1、材料机械加工基础材料机械加工基础第一章第一章 金属切削加工的基础知识金属切削加工的基础知识第二篇第二篇 机械加工工艺基础机械加工工艺基础机械机械制造制造工艺工艺过程过程热加工工艺过程：热加工工艺过程：冷加工工艺过程：冷加工工艺过程：包括铸造、塑性加工、焊接、热包括铸造、塑性加工、焊接、热处理、表面改性等。处理、表面改性等。零件的机械加工工艺过程：零件的机械加工工艺过程：研研究如何利用切削的原理使工件究如何利用切削的原理使工件成型而达到预定的设计要求成型而达到预定的设计要求（尺寸精度、形状、位置精度（尺寸精度、形状、位置精度和表面质量）。和表面质量）。机器的装配工艺过程：机器的装配工艺过程：研究
2、研究如何将零件或部件进行配合如何将零件或部件进行配合和连接，使之成为半成品或和连接，使之成为半成品或成品，并达到要求的装配精成品，并达到要求的装配精度的工艺过程。度的工艺过程。金属切削加工金属切削加工就是利用工件和刀具之间的相对（切就是利用工件和刀具之间的相对（切削）运动，用刀具上的切削刃切除工件上的多余金属层，削）运动，用刀具上的切削刃切除工件上的多余金属层，从而获得具有一定加工质量零件的过程。从而获得具有一定加工质量零件的过程。由此可见，理解零件加工质量的概念；掌握切削运动和由此可见，理解零件加工质量的概念；掌握切削运动和金属切削刀具的基本知识；认识金属切削过程的基本规律金属切削刀具的基本
3、知识；认识金属切削过程的基本规律是学习金属切削加工的基本内容。是学习金属切削加工的基本内容。一、切削运动一、切削运动 切削加工时切削加工时,为了获得各种形状的零件为了获得各种形状的零件,刀具与工件必须具有一定的刀具与工件必须具有一定的相对运动相对运动,我们将这种相对运动为我们将这种相对运动为切削运动。切削运动。切削运动按其所起的作用可分为：切削运动按其所起的作用可分为：第一节第一节 切削运动与切削要素切削运动与切削要素主运动主运动进给运动进给运动 1 1、主运动、主运动 主运动是使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具接近工件主运动是使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具接近工件实现切削的运
4、动。主运动的特点实现切削的运动。主运动的特点速度最高，消耗的功率最大。速度最高，消耗的功率最大。2 2、进给运动、进给运动 由机床或人力提供的运动，进给运动使刀具与工件间产生附加的相对由机床或人力提供的运动，进给运动使刀具与工件间产生附加的相对运动，使被切金属层不断地投入切削，以加工出具有所需几何特性的已加运动，使被切金属层不断地投入切削，以加工出具有所需几何特性的已加工表面。进给运动的特点工表面。进给运动的特点速度比较低，消耗的功率比较小。速度比较低，消耗的功率比较小。切削运动切削运动的运动形式可以是旋转运动，也可以是直线运动；的运动形式可以是旋转运动，也可以是直线运动；主运动主运动通常只有
5、一个，而通常只有一个，而进给运动进给运动的数目可以有一个或几个。的数目可以有一个或几个。主运动和进给运动主运动和进给运动可以同时进行，也可以间歇进行；可以同时进行，也可以间歇进行；切削运动切削运动可以由刀具和工件分别完成，也可由刀具单独完成；可以由刀具和工件分别完成，也可由刀具单独完成；常见的切削运动常见的切削运动 主运动和进给运动的合成主运动和进给运动的合成 当主运动和进给运动同时当主运动和进给运动同时进行时，切削刃上某一点相对进行时，切削刃上某一点相对于工件的运动为合成运动，常于工件的运动为合成运动，常用合成速度向量用合成速度向量v ve e来表示，如来表示，如图所示。图所示。3 3、工件
6、表面、工件表面 已加工表面已加工表面 切削表面切削表面 待加工表面待加工表面 工件上即将被切去金属层的表面。工件上即将被切去金属层的表面。工件上切削刃正在切削而形成的表面工件上切削刃正在切削而形成的表面,切削表面又称切削表面又称加工表面加工表面或或过过渡表面渡表面；工件上已经切去多余金属层而形成的新表面。工件上已经切去多余金属层而形成的新表面。二、切削用量（切削要素）二、切削用量（切削要素）切削用量切削用量是指切削加工时各运动参数的数值，用于调整机床。是指切削加工时各运动参数的数值，用于调整机床。切削用量：切削用量：切削速度切削速度v vc c进给量进给量f f背吃刀量背吃刀量a ap p包括
