金屬切削基礎(chǔ)

第五篇切削加工一、概述：

1、切削加工：使用切削工具（包括刀具、砂輪等），在工具和工件的相對運(yùn)動中，切除工件上多余材料，獲得所需幾何形狀和表面質(zhì)量的加工方法。

①常見金屬切削刀具：

車刀第五篇切削加工三面刃銑刀鍵槽銑刀刨刀第五篇切削加工②切削加工的形狀和表面質(zhì)量如右圖所示通過切削加工獲得的軸：較復(fù)雜的幾何形狀和較高的表面質(zhì)量。第五篇切削加工二、切削加工分類

切削加工分為：機(jī)械加工和鉗工

1.機(jī)械加工:工人操縱機(jī)床完成的切削加工。

常見的機(jī)械加工方法：車削、銑削、刨削、鉆削、磨削及螺紋加工、齒輪加工等。

★機(jī)床是金屬切削加工的專用設(shè)備，因加工方法不同，結(jié)構(gòu)形狀、功能各異。

★常見的機(jī)床設(shè)備:第五篇切削加工車床第五篇切削加工立式銑床第五篇切削加工牛頭刨床第五篇切削加工磨床第五篇切削加工機(jī)械加工特點(diǎn)：加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，互換性強(qiáng)，批量生產(chǎn)成本低，是現(xiàn)代化機(jī)械生產(chǎn)中最主要的加工方法。請看常見機(jī)械加工方法第五篇切削加工2.鉗工：手持切削工具完成切削的加工方法。

鉗工常用加工方法：劃線、鋸削、銼削、鏨削、刮研、鉸孔、攻、套螺紋等

鉗工加工特點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)、靈活、方便，但勞動強(qiáng)度大，對工人的技術(shù)水平要求較高；通常作為機(jī)械加工的輔助方法

第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

金屬切削加工方法各不相同，但在切削運(yùn)動、切削工具及切削過程的物理實(shí)質(zhì)等方面都有著共同的現(xiàn)象和規(guī)律，這些現(xiàn)象和規(guī)律是我們學(xué)習(xí)切削加工的基礎(chǔ)。1.1切削運(yùn)動與切削要素

一、零件的表面及其形成方法

1、零件的表面組成機(jī)器零件的表面主要有：回轉(zhuǎn)面、平面、成型面第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

回轉(zhuǎn)面：外圓柱面、內(nèi)圓柱面、圓錐面成型面：球面、圓環(huán)面、螺旋面、漸開線面等2、零件表面的形成方法各種零件表面都可以看成：一條基本形狀線(母線)沿著另一條線（導(dǎo)線）運(yùn)動形成的運(yùn)動軌跡。第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

在實(shí)際切削加工中，導(dǎo)線與母線的相對運(yùn)動是由刀具切削刃與工件間的相對運(yùn)動實(shí)現(xiàn)的。由于生產(chǎn)中使用的刀具切削刃形狀和采取的加工方法不同。通常把母線和導(dǎo)線統(tǒng)稱為形成零件表面的發(fā)生線第一章金屬切削基礎(chǔ)知識二、切削運(yùn)動切削加工中，刀具與工件間的相對運(yùn)動，稱為切削運(yùn)動。加工方法不同，切削運(yùn)動的形式及特點(diǎn)也不一樣。

1、按在切削過程中所起的作用不同切削運(yùn)動可分為：⑴主運(yùn)動：刀具切削刃切入工件材料，使切削層金屬轉(zhuǎn)變成切屑，從而形成新幾何表面的運(yùn)動。

⑵進(jìn)給運(yùn)動：由機(jī)床或人力提供，使主運(yùn)動能夠連續(xù)切除工件上多余金屬以形成加工表面所需的運(yùn)動

nfdmdwfn常見的切削運(yùn)動第一章金屬切削基礎(chǔ)知識2、主運(yùn)動的特點(diǎn)①主運(yùn)動是刀具和工件之間產(chǎn)生的最主要的相對運(yùn)動，在表面成形運(yùn)動中，只有一個(gè)（唯一性），一般情況下速度最高，消耗功率最大。②主運(yùn)動可以由工件完成，也可以由刀具完成；可以是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，也可以是直線運(yùn)動。第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

3、進(jìn)給運(yùn)動的特點(diǎn)①在切削加工中，進(jìn)給運(yùn)動一般不唯一且速度低；消耗功率少；不同的加工方法可以有一個(gè)或多個(gè)進(jìn)給運(yùn)動，②進(jìn)給運(yùn)動可能是連續(xù)的，也可能是間歇的；即可以由刀具完成，也可以由工件完成；可以是直線運(yùn)動，也可以是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

4、實(shí)際切削運(yùn)動：切削過程中，實(shí)際的切削運(yùn)動是主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動的合成運(yùn)動。第一章金屬切削基礎(chǔ)知識車削的加工類型三、切削用量切削用量即：切削運(yùn)動數(shù)量的大小，在一般的切削運(yùn)動中，切削用量包括切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量三方面，亦稱為切削三要素。

