鄭州大學(xué),金屬切削原理 要點(diǎn)

1、金屬切削原理要點(diǎn)講解第一章：基本定義n切削運(yùn)動：主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動，主運(yùn)動通常只 有一個(gè) n工件上的加工表面 ：待加工表面、加工(過渡）表面、已加工表面n切削用量：切削速度v、進(jìn)給量f、背吃刀量apn刀具幾何參數(shù)及其標(biāo)注刀具幾何角度標(biāo)注n刀具標(biāo)注角度換算：tann=tano coss cotn=coto cossn切削層參數(shù)：切削厚度ac 、切削寬度aw、切削面積Ac。Ac= ac x aw=f x apn自由切削：只有一條直線切削刃參加切削工作。n直角切削：主切削刃刃傾角s=0。第二章：刀具材料1.1.刀具材料應(yīng)具備的性能：刀具材料應(yīng)具備的性能：n高的高的硬度硬度和和耐磨性耐磨性n足夠的足夠的

2、強(qiáng)度強(qiáng)度和和韌性韌性n高的高的耐熱性耐熱性n良好的良好的熱物理性能熱物理性能和和耐熱沖擊性能耐熱沖擊性能n良好的良好的工藝性工藝性n經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性高速鋼n它是一種加入較多它是一種加入較多鎢、鉬、鉻、釩鎢、鉬、鉻、釩等合金元素等合金元素的高合金鋼。的高合金鋼。n特點(diǎn)：熱處理后硬度可達(dá)特點(diǎn)：熱處理后硬度可達(dá)6266HRC, 抗彎強(qiáng)抗彎強(qiáng)度約度約3.3GPa，有較高的熱穩(wěn)定性、耐磨性，有較高的熱穩(wěn)定性、耐磨性 、耐熱性。切削溫度在耐熱性。切削溫度在500650時(shí)仍能進(jìn)行時(shí)仍能進(jìn)行切削。切削。n通用型高速鋼通用型高速鋼 1、鎢鋼： W18Cr4V。含W 18%、Cr 4%、V 1%。有較好的綜合性能，

3、在600時(shí)其高溫硬度為HRC48.5，刃磨和熱處理工藝控制較方便，可以制造各種復(fù)雜刀具。2、鎢鉬鋼 碳化物分布細(xì)小、均勻，機(jī)械性能良好，抗彎強(qiáng)度比W18Cr4V高10%15%，韌性高50%60%?？勺龀叽巛^大、承受沖擊力較大的刀具；熱塑性特別好， 更適用于制造熱軋鉆頭等；磨加工性也好n高性能高速鋼高性能高速鋼 在通用型高速鋼的基礎(chǔ)上再增加一些含碳量、 含釩量及添加鈷、鋁等合金元素。 在630650時(shí)仍可保持HRC 60的硬度，具有更好的切削性能，耐用度較通用型高速鋼高1.53倍。 典型牌號有高碳高速鋼9W18Cr4V、高釩高速鋼W6Mo5Cr4V3、 鈷高速鋼W6MoCr4V2Co8、 超硬高

4、速鋼W2Mo9Cr4VCo8等硬質(zhì)合金n硬質(zhì)合金由難熔金屬碳化物(如WC、TiC)和金屬粘結(jié)劑(如Co)經(jīng)粉末冶金法制成。 n特點(diǎn)：硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性、 耐熱性都很高。 硬度可達(dá)HRA 8993，在8001000還能承擔(dān)切削， 耐用度較高速鋼高幾十倍。當(dāng)耐用度相同時(shí)，切削速度可提高410倍。強(qiáng)度和韌性小于高速鋼，僅為0.91.5 GPa(90150 kgfmm)、工藝性差，切削時(shí)不能承受大的振動和沖擊負(fù)荷。硬質(zhì)合金n1、WC-Co類硬質(zhì)合金（類硬質(zhì)合金（YG） K類類n由WC和Co組成。n牌號：YG6、 YG8、 YG3X、YG6X，含鈷少時(shí)硬度高，耐熱、耐磨性好，但脆性增加。反之抗彎強(qiáng)度

5、和沖擊韌度高。n特點(diǎn)：細(xì)晶粒硬質(zhì)合金在含鈷量相同時(shí)比中晶粒的硬度、耐磨性要高些，但抗彎強(qiáng)度、韌性則低些。 n應(yīng)用：較適于加工短切屑的硬、脆鑄鐵、有色金屬和非金屬材料。含鈷量高的用于粗加工。2、WC-TiC-Co類硬質(zhì)合金（類硬質(zhì)合金（YT）P類類n除WC外，還含5%30%的TiC。硬度和耐磨性提高， 但抗彎強(qiáng)度，特別是沖擊韌性顯著降低。n牌號：有YT5、 YT14、YT15、YT30等，n特點(diǎn)：此類合金有較高的硬度和耐磨性，特別有高的耐熱性，抗粘結(jié)擴(kuò)散能力和抗氧化能力好；但抗彎強(qiáng)度、磨削性和導(dǎo)熱系數(shù)下降，低溫脆性大、韌性差。n應(yīng)用：適于加工鋼料。不宜用于加工不銹鋼和鈦合金。因YT中的鈦元素和工

