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1、第二章金属切削的基本知识,2,金属切削加工,钳工,机械加工,手持工具加工，加工方法有划线、錾、锯、刮、研、攻螺丝、套螺丝等,通过操作机床来完成切削加工的，如车、钻、刨、磨、齿轮加工等,切削加工是使用切削工具(刀具、磨具和磨料)在工具和工件的相对运动中，把工件上多余的材料层切除，获得工件设计的几何参数(形状、尺寸、位置)和表面质量的加工方法。,3,第一章 金属切削的基础知识,一、零件表面的形成,第一节 切削运动及切削要素,以直线或曲线为母线、以圆或直线为轨迹作运动所形成的表面,4,二、切削运动,为了形成零件表面形状，刀具与工件之间的相对运动,1. 主运动：,切下切屑最主要的运动,特点：,在整个运
2、动系统中 速度最高、消耗的功率最大。主运动只有一个。,2. 进给运动：,使金属层不断投入切削，加工出完整表面所需的运动,特点：,速度低、消耗的功率小。有一个或多个。,5,3. 零件上的三个表面,已加工表面,加工表面,待加工表面,6,三、切削要素,1. 切削用量三要素,1）切削速度（v）,在单位时间内，工件或刀具沿主运动方向的相对位移,m/s,旋转运动：,（m/s）,往复直线运动：,（m/s）,7,2）进给量(f) (mm),在单位时间内（主运动的一个循环内），刀具或工件沿进给运动方向的相对位移。,单位时间的进给量 进给速度(vf),(mm/s),3）切削深度(ap),(mm),(mm),8,2
3、. 切削层几何参数,切削层 指工件上正在被切削刃切削的那一层金属,即两个相邻加工表面之间的那一层金属,1)切削厚度(ac) (mm),两相邻加工表面之间的垂直距离,(mm),2)切削宽度(aw) (mm),沿主刀刃度量的切削层的长度,(mm),3)切削面积(AC) (mm2),(mm2),9,第二节 刀具材料及刀具构造,刀具的组成,切削部分（刀头）,夹持部分(刀体),前刀面：,主后刀面：,副后刀面：,主刀刃,副刀刃,刀尖,切屑流出所经过的表面,刀具上与工件的加工表面相对的表面,刀具上与工件的已加工表面相对的表面,夹持部分(刀体),切削部分(刀头),前刀面,主后刀面,副后刀面,主刀刃,副刀刃,刀
4、尖,10,一、刀具材料,1. 对刀具材料的基本要求, 较高的硬度。,一般要求在HRC60以上。, 有足够的强度和韧性。, 有较好的耐磨性。, 较高的耐热性。, 有较好的工艺性。,11,2. 常用刀具材料, 碳素工具钢,C= 0.71.4%；T8、T10、T10A、T12等,特点,a. 淬火后硬度高；,HRC6165,b. 价格低；,.耐热温度低；,.淬火后应力、变形大。,250300,应用：速度低、形状简单的手动工具。如锉刀、锯条等,12, 合金工具钢,Me5% ； 9SiCr、CrWMn等,HRC6168,耐热温度 350400,应用：速度低、形状复杂的工具。如绞刀、板牙、丝锥等, 高速钢,
5、高合金钢,W=620%；Cr=3.84.4%；V=1.04%,HRC6269,耐热温度 600,应用：各种形状复杂的刀具 如钻头、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其他成形刀具,13, 硬质合金,碳化物+粘结剂粉末冶金,碳化物：WC、TiC、TaC、NbC,粘结剂：Co,HRC7684,耐热温度 1000,允许的切削速度是高速钢的410倍, 钨钴类(YG)：WC+Co,韧性好、硬度低，切削韧性材料时耐磨性较差,适于加工铸铁、青铜等脆性材料和粗加工, 钨钴钛类(YT)：WC+TiC+Co,硬度高、耐磨性好、耐热性好，但韧性较差,适于加工韧性材料和精加工,14, 陶瓷材料,主要成分是Al2O3,HRC9394
6、,耐热温度 12001450,主要用于加工半精加工和精加工高硬度、高强度钢及冷硬铸铁等材料,人造金刚石、立方氮化硼等刀具材料,15,二、刀具角度,1. 刀具静止参考系, 基面,过主刀刃上一点，与该点切削速度方向相垂直的平面, 切削平面,过主刀刃上一点，与该点加工表面相切的平面,切削平面, 正交平面,正交平面,过主刀刃上一点，与主刀刃在基面上的投影相垂直的平面,16,17,2. 刀具切削部分的主要角度,po-po,正交平面,1) 前角(0),前刀面和基面之间的夹角,在正交平面内度量,0,2）后角(0),主后刀面和切削平面之间的夹角,在正交平面内度量,0,3）主偏角(kr),4）副偏角(kr),k