1、切削過程中的工件表面nf已加工表面過渡表面待加工表面dm第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

如外圓車削時(shí)，工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，刀具作縱向直線運(yùn)動，切削形成了新到工件外圓表面。切削過程中，工件上有三個(gè)依次變化的表面。①待加工表面即將被切除金屬層的表面。②過渡表面(或稱切削表面)加工時(shí)d第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

由主切削刃在工件上正在形成的那個(gè)表面。是待加工表面和已加工表面之間的表面。③已加工表面已被切除多余金屬而形成符合要求的工件新表面。2、切削用量三要素⑴切削速度切削過程中，切削刃選定點(diǎn)相對于工件主運(yùn)動的瞬時(shí)速度。即：單位時(shí)間內(nèi)刀具沿主運(yùn)動方向相對工件的移動距離；方向?yàn)橹鬟\(yùn)動瞬時(shí)速度方向。①主運(yùn)動為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)（如車削）d——完成主運(yùn)動的刀具或者工件的最大直徑(mm)；第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

n——主運(yùn)動的轉(zhuǎn)速(r/s或r/min)。②主運(yùn)動為直線往復(fù)運(yùn)動時(shí)（如刨削、插削）

L一往復(fù)運(yùn)動行程長度(mm)nr一主運(yùn)動每分鐘的往復(fù)次數(shù)

(st/min或

st/s)。

st是Stroke“行程”的縮寫⑵進(jìn)給量刀具在進(jìn)給運(yùn)動方向上相對工件的位移量。加工方法不同，進(jìn)給量的表述和度量方法不同。

ⅰ.單刃刀具（如車刀、刨刀）切削時(shí)，進(jìn)給量常用刀具或工件每轉(zhuǎn)或每行程，刀具在進(jìn)給運(yùn)動方向上相對工件的位移量表示（進(jìn)給量/轉(zhuǎn)或行程）用f表示單位：mm/r或mm/stL第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

ⅱ.多刃刀具（銑刀）切削時(shí)，用進(jìn)給速度vf

：單位時(shí)間的進(jìn)給量表示進(jìn)給量的大小。單位：mm/s或mm/min

每齒進(jìn)給量fz：刀具每齒在每轉(zhuǎn)或每行程中相對工件在進(jìn)給方向上的位移量；單位：mm/z（z：刀具齒數(shù)）多刃刀具的進(jìn)給速度vfn：刀具或工件轉(zhuǎn)速，r/s或r/min⑶背吃刀量ap

待加工表面和已加工表面之間的垂直距離。即：通過切削刃選定點(diǎn)，在垂直于主運(yùn)動方向和進(jìn)給運(yùn)動方向上測量的切削層尺寸。單位mm。車外圓時(shí)dw－待加工表面直徑dm－已加工表面直徑第一章金屬切削基礎(chǔ)知識車端面時(shí)的背吃刀量:鉆孔時(shí)ap=dm/2dm——已加工表面直徑（mm）

dw——待加工表面直徑（mm）ap第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

四、切削層與切削層參數(shù)

1、切削層：切削過程中，刀具正在切除的工件材料層。

車削時(shí)，切削刃從過渡表面Ⅱ移至相鄰的過渡表面Ⅰ，Ⅰ、Ⅱ之間的金屬層轉(zhuǎn)變?yōu)榍行?。由車刀正在切削著的這一層金屬，叫做切削層。

★切削層大小和形狀決定了切屑的尺寸及刀具切削部分的載荷★為了簡化計(jì)算工作，切削層的剖面幾何形狀和尺寸，通常都在垂直于主運(yùn)動方向的平面內(nèi)觀察和測量。

2、切削層參數(shù)ⅰ.切削層公稱面積AD

切削層在垂直于主運(yùn)動方向平面內(nèi)實(shí)際橫截面積車外圓時(shí)：AD=SACDE≈fap,S△ABE為殘留面積

第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

不同加工方法，AD與f、ap的關(guān)系不同

ⅱ.切削層公稱寬度bD

沿過渡表面度量的切削層尺寸圖示AC

車外圓時(shí)：bD＝ap/sinκrⅲ.切削層公稱厚度hD

同一瞬間，切削層公稱橫截面積與其公稱寬度的比值。即：垂直于過渡表面的切削層尺寸圖示DF

車外圓時(shí)：hD＝

f×sinκr

第一章金屬切削基礎(chǔ)知識1.2刀具構(gòu)造及刀具材料

機(jī)械零件形狀、技術(shù)要求和材質(zhì)的多樣性，客觀上要求切削工藝和刀具具有不同的種類、結(jié)構(gòu)和性能。因此，生產(chǎn)中所使用的刀具的種類很多。

