Kr 3）刃倾角s 4）前角o 5）后角o 6）副后角o（3 3）较强的耐磨性和耐热性）较强的耐磨性和耐热性（2 2）高强度与强韧性）高强度与强韧性刀具材料 3.1.1 3.1.1 刀具材料的基本要求刀具材料的基本要求刀
4、具材料需满足一些刀具材料需满足一些基本要求基本要求 ：刀具材料耐热性刀具材料耐热性是衡量刀具切削是衡量刀具切削性能的主要标性能的主要标志志 ，通常用高，通常用高温下保持高硬度温下保持高硬度的性能来衡量，的性能来衡量，也称热硬性也称热硬性（1 1）高硬度）高硬度（5 5）良好的工艺性与经济性）良好的工艺性与经济性（4 4）优良导热性）优良导热性（1 1）高硬度）高硬度刀具是从工件上去除材料，刀具是从工件上去除材料，所以刀具材料所以刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。的硬度必须高于工件材料的硬度。刀具材料最低硬度应在刀具材料最低硬度应在60HRC60HRC以上。以上。对于对于碳素工具钢碳素工具钢
5、材料，在室温条件下硬度材料，在室温条件下硬度应在应在62HRC62HRC以上；以上；高速钢高速钢硬度为硬度为63HRC63HRC70HRC70HRC；硬质合金刀具硬质合金刀具硬度为硬度为89HRC89HRC93HRC93HRC。（2 2）足够强度和韧性）足够强度和韧性刀具材料在切削时受到很大的切削力与冲击刀具材料在切削时受到很大的切削力与冲击力。力。如车削如车削4545钢，在背吃刀量钢，在背吃刀量a ap p4 4，进给量，进给量f f 0.50.5/r/r的条件下，刀片所承受的的条件下，刀片所承受的切削力达切削力达到到4000N4000N，可见，刀具材料必须具有较高的强，可见，刀具材料必须具
6、有较高的强度和较强的韧性。度和较强的韧性。一般刀具材料的韧性用冲击韧度一般刀具材料的韧性用冲击韧度a aK K表示，反表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力。映刀具材料抗脆性和崩刃能力。（3 3）高的耐磨性和耐热性）高的耐磨性和耐热性A A、刀具耐磨性是刀具抵抗磨损能力。、刀具耐磨性是刀具抵抗磨损能力。一般刀具一般刀具硬度硬度越高，越高，耐磨性耐磨性越好。越好。刀具金相组织中刀具金相组织中硬质点硬质点（如碳化物、氮化物（如碳化物、氮化物等）越多，颗粒越小，分布越均匀，则刀具等）越多，颗粒越小，分布越均匀，则刀具耐磨性越好耐磨性越好。B B、刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主、刀具材料耐热性是衡量
7、刀具切削性能的主要标志，通常用高温下保持高硬度的性能来要标志，通常用高温下保持高硬度的性能来衡量，也称衡量，也称热硬性热硬性。刀具材料刀具材料高温硬度越高，则耐热性越好高温硬度越高，则耐热性越好，在在高温抗塑性变形能力、抗磨损能力越强。高温抗塑性变形能力、抗磨损能力越强。（4 4）优良导热性）优良导热性刀具导热性好，表示切削产生的热量容易刀具导热性好，表示切削产生的热量容易传导出去，降低了刀具切削部分温度，减传导出去，降低了刀具切削部分温度，减少刀具磨损。少刀具磨损。刀具材料导热性好，其抗耐热冲击和抗热刀具材料导热性好，其抗耐热冲击和抗热裂纹性能也强。裂纹性能也强。（5 5）良好的工艺性与经济
8、性）良好的工艺性与经济性刀具不但要有良好的切削性能，本身还应刀具不但要有良好的切削性能，本身还应该易于制造，这要求刀具材料有较好的该易于制造，这要求刀具材料有较好的工工艺性艺性，如锻造、热处理、焊接、磨削、高，如锻造、热处理、焊接、磨削、高温塑性变形等功能。温塑性变形等功能。经济性也是刀具材料的重要指标之一，选经济性也是刀具材料的重要指标之一，选择刀具时，要择刀具时，要考虑经济效果考虑经济效果，以降低生产，以降低生产成本。成本。3.1.2 3.1.2 刀具材料的种类和用途刀具材料的种类和用途1.1.碳素工具钢：（碳素工具钢：（C=0.65%C=0.65%1.35%1.35%）常用的牌号有常用的
