成形工藝基礎(chǔ)切削工藝知識講解

成形工藝基礎(chǔ)-切削11金屬工

藝學(xué)

(下冊)

第五篇

切削工藝知識成形工藝基礎(chǔ)-切削12

切削:利用切削工具從工件上切除多余材料的加工方法。

GB4863-85規(guī)定：切屑加工（定義同上）；

切削加工=鉗工+機械加工

機械加工—利用機械力對各種工件進(jìn)行加工的方法。機械加工的方法許多：車、鉆、銑、刨和磨等多種，但它們在切削運動、切削刀具、切削過程的物理實質(zhì)等方面都有著共同的現(xiàn)象和規(guī)律。成形工藝基礎(chǔ)-切削13第一章金屬切削的基礎(chǔ)知識

§1切削運動與切削要素

一、零件表面的形成零件表面的組成有：基本表面平面、外、內(nèi)圓面；成形面：溝、槽、螺紋及齒面等

二、切削運動

1.三個表面成形工藝基礎(chǔ)-切削14

在切削加工過程中，工件上存在三個不斷變化的表面，即：已加工表面、待加工表面和過渡表面。

1)待加工表面工件上即將切去切屑的表面。

2)已加工表面工件上已切去切屑的表面。

3)過渡表面工件上由切削刃形成的那部分表面，即已加工表面和待加工表面之間的過渡表面。成形工藝基礎(chǔ)-切削15

切削運動：刀具與工件之間的相對運動。切削運動又分主運動和進(jìn)給運動，其中：

1.主運動

由機床或人力提供的主要運動，它促使刀具和工件之間產(chǎn)生相對運動，從而使刀具前面接近工件。

2.進(jìn)給運動是使待加工表面不斷地或連續(xù)地投入切削并得出所需幾何特性的已加工表面的運動。成形工藝基礎(chǔ)-切削16

切削過程中主運動只有一個；進(jìn)給運動可以有一個或幾個。切削運動的形式有：旋轉(zhuǎn)或直線的。實際的切削運動是一個合成切削運動.

三、切削用量一般，切削用量包括：

切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量。常稱為切削三要素成形工藝基礎(chǔ)-切削17

m/s

1.切削速度

υｃ(以車削為例)

切削速度υｃ(m/s)是主運動的線速度。νc=式中：D—為工件待加工表面的直徑(mm)；

n—為轉(zhuǎn)速(r/min)。車削時指工件待加工表面最大直徑處線速度.

2.進(jìn)給量f(mm/r)

指(車)刀具相對于工件旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn),在進(jìn)給方向成形工藝基礎(chǔ)-切削18

的位移量。

單位為：mm/r或mm/str。

3.背吃力量ap(mm)指工件上已加工表面與待加工表面之間的垂直距離，單位為：mm。式中：d為已加工表面的直徑(mm)生產(chǎn)中為提高效率一般對工件分粗、精加工階段，如粗加工時的選擇原則：aP＝成形工藝基礎(chǔ)-切削19

“先定ap,次選f,最后定υc”c

四、切削層參數(shù)

1.切削層公稱橫截面積AD

在給定瞬間，切削層在切削層尺寸平面里的實際橫截面積，單位為mm2。

2.切削層公稱寬度bD

；

3.切削層公稱厚度hD

且三者間有關(guān)系：

AD=bDhDmm2

在車削中可近似認(rèn)為：AD≈fapmm2成形工藝基礎(chǔ)-切削110§2刀具材料與刀具構(gòu)造

刀具組成＝切削部分＋夾持部分

一、刀具材料(指切削部分)

