金屬切削基礎(chǔ)知識(shí)

金屬工藝學(xué)主講：李金火TEL-mail：kingfour369@163.com

金屬工藝學(xué)是一門技術(shù)基礎(chǔ)課，機(jī)電類專業(yè)的主干專業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)專業(yè)課和基礎(chǔ)課起著橋梁的作用。緒論本課程的重要性

本課程的研究對(duì)象

生產(chǎn)準(zhǔn)備毛坯機(jī)械加工裝配調(diào)試（車，銑，刨，磨，鉆，鏜、鉗工等）（組裝，維修）（鑄造，鍛造，焊接，沖壓等）常用的工程材料、各種加工處理工藝。（材料分析、市場(chǎng)調(diào)查，購買原材料）原材料零件機(jī)器§1金屬切削基礎(chǔ)知識(shí)（切削運(yùn)動(dòng)、刀具、切削過程、切削機(jī)床）§2常用切削加工方法（車削、銑削、刨削、磨銷、鉆削、……）§3鉗工§4

鑄造、鍛壓§5

焊接§6數(shù)控、熱處理（實(shí)習(xí)）本課程的主要內(nèi)容本課程的特點(diǎn)1、本課程同實(shí)踐緊密相聯(lián)系，是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，通過生產(chǎn)實(shí)踐才能融會(huì)貫通地學(xué)習(xí)掌握相關(guān)知識(shí)（安排了金工實(shí)習(xí)）。

2、為了彌補(bǔ)實(shí)踐方面的不足，采用視頻教學(xué)以及到工廠參觀和實(shí)習(xí)，通過師生的相互努力來學(xué)好這門功課。

金屬切削的基礎(chǔ)知識(shí)切削加工——利用切削工具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從工件（毛坯）上切去多余的金屬層，從而獲得符合一定質(zhì)量要求的零件的加工過程。

切削運(yùn)動(dòng)刀具切削過程的現(xiàn)象第1節(jié)切削運(yùn)動(dòng)及切削用量一、切削運(yùn)動(dòng)二、切削用量三、切削層參數(shù)零件表面的形成

一、外圓面和孔

二、平面

三、成形面幾何本質(zhì)——由一條線沿另一條線運(yùn)動(dòng)而形成的軌跡?？赡姹砻妗妇€和導(dǎo)線可以互換（平面、圓柱面。。。）一、切削運(yùn)動(dòng)切削運(yùn)動(dòng)：為完成切削工作，刀具與工件之間必須有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即切削運(yùn)動(dòng)。分類：按其在切削過程中所起的作用不同，分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)：切下切屑所必需的基本運(yùn)動(dòng)稱為主運(yùn)動(dòng)。

特點(diǎn)：在切削運(yùn)動(dòng)中，主運(yùn)動(dòng)的速度最高，消耗的功率也最大，一般只有一個(gè)。

進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：使被切削的金屬層不斷投入切削的運(yùn)動(dòng)稱為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)：速度低，消耗功率小

可有多個(gè)二、切削用量———用來衡量切削運(yùn)動(dòng)量的大小三要素：切削速度

進(jìn)給量

背吃刀量1.切削速度定義：

切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。以

vc表示，單位m/s或m/min計(jì)算公式：（1）主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，

vc為最大線速度d——工件或刀具的直徑，mm

n

——工件或刀具的轉(zhuǎn)速，r/s或r/min（2）主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，

vc為平均速度L——

往復(fù)行程長(zhǎng)度，mm

nτ——主運(yùn)動(dòng)的往復(fù)速度，st/s或st/min2.進(jìn)給量

——刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)工件的位移量。車削：每轉(zhuǎn)進(jìn)給量用

f表示，單位mm/r刨削：每行程進(jìn)給量用

f表示，單位mm/st銑削：每齒進(jìn)給量用fz

表示，單位mm/zfz進(jìn)給速度，即瞬時(shí)速度

用vf表示，單位mm/s

或mm/minz——刀具齒數(shù)3.背吃刀量定義：在通過切削刃上選定點(diǎn)并垂直于該點(diǎn)主運(yùn)動(dòng)方向的切削層尺寸平面中，垂直于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向測(cè)量的切削層尺寸。即切削深度，用

ap表示，單位mm加工表面待加工表面已加工表面過渡表面切削用量選擇的基本原則粗加工：切削用量選擇的順序應(yīng)是先確定背吃刀量ap（大）、再確定進(jìn)給量f、最后確定切削速度Vc?！谇邢饔昧咳刂?，背吃刀量ap對(duì)刀具耐用度的影響最小，而切削速度Vc對(duì)刀具耐用度的影響最大。