7、三个要素包括三个要素1 1、切削速度、切削速度v vc c 在单位时间内，刀具相对工件沿主运动方向的相对位移在单位时间内，刀具相对工件沿主运动方向的相对位移,单位为单位为m/sm/s或或m/min m/min。也就是在切削加工时，切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度。也就是在切削加工时，切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度。主运动为主运动为旋转运动旋转运动时时,切削速度一般为切削速度一般为最大线速度最大线速度,V,Vc c计算公式为计算公式为:)/min/(1000smmndvc或式中式中:d:d工件加工前直径或刀具直径（工件加工前直径或刀具直径（mmmm）n n工件或刀具每工件或刀具每(
8、秒秒)分钟转数分钟转数(r/min(r/min或或r/sr/s)主运动为主运动为往复运动往复运动时时,平均切削速度平均切削速度为：为：)/min/(10002smmnLvrc或式中式中:L:L一往复运动行程长度一往复运动行程长度(mm)(mm)n nr r一主运动每（秒）分钟的往复次数一主运动每（秒）分钟的往复次数(往复次数往复次数/S/S或往复次数或往复次数/min)/min)。1 1、切削速度、切削速度v vc c 2 2、进给量、进给量f f 进给量是进给量是刀具在进给运动方向上相对工件的位移量刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，可用刀具或可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述或度量
9、工件每转或每行程的位移量来表述或度量。车削车削时进给量的单位是时进给量的单位是mm/rmm/r，即，即工件每转一圈工件每转一圈,刀具沿进给运动方向移刀具沿进给运动方向移动的距离动的距离。刨削刨削等主运动为往复直线运动等主运动为往复直线运动,其间歇进给的进给量为其间歇进给的进给量为mm/mm/双行程，即双行程，即每个往复行程刀具与工件之间的相对横向移动距离每个往复行程刀具与工件之间的相对横向移动距离。单位时间的进给量，称为单位时间的进给量，称为进给速度进给速度，车削时的进给速度车削时的进给速度v vf f 计算公式为计算公式为:铣削铣削时，由于铣刀是多齿刀具，时，由于铣刀是多齿刀具，进给量单位进
10、给量单位除除mm/rmm/r外，还规定了外，还规定了每每齿进给量齿进给量，用，用a az z表示，单位是表示，单位是(mm/z)(mm/z)，v vf f、f f、a az z三者之间的关系为：三者之间的关系为：zanfnvzf)/min/(smmmmfnvf或z z为多齿刀具的齿数为多齿刀具的齿数 3 3、背吃刀量（切削深度）、背吃刀量（切削深度）a ap p 背吃刀量背吃刀量a ap p是指主刀刃工作长度（在基面上的投影）沿垂直于进是指主刀刃工作长度（在基面上的投影）沿垂直于进给运动方向上的投影值。给运动方向上的投影值。对于对于外圆车削外圆车削，背吃刀量，背吃刀量a ap p等于工件已加工
11、表面和待加工表面之间等于工件已加工表面和待加工表面之间的垂直距离的垂直距离,单位为单位为mm mm。即：。即：2mwpdda式中式中:d:dw w待加工表面直径待加工表面直径 d dm m已加工表面直径已加工表面直径例题：例题：车外圆时工件加工前直径为车外圆时工件加工前直径为62mm，加工后直径为，加工后直径为56mm，工件转速为，工件转速为4r/s，刀具每秒钟沿工件轴向移动，刀具每秒钟沿工件轴向移动2mm，工件加工长度为工件加工长度为110mm，切入长度为，切入长度为3mm，求，求vc、f、ap和和切削工时切削工时t。解：解：v c=dn/1000=624/1000=0.779 m/sf=v
12、f/n=2/4=0.5 mm/rap=(dw-dm)/2=(62-56)/2=3 mmt=(l+l1+l2)/vf=(110+3+0)/2=56.5 s三、切削层参数三、切削层参数 切削层切削层是指工件上正被切削刃切削的一层材料，即两个相邻加工表面间的那层材料。是指工件上正被切削刃切削的一层材料，即两个相邻加工表面间的那层材料。切削层参数切削层参数就是指这个切削层的截面尺寸。就是指这个切削层的截面尺寸。为了简化计算，切削层形状、尺寸规定在为了简化计算，切削层形状、尺寸规定在刀具的基面刀具的基面P Pr r （垂直于（垂直于切削速度的平面）切削速度的平面）中度量中度量.切削层的切削层的形状和尺寸