1.對刀具材料的基本要求切削過程中，刀具的切削部分要承受很大的壓力、摩擦、沖擊和很高的溫度，刀具切削部分的材料應(yīng)具備以下性能：

1)高的硬度一般刀具材料的硬度應(yīng)在60HRC以上。成形工工藝基基礎(chǔ)-切削1112)足夠的的強度度和韌韌性又稱堅韌性性，以承承受切切削中中的沖沖擊力力和振振動，，減少少刀具具脆性性斷裂裂和崩崩刃。。3)耐磨性性好即抵抗抗磨損損的能能力，，使刀刀具使使用耐耐久。。4)高的耐耐熱性性是指刀刀具在在高溫溫下仍仍能保保持硬硬度、、強度度、韌韌性和和耐磨磨性等等。5)工藝性性能要要好成形工工藝基基礎(chǔ)-切削112為了便便于刀刀具本本身的的制造造，刀刀具材料還還應(yīng)具具有一一定的的工藝藝性能能,如:切削性性能、、磨削削性能能、焊焊接性性能及及熱處處理性性能等等。2.常用刀刀具材材料1)碳素工工具鋼鋼T10鋼(WC=1%)制手用用鋼鋸鋸條、、簡單單冷作作模;T12鋼用于于制作作鉸刀刀、銼銼刀、、量具具等2)合金工工具鋼鋼常用牌牌號如如9SiCr、Cr12、CrMn、GCr15等，成形工工藝基基礎(chǔ)-切削113主要用用于制制造刃刃具、、模具具、量量具等等工具具3)高速鋼鋼高速鋼鋼是含含W、Cr、V等合金金元素素較多多的合合金工工具鋼鋼.其常用用牌號號有:W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等,廣泛用用于制制造形形狀復(fù)復(fù)雜的的高速速切削削工具具,如：麻麻花鉆、銑銑刀、、拉刀刀、齒齒輪刀刀具和和其他他成形形刀具具。4)硬質(zhì)合合金根據(jù)GB/2075-1998規(guī)定，，按被加工工材料料成形工工藝基基礎(chǔ)-切削114分了三個大大（類類）組組；分別用用字母母P、M、K表示(這些字字母完完全是是習(xí)慣性性，本本身無無其他他含義義)。相應(yīng)識識別顏顏色為為藍(lán)、黃黃、或或紅.具體應(yīng)應(yīng)用:1)P類(藍(lán)色)相當(dāng)于于舊牌號號YT類硬質(zhì)合合金。。適宜加加工長長切屑屑的黑黑色金金屬，如鋼鋼、鑄鑄鋼等等。其其代號號P01、P10、P20、P30、P40、P50等，數(shù)字越越大，，耐磨磨性越越低而而韌性性越高高。如車削削時：：精車車用P01,半精車車用P10,P20；成形工工藝基基礎(chǔ)-切削115粗車選選用P30。2)M類(黃色)相當(dāng)于于舊牌牌號YW類硬質(zhì)質(zhì)合金金適宜加加工長長切屑屑或短短切屑屑的金金屬材材料，，如鋼鋼、鑄鑄鋼、、不銹銹鋼、、灰鑄鑄鐵、、有色色金屬屬等。。其代號號有M10、M20、M30、M40等，數(shù)數(shù)字越越大，，耐磨磨性低低而韌韌性大大。精車選選M10；半精精車用用M20；粗車車時可可用M30。3)K類(紅色)相當(dāng)于于舊牌牌號TG類硬質(zhì)質(zhì)合金金成形工工藝基基礎(chǔ)-切削116適宜加加工短切屑屑的金金屬或或非金金屬材材料，，如淬硬硬鋼、、鑄鐵鐵、銅銅鋁合合金、、塑料料等，，其代代號有有K01、K10、K20、K30、K40等，數(shù)數(shù)字大大，耐耐磨性性降而而韌性性大。。