金屬切削的基礎(chǔ)知識課件

第二章

金屬切削的基本知識1金屬切削加工鉗工機(jī)械加工手持工具加工，加工方法有劃線、鏨、鋸、刮、研、攻螺絲、套螺絲等通過操作機(jī)床來完成切削加工的，如車、鉆、刨、磨、齒輪加工等切削加工是使用切削工具(刀具、磨具和磨料)在工具和工件的相對運(yùn)動中，把工件上多余的材料層切除，獲得工件設(shè)計的幾何參數(shù)(形狀、尺寸、位置)和表面質(zhì)量的加工方法。2第一章金屬切削的基礎(chǔ)知識

一、零件表面的形成

第一節(jié)切削運(yùn)動及切削要素

以直線或曲線為母線、以圓或直線為軌跡作運(yùn)動所形成的表面3二、切削運(yùn)動為了形成零件表面形狀，刀具與工件之間的相對運(yùn)動1.主運(yùn)動：切下切屑最主要的運(yùn)動特點(diǎn)：在整個運(yùn)動系統(tǒng)中—

速度最高、消耗的功率最大。主運(yùn)動只有一個。2.

進(jìn)給運(yùn)動：使金屬層不斷投入切削，加工出完整表面所需的運(yùn)動特點(diǎn)：速度低、消耗的功率小。有一個或多個。43.

零件上的三個表面已加工表面加工表面待加工表面nf已加工表面加工表面待加工表面dwdm5三、切削要素1.

切削用量三要素1）切削速度（v）在單位時間內(nèi)，工件或刀具沿主運(yùn)動方向的相對位移m/s旋轉(zhuǎn)運(yùn)動：（m/s）往復(fù)直線運(yùn)動：（m/s）dmdwfn12fapKr62）進(jìn)給量(f)(mm)在單位時間內(nèi)（主運(yùn)動的一個循環(huán)內(nèi)），刀具或工件沿進(jìn)給運(yùn)動方向的相對位移。單位時間的進(jìn)給量—進(jìn)給速度(vf)(mm/s)3）切削深度(ap)(mm)(mm)dmdwfn12fapKr72.

切削層幾何參數(shù)切削層

—指工件上正在被切削刃切削的那一層金屬即兩個相鄰加工表面之間的那一層金屬1)切削厚度(ac)(mm)兩相鄰加工表面之間的垂直距離(mm)2)切削寬度(aw)(mm)沿主刀刃度量的切削層的長度acfapKraw(mm)3)切削面積(AC)(mm2)(mm2)8第二節(jié)刀具材料及刀具構(gòu)造

刀具的組成切削部分（刀頭）夾持部分(刀體)前刀面：主后刀面：副后刀面：主刀刃副刀刃刀尖切屑流出所經(jīng)過的表面刀具上與工件的加工表面相對的表面刀具上與工件的已加工表面相對的表面夾持部分(刀體)切削部分(刀頭)前刀面主后刀面副后刀面主刀刃副刀刃刀尖9一、刀具材料1.

對刀具材料的基本要求⑴

較高的硬度。一般要求在HRC60以上。⑵

有足夠的強(qiáng)度和韌性。⑶

有較好的耐磨性。⑷

較高的耐熱性。⑸

有較好的工藝性。102.

常用刀具材料⑴碳素工具鋼C=0.7~1.4%；T8、T10、T10A、T12等特點(diǎn)a.淬火后硬度高；HRC≈61~65b.價格低；ｃ.耐熱溫度低；ｄ.淬火后應(yīng)力、變形大。250~300℃應(yīng)用：速度低、形狀簡單的手動工具。如銼刀、鋸條等11⑵合金工具鋼Me<5%；9SiCr、CrWMn等HRC≈61~68耐熱溫度—350~400℃應(yīng)用：速度低、形狀復(fù)雜的工具。如絞刀、板牙、絲錐等⑶高速鋼高合金鋼W=6~20%；Cr=3.8~4.4%；V=1.0~4%HRC≈62~69耐熱溫度—600℃應(yīng)用：各種形狀復(fù)雜的刀具如鉆頭、銑刀、拉刀、齒輪刀具和其他成形刀具12⑷硬質(zhì)合金碳化物+粘結(jié)劑——粉末冶金碳化物：WC、TiC、TaC、NbC粘結(jié)劑：CoHRC≈76~84耐熱溫度—1000℃允許的切削速度是高速鋼的4~10倍①鎢鈷類(YG)：WC+Co韌性好、硬度低，切削韌性材料時耐磨性較差適于加工鑄鐵、青銅等脆性材料和粗加工②鎢鈷鈦類(YT)：WC+TiC+Co硬度高、耐磨性好、耐熱性好，但韌性較差適于加工韌性材料和精加工13⑸陶瓷材料主要成分是Al2O3HRC≈93~94耐熱溫度—1200~1450℃主要用于加工半精加工和精加工高硬度、高強(qiáng)度鋼及冷硬鑄鐵等材料人造金剛石、立方氮化硼等刀具材料14二、刀具角度1.