13、形状和尺寸将将直接影响刀具切削部分所承受的负荷和切屑直接影响刀具切削部分所承受的负荷和切屑的尺寸大小的尺寸大小。车外圆车外圆时，时，当主、副切削刃为直线，且（刃倾角）当主、副切削刃为直线，且（刃倾角）s=0s=0，切削层就是车，切削层就是车刀由位置刀由位置移动到位置移动到位置即一个即一个f f距离，刀具正在切削的那层金属层，可见，距离，刀具正在切削的那层金属层，可见，切削层的形状是平行四边形切削层的形状是平行四边形。hDf fa ap pbD r1 1、切削层公称厚度、切削层公称厚度h hD D (简称切削厚度简称切削厚度)2 2、切削层公称宽度、切削层公称宽度b bD D (简称切削宽度简称
14、切削宽度)3 3、切削层公称横截面积、切削层公称横截面积A AD DDDpDbhafAb bD D a ap p/sin/sinr rh hD D f fsinsinr r 是垂直于切削表面度量的切削层尺寸，是垂直于切削表面度量的切削层尺寸，是是相邻两加工表面间的垂直距离相邻两加工表面间的垂直距离。是沿切削表面度量的切削层尺寸。是沿切削表面度量的切削层尺寸。一、一、刀具角度刀具角度 第二节第二节 刀具材料与刀具角度刀具材料与刀具角度1 1、车刀的组成、车刀的组成 切削部分切削部分承担切削加工任务，承担切削加工任务，刀柄刀柄用用以装夹在机床刀架上。以装夹在机床刀架上。车刀由车刀由切削部分切削部分
15、、刀柄刀柄两部分组成。两部分组成。切削部分切削部分是由一些面、切削刃组成。是由一些面、切削刃组成。我们常用的外圆车刀是由我们常用的外圆车刀是由一个刀一个刀尖、两条切削刃、三个刀面尖、两条切削刃、三个刀面组成的。组成的。刀尖刀尖主后刀面主后刀面A副后刀面副后刀面A主切削刃主切削刃S前刀面前刀面A副切削刃副切削刃S刀柄刀柄（夹持部分）（夹持部分）刀头刀头(切削部分切削部分)一尖二刃三刀面一尖二刃三刀面（1 1）刀面）刀面前刀面前刀面AA 主后刀面主后刀面AA 副后刀面副后刀面AA 刀具上切屑流过的表面；刀具上切屑流过的表面；与工件上切削表面相对的刀面；与工件上切削表面相对的刀面；与已加工表面相对的
16、刀面。与已加工表面相对的刀面。（2 2）切削刃）切削刃主切削刃主切削刃S S副切削刃副切削刃S S 前刀面与主后刀面的交线，承担主要的切削工作；前刀面与主后刀面的交线，承担主要的切削工作；前刀面与副后刀面的交线，承担少量的切削工作。前刀面与副后刀面的交线，承担少量的切削工作。（3 3）刀尖）刀尖 实际上该点不可能磨得很尖，而是由一段实际上该点不可能磨得很尖，而是由一段折线或微小圆弧组成，微小圆弧的半径称为折线或微小圆弧组成，微小圆弧的半径称为刀刀尖圆弧半径尖圆弧半径,用用rr表示表示,如图所示。如图所示。是主、副切削刃相交的一点。是主、副切削刃相交的一点。2 2、刀具几何角度参考系、刀具几何角
17、度参考系 为了便于确定车刀上的几何角度，常选择某一参考系作为基准，通为了便于确定车刀上的几何角度，常选择某一参考系作为基准，通过测量刀面或切削刃相对于参考系坐标平面的角度值来反映它们的空间过测量刀面或切削刃相对于参考系坐标平面的角度值来反映它们的空间方位。方位。刀具几何角度参考系有两类：刀具几何角度参考系有两类：刀具标注角度参考系刀具标注角度参考系刀具工作角度参考系。刀具工作角度参考系。（1 1）刀具标注角度参考系）刀具标注角度参考系 假设运动条件假设运动条件:刀具标注角度参考系是刀具刀具标注角度参考系是刀具设计时标注、刃磨设计时标注、刃磨和和测量测量角度的基准。角度的基准。为了使参考系中的坐
18、标平面与刃磨、测量基准面一致，特别规定了如为了使参考系中的坐标平面与刃磨、测量基准面一致，特别规定了如下假设条件。下假设条件。规定刀杆中心线与进给运动方向垂直；刀尖与工件中心等高。规定刀杆中心线与进给运动方向垂直；刀尖与工件中心等高。用主运动向量用主运动向量v vc c近似地代替相对运动合成速度向量近似地代替相对运动合成速度向量v ve e(即即v vf f=0)=0)。假设安装条件假设安装条件:根据根据ISO3002/1-1997ISO3002/1-1997标准推荐，刀具标注角度参考系有：标准推荐，刀具标注角度参考系有：刀具标注角度参考系种类刀具标注角度参考系种类 法平面参考系法平面参考系
19、正交平面参考系正交平面参考系 假定工作平面参考系三种。假定工作平面参考系三种。正交平面参考系正交平面参考系正交平面参考系由以下三个平面组成：正交平面参考系由以下三个平面组成：主切削刃主后刀面前刀面主剖面 PoA切削平面 Ps基面 Pr 通过切削刃选定点与主运通过切削刃选定点与主运动方向垂直的平面。基面与刀动方向垂直的平面。基面与刀具底面平行。具底面平行。通过切削刃选定点与主切削通过切削刃选定点与主切削刃相切且垂直于基面刃相切且垂直于基面PrPr的平面。的平面。通过切削刃选定点垂直于基面通过切削刃选定点垂直于基面PrPr和切削平面和切削平面 PsPs的平面。的平面。基面基面 Pr Pr：切削平面
