機械制造第二章金屬切削原理與刀具

1、 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 第一節(jié) 刀具的結(jié)構(gòu) 一、切削運動 1.1.切削運動切削運動 刀具與工件間的相對運動稱為切削運動刀具與工件間的相對運動稱為切削運動 （即表面成形運動）（即表面成形運動） 主主 運運 動動：在機床上形成切削速度并消耗大部：在機床上形成切削速度并消耗大部 分切削力的運動分切削力的運動 進給運動：機床上維持切削加工過程連續(xù)不斷：機床上維持切削加工過程連續(xù)不斷 進行運動進行運動金屬切削原理與刀具 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具2.2.切削要素切削要素 待加工表面待加工表面： 工件上即將被切除的表面工件上即將被切除的表面 已

2、加工表面已加工表面： 工件上已切去切削層而形工件上已切去切削層而形 成的新表面成的新表面 過渡表面過渡表面( (加工表面加工表面) )： 工件上正被刀具切削著的工件上正被刀具切削著的 表面，介于已加工表面和表面，介于已加工表面和 待加工表面之間待加工表面之間 切削過程中，工件上通常存在的切削過程中，工件上通常存在的3 3個不斷變化的表個不斷變化的表面面 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具切削要素包括切削用量和切削層的幾何參數(shù)切削要素包括切削用量和切削層的幾何參數(shù) (1).(1).切削用量切削用量 包括切削速度、進給量、背吃刀量（切削深度）包括切削速度、進給量、背吃刀量（切削深度） 切削

3、速度切削速度VcVc（m/sm/s）：刀具切削刃上選定點相對于）：刀具切削刃上選定點相對于 工件主運動的速度工件主運動的速度 計算時常用最大切削速度代表刀具的切削速度計算時常用最大切削速度代表刀具的切削速度 外圓車刀車削外圓時的切削速度計算公式為外圓車刀車削外圓時的切削速度計算公式為 1000ndvw dwdw工件待加工表面的直徑，工件待加工表面的直徑，(mm)(mm) n n工件的轉(zhuǎn)速，工件的轉(zhuǎn)速，(r/s(r/s) ) 內(nèi)孔車削時的切削速度計算公式為內(nèi)孔車削時的切削速度計算公式為1000ndvm d dm m工件已加工表面的直徑，工件已加工表面的直徑，(mm)(mm) n n工件的轉(zhuǎn)速，工

4、件的轉(zhuǎn)速，(r/s(r/s) 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 進給量進給量f f 在主運動每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)或每一行程時，刀具與工件在主運動每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)或每一行程時，刀具與工件 之間沿進給動方向的相對位移之間沿進給動方向的相對位移 單位是單位是 mm/r(mm/r(用于車削、鏜削等用于車削、鏜削等) ) mm/ mm/行程行程( (用于刨削、磨削等用于刨削、磨削等) ) 進給量表示進給運動的速度進給量表示進給運動的速度 進給速度進給速度VfVf（mm/s) mm/s) 每齒進給量每齒進給量fzfz( (多刃刀具，多刃刀具，mm/mm/齒齒) ) 其中：其中： n n主運動的轉(zhuǎn)速，主運動的轉(zhuǎn)速，(

5、r/s(r/s) ) z z刀齒齒數(shù)刀齒齒數(shù)V Vf f=n=nf=nf=nz zf fz z 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 背吃刀量背吃刀量a ap p （切削深度）（切削深度） 待加工表面與已加工表面之間的垂直距離待加工表面與已加工表面之間的垂直距離(mm) (mm) 單位為單位為mm mm 對于外圓加工對于外圓加工 其中：其中：d dw w工件待加工表面的直徑，工件待加工表面的直徑，(mm)(mm) d dm m工件已加工表面的直徑，工件已加工表面的直徑，(mm) (mm) 對于鉆孔工作對于鉆孔工作2mwpdda2mpda 金屬切削原理與刀具 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 (2)