9、牌号有T8AT8A、T10AT10A、T12AT12A等。等。切削温度切削温度200200，切削速度，切削速度8 8m/minm/min，硬度硬度60 60 65HRC65HRC 主要用于手用工具，如锉刀锯条等。主要用于手用工具，如锉刀锯条等。2.2.合金工具钢：（合金工具钢：（锰、铬、钨、硅锰、铬、钨、硅）常用的牌号有常用的牌号有9SiCr9SiCr、GCr15GCr15、CrWMnCrWMn等。等。切削温度切削温度600600，硬度硬度63 63 66HRC66HRC 主要用于制造低速手用工具，如丝锥绞刀等。主要用于制造低速手用工具，如丝锥绞刀等。3.3.高速钢高速钢（1 1）概念：）概念
10、：高速钢是一种含有钨、钼、铬、钒高速钢是一种含有钨、钼、铬、钒等合等合 金元素较多的工具钢金元素较多的工具钢 （2 2）性质：）性质：高速钢具有良好的热稳定性高速钢具有良好的热稳定性 高速钢具有较高强度和韧性高速钢具有较高强度和韧性 高速钢具有一定的硬度高速钢具有一定的硬度(6363 70HRC70HRC)和耐磨性和耐磨性 （3 3）高速钢的分类）高速钢的分类 普通高速钢普通高速钢 A A、钨系高速钢（简称钨系高速钢（简称 W18W18）优点：钢磨削性能和综合性能好，通用性强。优点：钢磨削性能和综合性能好，通用性强。缺点缺点：碳化物分布常不均匀，强度与韧性不够：碳化物分布常不均匀，强度与韧性不
11、够强，热塑性差，不宜制造成大截面刀具。强，热塑性差，不宜制造成大截面刀具。B B、钨钼钢钨钼钢（将一部分钨用钼代替所制成的钢（将一部分钨用钼代替所制成的钢 ）优点：减小了碳化物数量及分布的不均匀性优点：减小了碳化物数量及分布的不均匀性 。缺点缺点：高温切削性能和：高温切削性能和W18W18相比稍差。相比稍差。高性能高速钢高性能高速钢 优点优点：具有较强的耐热性，：具有较强的耐热性，刀具耐刀具耐用度是普通高速钢的用度是普通高速钢的1.51.53 3倍倍 。缺点缺点：强度与韧性较普通高速钢：强度与韧性较普通高速钢低，高钒高速钢磨削加工性差。低，高钒高速钢磨削加工性差。适合加工的零件：奥氏体不锈钢、
12、高适合加工的零件：奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金、超高强度钢等难加温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。工材料。粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢 优点：优点：无碳化物偏析，提高钢的强度、韧性和无碳化物偏析，提高钢的强度、韧性和硬度，硬度值达硬度，硬度值达696970HRC70HRC；保证材料各向同性，减小热处理内应力和变形保证材料各向同性，减小热处理内应力和变形；磨削加工性好，磨削效率比熔炼高速钢提高磨削加工性好，磨削效率比熔炼高速钢提高2 23 3倍；倍；耐磨性好。耐磨性好。适于制造切削适于制造切削难加工材料难加工材料的刀具、大尺寸刀具的刀具、大尺寸刀具（如滚刀和插齿刀），精密刀具和磨加工量大
13、（如滚刀和插齿刀），精密刀具和磨加工量大的复杂刀具。的复杂刀具。4 4硬质合金硬质合金（1 1）硬质合金组成）硬质合金组成 硬质合金是由难熔金属碳化物和金属粘结剂经硬质合金是由难熔金属碳化物和金属粘结剂经粉粉 末冶金方法制成。末冶金方法制成。（2 2）硬质合金的）硬质合金的性能特点性能特点 优点优点：硬质合金中高熔点、高硬度碳化物含：硬质合金中高熔点、高硬度碳化物含量量 高，热熔性好高，热熔性好 ,热硬性好，切削速度高。热硬性好，切削速度高。缺点缺点：脆性大，抗弯强度和抗冲击韧性不强：脆性大，抗弯强度和抗冲击韧性不强。抗弯强度只有高速钢的抗弯强度只有高速钢的1/31/31/21/2，冲击韧性，
14、冲击韧性只有只有 高速钢的高速钢的1/41/41/351/35。力学性能力学性能：主要由组成硬质合金碳化物的种主要由组成硬质合金碳化物的种类、类、数量、粉末颗粒的粗细和粘化剂的含量决定。数量、粉末颗粒的粗细和粘化剂的含量决定。（3 3）普通硬质合金的种类、牌号及应用）普通硬质合金的种类、牌号及应用 按其化学成分的不同可分为按其化学成分的不同可分为 ：钨钴类钨钴类（WC+CoWC+Co）（代号（代号YGYG）硬度硬度898991.5HRA91.5HRA，耐热性，耐热性800800900900 ，常用牌号常用牌号YT3YT3、YT6YT6、YT8YT8等。等。用于铸铁有色金属合和非金属材料。用于铸
