1、4金属切削加工的基本知识金属切削加工的基本知识 教学目的和要求：教学目的和要求：（1）了解金属切削运动和切削要素。）了解金属切削运动和切削要素。（2）了解车刀的组成和各角对切削）了解车刀的组成和各角对切削过程的影响。过程的影响。（3）了解切削力的产生与分解，切）了解切削力的产生与分解，切削力对加工的影响，影响切削力的削力对加工的影响，影响切削力的主要因素，切削热的产生、温度分主要因素，切削热的产生、温度分布及减少切削热的措施。布及减少切削热的措施。金属切削加工金属切削加工是利用刀具和工是利用刀具和工件的相对运动，从毛坯上切去多余件的相对运动，从毛坯上切去多余的金属层，从而获得几何形状、尺的金属
2、层，从而获得几何形状、尺寸精度和表面粗糙度都符合要求的寸精度和表面粗糙度都符合要求的机器零件的加工方法。机器零件的加工方法。钳工钳工 机械加工机械加工 特种加工特种加工4-1切削加工运动及切削要素切削加工运动及切削要素 主运动主运动 进给运动进给运动1、主运动、主运动把工件上多余金属切下来的把工件上多余金属切下来的基本运动。消耗功率最多，运动速度最基本运动。消耗功率最多，运动速度最快。快。2、进给运动、进给运动将新的金属层不断投入切将新的金属层不断投入切削，从而完成加工要求所需的运动。削，从而完成加工要求所需的运动。一、一、切削运动切削运动 切削运动方式：切削运动方式：旋转、直线、连续、间旋转
3、、直线、连续、间歇运动；有刀具承担或工件承担歇运动；有刀具承担或工件承担 二、切削用量要素和切削层参数二、切削用量要素和切削层参数 1、切削用量、切削用量（2）进给量）进给量f（3）切削深度）切削深度ap（1）切削速）切削速V2、切削层参数、切削层参数（）切削宽度（）切削宽度awawap/sinKr（）切削厚度（）切削厚度ac ac=fsinKr 指的是工件被切下的金属层沿垂直于主运指的是工件被切下的金属层沿垂直于主运动方向所截取的截面积动方向所截取的截面积 AC=apf=awac (mm2)切削面积的大小，切削面积的大小，反映了切削力的大小反映了切削力的大小当切削力一定时，当切削力一定时，也
4、表示了生产率大小。也表示了生产率大小。（）切削面积（）切削面积Ac 4-车刀的几何形状和刀具材料车刀的几何形状和刀具材料 刀头：刀头：三面三面 二刃二刃 一尖一尖一、车刀的组成一、车刀的组成主剖面主剖面同时垂直于基面和切削平面的同时垂直于基面和切削平面的平面平面。二、车刀切削部分的几何角度二、车刀切削部分的几何角度1、三个辅助、三个辅助面面基面基面垂直于假定主垂直于假定主 运动方向的平面。运动方向的平面。切削平面切削平面与切削刃与切削刃相对并垂直于基面的平相对并垂直于基面的平面。面。1、车刀的几何角度及作用、车刀的几何角度及作用（1）在主剖面上在主剖面上测量测量前角前角和和后角后角 作用作用：
5、前刀面的倾斜程度：前刀面的倾斜程度 影响切屑的形成与流影响切屑的形成与流出的难易程度出的难易程度 切削力的大小及刀具的强度。切削力的大小及刀具的强度。前角前角0 0前刀面与基面的夹角前刀面与基面的夹角塑性材料、刀具韧性好塑性材料、刀具韧性好,精加工，精加工，前角取大些，反之，前角取大些，反之，取小些取小些。高速钢加工钢高速钢加工钢 515 铸铁铸铁 010硬质合金车刀硬质合金车刀:-510前角选取前角选取:工件材料工件材料 刀具材料刀具材料 后角后角0 0主后刀面与切削平面的夹角。主后刀面与切削平面的夹角。一般一般0 0=6=6 1212精加工精加工粗加工粗加工 精加工精加工:10 12作用：