6、.(2).切削層參數(shù)切削層參數(shù) 在切削過程中，工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)或刀具每轉(zhuǎn)一齒，刀在切削過程中，工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)或刀具每轉(zhuǎn)一齒，刀 具主切削刃相鄰兩位置間的一層金屬，稱為切削層具主切削刃相鄰兩位置間的一層金屬，稱為切削層 切削層公稱寬度切削層公稱寬度a aw w： 沿過渡表面測量的切削層尺寸沿過渡表面測量的切削層尺寸 a aw w反映了切削刃參加切削的工作長度反映了切削刃參加切削的工作長度 a aw w=a=ap p/sink/sinkr r 切削層公稱厚度切削層公稱厚度a ac c： 在過渡表面法線方向測量的切削層尺寸，即相鄰兩在過渡表面法線方向測量的切削層尺寸，即相鄰兩 過渡表面之間的距離過渡表面之

7、間的距離 a ac c反映了切削刃單位長度上的切削負(fù)荷反映了切削刃單位長度上的切削負(fù)荷 a ac c=f=fsinksinkr r 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 切削層公稱橫截面積切削層公稱橫截面積AcAc： 切削層公稱厚度與切削層公稱寬度的乘積切削層公稱厚度與切削層公稱寬度的乘積 Ac=aAc=ac ca aw w=f=fsinksinkr ra ap p/sink/sinkr r=f=fa ap p 切削用量與切削層參數(shù)切削用量與切削層參數(shù) 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 二、刀具角度 1.1.刀具切削部分的組成刀具切削部分的組成 三面兩刃一尖三面兩刃一尖 前前(

8、 (刀刀) )面面 主后主后( (刀刀) )面面 副后副后( (刀刀) )面面 主切削刃主切削刃 副切削刃副切削刃 刀尖刀尖 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具其它各類刀具，都可以看作是車刀的演變和組合其它各類刀具，都可以看作是車刀的演變和組合 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具2.2.刀具角度的參考平面刀具角度的參考平面 正交平面參考系正交平面參考系 切削平面：通過主切削刃上切削平面：通過主切削刃上某一點并與工件加工表面相切某一點并與工件加工表面相切的平面。的平面。 基面：通過主切削基面：通過主切削刃上某一點并與該點切削速度刃上某一點并與該點切削速度方向相垂直的平面。方向相垂

9、直的平面。 正交平正交平面：通過主切削刃上某一點并面：通過主切削刃上某一點并與主切削刃在基面上的投影相與主切削刃在基面上的投影相垂直的平面垂直的平面法平面參考系、背平面和假定工作平面參考系法平面參考系、背平面和假定工作平面參考系 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 3. 3.刀具的標(biāo)注角度刀具的標(biāo)注角度 在正交平面內(nèi)測量的角度在正交平面內(nèi)測量的角度 前角前角0 0： 前刀面與基面之間的夾角前刀面與基面之間的夾角 表示前刀面的傾斜程度表示前刀面的傾斜程度 正值、負(fù)值、零正值、負(fù)值、零 后角后角0 0： 主后刀面與切削平面之間主后刀面與切削平面之間 的夾角的夾角 表示后刀面的傾斜程度表示后

10、刀面的傾斜程度 一般為正值一般為正值 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 在基面內(nèi)測量的角度在基面內(nèi)測量的角度 主偏角主偏角rr： 主切削刃在基面上主切削刃在基面上 的投影與進給運動方的投影與進給運動方 向的夾角向的夾角 一般為正值一般為正值 副偏角副偏角rr： 副切削刃在基面上副切削刃在基面上 的投影與進給運動反的投影與進給運動反 方向的夾角方向的夾角 一般為正值一般為正值 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 在切削平面內(nèi)測量的角度在切削平面內(nèi)測量的角度 刃傾角刃傾角ss：主切削刃與基面之間的夾角：主切削刃與基面之間的夾角 正值、負(fù)值、零正值、負(fù)值、零 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院

11、 金屬切削原理與刀具 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 4.4.刀具的工作角度刀具的工作角度 根本原因是切削平面、基面和正交平面位置的改變根本原因是切削平面、基面和正交平面位置的改變 刀具的工作角度（實際角度）：以切削過程中實際的切刀具的工作角度（實際角度）：以切削過程中實際的切 削平面、基面和正交平面為參考平面所確定的刀具角度削平面、基面和正交平面為參考平面所確定的刀具角度 刀具安裝位置對工作角度的影響刀具安裝位置對工作角度的影響 車刀安裝高度對工作角度的影響車刀安裝高度對工作角度的影響 車刀安裝偏斜對工作角度的影響車刀安裝偏斜對工作角度的影響 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理