7、r,Kr,在基面内度量,18,5）刃倾角（S）,主切削刃与基面之间的夹角。,在切削平面内度量,影响刀头的强度、切削分力和排屑方向,选择：,粗加工：可取零或负（ S =0、- S ）,精加工：取 正（+S ）,19,刀具角度对切削的影响,1) 前角0,影响刃口的锋利程度及切屑的变形,选择：,加工塑性材料和精加工取大前角( 0),加工脆性材料和粗加工取小前角(0),0：,a .刃口锋利，切屑变形小,b .切削力减小，切削轻快，表面质量好,c .易磨损或崩刃，不耐用,20,2）后角0,减少刀具后刀面与已加工表面间的摩擦,a .刃利，减少摩擦,b .减小刀具的磨损，使刀具耐用,c .提高工件的加工精度
8、和表面质量,0：,选择：,加工塑性材料和精加工取大后角(0),加工脆性材料和粗加工取小后角(0),后角( 0)只能是正的,精加工： 0=80120,粗加工： 0=4080,21,3）主偏角kr,4）副偏角kr ,副偏角对残留面积的影响,主偏角对残留面积的影响,影响切削层的形状和切削分力,影响已加工表面的粗糙度,Kr：Ra，耐用度。过小易引起摩擦和振动，降低表面质量,kr：ap、f 不变、aw、ac、主切削刃单位长度上的负荷减少，刀具耐用,22,刀具的结构形式,整体式,焊接式,机夹不重磨式,多为高速钢车刀，其结构简单，制造、使用都方便,不需焊接和刃磨，避免了焊接和刃磨引起的缺陷，保持了硬质合金的
9、原有性能，提高了刀具的耐用度,结构简单、紧凑、刚性好，可磨出各种所需角度，应用广泛,三、刀具结构,23,常见刀具的结构形式,24,3. 刀具的工作角度,车外圆时车刀安装的高低，对前角、后角有影响,车外圆时车刀安装的偏斜，对主偏角、副偏角有影响,25,第三节 金属切削过程,金属材料在刀具的作用下变形、分离的过程,一、切屑的形成过程及切屑的种类,1. 切屑形成过程,切削层金属,弹性变形,塑性变形,挤裂,切离,切屑,受到刀具前刀面的推挤后产生弹性变形,随着切应力、切应变逐渐增大，达到其屈服强度时，产生塑性变形而滑移,刀具继续切入时，材料内部的应力、应变继续增大，当切应力达到其断裂强度时，金属材料被挤
10、裂,沿刀具前刀面流出,26,2. 切屑的种类,1) 带状切屑,用较大的0 、 较高的v、较小的f加工塑性材料时易见,2) 节状切屑,用较小的0 、较低的v 、较大的f、粗加工中等硬度的塑性材料时易见,3) 崩碎状切屑,切削黄铜或铸铁等脆性材料时易见,27,控制切削条件，使切屑形态向有利于生产的方面转化，可保证切削加工的顺利进行,前角,切削速度,进给量,有利于,使粒状切屑、节状切屑向带状切屑转化,使切削过程平稳,降低加工表面粗造度数值,28,二、积屑瘤,在一定的切削速度下切削塑性材料时，常发现在刀具前刀面上靠近刀刃的部位粘附着一小块很硬的金属，即积屑瘤,1. 积屑瘤的形成,1) 积屑瘤的形成过程
11、, 工件材料：塑性材料, 刀具角度：0偏小, 切削速度：中等(1050m/min)，温度约300, 冷却条件：不加切削液,29,2. 积屑瘤对加工过程的影响,有利,0 增大，切削轻快,替代切削刃切削，保护刀具,所以：粗加工时可以利用,不利, 积屑瘤不稳定，易引起振动，Ra, 引起ap的变化，尺寸精度,所以：精加工时应尽量避免,30,3. 积屑瘤的控制,主要影响因素,工件材料的塑性,切削速度,刀具前角,冷却润滑条件,控制措施,避免在中温、用中速加工塑性材料,增大前角减小切削变形,利用切削液减少或消除积屑瘤,对工件进行正火、调质处理，降低 ,31,三、切削力和切削功率,1. 切削力的构成与分解,1
12、) 切削力的构成, 材料的变形抗力, 切屑、工件表面与刀具的摩擦力,2) 切削力的分解,主切削力Fc：在切削速度方向上的分力，约占合力的8590%,背向力Fp：在切削深度方向上的分力，与切深方向相反,进给力Ff：在进给方向上的分力，与进给方向相反,32,2. 切削力的估算,影响切削力的因素, 工件材料：、HB、k，则F, 切削用量：ap、f，则F, 刀具角度： 0，F；kr，则Fp、Fc, 冷却条件：加切削液，F,（N）,切削力的估算,3. 切削功率,(W),33,四、切削热和切削温度,1. 切削热的来源、传散及对加工的影响,1) 切削热的来源,a . 切屑变形所产生的热，是主要来源,b .