精加工：先選擇切削速度（大），其次是進(jìn)給量，最后是背吃刀量?！ＷC尺寸精度和表面粗糙度。

1.背吃刀量ap的選擇

選擇盡量大的背吃刀量，盡量在一次走刀中，把本工序加工應(yīng)切除的加工余量切除掉。（粗加工——提高生產(chǎn)率）2.進(jìn)給量f的選擇

限制粗加工最大進(jìn)給量f的主要因素——刀桿和刀片的強(qiáng)度、進(jìn)給機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度及工藝系統(tǒng)的剛性。限制精加工時(shí)最大進(jìn)給量主要因素——加工表面的表面粗糙度。3.切削速度vc的選擇

粗加工時(shí)限制切削速度vc的主要因素——刀具耐用度和機(jī)床功率。

精加工時(shí)限制切削速度vc的主要因素——刀具耐用度。

切削層——在切削過程中，由刀具切削部分的一個(gè)單一動(dòng)作所切除的工件材料層。包括：切削層公稱橫截面積AD

——垂直于主運(yùn)動(dòng)方向上切削層的截面的面積，AD=bD×hD

切削層公稱寬度bD

——沿主切削刃上度量的切削層尺寸

切削層公稱厚度hD

——兩相鄰過渡表面之間的垂直距離三、切削層參數(shù)第2節(jié)刀具一、刀具材料二、刀具結(jié)構(gòu)三、刀具角度

一、刀具材料刀具材料的要求（1）高硬度＞60HRC（2）高強(qiáng)度、高韌性（3）耐磨性:與硬度有關(guān)（4）耐熱性（紅/熱硬性）：抗氧化能力（5）工藝性（可制造性）：便于加工（6）經(jīng)濟(jì)性：性價(jià)比要高常用刀具材料（1）碳素工具鋼、合金工具鋼（鉗工工具）（2）高速鋼（復(fù)雜刀具）（3）硬質(zhì)合金（WC、TiC）（4）新型材料

陶瓷材料

金剛石

立方氮化硼

（CBN）性能比較 硬度（耐磨性）：金剛石＞立方氮化硼＞陶瓷＞金屬陶瓷＞硬質(zhì)合金＞高速鋼＞工具鋼強(qiáng)/韌度：高速鋼＞硬質(zhì)合金＞陶瓷類耐熱性：立方氮化硼＞陶瓷＞金屬陶瓷＞硬質(zhì)合金＞聚晶金剛石(PCD)＞高強(qiáng)度鋼(HSS)

常用刀具材料⑴

碳素工具鋼C=0.7~1.4%；T8、T10、T10A、T12等HRC≈60~64特點(diǎn)a.淬火后硬度高；HRC≈61~65b.價(jià)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(jiǎn)單的手動(dòng)工具。如銼刀、鋸條等。⑵

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。如鉸刀、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。⑷

硬質(zhì)合金碳化物+粘結(jié)劑——粉末冶金碳化物：WC、TiC、等粘結(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。W18Cr4V①鎢鈷類（YG）：WC+Co韌性好、硬度低，切削韌性材料時(shí)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。⑸

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二、刀具結(jié)構(gòu)

刀具=夾持部分+切削部分夾持部分——用來將刀具夾持在機(jī)床上的部分切削部分——刀具上直接參與切削工作的部分結(jié)構(gòu)形式2、焊接式3、機(jī)夾式1、整體式機(jī)夾銑刀三、刀具角度（一）車刀切削部分的組成三面兩刃一尖：前刀面——刀具上切屑流過的表面主后刀面——與過渡表面相對(duì)的表面副后刀面——與已加工表面相對(duì)的表面主切削刃——前刀面與主后刀面的相交線，擔(dān)負(fù)主要切削任務(wù)，形成過渡表面副切削刃——前刀面與副后刀面的相交線，配合主切削刃完成切削任務(wù)刀尖——主副切削刃連接部位刀具標(biāo)注角度的作用：1、刀具靜止參考系

