機械制造基礎(chǔ)第十章金屬切削加工基礎(chǔ)知識

機械制造基礎(chǔ)

第十章金屬切削加工基礎(chǔ)知識

主講：仝勖峰西安電子科技大學(xué)本章內(nèi)容金屬切削加工的工作原理及特點，切削運動和切削要素；切削刀具基礎(chǔ)知識；金屬切削過程中的物理現(xiàn)象。一、切削加工切削:利用切削工具從工件上切除多余材料的加工方法。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。二、切削運動與切削要素1、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

金屬切削基礎(chǔ)知識錄像

1、零件表面的形成

2、切削運動2、切削運動1）三個表面在切削加工過程中，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。2、切削運動2、切削運動切削運動：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。2、切削運動切削過程中主運動只有一個；進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。2、切削運動

3、切削用量一般，切削用量包括：切削速度、進給量和背吃刀量。常稱為切削三要素。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。m/sνc=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3、切削用量2）進給量f(mm/r)指(車)刀具相對于工件旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn),在進給方向的位移量。單位為：mm/r或mm/str。3、切削用量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：“先定ap,次選f,最后定υc”aP＝4、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

三、切削刀具

刀具組成＝切削部分＋夾持部分1、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。1）對刀具材料的基本要求

(2)足夠的強度和韌性又稱堅韌性，以承受切削中的沖擊力和振動，減少刀具脆性斷裂和崩刃。(3)耐磨性好即抵抗磨損的能力，使刀具使用耐久。(4)高的耐熱性是指刀具在高溫下仍能保持硬度、強度、韌性和耐磨性等。(5)工藝性能要好為了便于刀具本身的制造，刀具材料還應(yīng)具有一定的工藝性能,如:切削性能、磨削性能、焊接性能及熱處理性能等。2）常用刀具材料（1）碳素工具鋼T10鋼(WC=1%)制手用鋼鋸條、簡單冷作模;T12鋼用于制作鉸刀、銼刀、量具等（2）合金工具鋼常用牌號如9SiCr、Cr12、CrMn、GCr15等。主要用于制造刃具、模具、量具等工具。2）常用刀具材料（3）高速鋼高速鋼是含W、Cr、V等合金元素較多的合金工具鋼。其常用牌號有:W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等,廣泛用于制造形狀復(fù)雜的高速切削工具,如：麻花鉆、銑刀、拉刀、齒輪刀具和其他成形刀具。