所有刀具切削部分的結(jié)構(gòu)要素和幾何角度具有共同的特征。車刀是最常用、最簡單和最基本的切削工具，最具有代表性。其他刀具都可以看作是車刀的組合或變形。因此，我們主要研究車刀的結(jié)構(gòu)和角度。第一章金屬切削基礎(chǔ)知識一、車刀結(jié)構(gòu)車刀由刀體和刀頭兩部分組成；刀體是車刀的夾持部分，刀頭則用來切除金屬材料。刀體和刀頭的結(jié)合形式有整體式、焊接式、機(jī)夾重磨式和機(jī)夾轉(zhuǎn)位式等幾種。整體式刀具對貴重材料的消耗較大，以高速鋼刀具最常見；焊接式刀具將刀頭焊接在刀體上，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、剛性好、使用靈活、應(yīng)用普遍；機(jī)夾重磨式和機(jī)夾轉(zhuǎn)位式刀具均以可拆卸式方式，將刀片固定在刀體上，減少了因加熱對刀頭性能的影響，是當(dāng)前刀具的發(fā)展方向。第一章金屬切削基礎(chǔ)知識二、車刀切削部分組成

刀頭前刀面三面兩刃一尖主后刀面副后刀面副切削刃主切削刃刀尖：刀具上切屑流過的表面：刀具上與過渡表面相對的表面：刀具上與已加工表面相對的表面：前刀面與主后刀面相交的鋒邊：前刀面與副后刀面相交的鋒邊：主切削刃與副切削刃的交點(diǎn)（交線、圓?。┑谝徽陆饘偾邢骰A(chǔ)知識三、車刀切削部分的主要角度刀具要從工件上切除余量，切削部分必須具有一定的角度角度。衡量車刀的角度，需建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系。

1、衡量刀具幾何角度的參考系和參考平面衡量刀具幾何角度的參考系：

ⅰ.刀具靜止參考系：定義刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測量幾何參數(shù)的參考系

ⅱ.刀具工作參考系：規(guī)定刀具進(jìn)行切削加工時(shí)幾何參數(shù)的參考系

2、刀具靜止參考系

ⅰ.建立刀具靜止參考系的條件：①假定主運(yùn)動方向和進(jìn)給運(yùn)動方向②車刀刀桿軸線垂直工件的回轉(zhuǎn)中心線，刀尖與工件中心等高③刀具切削刃選定點(diǎn)為切削刃上一點(diǎn)Oⅱ.刀具刀具靜止參考系的參考平面：主要包括基面Pr

切削平面Ps

正交平面Po

假定工作平面Pf①基面Pr通過切削刃選定點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)假定主運(yùn)動方向的平面。

②切削平面：通過切削刃選定點(diǎn)，與切削刃相切，并垂直于基面Pr的平面切削平面分為：主切削平面Ps和副切削平面PS’③正交平面Po：過主切削刃上選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于切削平面和基面的平面第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

④假定工作平面pf

過切削刃選定點(diǎn)，垂直于基面且平行于假定進(jìn)給運(yùn)動方向的平面?！锘鍼r、切削平面Ps

和正交平面Po兩兩垂直，交點(diǎn)過切削刃選定點(diǎn)（點(diǎn)O）★假定工作平面pf一般情況下，只與基面垂直?！锼伎迹寒?dāng)切削平面垂直于進(jìn)給運(yùn)動方向時(shí)，假定工作平面與正交平面有怎樣的位置關(guān)系？

3、車刀的主要角度車刀在設(shè)計(jì)、制造、刃磨及測量時(shí)，主要的角度有：前角、后角、主偏角、副偏角、刃傾角第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

1）前角：前刀面與基面的夾角，在正交平面中測量。圖示位置為正前角，若前刀面在基面上側(cè)，此時(shí)，主切削刃位于前刀面最低處則為副前角，前刀面與基面重合時(shí)，前角為零。

第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

前角的大小決定著切削刃的鋒利程度。前角越大，切削刃越鋒利，切削材料變形小，切削力小，切削輕快，但前角過時(shí)，切削刃變薄，磨損快，耐用度低。前角過小，切削刃強(qiáng)固，但切削刃變鈍，不利加工。前角的大小通常根據(jù)刀具材料、工件材料和加工性質(zhì)選取。刀具材料好，工件易切削，精加工時(shí)，取大值，反之取小值。硬質(zhì)合金刀車削結(jié)構(gòu)鋼件時(shí)：

=10-20°切削鑄鐵時(shí)=5-15°2）后角主后面與切削平面之間的夾角，在正交平面內(nèi)測量。

后角的主要作用：減少刀具主后面與工件過渡表面的摩擦，配合前角改變切削刃的鋒利與強(qiáng)度。后角大，切削刃鋒利；過大，切削刃則變?nèi)?，散熱差，易磨損。第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

后角過小，切削刃強(qiáng)度增加，摩擦加劇，嚴(yán)重時(shí)，切削困難。后角的大小根據(jù)加工的種類和性質(zhì)選擇。粗加工或材料較硬時(shí)，取小值=6-8°精加工或材料較軟時(shí)取大值=8-12°。3）主偏角與副偏角