15、铁有色金属合和非金属材料。金钴含量越高，韧性越好，适于粗加工；金钴含量越高，韧性越好，适于粗加工；钴含量低，适于精加工。钴含量低，适于精加工。钨钛钴类钨钛钴类（WC+TiC+CoWC+TiC+Co）（代号（代号YTYT）硬度硬度89.589.592.5HRA92.5HRA，耐热性，耐热性90090010001000 常用牌号常用牌号YT5YT5、YT14YT14、YT15YT15，数值表示数值表示T Ti iC C 的百分含量。的百分含量。用于加工塑性材料，不适合加工含用于加工塑性材料，不适合加工含T Ti iC C不锈不锈 钢。钢。合金中合金中TiCTiC含量高，则耐磨性和耐热性提高，含量高
16、，则耐磨性和耐热性提高，但强度降低但强度降低 粗加工一般选择粗加工一般选择TiCTiC含量少的含量少的牌牌 号，精加工选择号，精加工选择TiCTiC含量多的牌号。含量多的牌号。钨钽（铌）钴类钨钽（铌）钴类（WC+TaCWC+TaC（NbNb）+Co+Co）（代号（代号YAYA）常温有高硬度、耐磨性、高温强度和抗氧化性常温有高硬度、耐磨性、高温强度和抗氧化性。常用的牌号：常用的牌号：YA6YA6 用于加工冷硬铸铁、有色金属及合金半精加工用于加工冷硬铸铁、有色金属及合金半精加工，也能用于高锰钢、淬火钢等材料的半精加工和也能用于高锰钢、淬火钢等材料的半精加工和 精加工。精加工。钨钛钽（铌）钴类钨钛钽
17、（铌）钴类（WC+TiC+TaCWC+TiC+TaC（NbNb）+Co+Co）（代号（代号YWYW）性能高于性能高于钨钛钴类，通用性好等。钨钛钴类，通用性好等。常用的牌号：常用的牌号：YW1YW1、YW2YW2 用于加工钢材、铸铁、有色金属及合金。用于加工钢材、铸铁、有色金属及合金。碳化钛基类（碳化钛基类（WC+TiC+Ni+MoWC+TiC+Ni+Mo）（）（代号代号YNYN）具有很高硬度、耐磨性，较高耐热性和抗氧化具有很高硬度、耐磨性，较高耐热性和抗氧化 性，摩擦系数较小，抗黏结能力较强，耐用度性，摩擦系数较小，抗黏结能力较强，耐用度高高 于于WCWC基硬质合金，抗弯强度和冲击韧性低于基硬
18、质合金，抗弯强度和冲击韧性低于WCWC 基硬质合金。基硬质合金。常用的牌号：常用的牌号：YN05YN05、YN10YN10 用于精加工和半精加工，对于大长零件且用于精加工和半精加工，对于大长零件且加工加工 精度较高的零件尤其适合，但不适于有冲击载精度较高的零件尤其适合，但不适于有冲击载荷荷 的粗加工和低速切削。的粗加工和低速切削。5.5.特殊刀具材料特殊刀具材料 1 1）陶瓷刀具）陶瓷刀具 （1 1）材料组成：材料组成：主要由硬度和熔点都很高的主要由硬度和熔点都很高的AlAl2 2O O3 3 Si Si3 3N N4 4 等氧化物、氮化物和少量的金属碳化物、氧化物等氧化物、氮化物和少量的金属
19、碳化物、氧化物等添等添 加剂组成。通过粉末冶金工艺方法制粉，再压制加剂组成。通过粉末冶金工艺方法制粉，再压制烧结烧结 而成。而成。（2 2）常用种类：常用种类：AlAl2 2O O3 3基陶瓷和基陶瓷和SiSi3 3N N4 4基陶瓷基陶瓷 （3 3）优点：优点：硬度硬度919195HRA95HRA，耐热性为耐热性为1200 1200 ，耐磨，耐磨 性很高，摩擦系数低，切削力比硬质合金小，切性很高，摩擦系数低，切削力比硬质合金小，切削速削速 度高于硬质合金度高于硬质合金3 35 5倍，刀具寿命比硬质合金高倍，刀具寿命比硬质合金高。（4 4）缺点：缺点：强度和韧性差，热导率低；陶瓷最大缺点是强度
20、和韧性差，热导率低；陶瓷最大缺点是 脆性大，抗冲击性能很差。脆性大，抗冲击性能很差。（5 5）适用范围：适用范围：高速精细加工硬材料。高速精细加工硬材料。2 2）金刚石刀具）金刚石刀具（1 1）分类：分类：天然金刚石刀具；人造聚晶金刚石刀天然金刚石刀具；人造聚晶金刚石刀 具；复合聚晶金刚石刀具。具；复合聚晶金刚石刀具。（2 2）优点：优点：极高的硬度和耐磨性，人造金刚石硬极高的硬度和耐磨性，人造金刚石硬 度达度达10000HV10000HV，耐磨性是硬质合金的，耐磨性是硬质合金的60608080 倍；切削刃锋利，能实现超精密微量加工和倍；切削刃锋利，能实现超精密微量加工和 镜面加工；很高的导热