20、切削平面 PsPs：主剖面主剖面 Po(Po(正交平面正交平面)：3 3、刀具标注角度定义刀具标注角度定义（1 1）在基面内测量的角度）在基面内测量的角度)(180rrr刀尖角与主偏角和副偏角的关系：刀尖角与主偏角和副偏角的关系：主偏角主偏角 r r 主切削平面主切削平面(？主切削刃）？主切削刃）与副切削与副切削平面平面(副切削刃）副切削刃）间的夹角。间的夹角。副偏角副偏角 r r 刀尖角刀尖角 r r 主切削刃与进给运动方向之间的夹角。主切削刃与进给运动方向之间的夹角。副切削刃与进给运动反方向之间副切削刃与进给运动反方向之间的夹角。的夹角。是指在刀具图样上标注的角度，也称刃磨角度。是指在刀具
21、图样上标注的角度，也称刃磨角度。它是刀具制造和刃磨的依据。它是刀具制造和刃磨的依据。（2 2）刀具工作角度参考系）刀具工作角度参考系 刀具工作角度参考系是刀具工作角度参考系是刀具切削工作时角度的基准刀具切削工作时角度的基准（不考虑假（不考虑假设条件），设条件），在此基准下定义的刀具角度称刀具在此基准下定义的刀具角度称刀具工作角度工作角度。它同样有。它同样有正交平面参考系、法平面参考系和假定工作平面参考系。正交平面参考系、法平面参考系和假定工作平面参考系。主偏角、副偏角的选择主偏角、副偏角的选择 主偏角和副偏角越小主偏角和副偏角越小，刀头的强度高，散热面积大，刀具寿命长。，刀头的强度高，散热面积
22、大，刀具寿命长。主偏角的大小主偏角的大小影响切削层形状、表面粗糙度和切削分力的大小影响切削层形状、表面粗糙度和切削分力的大小。在进给。在进给量和背吃刀量相同的情况下，减小主偏角，将得到薄而宽的切屑。量和背吃刀量相同的情况下，减小主偏角，将得到薄而宽的切屑。副偏角的作用副偏角的作用是是为了减少副切削刃与零件已加工表面之间的摩擦，防止切为了减少副切削刃与零件已加工表面之间的摩擦，防止切削时产生振动削时产生振动。副偏角小时副偏角小时，工件加工后的表面粗糙度小；，工件加工后的表面粗糙度小；(?)(?)但主偏角减小时但主偏角减小时，会加大切削过程中的背向力，容易引起工艺系统的弹，会加大切削过程中的背向力
23、，容易引起工艺系统的弹性变形和振动。性变形和振动。(?)(?)（2 2）在主切削刃正交平面）在主切削刃正交平面 (主剖面主剖面)内内(O-O)(O-O)测量的角度测量的角度 前角前角 o o 楔角与前角楔角与前角 o o和后角和后角 o o的关系如下：的关系如下：)(90ooo楔角楔角 o o 当前刀面与基面平行时，前角为零。当前刀面与基面平行时，前角为零。后角后角 o o 主后刀面与切削平面间的夹角。主后刀面与切削平面间的夹角。前刀面与主后刀面间的夹角。前刀面与主后刀面间的夹角。基面在前刀面以外，前角为正。基面在前刀面以外，前角为正。前刀面与基面间的夹角。前刀面与基面间的夹角。基面在前刀面以
24、内，前角为负。基面在前刀面以内，前角为负。前角的选择前角的选择 前角的大小前角的大小将将影响切削过程中的切削变形和切削力，同时也影响工件表影响切削过程中的切削变形和切削力，同时也影响工件表面粗糙度和刀具的强度与寿命。面粗糙度和刀具的强度与寿命。对不同材料的工件对不同材料的工件，加工塑性材料时，加工塑性材料时,应选较大的前角应选较大的前角;加工脆性材时加工脆性材时,选选较小的前角较小的前角;增大刀具前角增大刀具前角,主切削刃锋利，切屑变形小，切削轻快，减小切削力和表主切削刃锋利，切屑变形小，切削轻快，减小切削力和表面粗糙度，面粗糙度，但刀具前角增大但刀具前角增大，会降低切削刃和刀头的强度，刀头散
25、热条件变，会降低切削刃和刀头的强度，刀头散热条件变差，切削时刀头容易崩刃，因此合理前角的选择既要切削刃锐利，又要有一差，切削时刀头容易崩刃，因此合理前角的选择既要切削刃锐利，又要有一定的强度和一定的散热体积。定的强度和一定的散热体积。对于不同的刀具材料对于不同的刀具材料，由于硬质合金的抗弯强度较低，抗冲击韧度差，所，由于硬质合金的抗弯强度较低，抗冲击韧度差，所以合理前角也就小于高速钢刀具的合理前角。以合理前角也就小于高速钢刀具的合理前角。粗加工、断续切削或切削特硬材料粗加工、断续切削或切削特硬材料时，为保证切削刃强度，应取较小的前时，为保证切削刃强度，应取较小的前角，甚至负前角。角，甚至负前角