6、件中的鈦元素之間的親合力會產(chǎn)生嚴(yán)重粘刀現(xiàn)象， 在高溫切削及摩擦系數(shù)大的情況下會加劇刀具磨損。3、WC-TiC-TaCCo類硬質(zhì)合金（類硬質(zhì)合金（YW）M類類n在YT類中加入TaC(NbC)，可提高其抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性、高溫硬度和抗氧化能力、耐磨性等。n常用的牌號有YW1和YW2。n應(yīng)用：既可用于加工鑄鐵及有色金屬，也可加工鋼。因而又有通用硬質(zhì)合金之稱。含鈷量高時(shí)強(qiáng)度和沖擊韌度高，可用于粗加工和斷續(xù)切削；含鈷量低，耐磨性、耐熱性好，用于半精加工和精加工。4、TiC基硬質(zhì)合金基硬質(zhì)合金 （N）n以TiC為主要成分用Ni和Mo作粘結(jié)劑的TiCNiMo合金n特點(diǎn)：硬度高，高耐磨性，較高的耐熱

7、性和抗氧化能力，化學(xué)穩(wěn)定性好，抗粘結(jié)能力強(qiáng)，刀具耐用度高。n應(yīng)用：可以加工鋼和鑄鐵，主要用于鋼連續(xù)表面的精加工和半精加工其他n涂層刀具（TiC 、 TiN等）n陶瓷刀具：以氧化鋁（Al2O3）或以氮化硅（Si3N4）為基體n金剛石：不適于加工鋼鐵材料（C和鐵有很強(qiáng)的化學(xué)親和力，在高溫下鐵原子容易與碳原子作用而轉(zhuǎn)化為石墨結(jié)構(gòu)）n立方氮化硼第三章 金屬切削變形過程n始滑移線始滑移線OA、終滑移線、終滑移線OMn剪切面與切削速度之夾角叫剪切面與切削速度之夾角叫剪切角剪切角，以，以 表示。表示。n切削變形程度表示方法：切削變形程度表示方法：剪切角剪切角 、剪應(yīng)變剪應(yīng)變 變形系數(shù)變形系數(shù) n李和謝弗公式

8、：李和謝弗公式： 前角前角 o o 增大時(shí)，增大時(shí)， 增大，變形減小。增大，變形減小。 摩擦角摩擦角 增大時(shí)，增大時(shí)， 減小，變形增大。減小，變形增大。積屑瘤n產(chǎn)生原因： a.切削速度不高，切削鋼料或塑性材料 b.達(dá)到一定的溫度和壓力 c.發(fā)生粘結(jié)，形成冷焊。n對切削過程的影響 a.實(shí)際前角增大 b.增大切削厚度 c.使工件表面粗糙度增大 d.對刀具耐用度的影響 n防止辦法： a.降低切削速度，使溫度降低，使粘結(jié)現(xiàn)象不易發(fā)生 b.采用高速切削 c.采用潤滑性能好的切削液，減小摩擦 d.增大刀具前角，以減小刀屑接觸區(qū)壓力 f .適當(dāng)提高工件材料硬度，減少加工硬化傾向n切屑類型：帶狀切屑、擠裂切屑

9、、單元切屑、崩碎切屑n卷屑槽形狀：直線圓弧型、直線型、全圓弧型。第四章 切削力切除單位切削層面積的主切削力切除單位切削層面積的主切削力cwzpzczaaFfaFAFpn影響切削力的因素 1、被加工材料的影響（強(qiáng)度、硬度） 2、切削用量的影響（v、f、ap） 3、刀具幾何參數(shù)的影響(前角、負(fù)倒楞、主偏角、刀尖圓弧半徑、刃傾角) 4、刀具材料的影響（陶瓷硬質(zhì)合金高速鋼） 5、切削液的影響 6、刀具磨損的影響：前刀面上磨損前角增大力減?。缓蟮睹婺p刀具工件接觸面積增大力增大第五章 切削熱和切削溫度n切削溫度：一般指前刀面與切屑接觸區(qū)域的平均溫度n影響切削溫度的因素 1、切削用量的影響（v影響最大，f

10、次之，ap最?。?2、刀具幾何參數(shù)的影響（前角、主偏角、負(fù)倒棱） 3、工件材料的影響 4、刀具磨損的影響 5、切削液的影響第六章 刀具磨損、破損和耐用度n刀具磨損形態(tài)：前刀面磨損、后刀面磨損、邊界磨損n刀具磨損的原因：1、硬質(zhì)點(diǎn)磨損： 各種切速下均存在，低速各種切速下均存在，低速 下刀具磨損主要原因下刀具磨損主要原因2、粘結(jié)磨損 ： 冷焊冷焊3、擴(kuò)散磨損： 高溫下發(fā)生高溫下發(fā)生4、化學(xué)磨損n刀具磨損過程：初期磨損階段、正常磨損階段、急劇磨損階段刀具磨損過程初期磨損后刀面磨損量VB正常磨損急劇磨損切削時(shí)間n刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)：刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用，這個(gè)磨損限度成為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。n國際標(biāo)準(zhǔn)ISO