（4）硬質(zhì)合金根據(jù)GB/2075-1998規(guī)定，按被加工材料分了三個大（類）組；分別用字母P、M、K表示(這些字母完全是習(xí)慣性，本身無其他含義)。3）新型刀具材料（1）涂層刀具材料是指通過氣相沉積或其他技術(shù)方法，在硬質(zhì)合金或高速鋼的基體上涂覆一薄層高硬耐磨的難熔金屬或非金屬化合物而構(gòu)成的。如在硬質(zhì)合金表面上涂厚4～9μm的涂層時，表面硬度可達(dá)2500～4200HV，是實現(xiàn)刀具要求“面硬而心韌”的有效方法之一。常用的涂層材料有TiC、TiN、Al2O3等硬質(zhì)合金涂層刀具壽命可比原來提高1～3倍，高速鋼涂層后壽命提高2～10倍，世界各國對涂層刀具運用很廣泛。處于領(lǐng)先地位的瑞典，在車削中使用涂層硬質(zhì)合金刀片已達(dá)70%～80%。3）新霉型刀具柏材料（2）陶絕瓷刀具材嫌料按化學(xué)叔成分可培分為A刻l2O3基和S備i3N4基兩類抹。陶瓷刀具限硬度高而削耐磨，允違許切削速悠度達(dá)成1逼2.5m斗/s，耐駝熱性度可適達(dá)120糖0～14礙50℃，糟其效率比處硬質(zhì)合金菌提高了1泳～4倍，渾可制成刀們片。用于半精攝和精加工西高硬度、脈強度鋼及瘋冷硬鑄鐵馳等，缺點雨抗彎強度盒低，沖擊憲韌性差。3）新型貫刀具材料（3）超健硬刀具材姻料它包括央人造聚柱晶金剛斯石和立但方氮化截硼等人恥造聚晶洗金剛石答刀具，場硬度極尊高(5躲000叢HV以破上),庫耐磨性去極好，慎可切削瓦硬的材候料而長誰時間保桌持尺寸躲的穩(wěn)定叫。刀具壽命段比硬質(zhì)合飛金高幾十毫至三百倍撿，宜精細(xì)糟加工。立方氮化移硼(CB塘N)的顯線微硬度達(dá)旱8000炎～900劣0HV，評僅次于天蓮然金剛石錢（100古00HV因），耐磨脫性很好，限其耐熱性指達(dá)150采0℃，且況與鐵族材鉛料親和作騰用小。2、刀具秘角度刀具的伏種類相深當(dāng)繁多刪，但其裂切削部斤分的結(jié)慈構(gòu)要素活和幾何痰角度有笑著許多細(xì)共同的色特征。各種刀汽具就一桌個刀齒秧而言，況都相當(dāng)據(jù)于車刀校的刀頭稱。2、刀具槐角度車刀切削法部分的組銀成車刀切濫削部分嫩有：“西三面兩漢刃一尖懂”。1）前霞刀面（霸簡稱前森面）指刀具上稠切屑流經(jīng)鹿的表面。2）主汗后刀面皮（簡稱職后面）是與工件乖上過渡表剝面相對的澡表面。3）副后如刀面（簡侍稱副后面打）是與工查件已加報工表面婆相對的私表面。2、刀魔具角度車刀切削摔部分的組序成車刀切蘭削部分前有：“尤三面兩漠刃一尖扒”。4）主切脆削刃前刀面與便主后刀面惡的交線。5）副功切削刃前刀面與若副后刀面在的交線。6）刀譜尖指主、副淹切削刃匯按交的部位立，它可以蹦是圓弧，承或是一小喇段直線。2、刀具搭角度3、刀具角度況參考系刀具角度畢是確定車魂刀各部分險幾何形狀譯的重要參教數(shù)，用于橫定義和規(guī)襯定刀具角默度的各基塑準(zhǔn)坐標(biāo)平送面稱為參蹤蝶考系。參畝考系有兩年類：一類湯稱為刀具批靜止參考壘系，又稱缺標(biāo)注參考畢系，它是候刀具設(shè)計補時標(biāo)注、挨刃磨和測汽量的基準(zhǔn)楚，用此定眠義的刀具麗角度稱刀畝具標(biāo)注角越度；另一弊類是刀具究工作參考種系，又稱夕為動態(tài)參慢考系。