26、。后角的选择后角的选择 后角用以减少刀具主后刀面与工件过渡表面间的摩擦和主后刀面的磨损，后角用以减少刀具主后刀面与工件过渡表面间的摩擦和主后刀面的磨损，配合前角调整切削刃的锋利程度与强度；配合前角调整切削刃的锋利程度与强度；粗加工粗加工、强力切削及承受冲击载荷的刀具，为增加刀具强度，、强力切削及承受冲击载荷的刀具，为增加刀具强度，后角应取后角应取小些；精加工小些；精加工时，时，增大后角增大后角可提高刀具寿命和加工表面的质量。可提高刀具寿命和加工表面的质量。后角大后角大，摩擦小，切削刃锋利。，摩擦小，切削刃锋利。但后角过大但后角过大，将使切削刃变弱，散热条，将使切削刃变弱，散热条件变差，加速刀具
27、磨损。件变差，加速刀具磨损。工件材料的硬度与强度高，取较小的后角工件材料的硬度与强度高，取较小的后角，以保证刀头强度；工件材料，以保证刀头强度；工件材料的硬度与强度低，后角应适当加大。的硬度与强度低，后角应适当加大。加工脆性材料加工脆性材料时，宜取较小的后角。时，宜取较小的后角。若若采用负前角时采用负前角时，应取较大的后角，以保证切削刃锋利。，应取较大的后角，以保证切削刃锋利。尺寸刀具精度高，取较小的后角尺寸刀具精度高，取较小的后角，以防止重磨后刀具尺寸的变化。，以防止重磨后刀具尺寸的变化。（3 3）在切削平面内）在切削平面内(S(S向向)测量的角度测量的角度 刃倾角刃倾角 s s 刃倾角正负
28、的规定如图所示刃倾角正负的规定如图所示:主切削刃与基面间的夹角。主切削刃与基面间的夹角。刀尖处于主切削刃的最高点时，刃倾角为正；刀尖处于主切削刃的最高点时，刃倾角为正；切削刃平行于底面时，刃倾角为零。切削刃平行于底面时，刃倾角为零。刀尖处于主切削刃的最低点时，刃倾角为负；刀尖处于主切削刃的最低点时，刃倾角为负；刃倾角的选择刃倾角的选择 刃倾角刃倾角主要影响主要影响刀头的强度刀头的强度和和排屑方向排屑方向。粗加工和断续切削时粗加工和断续切削时，为了增加刀头强度，刃倾角常，为了增加刀头强度，刃倾角常取负值取负值。精加工精加工时，为了防止切屑划伤已加工表面，刃倾角常取时，为了防止切屑划伤已加工表面，
29、刃倾角常取正值或零正值或零。1 1、刀具材料应当具备的性能、刀具材料应当具备的性能高硬度：高硬度：二、刀具材料二、刀具材料良好的工艺性：良好的工艺性：高的耐热性高的耐热性(热硬性或红硬性）：热硬性或红硬性）：高耐磨性：高耐磨性：足够的强度和韧度：足够的强度和韧度：刀具刀具切削部分切削部分的材料应具备以下基本条件：的材料应具备以下基本条件：常温硬度应在常温硬度应在60HRC60HRC以上。以上。为了承受切削力、冲击和振动，刀具材料应具有足够的强度和韧性。为了承受切削力、冲击和振动，刀具材料应具有足够的强度和韧性。具有高的抵抗磨损的能力，以保持切削刃的锋利。一般来说，硬度具有高的抵抗磨损的能力，以
30、保持切削刃的锋利。一般来说，硬度愈高，耐磨性愈好。愈高，耐磨性愈好。以便在高温下仍能保持较高硬度、耐磨性、以便在高温下仍能保持较高硬度、耐磨性、强度和韧度等，强度和韧度等，是衡量刀具材料综合切削性能的主要指标。用是衡量刀具材料综合切削性能的主要指标。用能承受最高的能承受最高的切削温度切削温度来表示。来表示。为了便于刀具制造，包括锻、轧、焊接、切削加工、可磨削性为了便于刀具制造，包括锻、轧、焊接、切削加工、可磨削性和热处理特性等。和热处理特性等。2 2、常用刀具材料性能特征、常用刀具材料性能特征刀具材料刀具材料性能特征性能特征刀具种类刀具种类适用工件材料适用工件材料适用加工条件适用加工条件碳素工
31、具钢碳素工具钢Tl0ATl0A、T12AT12AHRC61-65,HRC61-65,高温强度低、高温强度低、淬火时易裂、变形。淬火时易裂、变形。丝锥、锉刀、锯丝锥、锉刀、锯条、小钻头条、小钻头低强度、软材料、有低强度、软材料、有色金属及塑性材料色金属及塑性材料简单手动工具简单手动工具合金工具钢合金工具钢9SiCr,CrWMn9SiCr,CrWMnHRC 61-65,HRC 61-65,高温强度度高温强度度比碳素钢稍好。比碳素钢稍好。拉刀、绞刀、钻拉刀、绞刀、钻头头同上同上热处理变形小热处理变形小的低速工具的低速工具高速钢高速钢HRC 61-65,HRC 61-65,能耐能耐600600C C高