ⅰ.主偏角主切削平面與假定工作平面的夾角，在基面中測量。主偏角的大小反映了主切削刃相對于進(jìn)給運(yùn)動方向的傾斜程度ⅱ.副偏角Kr′副切削平面與假定工作平面間的夾角，在基面中測量。副偏角的大小反映了副切削刃相對于進(jìn)給運(yùn)動反方向的傾斜程度。ⅲ.主、副偏角對切削加工的影響第一章金屬切削基礎(chǔ)知識①主偏角影響切削力的變化：主偏角減小，背向力增大，易引起工件的變形；因此，加工剛度較差的工件時(shí)，常采用主偏角為90°車刀（偏刀）。②對切削層形狀的影響車外圓，當(dāng)車刀K′r=0、λs=0時(shí)，切削層的剖面形狀為一平行四邊形；在f與αp一定的條件下，切削層面積一定；主偏角Kr越小，切削寬度bD

越大，切削厚度hD

越小，切屑寬而??；當(dāng)Kr＝90°時(shí)，hD＝f。切削層剖面形狀為矩形，其底邊尺寸是f，高為αp。③影響刀具的耐用度：當(dāng)進(jìn)給量和背吃刀量一定時(shí)，主偏角越小切削層公稱寬度越大，參與切削的切削刃長度大，利于散熱，單位長度承受的負(fù)荷小，切削刃耐磨。④主、副偏角對粗糙度的影響：主副偏角越小，殘留面積高度越小，粗糙度值越低。第一章金屬切削基礎(chǔ)知識ⅳ.主、副偏角的大小根據(jù)工件的剛度和加工性質(zhì)選取。車刀常用的主偏角：45°60°75°90°等；副偏角：5-15°粗加工時(shí)，副偏角取大值，精加工取小值。第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

4）刃傾角λs：主切削刃與基面的夾角，在主切削平面內(nèi)測量。

★刃傾角有正、負(fù)和零值之分。圖示位置為正值λs

＞0，刀尖位于切削刃最高點(diǎn)，當(dāng)λs＜0時(shí)，刃傾角為副值，刀尖位于切削刃最低點(diǎn)；當(dāng)λs=0時(shí)，刀尖與主切削刃上任意點(diǎn)等高，均位于基面內(nèi)。

★刃傾角主要影響刀頭的強(qiáng)度、切削分力和排屑方向。

λs＞0或λs=0時(shí)，刀尖強(qiáng)度低，背向分力小，切屑流向待加工面，適于精加工當(dāng)λs＜0時(shí)，增強(qiáng)刀尖強(qiáng)度，背向分力大，切屑流向已加工面，適于粗加工。車刀刃傾角的取值：-5～+5°車刀角度標(biāo)注小結(jié)第一章金屬切削基礎(chǔ)知識四、車刀的工作角度車刀的工作角度是指車刀在工作參考系中的幾何角度，受車刀安裝位置和進(jìn)給量的影響，車刀實(shí)際的工作角度與車刀在靜止參考系的幾何角度有一定的變化。

ⅰ.車刀安裝高度和不同方向的進(jìn)給運(yùn)動將影響車刀的工作前角和后角

ⅱ.刀桿中線與進(jìn)給運(yùn)動的垂直度將影響車刀的工作主偏角和副偏角具體情況我們將在金工實(shí)習(xí)過程中詳述。

五、車刀的角度小結(jié)：第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

第一章金屬切削基礎(chǔ)知識六、刀具材料切削刀具由刀體和刀頭兩部分組成；刀體主要用來裝夾刀具、傳遞動力；刀頭是切削部分，刀具切削性能的好壞取決于切削部分的材料、角度和結(jié)構(gòu)。

1、刀具材料的基本要求刀具材料是指切削部分的材料。刀具在高溫下工作，承受較大的壓力、摩擦、沖擊和振動，因此，刀具材料應(yīng)滿足以下性能：⑴較高的硬度和耐磨性：刀具材料要比工件材料硬度高，常溫硬度在HRC62以上；組織中須具備足夠數(shù)量的硬質(zhì)點(diǎn)，大小合適和分布均勻。⑵足夠的強(qiáng)韌性：以承受切削中的壓力沖擊和振動，避免崩刃和折斷⑶良好的熱硬性和熱穩(wěn)定性：刀具在高溫下，組織的穩(wěn)定性、熱硬性、耐磨性和足夠的強(qiáng)韌性，是提高切削速度，改善切削性能的基礎(chǔ)。第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

⑷較好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性：以便于制造和廣泛使用。目前，完全具備上述性能的刀具材料還不存在，因而我們只有充分了解常用刀具材料的性能，才能根據(jù)工件材料和加工要求，選用合適的刀具材料。2、常用刀具材料常用的刀具材料有：碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金和陶瓷材料等⑴碳素工具鋼、合金工具鋼：T10A、T12A、9SiCr、CrWMn，因熱硬性差（僅200-300℃），用于制造一些手工或切削速度較低的刀具。如：鋸條、銼刀、鉸刀。⑵高速鋼：含Cr、W、Mo、V較多的合金工具鋼?！锞哂休^高的硬度；良好的熱硬性（540-650℃）和加工工藝性。與硬質(zhì)合金相比，硬度略低，但強(qiáng)韌性、工藝性較好。