21、性。镜面加工；很高的导热性。（3 3）缺点：缺点：耐热性差，强度低，脆性大，对振动耐热性差，强度低，脆性大，对振动 很敏感。很敏感。（4 4）适用范围：适用范围：用于高速条件下精细加工有色金用于高速条件下精细加工有色金 属及其合金和非金属材料。属及其合金和非金属材料。3 3）立方氮化硼刀具）立方氮化硼刀具（1 1）概念：立方氮化硼（简称）概念：立方氮化硼（简称CBNCBN）是由六方氮化）是由六方氮化 硼为原料在高温、高压下合成。硼为原料在高温、高压下合成。（2 2）优点：硬度高）优点：硬度高800080009000HV9000HV，耐热性为，耐热性为1200 1200 热稳定性好，导热性较高，
22、摩擦系数较小热稳定性好，导热性较高，摩擦系数较小（3 3）缺点：强度和韧性较差，抗弯强度仅为陶瓷刀）缺点：强度和韧性较差，抗弯强度仅为陶瓷刀 具的具的1/51/51/21/2。（4 4）适用范围：适用于加工高硬度淬火钢、冷硬铸）适用范围：适用于加工高硬度淬火钢、冷硬铸 铁和高温合金材料。铁和高温合金材料。不宜加工塑性大的钢件、镍基合金、铝合金和不宜加工塑性大的钢件、镍基合金、铝合金和 铜合金。铜合金。6.6.涂层刀具涂层刀具 1 1）概念：概念：涂层刀具是在韧性较好的硬质合金基体上或高涂层刀具是在韧性较好的硬质合金基体上或高 速钢刀具基体上，涂覆一层速钢刀具基体上，涂覆一层(5 51212mm
23、)耐磨性较高耐磨性较高 的难熔金属化合物而制成。的难熔金属化合物而制成。2 2）常用的）常用的涂层材料涂层材料有：有：TiCTiC、TiNTiN、AlAl2 2O O3 3等等 3 3）涂层形式：涂层形式：可以采用单涂层和复合涂层可以采用单涂层和复合涂层 4 4）优点：优点：涂层刀具具有高的抗氧化性能和抗粘结性能，涂层刀具具有高的抗氧化性能和抗粘结性能，因此具有较高的耐磨性因此具有较高的耐磨性 5 5）适用范围：适用范围：主要用于车削、铣削等加工，由于成本较主要用于车削、铣削等加工，由于成本较 高，还不能完全取代未涂层刀具的使用。高，还不能完全取代未涂层刀具的使用。不适合受力大和冲击大的粗加工
24、，高硬材料的加工以不适合受力大和冲击大的粗加工，高硬材料的加工以 及进给量很小的精密切削。及进给量很小的精密切削。第一章金属切削及机床的基本知识第一章金属切削及机床的基本知识基本内容基本内容：主要介绍刀具几何角度及工作角度、切削变形主要介绍刀具几何角度及工作角度、切削变形 与积屑瘤、切削力、切削热、切削温度、刀具磨与积屑瘤、切削力、切削热、切削温度、刀具磨 损与刀具耐用度、切削液及刀具几何参数的合理损与刀具耐用度、切削液及刀具几何参数的合理 选择、机床的基本知识等。选择、机床的基本知识等。2.2.基本要求基本要求：刀具几何角度和积屑瘤的成因、作用及控制措施刀具几何角度和积屑瘤的成因、作用及控制
25、措施 影响切削力、切削热、切削温度、刀具磨损的因影响切削力、切削热、切削温度、刀具磨损的因 素；素；合理选择刀具材料、几何参数、切削液等。合理选择刀具材料、几何参数、切削液等。3.23.2金属切削加工基本知识金属切削加工基本知识 一、切削运动和切削用量一、切削运动和切削用量 1.1.切削运动切削运动:1)1)主运动主运动 2)2)进给运动进给运动 3)3)合成切削运动合成切削运动 2.2.工件上的加工表面工件上的加工表面:待加工表面、已加工表面、待加工表面、已加工表面、过渡表面过渡表面。3.3.切削用量切削用量 1)1)切削速度切削速度Vc 2)2)进给量进给量f f 3)3)背吃刀量背吃刀量
26、ap二、刀具角度参考系和刀具角度二、刀具角度参考系和刀具角度 1.1.车刀的组成：车刀的组成：前刀面前刀面AA、后刀面、后刀面AA、副后面、副后面AA、主切削刃、主切削刃S S、副切削刃、副切削刃S S 、刀尖、刀尖。2.2.刀具静止角度参考系及其坐标平面刀具静止角度参考系及其坐标平面 1)1)刀具静止角度参考系刀具静止角度参考系 假定运动条件假定运动条件:假定安装条件假定安装条件:2)2)刀具静止参考系的坐标平面刀具静止参考系的坐标平面 基面基面PrPr 基面是通过切削基面是通过切削刃上选定点，垂直刃上选定点，垂直于假定主运动方向的平面。于假定主运动方向的平面。切削平面切削平面PsPs 切削