32、温，热硬性尚好高温，热硬性尚好,耐磨耐磨性稍好。性稍好。钻头、铣刀、齿钻头、铣刀、齿轮刀具（低、中轮刀具（低、中速）速）低、中强度和硬度的低、中强度和硬度的材料材料复杂刀具复杂刀具硬质合金硬质合金HRC 74-82,HRC 74-82,能耐能耐1000 1000 C C高温，热硬性好高温，热硬性好,耐耐磨性好。磨性好。车、铣、拉、刨车、铣、拉、刨钻头、绞刀（中钻头、绞刀（中高速）高速）中等以上强度和硬度中等以上强度和硬度的材料的材料各种刀具各种刀具陶瓷材料陶瓷材料HRA 91-94 HRA 91-94，热硬性好，热硬性好，抗弯性差，易碎。抗弯性差，易碎。车刀（高速）车刀（高速）各种材料各种材料
33、不可断续切削不可断续切削立方氮化硼立方氮化硼HV 7300-9000 HV 7300-9000，热硬性，热硬性高，可耐高，可耐15001500C C，与铁，与铁素的亲和力小。素的亲和力小。车刀、铣刀（中车刀、铣刀（中高速）高速）淬硬合金钢、高速钢、淬硬合金钢、高速钢、淬硬、冷硬铸铁、纯淬硬、冷硬铸铁、纯镍高温合金镍高温合金用于连续切削、用于连续切削、避免冲击振动避免冲击振动人造金刚石人造金刚石10000HV10000HV，热硬性好。，热硬性好。车刀、铣刀、砂车刀、铣刀、砂轮等轮等硬质合金、陶瓷、玻硬质合金、陶瓷、玻璃、有色金属及合金璃、有色金属及合金不易加工的铁族不易加工的铁族金属金属1 1）
34、高速钢）高速钢 特点：特点：适用范围：适用范围：结构复杂的刀具结构复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、铰刀、拉，如成形车刀、铣刀、钻头、铰刀、拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具等。刀、齿轮刀具、螺纹刀具等。分类：分类：具有具有较高的强度较高的强度、韧性韧性和和耐磨性耐磨性，耐热性耐热性为为540540600600，工工艺性能较好艺性能较好，容易磨出锋利的刃口。，容易磨出锋利的刃口。钨系钨系 W18Cr4V W18Cr4V 钨钼系钨钼系 W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2普通高速钢：普通高速钢：高性能高速钢：高性能高速钢：在普通高速钢的基础上增加一些在普通高速钢的基础上增加一些C C和和V V的含量
35、，并加入的含量，并加入CoCo、AlAl等合等合金元素，提高耐热性和耐磨性，金元素，提高耐热性和耐磨性，主要用于难加工材料的加工主要用于难加工材料的加工.主要用于一般材料的常规加工主要用于一般材料的常规加工.高钒高速钢高钒高速钢 W12Cr4V4Mo W12Cr4V4Mo 高钴高速钢高钴高速钢W2Mo9Cr4VCo8 W2Mo9Cr4VCo8 高铝高速钢高铝高速钢W6Mo5Cr4V2Al W6Mo5Cr4V2Al 硬度和耐热性不如硬质合金硬度和耐热性不如硬质合金，但刀具的，但刀具的刃口强度和韧性比硬质合刃口强度和韧性比硬质合金高金高，能承受较大的冲击载荷。，能承受较大的冲击载荷。是一种加入了较
36、多钨、钼、铬、钒和钴等合金元素的高合金工具钢。是一种加入了较多钨、钼、铬、钒和钴等合金元素的高合金工具钢。粉末冶金高速钢：粉末冶金高速钢：由超细的高速钢粉末，通过粉末冶金的方式制作的刀具材料。其强度、韧由超细的高速钢粉末，通过粉末冶金的方式制作的刀具材料。其强度、韧度和耐磨性都有很大程度的提高，度和耐磨性都有很大程度的提高，适用于制造难切削加工材料的刀具。适用于制造难切削加工材料的刀具。2 2）硬质合金）硬质合金特点：特点：硬度较高，常温下可达硬度较高，常温下可达747482HRC82HRC，它的耐磨性较好，它的耐磨性较好 耐热性较高，能耐耐热性较高，能耐80080010001000 C C的
37、高温的高温 抗弯强度和冲击韧度比高速钢低抗弯强度和冲击韧度比高速钢低 刃口不能磨得象高速钢刀具那样锋利。刃口不能磨得象高速钢刀具那样锋利。适用范围：适用范围：结构简单的刀具，如车刀、铣刀、刨刀等。结构简单的刀具，如车刀、铣刀、刨刀等。YG(K)YG(K)类类（红色）（红色）YT(P)YT(P)类类（蓝色）（蓝色）YW(M)YW(M)类类 （黄色）（黄色）WC+Co WC+Co WC+TiCWC+TiC+Co CoWC+TiCWC+TiC+TaCTaC+Co+Co 适合加工短切屑的金属或非金适合加工短切屑的金属或非金属材料属材料,如淬硬钢、铸铁、铜如淬硬钢、铸铁、铜铝合金、塑料等。铝合金、塑料等