6、作用：减小主后刀面与工件之间的摩擦减小主后刀面与工件之间的摩擦 在基面上测量在基面上测量主偏角主偏角rr和和 副偏副偏角角rr主偏角主偏角rr主刀刃和进给方向在基面上主刀刃和进给方向在基面上 投影的夹角。投影的夹角。Fy=Fxycosr r Fx=Fxysinr r在加工细长轴在加工细长轴(刚性差刚性差)时，取时，取 75或或90一般一般 3060 常用常用45 主刀刃参加工作的长度主刀刃参加工作的长度及切削力的大小及切削力的大小副偏角副偏角rr副刀刃和进给反方向在基面上投影的夹角。影响加工表面粗糙度。一般取影响加工表面粗糙度。一般取510 刃倾角刃倾角s s主刀刃与基面之间的夹角。主刀刃与基
7、面之间的夹角。在切削平面上在切削平面上测量测量刃倾角刃倾角s s刀头的强度和切屑流出的方向。刀头的强度和切屑流出的方向。-5-55 5。刀尖高刀尖高为正值，切屑流向待加工表面为正值，切屑流向待加工表面主刀刃与基面重合时，主刀刃与基面重合时，s s为零。为零。刀尖低刀尖低为负值，切屑流向已加工表面为负值，切屑流向已加工表面三、刀具的材料三、刀具的材料 1 1、刀、刀具材料应具备的性能具材料应具备的性能 高硬度高硬度 足够的强度和韧性足够的强度和韧性 高耐磨高耐磨 高耐热性高耐热性2、常用刀具材料、常用刀具材料 碳素工具钢碳素工具钢 合金工具钢合金工具钢 高速钢高速钢 硬质合金硬质合金高速钢：高速
8、钢：含钨、铬较多的合金工具钢含钨、铬较多的合金工具钢 硬度硬度6370HRC 耐耐500600 常用牌号常用牌号 W18Cr4V 硬质合金硬质合金 由由碳化钨（碳化钨（WC）碳化钛（碳化钛（TiC）和和钴（钴（Co）用粉末冶金方法形成的用粉末冶金方法形成的 特点：特点：硬度硬度 8793热硬性高热硬性高 熔点高熔点高 耐耐8001000 韧性较差、不耐冲击韧性较差、不耐冲击钨钴类（钨钴类（YG）：）：WC+Co 韧性较好韧性较好 应用：应用：加工铸铁、青铜加工铸铁、青铜等等脆性材料脆性材料 常用牌号：常用牌号：YG8、YG6、YG3 粗粗 精精 较脆较耐磨较脆较耐磨 钨钴钛类（钨钴钛类（YT）
9、：）：WC+TiC+Co 应用：应用：加工钢材加工钢材等等韧性材料韧性材料 常用牌号：常用牌号：YT5、YT15、YT30 粗粗 精精4-3 4-3 金属切削过程金属切削过程 金属切削过程实际是切屑的形成过程，把多余金金属切削过程实际是切屑的形成过程，把多余金属从零件毛坯上切削掉。通过刀具的切削刃和前属从零件毛坯上切削掉。通过刀具的切削刃和前刀面对金属工件的切削层产生一种挤压力。使切刀面对金属工件的切削层产生一种挤压力。使切削层变成切屑并与工件分离，从而获得形状、尺削层变成切屑并与工件分离，从而获得形状、尺寸、精度及表面质量都符合要求的零件。寸、精度及表面质量都符合要求的零件。1.1.切屑的形
10、成过程切屑的形成过程 1 1）挤压阶段：）挤压阶段：材料局部产生弹性形材料局部产生弹性形 2 2）滑移阶段：）滑移阶段：金属晶格彼此之间沿着一定的晶金属晶格彼此之间沿着一定的晶面和晶向做相对移动面和晶向做相对移动 3 3）挤裂和切离阶段：）挤裂和切离阶段：被切层沿着挤裂角的方向被切层沿着挤裂角的方向产生裂纹，被切金属层与工件分离形成屑片产生裂纹，被切金属层与工件分离形成屑片一、切屑形成过程及种类一、切屑形成过程及种类 总之，金属切削过程，就其本质总之，金属切削过程，就其本质来说，是被切削金属层在来说，是被切削金属层在刀具切刀具切削刃和前刀面削刃和前刀面的作用下。经受的作用下。经受挤挤压而产生剪