27、平面是指切削刃上选定点与主切削平面是指切削刃上选定点与主切削刃相切并垂直于基面的平面。切削刃相切并垂直于基面的平面。正交平面正交平面Po(Po(也称主剖面也称主剖面)正交平面是通过切削刃上选定点，正交平面是通过切削刃上选定点，并同时垂直于基面和切削平面的平面并同时垂直于基面和切削平面的平面。3.3.刀具静止角度的标注刀具静止角度的标注 （正交平面参考系（正交平面参考系PrPr、PsPs、PoPo）1 1）主偏角）主偏角KrKr 2 2）副偏角）副偏角KrKr 3 3）刃倾角）刃倾角ss 4 4）前角）前角oo 5 5）后角）后角oo 6 6）副后角）副后角oo 三、刀具的工作角度三、刀具的工作
28、角度 1.1.刀具工作参考系及工作角度刀具工作参考系及工作角度1 1）刀具工作参考系）刀具工作参考系 工作基面工作基面P Prere、工作切削平面工作切削平面PsePse、工作正交平面工作正交平面PoePoe、工作平面、工作平面PfePfe、工作法子面工作法子面Pne Pne 2 2）刀具工作角度）刀具工作角度 工作前角工作前角oeoe 工作后角工作后角oe oe 工作侧前角工作侧前角fefe 工作侧后角工作侧后角fe fe 2.2.进给运动对刀具工作角度的影响进给运动对刀具工作角度的影响1 1）横车外圆对工作角度的影响）横车外圆对工作角度的影响 以以K Kr=r=9090的切断刀为例的切断刀
29、为例(见图见图113)113)，由于，由于受进给运动速度受进给运动速度ff的影响，刀具工作角度的影响，刀具工作角度发生了变化，它与标注角度的关系为发生了变化，它与标注角度的关系为 oe=oe=o+o+oe oe=o-o-2)2)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 图图315315所示所示由于受进给运动速度由于受进给运动速度ff的影响的影响，刀具工作角度发生了变化，它与标注角，刀具工作角度发生了变化，它与标注角度的关系为度的关系为 在主剖面内：在主剖面内：oeoe=o o+o o oeoe =o o-o o 在进给剖面内：在进给剖面内：fefe=f f+f f fefe =
30、f f-f f 3)3)刀尖安装高低对工作角度的刀尖安装高低对工作角度的 图图115115所示为车外圆时，刀尖安装位置所示为车外圆时，刀尖安装位置 高低对工作角度的影响情况由图可知高低对工作角度的影响情况由图可知:当刀尖高时当刀尖高时 见图见图115a115a pe pe p +pp +p Pe Pe P -P -pp 当刀尖低时当刀尖低时 见图见图115b115b pe pe p p-pp Pe Pe P P +p+p sinp sinp h/2dh/2d 4)4)刀杆轴线不垂直与进给运动方向刀杆轴线不垂直与进给运动方向 刀具的标注主偏角、副偏角和工作主偏角、刀具的标注主偏角、副偏角和工作主
31、偏角、工作副偏角的关系工作副偏角的关系如图如图 向右倾斜时：向右倾斜时：Kr =Kre-G Kr =Kre-G Kr=Kre+G Kr=Kre+G 向左倾斜时：向左倾斜时：Kr =Kre+G Kr =Kre+G Kr=Kre-G Kr=Kre-G3.3 3.3 金属切削过程金属切削过程一、切削变形及其主要影响因素一、切削变形及其主要影响因素1 1切屑的形成过程及切屑形态切屑的形成过程及切屑形态 1)1)切屑的形成切屑的形成 2)2)切屑的形态切屑的形态 带状切屑、节状切屑、粒状切屑、崩碎切屑带状切屑、节状切屑、粒状切屑、崩碎切屑 3)3)三个变形区三个变形区 第一变形区在切削刃前面的切削层内的
32、区域；第一变形区在切削刃前面的切削层内的区域；第二变形区在切屑底层与前刀面的接触区域；第二变形区在切屑底层与前刀面的接触区域；第三变形区发生在后刀面与工件已加工表面接第三变形区发生在后刀面与工件已加工表面接 触的区域。触的区域。2 2影响切削变形的主要因素影响切削变形的主要因素 1)1)工件材料工件材料 在切削条件相同的情况下，材料的强度愈大在切削条件相同的情况下，材料的强度愈大，材料切削变形减小；材料的塑性愈大，切削变，材料切削变形减小；材料的塑性愈大，切削变形愈大。形愈大。2)2)切削用量切削用量 切削速度切削速度 ：切削塑性材料时，切削速度对切削：切削塑性材料时，切削速度对切削 变形的影