★常用鋼號：

W18Cr4V、W9Mo3Cr4V、W6Mo5Cr4V2

第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

★高性能高速鋼：在高速鋼中增添新的元素。高碳高速鋼9W18Cr4V、高釩高速鋼W6MoCr4V3、鈷高速鋼W6MoCr4V2Co8、超高速鋼W2Mo9Cr4Co8等?！锔咚黉撨m于制造形狀復(fù)雜的各種刀具。如：麻花鉆、銑刀、拉刀、齒輪加工刀具和其他成形刀具。通常用于中低速切削。第一章金屬切削基礎(chǔ)知識⑶硬質(zhì)合金：以高硬度、高熔點(diǎn)的金屬碳化物（WC、TiC等）作基體，以金屬Co等粘結(jié)劑，用粉末冶金的方法制成的合金。

★硬質(zhì)合金與高速鋼相比，硬度、耐磨性高、熱硬性好，但加工工藝性差。★硬質(zhì)合金常制成各種形式的刀片，以焊接或機(jī)械夾固的方式固定在刀體上使用，如：車刀、銑刀、刨刀等?！镉操|(zhì)合金刀具適于高速切削。第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

★硬質(zhì)合金分類：

GB/T18376.2001根據(jù)被切削材料形成切屑的情況（被切削材料的性質(zhì)）將切削用硬質(zhì)合金分為K、P、M三類：

K類:鎢鈷類硬質(zhì)合金，相當(dāng)于舊牌號YG類。適于加工短切屑黑色金屬（脆性金屬）、有色金屬及非金屬材料，以紅色標(biāo)示

P類：鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金，相當(dāng)于舊牌號的YT類，適于加工長切屑黑色金屬（塑性金屬），以藍(lán)色標(biāo)示

M類：鎢鈷鈦鉭鈮類硬質(zhì)合金，相當(dāng)于舊牌號的YW類，用于加工長、短切屑的黑色金屬、有色金屬，以黃色標(biāo)示在每類硬質(zhì)合金代號的右下角以數(shù)字：01、10、20、30、40等區(qū)分同類硬質(zhì)合金所含化學(xué)成分的細(xì)微差別。

★常用硬質(zhì)合金新舊牌號對照：

K01-YG3，K10-YG6，K20-YG8P01-YT30，P10-YT15，P30-YT5M10-YW1，M20-YW2第一章金屬切削基礎(chǔ)知識★硬質(zhì)合金的性能特點(diǎn)：同類硬質(zhì)合金數(shù)字代號越小，耐磨性越好，韌性越差；適宜切削速度越高，進(jìn)給量越小。通常情況下，數(shù)字代號較小的硬質(zhì)合金適宜精加工，數(shù)字代號較大者適于粗加工。如：精加工時(shí)常用：K01，P01，M10

半精加工常用：K10，P10，M10或M20

粗加工時(shí)常用：K20，P30，M20第一章金屬切削基礎(chǔ)知識第一章金屬切削基礎(chǔ)知識⑷陶瓷刀具將純Al2O3或Al2O3－TiC混合物在高溫下燒結(jié)形成。陶瓷刀具硬度高（HRA91~95）耐磨性好；良好的熱穩(wěn)定性和熱硬性，在1200℃高溫時(shí)仍能進(jìn)行切削；切削速度比硬質(zhì)合金高2～5倍。但其脆性大、抗彎強(qiáng)度低、沖擊韌性差，易崩刀，使用范圍受限。常用于車、銑加工鋼件、鑄鐵件。⑸金剛石刀具人造金剛石硬度高達(dá)HV10000，耐磨性極好，耐熱性達(dá)700～800℃，但脆性大、對振動敏感；適宜微量切削；主要用作磨具和磨料加工硬質(zhì)合金、陶瓷、高硅鋁合金及耐磨塑料等高硬度、高耐磨的材料和高速精細(xì)加工有色金屬及非金屬材料。加工鋁合金、銅合金時(shí)，切削速度可達(dá)800～3800m/min。

人造金剛石與鐵有極強(qiáng)的化學(xué)親合力，不宜加工黑色金屬。第一章金屬切削基礎(chǔ)知識⑹立方氮化硼立方氮化硼在高溫高壓下合成。硬度：HV8000～9000較金剛石略低，但熱穩(wěn)定性高達(dá)1400℃，與鐵族金屬在1300℃時(shí)也不易起化學(xué)反應(yīng)，宜于加工高溫合金；可用于加工淬硬鋼及冷硬鑄鐵。目前主要用于磨具，也逐漸用于車、鏜、銑、鉸。第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

1.3金屬切削過程金屬切削過程是刀具從工件表面上切下多余的金屬層，從而形成切屑和已加工表面的過程。在各種切削過程中，一般都伴隨有切屑的形成、切削力、切削熱、刀具磨損及表面加工質(zhì)量等物理現(xiàn)象，所有這些對工件的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本都具有重要意義。一、切屑形成過程及切屑種類