刀具靜止參考系①基面dwdmnf過主刀刃上一點(diǎn)，與該點(diǎn)切削速度方向相垂直的平面②切削平面過主刀刃上一點(diǎn)，與該點(diǎn)加工表面相切的平面切削平面③正交平面正交平面過主刀刃上一點(diǎn)，與主刀刃在基面上的投影相垂直的平面15162.刀具切削部分的主要角度dwdmnfpo-po正交平面1)前角(

0)前刀面和基面之間的夾角在正交平面內(nèi)度量

02）后角(

0)主后刀面和切削平面之間的夾角在正交平面內(nèi)度量

03）主偏角(kr)4）副偏角(kr′)krKr’在基面內(nèi)度量175）刃傾角（

S）主切削刃與基面之間的夾角。在切削平面內(nèi)度量影響刀頭的強(qiáng)度、切削分力和排屑方向選擇：粗加工：可取零或負(fù)（

S

=0、-

S）精加工：取正（+

S

）18刀具角度對切削的影響1)前角

0影響刃口的鋒利程度及切屑的變形選擇：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.刃口鋒利，切屑變形小b.切削力減小，切削輕快，表面質(zhì)量好c.易磨損或崩刃，不耐用192）后角

0減少刀具后刀面與已加工表面間的摩擦a.刃利，減少摩擦b.減小刀具的磨損，使刀具耐用c.提高工件的加工精度和表面質(zhì)量

0↑：選擇：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=80~120粗加工：

0=40~80203）主偏角kr4）副偏角kr′副偏角對殘留面積的影響主偏角對殘留面積的影響影響切削層的形狀和切削分力影響已加工表面的粗糙度Kr′↓：Ra↓，耐用度↑。過小易引起摩擦和振動，降低表面質(zhì)量kr↓：ap、f不變、aw↑、ac↓、主切削刃單位長度上的負(fù)荷減少，刀具耐用21刀具的結(jié)構(gòu)形式整體式焊接式機(jī)夾不重磨式多為高速鋼車刀，其結(jié)構(gòu)簡單，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，保持了硬質(zhì)合金的原有性能，提高了刀具的耐用度結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、剛性好，可磨出各種所需角度，應(yīng)用廣泛三、刀具結(jié)構(gòu)22常見刀具的結(jié)構(gòu)形式233.刀具的工作角度車外圓時車刀安裝的高低，對前角、后角有影響車外圓時車刀安裝的偏斜，對主偏角、副偏角有影響24第三節(jié)金屬切削過程

金屬材料在刀具的作用下變形、分離的過程一、切屑的形成過程及切屑的種類1.

切屑形成過程切削層金屬彈性變形塑性變形擠裂切離切屑受到刀具前刀面的推擠后產(chǎn)生彈性變形隨著切應(yīng)力、切應(yīng)變逐漸增大，達(dá)到其屈服強(qiáng)度時，產(chǎn)生塑性變形而滑移刀具繼續(xù)切入時，材料內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變繼續(xù)增大，當(dāng)切應(yīng)力達(dá)到其斷裂強(qiáng)度時，金屬材料被擠裂沿刀具前刀面流出252.切屑的種類1)帶狀切屑用較大的

0、較高的v、較小的f加工塑性材料時易見2)節(jié)狀切屑用較小的

0、較低的v

、較大的f、粗加工中等硬度的塑性材料時易見3)崩碎狀切屑切削黃銅或鑄鐵等脆性材料時易見26控制切削條件，使切屑形態(tài)向有利于生產(chǎn)的方面轉(zhuǎn)化，可保證切削加工的順利進(jìn)行前角↑切削速度↑進(jìn)給量↓有利于使粒狀切屑、節(jié)狀切屑向帶狀切屑轉(zhuǎn)化使切削過程平穩(wěn)降低加工表面粗造度數(shù)值27二、積屑瘤在一定的切削速度下切削塑性材料時，常發(fā)現(xiàn)在刀具前刀面上靠近刀刃的部位粘附著一小塊很硬的金屬，即積屑瘤1.