11、切滑移变形压而产生剪切滑移变形的过程。的过程。切屑的种类切屑的种类 1 1）带状切屑）带状切屑 0 0、VV、ff 加工塑性材料加工塑性材料 切削中产生的力和热均较小切削中产生的力和热均较小,切削平稳，表面粗糙度值切削平稳，表面粗糙度值较小。较小。2 2）节状切屑）节状切屑 粗加工、中等硬度材粗加工、中等硬度材料，料，VfVf时由于切削力波动较大，工时由于切削力波动较大，工件表面较粗糙。件表面较粗糙。3）崩碎切屑）崩碎切屑 加工脆性材料，弹性变形、加工脆性材料，弹性变形、挤裂和切离三个阶段挤裂和切离三个阶段 振动振动 切削力增大切削力增大 工件表面粗糙工件表面粗糙 产生产生：材料的变形材料的变
12、形 刀具与工件摩擦刀具与工件摩擦 刀具与切屑之间的摩擦刀具与切屑之间的摩擦二、切削力二、切削力1切削力的产生和分解切削力的产生和分解吃刀抗力吃刀抗力Fy(Fp)主切削力主切削力Fz(Fc)走刀抗力走刀抗力Fx(Ff)Fy=Fxycosr Fx=Fxysinr 2影响切削力的因素影响切削力的因素 工件材料工件材料 成分成分 组织组织 性能性能 bHB变形抗力变形抗力Fz 变形抗力变形抗力Fz 切削用量切削用量 ap f ap、fFz ap一倍（一倍（f不变）不变）Fz一倍一倍 ；f一倍一倍（ap不变）不变）Fz75%75%刀具角度刀具角度 0 0 r r 0 0刃口锋锐，切屑变形小刃口锋锐，切屑
13、变形小Fz r rFy 0 0 摩檫摩檫Fz 三、切削热和切削液三、切削热和切削液 1 1切削热的产生、传出及其对加工的影响切削热的产生、传出及其对加工的影响 产生：切削层金属发生弹性变形和塑性变形、产生：切削层金属发生弹性变形和塑性变形、切屑与前刀面摩檫、工件与后刀面摩檫切屑与前刀面摩檫、工件与后刀面摩檫 传出：切屑、工件、刀具及周围介质。影响传出传出：切屑、工件、刀具及周围介质。影响传出的主要因素是工件的主要因素是工件和刀具的材料的导热系数及周和刀具的材料的导热系数及周围介质的状况围介质的状况 铜、铝合金切削区温度低，刀具耐磨，室铜、铝合金切削区温度低，刀具耐磨，室温测量，工件超差；温测量
14、，工件超差；不锈钢、钛合金切削区温度高，刀具易磨不锈钢、钛合金切削区温度高，刀具易磨损，注切削液。损，注切削液。如；用高速钢刀车削钢件时如；用高速钢刀车削钢件时 5086%切屑，切屑，4010%车刀，车刀，93%工件，工件，1%介质介质 钻削时钻削时 28%切屑，切屑，14.5%刀具，刀具，52.5%工件，工件，5%介质介质切削热切削热 刀具磨损刀具磨损 工件变形工件变形 尺寸超差尺寸超差 2 切削温度及其影响因素切削温度及其影响因素 切削温度切削温度一般是指切削区的平均温度一般是指切削区的平均温度 3切削液切削液 减少切削热的产生和增加切削热的散发，减少切削热的产生和增加切削热的散发，除合理
15、选用切削用量、刀具材料及刀具几除合理选用切削用量、刀具材料及刀具几何角度等以外，还要合理选用切削液。何角度等以外，还要合理选用切削液。切削液的作用：切削液的作用：能吸收、带走大量能吸收、带走大量切削热切削热冷却冷却；能渗入刀具能渗入刀具工件、切屑接触面工件、切屑接触面润滑润滑摩檫摩檫；防锈、清洗防锈、清洗表面质量表面质量 切削液的种类：切削液的种类：水溶液：水溶液：水与防锈剂或活性剂水与防锈剂或活性剂 主要作用冷却，主要作用冷却，用于磨削。用于磨削。乳化液：乳化液：乳化油同水稀释而成乳化油同水稀释而成 低浓度低浓度粗车、粗车、磨削；高浓度精车、钻孔、铣削。磨削；高浓度精车、钻孔、铣削。切削油：