如車車削時時：精車選選K01；半精精車K10、K20；粗車車用K30。3.新型刀刀具材材料1)涂層刀刀具材材料是指通通過氣氣相沉沉積或或其他他技術(shù)術(shù)方法法，在在硬質(zhì)質(zhì)合金金或高高速鋼鋼的基基體上上涂覆覆一薄薄層高高硬耐耐磨的的成形工工藝基基礎(chǔ)-切削117難熔金金屬或或非金金屬化化合物物而構(gòu)構(gòu)成的的。如在硬硬質(zhì)合合金表表面上上涂厚厚4～9μm的涂層層時，，表面面硬度度可達(dá)達(dá)2500～4200HV，是實實現(xiàn)刀刀具要要求“面硬而而心韌韌”的有效效方法法之一一。常用的的涂層層材料料有TiC、TiN、Al2O3等硬質(zhì)合合金涂涂層刀刀具壽壽命可可比原原來提提高1～3倍，高速鋼鋼涂層層后壽壽命提提高2～10倍，世界界各國國對涂涂層刀刀具運運用很很廣泛泛。處處于領(lǐng)領(lǐng)先地地位的的瑞典典，在在車削削中使使用涂涂層硬硬質(zhì)合合金刀刀片已已達(dá)70%～80%。成形工工藝基基礎(chǔ)-切削1182)陶瓷刀刀具材材料按化學(xué)學(xué)成分分可分分為Al2O3基和Si3N4基兩類類。陶瓷刀刀具硬硬度高高而耐耐磨，，允許許切削削速度度達(dá)成成12.5m/s，耐熱熱性度度可達(dá)達(dá)1200～1450℃℃，其效效率比比硬質(zhì)質(zhì)合金金提高高了1～4倍，可可制成成刀片片。用于半半精和和精加加工高高硬度度、強強度鋼鋼及冷冷硬鑄鑄鐵等等，缺缺點抗抗彎強強度低低，沖沖擊韌韌性差差。3)超硬刀刀具材材料它包括括人造聚聚晶金金剛石石和立立方氮氮化硼硼等成形工工藝基基礎(chǔ)-切削119人造聚聚晶金金剛石石刀具具，硬度極極高(5000HV以上),耐磨性性極好好，可可切削削硬的的材料料而長長時間間保持持尺寸寸的穩(wěn)穩(wěn)定(不宜加加工鐵鐵族金金屬,為什么么？)。刀具壽壽命比比硬質(zhì)質(zhì)合金金高幾幾十至至三百百倍，，宜精精細(xì)加加工。。立方氮氮化硼硼(CBN)的顯微微硬度度達(dá)8000～9000HV，僅次次于天天然金金剛石石（10000HV），耐耐磨性性很好好，其其耐熱熱性達(dá)達(dá)1500℃℃，且與與鐵族材材料親親和作作用小小。成形工工藝基基礎(chǔ)-切削120適于加加工高高硬、、難切切材料料。注意刀刀具材材料的的使用用性能能，工工藝性性能和和價格格不同同，各各種切切削條條件對對刀具具要求求也各各異，，應(yīng)綜綜合考考慮，，合理理地選選用刀刀具材材料。。二、刀刀具角角度刀具的的種類類相當(dāng)當(dāng)繁多多，但但其切切削部部分的的結(jié)構(gòu)構(gòu)要素素和幾幾何角角度有有著許許多共共同的的特征征,圖示。。各種刀刀具就就一個刀刀齒而而言，，都相相當(dāng)于于車刀刀的刀刀頭。。成形工工藝基基礎(chǔ)-切削121車刀切切削部部分的的組成成車刀切切削部部分有有：“三面兩兩刃一一尖”。1.前刀面面（簡稱稱前面）—指刀具具上切切屑流流經(jīng)的的表面面。2.主后后刀刀面面（簡簡稱稱后面面）—是與與工工件件上上過過渡渡表表面面相相對對的的表表面面。。3.副后后刀刀面面（簡簡稱稱副后后面面）—是與與工工件件已已加加工工表表面面相相對對的的表表面面。。