3、刀具角度妙參考系組成刀妙具靜止勢參考系江的平面視，如下頂所示，且由以下訂三平面省組成：1）基撞面Pr矛過切擇削刃選血定點并僅垂直于帳假定主綠運動方淺向的平驗面。車畏刀的基探面可理流解為平諸行于刀論具底面咸（水平津面）的滑平面。2）切懼削平面腰Ps姐過切柔削刃上滴選定點陳與切削塊刃相切暮并垂直釣于基面撤的平面梨（主切牢削平面寺以Ps膚表示，資副切削區(qū)平面以妙Ps，朵表示）愉。3）正交慚平面Po污過切息削刃上選截定點，并坦同時垂直駛于基面和祝切削平面的平面。4）假定爸工作平面蝕Pf宇過切削刃槽選定點，煎垂直于基梅面并平行盈與假定進塊給運動方斥向的平面凡。3、刀具角度若參考系4、車刀的窄幾何角所度及其旱作用4、車刀的幾防何角度及傭其作用1）前角捆r。前刀柜面與基面古間的夾角灘。根據(jù)前振刀面與醋基面間分的相對紛位置又熱分別規(guī)偶定為正杠前角、必零度前央角和負(fù)描前角。作用：影牌響切削刃銀鋒利程度舊及強度，瘋增加前角廊可使刀刃齡鋒利，切介削力減少才。切削溫丙度降低，預(yù)但過大的起前角會使越刃口強度星降低，容蝴易造成刃森口損壞。選擇原好則：前激角的數(shù)快值大小委與刀具喚切削部杏分的材勁料，被舅加工材筋料、工未作條件蹤蝶等都有叫關(guān)系。(1)刀澤具切削部氏分材料性傅脆、強度悅低時前角妻應(yīng)取小值有；(2)工踢件材料強忍度和硬度毒低時，可評選取較大就前角；(3)灶在重切嶺削和有育沖擊的馳工作條嫁件時，弱前角只錢能取較眾小值，麥有時甚白至取負(fù)災(zāi)值。一般是在眠保證刀具歌刃口強度亮的條件下蕩，盡量選悅用大前角濟。4、車刀的勾幾何角褲度及其擦作用2）后角選αo指主后刀恩面與切削棗平面之間啦的夾角。作用：減蘿小后刀面民與工件之評間的摩擦漫，它也和厘前角一樣弓影響刃口修的強度和約鋒利程度帥。選擇原則洲：與前角網(wǎng)相似，一承般后角值可為6～8映度。3）主暖偏角描γ指隙主切削剪平面與圈假定工喝作平面盲間夾角身。作用：影僑響切削刃思工作長度壟、背向力蔥、刀尖強巾度和散熱記條件；主柜偏差越小祖，背向力羽越大，切黎削刃工作婦長度越大駛，散熱條蓬件越好。選擇原徑則：工細(xì)件粗大經(jīng)，剛性菊好時可漆取較小眨值，車牧細(xì)長軸楊時為了棟減少背傾向力以私免工件之彎曲加抹工出腰柴鼓形，踏宜選取瘦較大的膝值，常菊用為4栽5～7完5度間羞。4、車刀的晃幾何角挪度及其捉作用4）副偏袋角副切誤削平面與孟假定工作飛平面間的改夾角。作用：翼影響已辛加工表翠面的粗暖糙度，雹減少副歪偏角可羨使加工刊表面粗起糙值降元低。選擇原則桂：精加工同為提高加塑工表面質(zhì)溉量，選取芽較小值，嚼一般為5逗～10度5）刃傾還角s漢指主切鞋削刃與基些面間的夾帥角，反映蟲主切削刃創(chuàng)對基面的品傾斜程度耽。作用：影奮響切屑流者動方向和飲刀尖的強呼度。(1)當(dāng)暖s為正酷值時，刀拴尖在主切徐削刃上的撤最高點，沃切屑流向芽得加工表銷面；(2)當(dāng)嫂s為負(fù)紀(jì)值時，刀拋尖在主切庸削刃上為通最低點，鐵切屑流向耕已加工表庭面；(3)刃幣傾角為0塵時，切屑鎮(zhèn)垂直于過車渡表面方挎向流出。4、車刀的獸幾何角星度及其滴作用在s為烤正值時切洗屑對刀具旦的壓力使害刀頭及刃惕口部分容逃易損壞，喊表現(xiàn)出刀累頭強度較釣差；反之孝則表示刀斯頭強度較凱好。選擇原則砌：精加工腎時取正值妥，粗加工幅時或有沖安擊時取負(fù)作值，一般噴情況下為桌0～5度滋。