33、响呈波浪形变化。变形的影响呈波浪形变化。进给量：当主偏角进给量：当主偏角K Kr r一定时，增大进给量，一定时，增大进给量，切削变形通常是减小的。切削变形通常是减小的。3)3)刀具几何角度刀具几何角度 前角愈大，切削变形愈小。前角愈大，切削变形愈小。3 3积屑瘤积屑瘤 1)1)积屑瘤定义积屑瘤定义 在一定的条件下切削塑性金属时，由于前刀面挤压及在一定的条件下切削塑性金属时，由于前刀面挤压及 摩擦的作用，使切屑底层中的一部分金属停滞和堆积在摩擦的作用，使切屑底层中的一部分金属停滞和堆积在 切削刃口附近，形成硬块，能代替切削刃进行切削，这切削刃口附近，形成硬块，能代替切削刃进行切削，这 个硬块称为
34、切屑瘤。个硬块称为切屑瘤。如图如图3.213.21所示所示。2 2）积屑瘤产生的原因）积屑瘤产生的原因 切屑底面对前刀面强烈的摩擦，当接触面达到一定温切屑底面对前刀面强烈的摩擦，当接触面达到一定温 度和压力时，刀具表面易产生粘结现象。这时切屑从粘度和压力时，刀具表面易产生粘结现象。这时切屑从粘 结在刀面上的金属层上流过结在刀面上的金属层上流过(剪切滑移剪切滑移)，因内摩擦变形，因内摩擦变形 而产生加工硬化，使金属粘结在底层上。这样，一层一而产生加工硬化，使金属粘结在底层上。这样，一层一 层的堆积并粘结在一起，形成积屑瘤，直至该处的温度层的堆积并粘结在一起，形成积屑瘤，直至该处的温度 和压力不足
35、以造成粘结为止。和压力不足以造成粘结为止。3)3)积屑瘤的特点积屑瘤的特点 积屑瘤有利的一面是它代替切削刃工作，起到保护切积屑瘤有利的一面是它代替切削刃工作，起到保护切 削刃的作用，使刀具实际前角增大，切削变形程度降低削刃的作用，使刀具实际前角增大，切削变形程度降低 切削力减小；切削力减小；积屑瘤不利的一面是它的前端伸出切削刃之外，影响积屑瘤不利的一面是它的前端伸出切削刃之外，影响 尺寸精度和表面质量。因此在粗加工时，允许有积屑瘤尺寸精度和表面质量。因此在粗加工时，允许有积屑瘤 存在，但在精加工时，一定要设法避免。存在，但在精加工时，一定要设法避免。4)4)积屑瘤的控制措施积屑瘤的控制措施 A
36、 A、提高工件材料的硬度，减少塑性和加工硬化倾向。、提高工件材料的硬度，减少塑性和加工硬化倾向。B B、控制切削速度，选择低速或高速切削。、控制切削速度，选择低速或高速切削。C C、采用润滑性能良好的切削液，减小摩擦。、采用润滑性能良好的切削液，减小摩擦。D D、增大前角，减小切削厚度，都可使刀具屑接触长度、增大前角，减小切削厚度，都可使刀具屑接触长度 减小，积屑瘤高度减小。减小，积屑瘤高度减小。二、切削力及其主要影响因素二、切削力及其主要影响因素l.l.切削力的来源、切削力的来源、切削分力切削分力 切削过程中，刀具施加于工件使工件材料产切削过程中，刀具施加于工件使工件材料产生变形，并使多余材
37、料变为切屑所需的力，称为生变形，并使多余材料变为切屑所需的力，称为切削力切削力F F。主切削力主切削力F Fc(Fz)c(Fz)：总切削力总切削力F F在主运动方向上的分力；在主运动方向上的分力；背向力背向力F Fp p(Fy)(Fy)：总切削力总切削力F F在垂直于假定工作平面方向上的分在垂直于假定工作平面方向上的分力；力；进给力进给力F Ff f(Fx)(Fx)：总切削力在进给运动方向上的分力。总切削力在进给运动方向上的分力。2 2影响切削力的主要因素影响切削力的主要因素 1)1)工件材料的影响工件材料的影响 工件材料的硬度高，则切削力大。工件材料的硬度高，则切削力大。工件材料硬度、强度较
38、低，但塑性、韧性大工件材料硬度、强度较低，但塑性、韧性大，切削力也较大。切削力也较大。切削脆性材料切削脆性材料(如铸铁如铸铁)时，切削力也较小。时，切削力也较小。2)2)切削用量的影响切削用量的影响 切削用量三要素对切削力的影响规律是：切削用量三要素对切削力的影响规律是：背吃刀量背吃刀量a ap p 最大；最大；其次是进给量其次是进给量f f；最小是切削速度最小是切削速度Vc Vc。3)3)刀具几何参数的影响刀具几何参数的影响 a.a.前角的影响前角的影响o o 前角大，切削变形小，切削力下降。前角大，切削变形小，切削力下降。b.b.主偏角的影响主偏角的影响Kr Kr 主偏角主偏角KrKr的增