成形形工工藝藝基基礎(chǔ)礎(chǔ)-切削削1224.主切切削削刃刃—前刀刀面面與與主主后后刀刀面面的的交交線線。。5.副切切削削刃刃—前刀刀面面與與副副后后刀刀面面的的交交線線。。6.刀尖尖—指主主、、副副切切削削刃刃匯匯交交的的部部位位，，它它可可以以是是圓弧弧，或或是是一一小小段段直線線。刀具具角角度度參參考考系系刀具具角角度度是是確確定定車車刀刀各各部部分分幾幾何何形形狀狀的的重重要要成形形工工藝藝基基礎(chǔ)礎(chǔ)-切削削123參數(shù)數(shù)，，用用于于定義義和和規(guī)規(guī)定定刀刀具具角角度度的的各各基基準(zhǔn)準(zhǔn)坐坐標(biāo)標(biāo)平平面面稱稱為為參參考考系系。參參考考系系有有兩兩類類：：一類類為為刀具具靜靜止止參參考考系系,又稱稱標(biāo)注注參參考考系系;它是是刀刀具具設(shè)設(shè)計計時時標(biāo)標(biāo)注注、、刃刃磨磨和和測測量量的的基基準(zhǔn)準(zhǔn)，，用用此此定定義義的的刀刀具具角角度度稱稱刀具具標(biāo)標(biāo)注注角角度度；另一一類類刀刀具具工作作參參考考系系,又稱稱為為動態(tài)態(tài)參參考考系系.組成成刀刀具具靜止止參參考考系系的的平平面面，如如圖圖，，由由三平平面面組成成：：1.基面面Pr成形形工工藝藝基基礎(chǔ)礎(chǔ)-切削削124過切切削削刃刃選定定點點并垂直直于假假定定主主運運動動方方向向的的平平面面。。車刀刀基基面面可可理理解解為為平平行行于于刀刀具具底底面面的的水水平平面面.2.切削削平平面面Ps過切切削削刃刃上上選定定點點與切切削削刃刃相相切切并并垂直直于基基面面的的平平面面（主主切切削削平平面面以以Ps表示示，，副副切切削削平平面面以以Ps，表示示））。。3.正交交平平面面Po成形形工工藝藝基基礎(chǔ)礎(chǔ)-切削削125過切切削削刃刃上上選選定定點點，，并并同同時時垂垂直直于于基基面面和和切切削削平平面面的的平平面面。。4.假定定工工作作平平面面Pf過切切削削刃刃選選定定點點，，垂垂直直于于基基面面并并平平行行與與假假定定進(jìn)進(jìn)給給運運動動方方向向的的平平面面。。由于于刀刀具具的的參參考考系系在在切切削削刃刃上上各各點點是是變變化化的的，，因因此此角度度的的定定義義也也應(yīng)應(yīng)指明明選選定定點點。在未未指指明明時時，，一一般般指指切切削削刃刃的的基基點點或或刀刀尖尖。成形形工工藝藝基基礎(chǔ)礎(chǔ)-切削削126在正正交交平平面面內(nèi)內(nèi)測測量量的的標(biāo)標(biāo)注注角角度度見見圖圖1.前角角r。前刀刀面面與與基基面面間間的的夾夾角角。根據(jù)據(jù)前前刀刀面面與與基基面面間間的的相相對對位位置置又又分分別別規(guī)規(guī)定定為為:正前前角角、、零零度度前前角角和和負(fù)負(fù)前前角角。作用用：影響響切切削削刃刃鋒鋒利利程程度度及及強強度度，，增增加加前前角角可可使使刀刀刃刃鋒鋒利利，，切切削削力力減減少少。。切切削削溫溫度度降降低低，，但但過過大大的的前前角角會會使使刃刃口口強強度度降降低低，，容容易易造造成成刃刃口口損損壞壞。。