1.切屑的形成過程塑性金屬的切削過程歷經(jīng)四個(gè)階段：彈性變形—塑性變形—擠裂—切離（形成切屑）

第一章金屬切削基礎(chǔ)知識在切削過程中，由于被切削材料的塑性、刀具前角和切削用量的差異，使切削各階段的變化程度不同，進(jìn)而形成不同的切屑。2.切屑的種類切屑分為帶狀切屑、節(jié)狀切屑和崩碎切屑三類。

ⅰ.帶狀切屑

帶狀切屑呈連綿不斷的帶狀或螺旋狀;與刀具接觸的底層光滑，背面呈毛絨狀。①形成條件：塑性材料、大前角、高切速、小進(jìn)給量。②優(yōu)點(diǎn)：切削力平穩(wěn)、切削熱少、加工表面光潔。

③缺點(diǎn)：切屑連綿不斷，易纏繞、易劃傷已加工表面。

第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

ⅱ.節(jié)狀切屑節(jié)狀切屑上面呈較大的鋸齒狀，底面有不貫穿的裂紋形成條件：中等硬度塑性材料、低切速、大進(jìn)給量。缺點(diǎn)：切削力波動大、工件表面較粗糙。ⅲ.崩碎切屑切削層金屬發(fā)生彈性變形后，一般不經(jīng)過塑性變形就突然崩裂而形成形狀不規(guī)則的崩碎切屑形成條件：鑄鐵、鑄造黃銅等脆性材料。缺點(diǎn)：切削熱和切削力集中在刀具的主刀刃和刀尖處，刀尖易磨損、易產(chǎn)生振動，表面質(zhì)量不高。第一章金屬切削基礎(chǔ)知識二、積屑瘤在一定的切削速度下切削鋼和鋁合金等塑性金屬時(shí)，常有一些來自切屑和工件的金屬粘接層堆積在刀具前面上靠近刀尖部位，形成硬度很高(約為工件材料硬度的2～3.5倍)的楔塊。

1、積屑瘤的形成切削過程中，切屑底層金屬與前刀面間劇烈的摩擦力，使之流出速度減慢形成的滯留層堆積形成的。2、積屑瘤對切削加工的影響：ⅰ.有利方面保護(hù)刀具：增大實(shí)際工作前角：積屑瘤硬度很高可代替切削刃進(jìn)行切屑，減少刀具的磨損。積屑瘤使刀具的實(shí)際工作前角增大可減小切削變形和切削力，使切削輕快。粗加工時(shí)希望產(chǎn)生積屑瘤第一章金屬切削基礎(chǔ)知識ⅱ.不利方面影響工件尺寸精度：影響工件表面粗造度：積屑瘤頂端伸出切削刃之外，時(shí)有時(shí)無，使切削層公稱厚度不斷化，影像尺寸精度積屑瘤的不斷變化會導(dǎo)致切削力變化，引起振動，積屑瘤碎片粘附在已加工表面上，使表面粗糙精加工時(shí)應(yīng)盡量避免積屑瘤產(chǎn)生3、積屑瘤的成因與控制一般情況下：精車、精銑采用高速切削；拉削、鉸削和寬刀精刨，采用低速切削第一章金屬切削基礎(chǔ)知識三、切削力與切削功率

1、切削力：刀具切入工件時(shí)，克服材料變形和刀具與工件、切屑之間的摩擦力所需的力。

ⅰ.切削力產(chǎn)生的原因

①被切材料層因彈性變形和塑性變形所產(chǎn)生的變形抗力。

②刀具與工件、刀具與切屑之間的摩擦。

ⅱ.切削力的影響

①切削力使工藝系統(tǒng)（機(jī)床-工件-刀具）變形，影響加工精度

②切削力影響切削熱的產(chǎn)生，影響刀具磨損和已加工表面質(zhì)量

③切削力是機(jī)床、刀具、夾具設(shè)計(jì)和使用的重要依據(jù)。

ⅲ.切削力的研究方法在切削加工中，總切削力是一個(gè)空間力，大小和方向不易定，也無法反映加工中的的具體情況；因而，研究切削力通常研究其一定方向上的分力，藉此了解切削過程中的相關(guān)情況。車削外圓時(shí)，我們常將總切削力分解為三個(gè)互相垂直的分力：

切削力Fc、進(jìn)給力Ff和背向力Fp第一章金屬切削基礎(chǔ)知識①切削力Fc:總切削力F在主運(yùn)方向上的分力，約占總切削力F大小的80％-90％，在各分力中數(shù)值最大、消耗功率最多，是計(jì)算機(jī)床動力、傳動系統(tǒng)零件和刀具強(qiáng)度和剛度的主要依據(jù)。②進(jìn)給力Ff：總切削力F在進(jìn)給運(yùn)動方向上的分力。數(shù)值較小，消耗功率僅為總功率的1％-5％；是設(shè)計(jì)、校驗(yàn)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的依據(jù)。