39、加，进给力的增加，进给力F Ff f 增加，背向力增加，背向力F FP P减减小小 c.c.刃倾角的影响刃倾角的影响s s 刃倾角刃倾角ss对主切削力对主切削力F Fc c的影响很小。的影响很小。刃倾角刃倾角ss对进给力对进给力F Ff f和背向力和背向力F FP P的影响较大。的影响较大。当当s s 从正值变为负值，将从正值变为负值，将F FP P增加，增加，F Ff f将减小。将减小。d.d.刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r r 增大刀尖圆弧半径增大刀尖圆弧半径r r，F Fp p明显增加，明显增加，F Ff f降低。降低。三、切削温度及其主要影响因素三、切削温度及其主要影响因素1 1切削热和切
40、削温度切削热和切削温度 1)1)切削热的产生和传出切削热的产生和传出 变形和摩擦所做的功绝大部分都转化成热能。变形和摩擦所做的功绝大部分都转化成热能。热能通过切屑、工件、刀具和周围介质传出。热能通过切屑、工件、刀具和周围介质传出。2)2)切削温度切削温度:切削温度一般指切削区域的平均温切削温度一般指切削区域的平均温度度2 2切削温度的主要影响因素切削温度的主要影响因素 1)1)工件材料的影响工件材料的影响 材料的强度、硬度高，切削温度材料的强度、硬度高，切削温度Q Q升高。升高。切削脆性材料，因变形小，切削温度较低。切削脆性材料，因变形小，切削温度较低。2)2)切削用量的影响切削用量的影响 切
41、削速度最大；其次进给量；最小背吃刀量。切削速度最大；其次进给量；最小背吃刀量。3)3)刀具几何参数的影响刀具几何参数的影响 a a、前角、前角oo o o增大，产生的热量减小。增大，产生的热量减小。b b、主偏角、主偏角KrKr Kr Kr减小，在减小，在a ap p不变的条件下主切削刃工作不变的条件下主切削刃工作长长 度增加，散热面积增加，因此切削温度下降度增加，散热面积增加，因此切削温度下降。c c、刀尖圆弧半径、刀尖圆弧半径r r r r增大，平均主偏角减小，切削宽度增大，平均主偏角减小，切削宽度b bD D增增加，加，散热面积增加，切削温度降低。散热面积增加，切削温度降低。4)4)其它
42、影响因素其它影响因素 选择合适的冷却液能降低切削温度。选择合适的冷却液能降低切削温度。四、刀具磨损、刀具耐用度及影响因素四、刀具磨损、刀具耐用度及影响因素 1 1刀具磨损形式和磨损原因刀具磨损形式和磨损原因 1)1)刀具磨损形式刀具磨损形式：前刀面磨损、后刀面磨损、前后刀面同时磨前刀面磨损、后刀面磨损、前后刀面同时磨损。损。2)2)刀具磨损过程及原因刀具磨损过程及原因：硬质点磨损、粘结磨损、扩散磨损、氧化磨损硬质点磨损、粘结磨损、扩散磨损、氧化磨损等。等。2 2刀具耐用度及其主要影响因素刀具耐用度及其主要影响因素 1)1)刀具磨损限度刀具磨损限度 2 2）刀具耐用度）刀具耐用度 指一把新刃磨的
43、刀具，从开始切削至达到磨损指一把新刃磨的刀具，从开始切削至达到磨损限度限度 所经过的切削时间，用所经过的切削时间，用T T表示。表示。3)3)刀具寿命刀具寿命:是一把新刀具从使用到报废的切削时间。是一把新刀具从使用到报废的切削时间。3.4 3.4 提高切削效益的途径提高切削效益的途径 一、切削液的合理选择：切削掖的种类和选用见表一、切削液的合理选择：切削掖的种类和选用见表3-43-4。1.1.切削液的作用切削液的作用 (1)(1)润滑作用润滑作用:在切屑、工件与刀具之间形成油膜。在切屑、工件与刀具之间形成油膜。(2)(2)冷却作用冷却作用:(3)(3)清洗与防锈作用清洗与防锈作用2.2.切削液
44、的种类切削液的种类 (1)(1)水溶液水溶液 以水为主要成分并加人防锈添加剂的切削液。以水为主要成分并加人防锈添加剂的切削液。主要起冷却作用，用于粗加工和普通镗削加工。主要起冷却作用，用于粗加工和普通镗削加工。(2)(2)切削油切削油 以矿物油为主加入一定的添加剂构成的以矿物油为主加入一定的添加剂构成的.起润滑作用起润滑作用 (3)(3)乳化液乳化液 乳化油加乳化油加9595-98-98水稀释成的一种切削液。水稀释成的一种切削液。乳化油由矿物抽、乳化剂配制而成，乳化油由矿物抽、乳化剂配制而成，3 3切削液的合理选用和使用方法切削液的合理选用和使用方法 1)1)切削液的合理选用切削液的合理选用