成形形工工藝藝基基礎(chǔ)礎(chǔ)-切削削127選擇擇原原則則：：前前角角的的數(shù)數(shù)值值大大小小與與刀刀具具切切削削部部分分的的材材料料，，被被加加工工材材料料、、工工作作條條件件等等都都有有關(guān)關(guān)系系。。(1)材料料性性脆脆、、強強度度低低時時前前角角應(yīng)應(yīng)取取小小值值；；(2)材料料強強度度和和硬硬度度低低時時，，取取較較大大前前角角；；(3)有沖沖擊擊的的工工作作條條件件時時，，前前角角應(yīng)應(yīng)取取較較小小值值，，甚甚至至取取負(fù)負(fù)值值。。在保保證證刀刀具具刃刃口口強強度度的的條條件件下下，，盡盡量量用用大大前前角角。。2.后角角αo成形形工工藝藝基基礎(chǔ)礎(chǔ)-切削削128指主主后后刀刀面面與與切切削削平平面面之之間間的的夾夾角角。作用用：減減小小后后面面與與工工件件之之間間的的摩摩擦擦，，和和前前角角一一樣樣影影響響刃刃口口的的強強度度和和鋒鋒利利程程度度。。選擇擇原原則則:與前前角角相相似似,一般般后角角值值為為6°～8°。在基面面內(nèi)內(nèi)測量量的的角角度度有有3.主偏偏角角γ指主主切切削削平平面面與與假假定定工工作作平平面面間間夾夾角角。。作用用：：影影響響切切削削刃刃工工作作長長度度、、背背向向力力、、刀刀尖尖成形工藝藝基礎(chǔ)-切削129強度和散散熱條件件；主偏偏差越小小，背向向力越大大，切削削刃工作作長度越大，散散熱條件件越好。。選擇原則則：工件粗粗大,剛性好時時取較小小值,車細(xì)長軸軸時為減減少背向向力,以免工件件彎曲,加工出腰腰鼓形,宜選取較較大的值值,常用為45°～75o間。4.副偏角副切削平平面與假假定工作作平面間間的夾角角作用：影響已已加工表表面的粗粗糙度，，減少副副偏角可可使被加加工表面面粗糙值值降低。。成形工藝藝基礎(chǔ)-切削130選擇原則則：精加工工時為提提高加工工表面的的質(zhì)量，，選取較較小值，，一般為為5°～10°在切削平平面內(nèi)側(cè)側(cè)量的角角度有：：5.刃傾角λs指主切削削刃與基基面間的的夾角，，反映主主切削刃刃對基面面的傾斜斜程度。。作用：影響切切屑流動動方向和和刀尖的的強度。。(1)當(dāng)λs為正值時時，刀尖尖在主切切削刃上上的最高高點，切切屑流向向待加工工表面；；成形工藝藝基礎(chǔ)-切削131(2)當(dāng)λs為負(fù)值時時，刀尖尖在主切切削刃上上為最低低點，切切屑流向向已加工工表面；；(3)刃傾角為為0°時，切屑屑垂直于于過渡表表面方向向流出。。在λs＝＋時，，切屑的的壓力使使刀頭及及刃口易易損壞，，刀頭強強度表現(xiàn)現(xiàn)差；反反之，則則刀頭強強度較好好。選擇原則則：精加工工時取正正值，粗粗加工時時或有沖沖擊時取取負(fù)值，，一般情情況下為為0°～5°。成形工藝藝基礎(chǔ)-切削132三、刀具具結(jié)構(gòu)刀具結(jié)構(gòu)構(gòu)種類很很多,以車刀為為例介紹紹：1.整體車刀刀切削部分分與刀桿桿為同一一種材料料，如高高速鋼車車刀(白鋼刀),在有色金金屬加工工中應(yīng)用用較多。。2.焊接車刀刀切削部分分與刀桿桿不同材材料,刀桿為中中碳鋼鍛鍛造,而切削部部分為硬硬質(zhì)合金金類刀片片,運用硬釬釬焊連成形工藝藝基礎(chǔ)-切削133接而成，，方便靈靈活，尤尤其小刀刀具運用用多。