③背向力Fp:總切削力F在垂直于工作平面（基面內(nèi)，垂直于進(jìn)給運(yùn)動方向）方向的分力，亦稱徑向力或吃刀力。背向力Fp垂直于工件軸線，使工件變形，是影響實(shí)際切削量和加工精度的主要因素，因此，切削中應(yīng)設(shè)法減小或消除Fp的影響。背向力Fp在車外圓時(shí)，不消耗功率。第一章金屬切削基礎(chǔ)知識總切削力F與三個(gè)切削分力的關(guān)系：

ⅳ.影響切削力的因素切削力的大小與很多因素有關(guān)：材料力學(xué)性能、切削用量、刀具角度、切削液和刀具材料等。其中以工件材料的力學(xué)性能和切削用量影響最大。①工件材料

強(qiáng)度、硬度越高，切削力大；當(dāng)兩種材料的強(qiáng)度相

力學(xué)性能：近時(shí)，塑性、韌性大的材料，切削力大。②切削用量：﹡增加進(jìn)給量和背吃刀量均使切削力增大，但背吃刀量對切削力的影響大于進(jìn)給量的影響。

﹡切削速度增加有利于降低切削力。中低速切削塑性材料時(shí)，借助積屑瘤影響刀具前角和切削力；高速切削時(shí)，切削溫度升高，摩擦力下降，切削力減小。加工脆性材料時(shí)，變形、摩擦均較小，切削速度對切削力影響不大﹡切削用量對切削力的影響：ap＞f＞Vc第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

生產(chǎn)中，切削力的大小通常用切削層單位面積切削力kc

估算削力的大小。單位：N/mm2(Mp)2、切削功率：一般指切削力消耗的功率（N）（KW）四、切削熱與切削溫度1.切削熱ⅰ.切削熱主要來源：①切屑變形，是切削熱的主要來源；②刀具與切屑和工件表面摩擦；ⅱ.切削熱的危害：使工件變形，產(chǎn)生形狀和尺寸誤差；使刀具硬度降低，加速磨損ⅲ.切削熱傳出途徑

①切屑：50-86%②工件：40-10%③刀具：9-3%④介質(zhì):1%。第一章金屬切削基礎(chǔ)知識2.切削溫度及其影響因素

★切削溫度一般是指切削區(qū)域的平均溫度。

★影響切削溫度的因素：工件材料、切削用量、刀具角度和冷卻條件等。①工件材料的影響工件材料力學(xué)性能好，切削溫度高；材料的導(dǎo)熱性好，溫度低。切削塑性材料較脆性材料溫度高。②切削用量的影響根據(jù)試驗(yàn)，車削鋼材時(shí)切削溫度與切削用量的關(guān)系為：

切削用量對切削溫度的影響：Vc＞f＞apΘ--切削溫度Cθ---常數(shù)③刀具：前角0

大；主偏角kr、副偏角kr’小時(shí)，切削溫度低；④冷卻條件：加切削液，切削溫度降低。3.

切削液切削液主要用來改善切削過程，提高加工質(zhì)量和刀具耐用度：①冷卻作用：吸收并帶走大量的切削熱，降低切削溫度；②潤滑作用：滲入到刀具與工件和切屑的接觸表面，形成潤滑膜，有效地減少摩擦ⅰ.切削液的作用ⅱ.切削液的種類②油基切削液（切削油）：比熱小，流動性差，主要起潤滑作用油基切削液的成分：礦物油、植物油或復(fù)合油+添加劑①水基切削液：比熱容大，流動性好，主要起冷卻作用如：乳化液：乳化油+水；呈乳白色。應(yīng)用最廣泛。

水溶液：肥皂水，蘇打水ⅲ.切削液的應(yīng)用

★粗加工時(shí)，切削力大，切削溫度高，應(yīng)以冷卻為主。選用冷卻作用較好的切削液。如低濃度乳化液。

★精加工時(shí)，保證工件的精度和表面質(zhì)量，應(yīng)以潤滑為主。第一章金屬切削基礎(chǔ)知識第一章金屬切削基礎(chǔ)知識選用潤滑作用較好的切削液。如：高濃度乳化油、切削油?！锛庸ご嘈圆牧?鑄鐵、青銅、黃銅)時(shí)，一般不用切削液。

★硬質(zhì)合金耐熱耐磨性好，一般不用切削液五、刀具磨損和刀具耐用度

1、刀具磨損：發(fā)生在刀具與工件、切屑的接觸區(qū)里，系其間存在的較大切削力和劇烈摩擦所致。ⅰ.刀具磨損形式因切削條件不同，使刀具磨損部位存在差異。

①后刀面磨損：刀具后角磨成角度為零的棱帶。一般發(fā)生在切削脆性材料或以較小的切削速度和進(jìn)給量（f<0.1mm），切削塑性材料的條件下。后刀面磨損最常見，對加工質(zhì)量的影響較大;

測量相對方便，所以一般都用后刀面的磨損高度VB來表示刀具的磨損程度。第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

②前刀面磨損：前刀面上形成月牙洼式的磨損。一般發(fā)生在以較大切削速度和進(jìn)給量（f>0.5mm）切削塑性材料的條件下。③前面與后面同時(shí)磨損：一般發(fā)生在以中等切削速度和進(jìn)給（f=0.1-0.5mm）切削塑性材料的條件下。