38、。适合加工长切屑的黑色金属适合加工长切屑的黑色金属（如钢、铸钢等。）（如钢、铸钢等。）适合加工各种难加工的合金钢适合加工各种难加工的合金钢（如钢、铸钢、不锈钢等难切削材料（如钢、铸钢、不锈钢等难切削材料。牌号：牌号：以以WCWC、TiCTiC和和TiNTiN等高硬度难熔金属碳化物粉末为基体，用等高硬度难熔金属碳化物粉末为基体，用CoCo、MoMo或或NiNi等作黏结剂，用粉末冶金的方法烧结而成。等作黏结剂，用粉末冶金的方法烧结而成。金属切削过程金属切削过程是指工件上一层多余的金属被刀具切除的过程和是指工件上一层多余的金属被刀具切除的过程和已加工表面的形成的过程。已加工表面的形成的过程。第三节第
39、三节 金属切削过程金属切削过程1 1、切削过程、切削过程 第第I I变形区变形区位于位于切削刃和前刀面的前方切削刃和前刀面的前方，面积是三个变形区中最大的，为主变，面积是三个变形区中最大的，为主变形区；形区；一、切屑的形成及其类型一、切屑的形成及其类型第第IIIIII变形区变形区是是已加工表面靠近切削刃处的区域已加工表面靠近切削刃处的区域，这一区域金属受到切削刃钝，这一区域金属受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压、摩擦与回弹，发生塑性变形造成加工硬化。圆部分和后刀面的挤压、摩擦与回弹，发生塑性变形造成加工硬化。第第IIII变形区变形区是是与前刀面相接触的附近区域与前刀面相接触的附近区域，切屑沿前刀
40、面流出时，受到前刀，切屑沿前刀面流出时，受到前刀面的挤压和摩擦，靠近前刀面的切屑底层会进一步发生变形；面的挤压和摩擦，靠近前刀面的切屑底层会进一步发生变形；塑性金属的切屑形成过程，经历了塑性金属的切屑形成过程，经历了弹性变形弹性变形、塑性变形塑性变形、挤裂挤裂和和切切离离四个阶段。四个阶段。变形系数变形系数 切削过程中，刀具切下的切屑其外形尺寸比零件上的切削层短而厚，这切削过程中，刀具切下的切屑其外形尺寸比零件上的切削层短而厚，这种现象称为种现象称为切屑的收缩切屑的收缩。DDhDhDhhhLL式中式中L LD D切削层的长度切削层的长度 L LDhDh切屑的长度切屑的长度 h hDhDh切屑的
41、厚度切屑的厚度 h hD D 切削层的厚度切削层的厚度LDhhDhDhLD切屑与切削层尺寸切屑与切削层尺寸变形系数（切屑厚度压缩比）变形系数（切屑厚度压缩比）h h可用下式表示：可用下式表示：A Ah h大于大于1 1，值愈大，表示切屑变形愈大，值愈大，表示切屑变形愈大，切削力、切削温度愈高，工件表切削力、切削温度愈高，工件表面愈粗糙面愈粗糙。2 2、切屑类型、切屑类型带状切屑：带状切屑：特点特点:连续不断呈带状，外表面光滑，内表面毛连续不断呈带状，外表面光滑，内表面毛茸。茸。形成条件形成条件:一般加工塑性金属材料时，当切削厚度一般加工塑性金属材料时，当切削厚度或进给量较小，切削速度较高，刀具
42、前角较大时获或进给量较小，切削速度较高，刀具前角较大时获得。得。工作状态工作状态:形成带状切屑时，切削过程较平稳、切削力波动小，已加工表面粗糙度值形成带状切屑时，切削过程较平稳、切削力波动小，已加工表面粗糙度值较小。较小。节状（挤裂）切屑：节状（挤裂）切屑：特点特点:切屑的内表面呈锯齿形，外表面有时有裂切屑的内表面呈锯齿形，外表面有时有裂纹。纹。形成条件形成条件:大多在加工较硬的塑性金属材料且所用大多在加工较硬的塑性金属材料且所用的切削速度较低、切削厚度或进给量较大，刀具的切削速度较低、切削厚度或进给量较大，刀具前角较小的情况下产生。前角较小的情况下产生。工作状态工作状态:切削过程中切削力波动
43、较大，已加工表面粗糙度值较大。切削过程中切削力波动较大，已加工表面粗糙度值较大。粒状（单元）切屑：粒状（单元）切屑：特点特点:切屑沿剪切面完全断开，因而呈单元状。切屑沿剪切面完全断开，因而呈单元状。形成条件形成条件:加工塑性金属加工塑性金属(塑性较差的塑性较差的)材料时材料时,当切削厚度或进给量较大，切削速度较低，刀当切削厚度或进给量较大，切削速度较低，刀具前角较小时具前角较小时,易成为粒状切屑。易成为粒状切屑。工作状态工作状态:粒状切屑的切削力波动最大，已加工表面粗糙。粒状切屑的切削力波动最大，已加工表面粗糙。崩碎切屑：崩碎切屑：特点特点:崩碎切屑形状不规则，加工表面是凸凹不平。崩碎切屑形状
44、不规则，加工表面是凸凹不平。形成条件形成条件:发生在加工脆性材料（如铸铁、青铜）时，工件材料越硬脆，刀具前角发生在加工脆性材料（如铸铁、青铜）时，工件材料越硬脆，刀具前角越小，切削厚度越大时，越易产生这类切屑。越小，切削厚度越大时，越易产生这类切屑。工作状态工作状态:形成崩碎切屑时，切削热和切削力都集中在主切削刃和刀尖附近，形成崩碎切屑时，切削热和切削力都集中在主切削刃和刀尖附近，切削刃容易损坏，切削力波动大，已加工表面粗糙。切削刃容易损坏，切削力波动大，已加工表面粗糙。切脆性材料切脆性材料不平稳，表面粗糙不平稳，表面粗糙带状切屑带状切屑 节状切屑节状切屑 粒状切屑粒状切屑 崩碎切屑崩碎切屑