3.機械夾固固式車刀刀按是否重重磨又分機夾不不重磨式式和機夾重磨磨式兩種.其中機夾夾不重磨時,一刀刃用用鈍后不不需重磨磨.如圖示，，只須將將夾緊螺螺釘稍松松，將刀刀片再轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過一刃刃即可使使用。而機夾重磨式,類似焊接接車刀,用鈍后可可重磨.成形工藝藝基礎(chǔ)-切削134§3金屬切削削過程一、切屑屑形成及及種類1.切屑形成成塑性材料料的切屑屑過程是是一個：：擠壓變形形切離過過程；經(jīng)歷了了：彈性變形形、塑性性變形、、擠裂和和切離四階段.2.切屑的種種類①帶狀切切屑、②②節(jié)狀切切屑、③③崩碎切切屑成形工藝藝基礎(chǔ)-切削135二、積屑屑瘤1.產(chǎn)生（見錄像片片）2.對切削過過程的影影響優(yōu)點：①硬化刀刀刃保護(hù)護(hù)刀具；；②增大前前角γ利切削；；③粗加工工時利用用之。不足：時積時流流使工件表表面粗糙糙；精加工時時，予以以限制。。成形工藝藝基礎(chǔ)-切削136三、切削削力以車外圓圓時為例例：總切削力力(F)分解為相相互垂直直的三個分力力：1.切削力FcF在主運動動方向上上的分力力；2.進(jìn)給力FfF在進(jìn)給方方向上的的分力；；3.背向力FpF在垂直于于工作平平面方向向上的分分力。三個分力力與總切切削力有有關(guān)系：：成形工藝藝基礎(chǔ)-切削137四、切削削熱與切切削溫度度1.切削熱產(chǎn)產(chǎn)生、傳傳出與對對加工的的影響2.切削溫度度及其影影響影響切削削溫度的的主要因因素：①工件材材料強強而硬硬的材料料生熱多多；②切削用用量影影響程程度依次次排序為為：成形工藝藝基礎(chǔ)-切削138切削速度度、進(jìn)給給量、背背吃刀量量。③刀具角度度前角大、、主偏角角小些都都可使生生熱減少少。3.切削液及及其選用用降低切削削熱的一一個有效效途徑是是噴注切切削液，，可以降降溫。切削液的的功能可可以歸納納為：冷卻作用用、潤滑滑、清洗洗和防銹銹作用。生產(chǎn)中常常用的切切削液可可分為三三類：成形工藝藝基礎(chǔ)-切削1391)水溶液水為主，，加有防防銹液等等添加劑劑。作用用：冷卻卻為主。。2)乳化液將乳化油油加水稀稀釋。不不僅冷卻卻而且兼兼有潤滑滑作用。。3)切削油礦物油為為主。少少數(shù)采用用動、植植物油等等，潤滑滑為主。。成形工藝藝基礎(chǔ)-切削140五、刀具具磨損和和刀具耐耐用度刀具在使使用一段段時間后后，其切切削刃變變鈍，以以致無法法使用。。為此要要討論刀具磨損損與耐用度。1.刀具磨損損形態(tài)1)后刀面磨磨損磨損以后后刀面上上的磨損損寬度值值VB表示。2)前刀面磨磨損在高切削削速度，，背吃刀刀量較大大且不用用切削成形工藝藝基礎(chǔ)-切削141液情況下下，切塑塑性材時時，前刀刀面上出出現(xiàn)月牙牙洼，前前刀面的的磨損量量以最大大深度值值KT表示。3)前后刀面面同時磨磨損2.刀具磨損損過程刀具磨損損過程有有三階段段，如圖圖所示。。3.刀具耐用用度刀具耐用用度是指刀具從從刃磨開開始使用用，到刀刀具磨損損量達(dá)到到磨損限限度的總總切削時時間（