ⅱ.刀具的磨損過程刀具的磨損過程分初磨階段、正常磨損階段和急劇磨損階段。經(jīng)驗(yàn)表明，刀具重磨宜在正常磨損階段后期、急劇磨損之前進(jìn)行最好。第一章金屬切削基礎(chǔ)知識ⅲ.刀具鈍化的判定①測量法：測定刀具后刀面的磨損高度VB：

粗車時(shí)：粗車中碳鋼：VB=0.6-0.8mm

粗車合金鋼：VB=0.4-0.5mm

精加工：VB=0.1-0.3mm②根據(jù)刀具的實(shí)際切削時(shí)間—刀具耐用度判定刀具耐用度T:標(biāo)準(zhǔn)刀具自開始切削到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)注所經(jīng)歷的實(shí)際切削時(shí)間。粗加工時(shí)，多以切削時(shí)間(min)表示。如：硬質(zhì)合金車刀T：60min;高速鋼鉆頭T:80-120min等精加工時(shí)，常以走刀次數(shù)或加工零件個(gè)數(shù)表示。ⅳ.影響刀具磨損和耐用度的因素刀具磨損與工件材料、刀具材料、切削用量和幾何角度、是否使用切削液等有關(guān)。具體情況，與其對切削溫度的影響類似。

第一章金屬切削基礎(chǔ)知識六、切削用量的合理選擇

ⅰ.切削用量對加工質(zhì)量的影響：進(jìn)給量和背吃刀量增大，都會使切削力和工件的變形增大，降低加工精度、增大表面粗糙度值；增大切削速度，則有利于減小切削力，減小或避免積屑瘤，提高表面加工質(zhì)量。

ⅱ.切削用量對生產(chǎn)率的影響根據(jù)用硬質(zhì)合金車刀車削中碳鋼時(shí)，刀具耐用度的經(jīng)驗(yàn)公式

CT---與工件材料和刀具材料有關(guān)的常數(shù)切削速度對刀具耐用度影響最大，進(jìn)給量次之，背吃刀量最小

ⅲ.切削用量選用的一般原則：粗加工時(shí)，以提高生存率為主，一般選取較大的背吃刀量和進(jìn)給量，切削速度不太高；精加工時(shí)，主要考慮加工質(zhì)量，常選用較小的背吃刀量、第一章金屬切削基礎(chǔ)知識進(jìn)給量和較高的切削速度。切削用量的選擇順序：首選盡可能大的ap,其次選取盡可能大的f，最后盡可能大的切削速度。第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

1.4材料的切削加工性能一、概述材料的切削加工性：材料被切削加工的難易程度。材料的切削加工性具有相對性，某種材料切削加工性的好壞是相對于另一種材料來說的。二、材料切削加工性的衡量指標(biāo)

1.一定刀具耐用度下的切削速度vT

當(dāng)?shù)毒叩哪陀枚葹門時(shí)，切削某種材料所允許的切削速度。材料的切削加工性越好。若取T=60min則2.相對加工性Kr各種材料的與45鋼（正火）的比值。若以45鋼（正火）

作為比較基準(zhǔn)，則寫作第一章金屬切削基礎(chǔ)知識材料的相對加工性共分8級。詳見課p29Kr＞1的材料，切削加工性比45鋼（正火）好；反之較差3.已加工表面質(zhì)量：凡較容易獲得好的表面質(zhì)量的材料，其切削加工性較好；反之則較差。精加工時(shí)，常以此為衡量指標(biāo)。4.切屑控制或斷屑的難易：凡切屑較容易控制或易于斷屑的材料，其切削加工性較好；反之則較差。在自動機(jī)床或自動線上加工時(shí)，常以此為衡量指標(biāo)。5.切削力：在相同切削條件下，凡切削力較小的材料，其切削加工性較好；反之則較差。在粗加工中，當(dāng)機(jī)床剛性或動力不足時(shí)，常以此為衡量指標(biāo)。二、影響材料切削加工性的因素第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

1.材料的力學(xué)性能：材料的力學(xué)性能越好，切削加工性能越差。強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性愈高，切削力、切屑變形越大，切削溫度越高，刀具磨損加劇。

2.材料的物理性能：材料的導(dǎo)熱性愈好、一定刀具耐用度下的切削速度愈高，材料的切削加工性愈好。

三、改善材料切削加工性的途徑

1.熱處理：低碳鋼—正火高碳鋼—退火

2.調(diào)整鋼的化學(xué)成分：

在鋼中加入S、Pb

等元素，改善材料的切削加工性—易切削鋼第一章金屬切削基礎(chǔ)知識

1.5零件的加工質(zhì)量零件的切削加工質(zhì)量包括加工精度和表面質(zhì)量。

1.加工精度：零件加工后的尺寸、形狀等參數(shù)的實(shí)際數(shù)值與其理論數(shù)值的符合程度。符合程度越高，偏差越小