積屑瘤的形成1)積屑瘤的形成過程①工件材料：塑性材料②刀具角度：

0偏?、矍邢魉俣龋褐械?10~50m/min)，溫度約300℃④冷卻條件：不加切削液282.積屑瘤對加工過程的影響有利①↑

0增大，切削輕快②替代切削刃切削，保護(hù)刀具所以：粗加工時可以利用不利①積屑瘤不穩(wěn)定，易引起振動，↑Ra

②引起ap的變化，↓尺寸精度所以：精加工時應(yīng)盡量避免293.積屑瘤的控制主要影響因素工件材料的塑性切削速度刀具前角冷卻潤滑條件控制措施避免在中溫、用中速加工塑性材料增大前角減小切削變形利用切削液減少或消除積屑瘤對工件進(jìn)行正火、調(diào)質(zhì)處理，降低

30三、切削力和切削功率1.切削力的構(gòu)成與分解1)切削力的構(gòu)成①材料的變形抗力②切屑、工件表面與刀具的摩擦力2)切削力的分解主切削力Fc：在切削速度方向上的分力，約占合力的85~90%背向力Fp：在切削深度方向上的分力，與切深方向相反進(jìn)給力Ff：在進(jìn)給方向上的分力，與進(jìn)給方向相反FpFcFfF312.切削力的估算影響切削力的因素②工件材料：σ↑、HB↑、δ↑、αk↑，則F↑①切削用量：ap↑、f↑，則F↑③刀具角度：

0↑，F(xiàn)↓；kr↑，則Fp↓、Fc↑④冷卻條件：加切削液，F(xiàn)↓（N）切削力的估算3.切削功率(W)32四、切削熱和切削溫度1.切削熱的來源、傳散及對加工的影響1)切削熱的來源a.切屑變形所產(chǎn)生的熱，是主要來源b.切屑與前刀面之間的摩擦熱c.工件與后刀面之間的摩擦熱由切屑、工件、刀具、介質(zhì)傳出2)切削熱的傳散3)對加工的影響a.傳入切屑及介質(zhì)中的熱量越多，有利b.傳入工件及刀具中的熱量越少，有利332.切削溫度及其影響因素切削溫度：切削區(qū)(切屑、工件、刀具接觸區(qū))的平均溫度影響切削溫度的因素：②工件材料：③刀具④冷卻條件：加切削液，切削溫度降低

0↑、kr↓，則t↓①切削用量：v↑、f↑、ap↑，則t↑材料的導(dǎo)熱性↑，則t↓σ↑、HB↑、δ↑、αk↑，則t↑材料的導(dǎo)熱性↑，則t↓34五、刀具磨損和刀具耐用度1.刀具磨損1)刀具磨損形式①后刀面磨損②前刀面磨損③前后刀面同時磨損一般用后刀面的磨損高度VB表示刀具的磨損程度2)刀具的磨損過程VBtOABC初期磨損階段正常磨損階段急劇磨損階段①初期磨損階段(OA)②正常磨損階段(AB)③急劇磨損階段(BC)最好在刀具正常磨損階段后期，急劇磨損階段之前刃磨35②工件材料：強(qiáng)度、硬度越高、導(dǎo)熱性愈差，刀具磨損愈快③刀具④冷卻條件：合理使用切削液，可提高刀具耐用度a.角度：增大

0、

0，可減小刀具磨損b.材料：耐磨、耐熱性愈好，不易磨損2.影響刀具磨損的因素①切削用量愈大，刀具磨損加劇3.刀具耐用度（T）指刀具由開始切削到磨鈍為止的實際切削總時間即刀具在兩次刃磨之間的實際切削總時間36第四節(jié)提高切削效益的途徑一、切削加工主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1.產(chǎn)品質(zhì)量1)精度①尺寸精度②形狀精度③位置精度2)表面質(zhì)量①表面粗糙度②已加工表面的加工硬化和剩余應(yīng)力加工硬化：工件表層金屬在形成已加工表面的過程中經(jīng)過強(qiáng)烈的塑性變形，使其晶粒伸長、扭曲和破碎而被強(qiáng)化的現(xiàn)象372.生產(chǎn)率常以單位時間內(nèi)生產(chǎn)零件的數(shù)量來表示提高生產(chǎn)率的主要途徑①盡可能采用先進(jìn)的毛坯制造工藝，減小加工余量②合理地選擇切削用量③盡可能采用先進(jìn)的工、夾、量具④盡可能采用先進(jìn)的機(jī)床設(shè)備及自動化控制系統(tǒng)3.經(jīng)濟(jì)性使用價值一定，投入最??；或投入一定，使用價值最大投入最少，工藝最簡單，產(chǎn)出最大38三、切削液的選用1)切削液的作用a.冷卻作用b.潤滑作用c.洗滌與排屑作用d.防銹作用2)切削液的種類b.乳化液：乳化油+水+防銹劑切削油：礦物油a.水溶液：肥皂水或蘇打水+防銹劑①水基：冷卻②油基：潤滑3)切削液的選用粗加工：以冷卻為主如水溶液、低濃度的乳化液等精加工：以潤滑為主如高濃度的乳化液、切削油等39四、材料切削加工性的改善