45、硬质合金刀具，一般不用切削液。若要用切削液，必硬质合金刀具，一般不用切削液。若要用切削液，必 需连续、充分地供给，否则刀片产生裂纹。需连续、充分地供给，否则刀片产生裂纹。高速钢刀具耐热性差，需采用切削液。高速钢刀具耐热性差，需采用切削液。粗加工采用粗加工采用3 355的乳化液，主要冷却；的乳化液，主要冷却；精加工时，可以采用精加工时，可以采用1515-20-20的乳化液，目的改善的乳化液，目的改善 加工质量，降低刀具磨损，减少积屑瘤。加工质量，降低刀具磨损，减少积屑瘤。铸铁一般不用切削液。铸铁一般不用切削液。钢合金和有色金属，一般不用含硫的切削液，避免腐钢合金和有色金属，一般不用含硫的切削液，
46、避免腐 蚀工件表面。蚀工件表面。切削铝合金时不用切削液。切削铝合金时不用切削液。2)2)切削液的使用方法切削液的使用方法 切削液应浇注在切削变形区，不应该浇注在刀具或零切削液应浇注在切削变形区，不应该浇注在刀具或零 件上。切削液浇注的方法件上。切削液浇注的方法如图如图3-293-29所示所示。二、二、几何参效的合理选择几何参效的合理选择 合理的刀具几何参数，可以保证工件加工质量，获得合理的刀具几何参数，可以保证工件加工质量，获得 较高的刀具寿命，提高生产效率，降低生产成本。较高的刀具寿命，提高生产效率，降低生产成本。1.1.前角及前刀面的选择前角及前刀面的选择 1)1)前角的功用前角的功用 前
47、角影响切削变形和摩擦，从而影响了切削力、切削前角影响切削变形和摩擦，从而影响了切削力、切削 热和切削功率。热和切削功率。前角影响刀具的锋利性，同时影响切削刃和刀头的强前角影响刀具的锋利性，同时影响切削刃和刀头的强 度及刀头散热条件。度及刀头散热条件。刀具前角大，可以减小切削变形，但不易断屑。刀具前角大，可以减小切削变形，但不易断屑。刀具前角减小或采用负前角，将会使刀具在切削时振刀具前角减小或采用负前角，将会使刀具在切削时振 动加大，加工表面粗糙。动加大，加工表面粗糙。2)2)前角选择的原则前角选择的原则 工件材料的强度、硬度低，用较大的前角；反工件材料的强度、硬度低，用较大的前角；反 之，采用
48、较小的前角。之，采用较小的前角。加工塑性材料选较大的前角，加工脆性材料选加工塑性材料选较大的前角，加工脆性材料选 较小的前角。较小的前角。粗加工、断续切削和承受冲击载荷时，选较小粗加工、断续切削和承受冲击载荷时，选较小的前角，甚至负前角。的前角，甚至负前角。成形刀具和展成法刀具，选用较小的前角。成形刀具和展成法刀具，选用较小的前角。高速钢刀比硬质合金刀具前角大高速钢刀比硬质合金刀具前角大 5 5C C1010C C。2 2倒棱及前刀面形式倒棱及前刀面形式 1 1）倒棱的含义及作用）倒棱的含义及作用含义：指沿着切削刃在前刀面上磨出负前角的小含义：指沿着切削刃在前刀面上磨出负前角的小棱面，棱面，如
49、图如图3-30(b)3-30(b)所示所示。作用：提高刀刃强度、增强散热能力和刀具耐用作用：提高刀刃强度、增强散热能力和刀具耐用度。度。倒棱参数：倒梭前角和倒棱宽度。倒棱参数：倒梭前角和倒棱宽度。倒梭前角：高速钢刀具一般取倒梭前角：高速钢刀具一般取0 0C C，硬质合，硬质合金刀具一般取金刀具一般取-15-15 -5-5C C。倒棱宽度：粗加工时，取较大值；精加工时倒棱宽度：粗加工时，取较大值；精加工时，一般，一般0.20.21 mm1 mm。2 2）前刀面形式）前刀面形式(1)(1)正前角平面型正前角平面型（如图（如图3-303-30）特点：刃口锋利，制造简单，但强度低，传热能力特点：刃口锋
50、利，制造简单，但强度低，传热能力差。差。用途：用于精加工刀具、成形刀具、铣刀和脆性材料的用途：用于精加工刀具、成形刀具、铣刀和脆性材料的加工。加工。(2)(2)正前角平面带倒棱型正前角平面带倒棱型 倒棱宽度很窄，切削塑性材料时，前角取倒棱宽度很窄，切削塑性材料时，前角取-15-15 -5 5C C，一般用于粗切铸、锻件或断续表面的加工。，一般用于粗切铸、锻件或断续表面的加工。(3)(3)正前角曲面带倒棱型正前角曲面带倒棱型 一般用于粗加工或精加工塑性材料的刀具。一般用于粗加工或精加工塑性材料的刀具。(4)(4)负前角单面型负前角单面型 用于切削高硬度用于切削高硬度(强度强度)材料和淬火钢材料。