16、切削油：矿物油、动物植物油矿物油、动物植物油 主要用于润滑，主要用于润滑，降低粗糙度，用于低速精加工。降低粗糙度，用于低速精加工。四四.刀具磨损和耐用度刀具磨损和耐用度刀具磨损的形式有：刀具磨损的形式有：后刀面磨损后刀面磨损 前刀面磨损前刀面磨损 前后刀面磨损前后刀面磨损 刀具磨损三个阶段：刀具磨损三个阶段：初期磨损初期磨损 正常磨损正常磨损 剧烈磨损剧烈磨损刀具耐用度刀具耐用度是两次刃磨之间实际切削的是两次刃磨之间实际切削的时间时间。以符号。以符号t代表，单位：秒代表，单位：秒硬质合金焊接车刀硬质合金焊接车刀 t=3600S高速钢钻头高速钢钻头 t=48007200S硬质合金端铣刀硬质合金端
17、铣刀 t=720010800S齿轮刀具齿轮刀具 t=1200018000S刀具寿命：刀具寿命：刀具耐用度刀具耐用度磨刀次数磨刀次数五五.材料的可切削性材料的可切削性材料的可切削性材料的可切削性在一定的生产条在一定的生产条件下，材料被切削加工的难易程度。件下，材料被切削加工的难易程度。评定指标评定指标（1）一定刀具耐用度下的切削速）一定刀具耐用度下的切削速度度 vT（2）材料的相对加工性）材料的相对加工性 Kr（3）已加工表面的质量）已加工表面的质量（4）切屑控制或断屑的难易程度）切屑控制或断屑的难易程度（5）切削力）切削力良好的可切削性：良好的可切削性：刀具不易磨损刀具不易磨损或在一定的耐用度
18、下允许的在一定的耐用度下允许的切削切削速度高速度高；表面粗糙度较低表面粗糙度较低；切除单位体积金属所切除单位体积金属所消耗的功少消耗的功少；切屑易控制切屑易控制、易断屑易断屑。一般有色金属加工性好，最差的是某些钛合金、一般有色金属加工性好，最差的是某些钛合金、铸造镍基高温合金铸造镍基高温合金 改善材料切削加工性的主要途径：改善材料切削加工性的主要途径：材料的使用要求，经常与其切削加工性材料的使用要求，经常与其切削加工性发生矛盾。发生矛盾。影响材料切削加工性的主要影响材料切削加工性的主要因素是其因素是其物理、力学性能。如：材料的物理、力学性能。如：材料的导热性导热性、强度强度和和硬度硬度、塑性塑
19、性等。在保证等。在保证零件使用性能的前提下，可通过各种途零件使用性能的前提下，可通过各种途径来改善材料的切削加工性。径来改善材料的切削加工性。调整化学成分调整化学成分 钢钢硫、铅；硫、铅；铜合金铜合金铅；铅；铝合金铝合金锌、镁；锌、镁；低碳钢低碳钢硫、磷硫、磷。进行热处理进行热处理 高碳钢高碳钢球化退化；球化退化；低碳钢低碳钢正火；正火；铸铁件铸铁件退火；退火；白口铸铁白口铸铁9501000长时间退火长时间退火可锻可锻铸铁。铸铁。1.车削细长轴时，应选择多大的主偏角车刀为宜？车削细长轴时，应选择多大的主偏角车刀为宜？为什么？为什么？2.说明切削热的主要来源，如何传出的？切削热说明切削热的主要来源，如何传出的？切削热对刀具和工件各有什么影响？对刀具和工件各有什么影响？3.画图说明刀具磨损有几个阶段画图说明刀具磨损有几个阶段5.试比较说明下列材料的铸造性能、可锻性、可试比较说明下列材料的铸造性能、可锻性、可焊性及切削加工性。焊性及切削加工性。20钢、灰口铸铁、钢、灰口铸铁、45钢、钢、T104.为什么说减小车刀副偏角可以降低工件表面的为什么说减小车刀副偏角可以降低工件表面的粗糙度？粗糙度？