5、刀具結(jié)構(gòu)刀具結(jié)源構(gòu)種類清很多，摩以車刀厲為例介界紹常見犁分類：1）整體評車刀榮切削部分望與刀桿為穗同一種材撲料，如高獄速鋼車（動白鋼刀）帥，在有色梨金屬加工飛中應(yīng)用較礙多。2）焊索接車刀忘切渣削部分厘與刀桿殲不同材己料，刀超桿為中銳碳鋼鍛版造，而母切削部摧分為硬揮質(zhì)合金大類刀片雕，運用上硬釬焊膝連接而致成，方散便靈活亮，尤其掘小刀具撥運用多厭。呢.3）機械鴨夾固式車副刀按泊是否重磨吩又分機夾術(shù)不重磨式烈和機夾重盆磨式兩種苗，其中機路夾不重磨滔時，一刀敘刃用鈍后誕不需重磨竭。如圖所照示，只須艦將夾緊螺遇釘稍松，膨?qū)⒌镀偈邹D(zhuǎn)過一刃唱即可使用以。而機夾貞重磨式，常類似焊接闊車刀，用體鈍后可重獸磨。5、刀具結(jié)構(gòu)5、刀具結(jié)構(gòu)5、刀具結(jié)構(gòu)切削過程長錄像四、金屬切霸削過程1、切事屑形成余及種類1）切屑童形成摘塑性材料波的切屑過含程是一個扁：擠壓變茫形切離過禁程；經(jīng)歷匹了：彈性桂變形、塑豬性變形、豆擠裂和切度離四個階乳段。2）切屑斬的種類①帶狀膛切屑②節(jié)狀乳切屑③崩碎切穗屑2、積斯屑瘤2、積滔屑瘤對急切削過蜻程的影怠響優(yōu)點：①硬化桃刀刃保惜護刀具杜；②增大暮前角γ音利切削慨；③粗加工拍時利用之股。不足：時旺積時流使盡工件表面飲粗糙；精糊加工時，桑予以限制頸。3、切削力3、切削捏力以車外圓取時為例：總切削需力F分壺解為相滾互垂直愉的三個躲分力：1）切削員力Fc夕F在主咐運動方向勇上的分力姐；2）進固給力F驗f祥F在進樹給方向依上的分牢力；3）背向派力Fp翻F在垂餅直于工作醋平面方向怨上的分力疼。4、切削熱努與切削硬溫度4、切削帆熱與切削仇溫度1）切梨削熱的趣產(chǎn)生、盜傳出及霜對加工霞的影響倉（見錄瘋像片）2）切弄削溫度緞及其影冤響影響切削欠溫度的主過要因素：①工件材滿料強電而硬的材梯料生熱多摩；②切削用志量影恩響程度依嗎次排序為富：切削速董度、進柜給量、炎背吃刀姑量。③刀具角繳度前角兆大點、主陡偏角小些論都可使生繭熱少些。4、切削熱與保切削溫度3）切員削液及根其選用降低切削姓熱的一個乳有效途徑貢是噴注切程削液，可螺以降溫。鵲其實切削而液還可以您起：冷濫卻作用、漫潤滑、清笨洗和防銹梳作用。生產(chǎn)中偉常用的漲切削液不可分為泉三類：（1）納水溶液水為主，顛加有防銹硬液等添加胡劑。作用膊：冷卻為粉主。（2）乳息化液將乳化宣油加水海稀釋而跑成。不摧僅冷卻陳且兼潤燦滑作用捎。（3）切趁削油礦物油似為主。票少數(shù)采獲用動、評植物油繁等，潤而滑為主5、刀具磨損夸和刀具耐楊用度刀具在使廳用一段時或間后，其攀切削刃變延鈍，以致帶無法使用寺。為此要近討論刀具蕉磨損與耐睜用度。1）刀具臘磨損形態(tài)（1）后蜓刀面磨損污，磨損以沉后刀面上疏的磨損寬礎(chǔ)度值VB邊表示。（2）歐前刀面釣?zāi)p扇在高梳切削速掃度，背岔吃刀量裕較大且誘不用切商削液情算況下，語切塑性別材時，衛(wèi)前刀面初上出現(xiàn)絡(luò)月牙洼挨，前刀脾面的磨皮損量以中最大深涉度值K言T表示蠻。（3）前慚后刀面同公時磨損5、刀具磨損宅和刀具耐酷用度五、常驅(qū)用材料蹤蝶切削性態(tài)能1、結(jié)紐奉構(gòu)鋼1）低協(xié)碳鋼性軟而韌短，易生鱗君刺，經(jīng)正塞火處理后竄，可使切終削性得以松改善。2）中碳章鋼有較好綜槐合力學(xué)性筑能，切削