——用于定義刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測(cè)量幾何參數(shù)時(shí)所用的參考系。組成：由三個(gè)互相垂直的輔助平面組成

基面——過主切削刃上選定點(diǎn)，與該點(diǎn)切削速度方向垂直的平面，以pr表示。

切削平面——過切削刃選定點(diǎn)，與切削刃相切并垂直于基面的平面，包括主切削平面ps和副切削平面ps’

正交平面——過切削刃選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于基面和切削平面的平面，以po表示。假定工作平面——過切削刃選定點(diǎn)，垂直于基面并平行于假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的平面，以pf表示

（二）刀具切削部分的主要角度刀具靜止參考系平面2、刀具主要角度

主偏角kr——在基面中測(cè)量的主切削平面與假定工作平面間的夾角副偏角kr’——在基面中測(cè)量的副切削平面與假定工作平面間的夾角前角γ0——在正交平面中測(cè)量的前（刀）面與基面間的夾角。后角α0——在正交平面中測(cè)量的刀具后面（主后刀面）與切削平面間的夾角。刃傾角λS——在主切削平面中測(cè)量的主切削刃與基面間的夾角。包括：主偏角kr——在基面中測(cè)量的主切削平面與假定工作平面間的夾角副偏角kr’——在基面中測(cè)量的副切削平面與假定工作平面間的夾角基面投影主偏角的影響：1）影響參與切削的切削刃長(zhǎng)度和刀具的壽命切削深度和進(jìn)給量一定時(shí)，

kr減小，切屑寬度增大，切屑厚度減小

參與切削的切削刃長(zhǎng)度增大，切削刃單位長(zhǎng)度上的負(fù)荷小，且利于散熱

延長(zhǎng)刀具壽命。2）影響工件表面粗糙度主偏角減小，會(huì)降低加工表面殘留面積的高度，從而減小表面粗糙度的值，提高表面精度。3）影響三個(gè)方向切削分力的大小切削力一定時(shí)，增大主偏角，則徑向分力減小，從而減少工件的彈性變形和振動(dòng)。所以加工細(xì)長(zhǎng)軸類零件時(shí)選用大的主偏角，一般選用75-90度、甚至大于90度的主偏角。副偏角的作用：1）主要作用是減少副切削刃與已加工表面的摩擦。2）當(dāng)主偏角一定時(shí)，副偏角的大小會(huì)影響到加工殘留面積的高度，對(duì)加工表面的表面粗糙度影響較大。減小副偏角會(huì)降低表面粗糙度的數(shù)值。副偏角一般為5-15度，粗加工時(shí)取較大值

前角γ0——在正交平面中測(cè)量的前面與基面間的夾角。

后角α0——在正交平面中測(cè)量的刀具后面與切削平面間的夾角。正交平面投影前角分類：根據(jù)前面和基面相對(duì)位置的不同，分為正前角、零度前角和負(fù)前角影響：1）增大前角能使切削刃鋒利，切削輕快，即能減小切削層的塑性變形，減小切削力。2）過大的前角，會(huì)導(dǎo)致切削刃強(qiáng)度下降，刀頭散熱體積減小，磨損加劇，降低刀具壽命。選取：考慮工件材料、刀具材料和加工性質(zhì)1）工件材料強(qiáng)度、硬度低，前角可選大些；2）加工塑性材料，前角大些，加工脆性材料，前角取小些；3）刀具材料韌性好，前角可大些；4）精加工時(shí)前角可選大些，粗加工時(shí)可選小些。后角作用：1）減少刀具后面與工件表面的摩擦，并配合前角改變切削刃的鋒利與強(qiáng)度。后角大，摩擦小，切削刃鋒利。2）后角過大，切削刃變?nèi)簦釛l件變差，加速刀具磨損。選?。焊鶕?jù)加工的種類和性質(zhì)來選取粗加工或工件材料較硬時(shí)，要求切削刃強(qiáng)固，后角取較小值，為6-8度；反之可取大些，如8-12度。前角、后角的影響刃傾角λS

——在主切削平面中測(cè)量的主切削刃與基面間的夾角。

主切削平面投影刃傾角分類：正、負(fù)、零度之分影響：影響