11、統(tǒng)一規(guī)定：以1/2背吃刀量處后刀面測定的磨損帶寬度VB作為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。n刀具耐用度：由刃磨后開始切削，一直到磨損量達(dá)到刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所經(jīng)過的總切削時(shí)間。n合理的耐用度選用原則。第七章 工件材料切削加工性n切削加工性：指在一定切削條件下，對工件材料進(jìn)行切削加工的難易程度。 切削加工性是相對的 常以b0.637GPa(60 kgfmin)的45鋼的V60作為基準(zhǔn)，寫作(V60)j，其它被切材料的V60與之相比，則得相對加工性Kv為 j)(6060VVKvn影響工件切削加工性的因素a.工件材料硬度的影響b.工件材料強(qiáng)度c.工件材料塑性韌性d.工件材料導(dǎo)熱系數(shù)e.化學(xué)成分f.金相組織g.切削條件n改善切削

12、加工性的途徑 調(diào)整工件材料的化學(xué)成分 通過熱處理改變工件材料金相組織和力學(xué)性能第八章 切削液n切削液主要作用：潤滑、冷卻、洗滌、防銹n切削液添加劑： 油性添加劑、極壓添加劑、表面活性劑第九章 已加工表面質(zhì)量n1、已加工表面質(zhì)量的內(nèi)容及評定加工質(zhì)量的標(biāo)志：表面粗糙度、表面層的加工硬化程度及硬化層深度、表面層金屬組織的變化情況、殘余應(yīng)力的大小及性質(zhì).n2、表面粗糙度產(chǎn)生的原因：殘留面積高度、積屑瘤、鱗刺、切削過程中的變形、刀具的邊界磨損、刀刃與工件相對位置變動。n3、加工硬化的產(chǎn)生及度量：硬化程度N及硬化層深度hdn4、殘余應(yīng)力的產(chǎn)生原因：機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力、相變第十章 刀具合理幾何參數(shù)的選擇n前角

13、的功用：前角的大小決定著切削刃的鋒利程度和強(qiáng)固程度n前角的選擇：1.刀具材料的強(qiáng)度及韌性較高時(shí)可選擇較大的前角2.加工塑性材料時(shí)大前角，脆性材料時(shí)小前角。3.工件材料強(qiáng)度硬度小時(shí)選大前角，強(qiáng)度硬度大時(shí)取小前角4.硬質(zhì)合金加工輕度很大的鋼料時(shí)，取負(fù)前角5.粗加工時(shí)小前角，精加工時(shí)大前角 n后角作用：1.減小切削過程中后刀面與加工表面之間的摩擦 2.影響刀具耐用度n后角選擇：1.切削厚度小時(shí)，取大后角，切削厚度大時(shí)取小后角。2.工件材料強(qiáng)度硬度高時(shí)，取小后角。3.工藝系統(tǒng)剛性差時(shí)減小后角。4.尺寸精度要求高的刀具選小后角。n刃傾角的作用：1.控制切屑流出方向2.影響刀頭強(qiáng)度及斷續(xù)切削時(shí)切削刃上受沖

14、擊的位置3.影響切削刃鋒利程度4.影響切削分力的大小。第十一章 切削用量的制定n從刀具耐用度出發(fā)：首先采用最大的背吃刀量，再選用大的進(jìn)給量，然后根據(jù)確定的刀具耐用度選擇切削速度。第十二章 磨削n砂輪磨料的粒度：磨料顆粒的尺寸大小。粒度號越大，砂輪磨料的粒度：磨料顆粒的尺寸大小。粒度號越大，顆粒尺寸越小。顆粒尺寸越小。n砂輪粒度的選擇原則：砂輪粒度的選擇原則：1、精磨時(shí)，選用磨粒粒度號較大或顆粒直徑較小的砂、精磨時(shí)，選用磨粒粒度號較大或顆粒直徑較小的砂輪，以減小已加工表面粗糙度。輪，以減小已加工表面粗糙度。2、粗磨時(shí)，選用磨粒粒度號較小或顆粒較粗的砂輪，、粗磨時(shí)，選用磨粒粒度號較小或顆粒較粗的砂輪，以提高磨削生產(chǎn)率。以提高磨削生產(chǎn)率。3、砂輪速度較高時(shí)，砂輪與工件接觸面積大時(shí)，選用、砂輪速度較高時(shí)，砂輪與工件接觸面積大時(shí)，選用顆粒較粗的砂輪。顆粒較粗的砂輪。4、磨削軟而韌的金屬時(shí)，用粗砂輪；磨削硬而脆的金、磨削軟而韌的金屬時(shí)，用粗砂輪；磨削硬而脆的金屬時(shí)，選用細(xì)砂輪。屬時(shí)，選用細(xì)砂輪。n砂輪硬度的選擇原則：砂輪硬度的選擇原則：1、工件材料越硬，應(yīng)選用越