45、加工塑性材料加工塑性材料切塑性材料：切塑性材料：带状切屑带状切屑 挤裂切屑挤裂切屑 粒状切屑粒状切屑0v hD0 v hD0 v hD0v hD切削不平稳，力波动大切削不平稳，力波动大加工表面粗糙加工表面粗糙切削平稳，力波动小切削平稳，力波动小加工面光洁，断屑难加工面光洁，断屑难 滑移量较大，局部滑移量较大，局部剪应力达断裂强度剪应力达断裂强度二、积屑瘤二、积屑瘤 第第变形区内，在变形区内，在一定范围的切削速度下一定范围的切削速度下切削切削塑性金属塑性金属且形成且形成带状切屑带状切屑时，时，常有一层来自切屑底层的金属黏接层积在前刀面上，形成硬度很高的楔块，称为常有一层来自切屑底层的金属黏接层积
46、在前刀面上，形成硬度很高的楔块，称为积屑瘤积屑瘤。1 1、积屑瘤的形成、积屑瘤的形成2 2、积屑瘤对切削过程的影响、积屑瘤对切削过程的影响 积屑瘤经过强烈的塑性变形而强化，可代替切积屑瘤经过强烈的塑性变形而强化，可代替切削刃进行切削，有保护切削刃和增大实际前角的作削刃进行切削，有保护切削刃和增大实际前角的作用，使切削轻快，可减少切削力和切屑变形，用，使切削轻快，可减少切削力和切屑变形，粗加粗加工时有利工时有利。但是积屑瘤的顶端伸出切削刃之外，而且不断产生和脱落，使切削层公称但是积屑瘤的顶端伸出切削刃之外，而且不断产生和脱落，使切削层公称厚度不断变化，导致切削力变化，引起振动，降低了加工精度，当
47、积屑瘤脱落厚度不断变化，导致切削力变化，引起振动，降低了加工精度，当积屑瘤脱落时，有些积屑瘤碎片黏附在在已加工表面上和切屑底层，增大表面粗糙度和导时，有些积屑瘤碎片黏附在在已加工表面上和切屑底层，增大表面粗糙度和导致刀具磨损。致刀具磨损。精加工时应避免产生积屑瘤精加工时应避免产生积屑瘤。3 3、积屑瘤的控制、积屑瘤的控制 影响积屑瘤形成的主要因素有影响积屑瘤形成的主要因素有零件材料的力学性能零件材料的力学性能、切削速度切削速度和和冷却润滑条件冷却润滑条件等。等。避免和减小积屑瘤的方法：避免和减小积屑瘤的方法：（1 1）用适当的热处理方法（正火或调质处理）提高工件材料的强度和）用适当的热处理方法
48、（正火或调质处理）提高工件材料的强度和硬度，降低塑性。硬度，降低塑性。（2 2）加工时控制切削速度，避开产生积屑瘤的切削速度区。）加工时控制切削速度，避开产生积屑瘤的切削速度区。（3 3）增加刀具前角以减小切削变形，降低切屑接触区压力。）增加刀具前角以减小切削变形，降低切屑接触区压力。（4 4）使用润滑性能良好的切削液，减小摩擦。）使用润滑性能良好的切削液，减小摩擦。三、切削力和切削功率三、切削力和切削功率 金属切削时，刀具切入工件使被切金属层发生变形成为切屑所金属切削时，刀具切入工件使被切金属层发生变形成为切屑所需要的力称为需要的力称为切削力切削力。金属切削时，力来源于两个方面：金属切削时，
49、力来源于两个方面：其一是其一是克服克服在切屑形成过程中工件材料在切屑形成过程中工件材料对对弹性变形和塑性变形的变形抗力弹性变形和塑性变形的变形抗力；其二是其二是克服克服切屑与前刀面和后刀面与工切屑与前刀面和后刀面与工件的件的摩擦阻力摩擦阻力。1 1、切削力的合力及其分力、切削力的合力及其分力（主）切削力（主）切削力F Fc c：背向力背向力F Fp p：进给力进给力F Ff f：222pfcFFFFF Fc c用于计算刀具强度，设计机床零件，确定机床功率等。用于计算刀具强度，设计机床零件，确定机床功率等。在主运动方向上的分力，它垂直于基面，在主运动方向上的分力，它垂直于基面，与切削速度方向一致
50、，又称与切削速度方向一致，又称切向力切向力。F Ff f用于设计机床进给机构和确定进给功率等。用于设计机床进给机构和确定进给功率等。在进给运动方向上的分力，它作用在基面内并与刀具纵向进给方向相在进给运动方向上的分力，它作用在基面内并与刀具纵向进给方向相平行，又称平行，又称轴向力。轴向力。FpFp用来计算工艺系统刚度等。它也是使工件在切削过程中产生振动的力。用来计算工艺系统刚度等。它也是使工件在切削过程中产生振动的力。作用在基面内并与刀具纵向进给方向相垂直，又称作用在基面内并与刀具纵向进给方向相垂直，又称径向力径向力。F F、F FD D、F Ff f、FpFp之间的关系：之间的关系：22222