13、切屑与前刀面之间的摩擦热,c . 工件与后刀面之间的摩擦热,由切屑、工件、刀具、介质传出,2) 切削热的传散,3) 对加工的影响,a . 传入切屑及介质中的热量越多，有利,b . 传入工件及刀具中的热量越少，有利,34,2. 切削温度及其影响因素,切削温度：切削区(切屑、工件、刀具接触区)的平均温度,影响切削温度的因素：, 工件材料：, 刀具, 冷却条件：加切削液，切削温度降低,0、kr，则t, 切削用量：v、f、ap，则t,材料的导热性，则t,、HB、k，则t,材料的导热性，则t,35,五、刀具磨损和刀具耐用度,1. 刀具磨损,1) 刀具磨损形式, 后刀面磨损, 前刀面磨损, 前后刀面同时磨
14、损,一般用后刀面的磨损高度VB表示刀具的磨损程度,2) 刀具的磨损过程,VB,t,O,A,B,C, 初期磨损阶段(OA), 正常磨损阶段(AB), 急剧磨损阶段(BC),最好在刀具正常磨损阶段后期，急剧磨损阶段之前刃磨,36, 工件材料：强度、硬度越高、导热性愈差，刀具磨损愈快, 刀具, 冷却条件：合理使用切削液，可提高刀具耐用度,a.角度： 增大 0 、0，可减小刀具磨损,b.材料：耐磨、耐热性愈好，不易磨损,2.影响刀具磨损的因素, 切削用量愈大， 刀具磨损加剧,3. 刀具耐用度（T）,指刀具由开始切削到磨钝为止的实际切削总时间,即刀具在两次刃磨之间的实际切削总时间,37,第四节 提高切削
15、效益的途径,一、切削加工主要经济指标,1. 产品质量,1) 精度, 尺寸精度, 形状精度, 位置精度,2) 表面质量, 表面粗糙度, 已加工表面的加工硬化和剩余应力,加工硬化：工件表层金属在形成已加工表面的过程中经过强烈的塑性变形，使其晶粒伸长、扭曲和破碎而被强化的现象,38,2.生产率,常以单位时间内生产零件的数量来表示,提高生产率的主要途径,尽可能采用先进的毛坯制造工艺，减小加工余量,合理地选择切削用量,尽可能采用先进的工、夹、量具,尽可能采用先进的机床设备及自动化控制系统,3.经济性,使用价值一定，投入最小；或投入一定，使用价值最大,投入最少，工艺最简单，产出最大,39,三、切削液的选用
16、,1) 切削液的作用,a.冷却作用,b.润滑作用,c.洗涤与排屑作用,d.防锈作用,2) 切削液的种类,b.乳化液：乳化油+水+防锈剂,切削油：矿物油,a.水溶液：肥皂水或苏打水+防锈剂,水基：冷却,油基：润滑,3) 切削液的选用,粗加工：以冷却为主,如水溶液、低浓度的乳化液等,精加工：以润滑为主,如高浓度的乳化液、切削油等,40,四、材料切削加工性的改善,材料的切削加工性是指材料被切削加工的难易程度,1.材料切削加工性的衡量指标,一定刀具耐用度T下的切削速度T ： T,相对加工性Kr,已加工表面质量：易获好的表面的,切屑的控制或断屑的难易：易,切削力：小,Kr1,41,2.改善材料切削加工性的主要途径,1) 调整材料的化学成分,2) 热处理,在钢中加入 S、Pb 等元素，可有效的改善材料的切削加工性“易切削钢”,高碳钢退火,低碳钢正火,铸铁件退火,3) 刀具材料,4) 加工方法的选择,加热切削、低温切削、振动切削,42,谢谢,