12、與刀具 不考慮進給運動，當(dāng)?shù)都獍惭b得高于或低于工件不考慮進給運動，當(dāng)?shù)都獍惭b得高于或低于工件 軸線時，將引起工作前角軸線時，將引起工作前角oeoe和工作后角和工作后角oeoe的變的變化 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 當(dāng)車刀刀桿的縱當(dāng)車刀刀桿的縱 向軸線與進給方向向軸線與進給方向 不垂直時，將會引不垂直時，將會引 起工作主偏角起工作主偏角rere和和 工作副偏角工作副偏角rere的的 變化變化 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 進給運動對工作角度的影響進給運動對工作角度的影響縱向進給運動對工作角度的影響縱向進給運動對工作角度的影響橫向進給運動對工作角度的影響橫向進給運動對

13、工作角度的影響 車削時由于進給運動車削時由于進給運動的存在，使車外圓及車的存在，使車外圓及車螺紋的加工表面實際上螺紋的加工表面實際上是一個螺旋面是一個螺旋面 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 車端面或切斷時，加工表面是阿基米德螺旋面車端面或切斷時，加工表面是阿基米德螺旋面 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 刀具切削部分的組成刀具切削部分的組成 三面兩刃一尖三面兩刃一尖 前前( (刀刀) )面面 主后主后( (刀刀) )面面 副后副后( (刀刀) )面面 主切削刃主切削刃 副切削刃副切削刃 刀尖刀尖 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削

14、原理與刀具 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 三、刀具種類三、刀具種類1.1.刀具分類刀具分類 按加工方式和具體用途：車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、按加工方式和具體用途：車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、 螺紋刀具、齒輪刀具、自動線及數(shù)控機床刀具和磨具。螺紋刀具、齒輪刀具、自動線及數(shù)控機床刀具和磨具。 按所用材料：工具鋼、高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀按所用材料：工具鋼、高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（具、立方氮化硼（CBNCBN）刀具和金剛石刀具等。）刀具和金剛石刀具等。 按結(jié)構(gòu)：整體刀具、鑲片刀具、機夾刀具和復(fù)合刀具等。按

15、結(jié)構(gòu)：整體刀具、鑲片刀具、機夾刀具和復(fù)合刀具等。 按是否標(biāo)準(zhǔn)化：標(biāo)準(zhǔn)刀具和非標(biāo)準(zhǔn)刀具等。按是否標(biāo)準(zhǔn)化：標(biāo)準(zhǔn)刀具和非標(biāo)準(zhǔn)刀具等。 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 2.2.常用刀具簡介常用刀具簡介 (1)(1)車刀車刀 在結(jié)構(gòu)上分為：在結(jié)構(gòu)上分為： 整體車刀整體車刀 焊接車刀焊接車刀 焊接裝配式車刀焊接裝配式車刀 機械夾固刀片車刀機械夾固刀片車刀 機夾車刀機夾車刀 可轉(zhuǎn)位車刀可轉(zhuǎn)位車刀 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 將硬質(zhì)合金刀 片用機械夾固的方 法安裝在刀桿上， 又稱“機夾重磨式” 車刀 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 刀片為多邊形，每一邊都可做切削刃，用鈍 后只需將刀片轉(zhuǎn)位，

16、即以新的切削刃投入工作。 又稱“機夾不重磨式”車刀金屬切削原理與刀具 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 (2)孔加工刀具 從實體材料上加工出孔的刀具: 麻花鉆切削部分：承擔(dān)主要的切削工作 導(dǎo)向部分：引導(dǎo)鉆頭的作用，也是切削部分的后備部分 柄部：鉆頭的夾持部分，用來傳遞扭矩（直柄、錐柄） 頸部：磨柄部時的砂輪越程槽，也是鉆頭打標(biāo)記的地方 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 中心鉆加工軸類零件的中心孔 鉆孔時先打中心孔，防止鉆偏 深孔鉆（孔深與孔徑之比大于5的孔） 內(nèi)排屑深孔鉆 外排屑深孔鉆 噴吸鉆 套料鉆 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬

17、切削原理與刀具 對工件上已有孔進行加工的刀具: 擴孔鉆 擴孔鉆專門用來擴大已有孔。它比麻花鉆的齒數(shù)多(Z3)，容屑槽較淺，無橫刃，強度和剛度均較高，導(dǎo)向性能、切削性能較好，加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率比麻花鉆高 (a)高速鋼整體式 （b）鑲齒套式 (c)鑲硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位式 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 鉸刀 用于孔的精加工，加工余量小，齒數(shù)多，又有較長的修光刃，加工精度和表面質(zhì)量都很高 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 鏜刀： 多用于箱體孔的粗、精加工，可分為單刃和多刃鏜刀 微調(diào)鏜刀微調(diào)鏜刀 1-1-刀片刀片 2-2-鏜桿鏜桿 3-3-導(dǎo)向鍵導(dǎo)向鍵 4-4-緊固螺釘緊固螺釘 5-

18、5-精調(diào)螺母精調(diào)螺母 6-6-刀塊刀塊 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 (3).銑刀 按用途分 圓柱銑刀 端銑刀 盤形銑刀 立銑刀 鍵槽銑刀 角度銑刀 成形銑刀 盤形齒輪銑刀 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 (4)(4)拉刀拉刀 是一種加工精度和加工效率都比較高的多齒是一種加工精度和加工效率都比較高的多齒 刀具，廣泛用于大批大量生產(chǎn)刀具，廣泛用于大批大量生產(chǎn) 加工各種內(nèi)、外表面加工各種內(nèi)、外表面 按加工表面的不同分為：內(nèi)拉刀按加工表面的不同分為：內(nèi)拉刀 外拉刀外拉刀 推刀推刀 拉刀的結(jié)構(gòu)組成拉刀的結(jié)構(gòu)組成 拉刀參數(shù)的確定拉刀參

19、數(shù)的確定 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 圓孔拉刀的組成部分圓孔拉刀的組成部分1 1頭部頭部 2 2頸部頸部 3 3過渡錐部過渡錐部 4 4前導(dǎo)部前導(dǎo)部 5 5校準(zhǔn)部校準(zhǔn)部 6 6后導(dǎo)部后導(dǎo)部 7 7尾部尾部 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 拉削各種內(nèi)外表面舉例拉削各種內(nèi)外表面舉例 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具(5)螺紋刀具 切削法切削法 螺紋車刀：是一種具有螺紋廓形的成形車刀 螺紋梳刀：相當(dāng)于一排多齒的螺紋車刀 絲錐：加工中小尺寸內(nèi)螺紋的標(biāo)準(zhǔn)刀具 板牙：加工中小尺寸外螺紋的標(biāo)準(zhǔn)刀具 螺紋銑刀：用銑削方法加工螺紋的刀具 滾壓法滾壓法 滾絲輪 搓絲板 黑龍江

20、大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具板 牙 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 (6)齒輪刀具 展成齒輪刀具展成齒輪刀具 成形齒輪刀具成形齒輪刀具 插齒刀 齒輪滾刀 剃齒刀 盤形齒輪銑刀 指形齒輪銑刀 插齒刀 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 第二節(jié) 刀具材料 一、刀具材料應(yīng)具備的性能 高硬度高硬度 常溫常溫HRC60HRC606262以上以上 高耐磨性高耐磨性 高耐熱性（熱穩(wěn)定性）高耐熱性（熱穩(wěn)定性） 足夠的強度和韌性足夠的強度和韌性( (抗彎強度、沖擊值）抗彎強度、沖擊值） 良好的工藝性能良好的工藝性能 良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能 黑龍江

21、大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 二、常用的刀具材料 工具鋼工具鋼 碳素工具鋼：碳素工具鋼：T10A T12A T10A T12A 合金工具鋼：合金工具鋼：9SiCr CrWMn9SiCr CrWMn 高速鋼高速鋼 （HSSHSS） 鎢系：鎢系：W18Cr4VW18Cr4V 鎢鉬系：鎢鉬系：W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2碳化物的均勻性、韌性和高溫塑性均超過碳化物的均勻性、韌性和高溫塑性均超過W18Cr4VW18Cr4V，耐磨性比，耐磨性比W18Cr4VW18Cr4V略差。略差。 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 二、常用的刀具材料

22、 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金 鎢鈷鎢鈷(YG)(YG)： YG3 YG6 YG8YG3 YG6 YG8 鎢鈷鈦鎢鈷鈦(YT)(YT)：YT5 YT15 YT30YT5 YT15 YT30 硬質(zhì)合金是高硬度、難熔的金屬化合物微米級的粉末，硬質(zhì)合金是高硬度、難熔的金屬化合物微米級的粉末，用鈷或鎳等金屬作粘結(jié)劑燒結(jié)而成的粉末冶金制品。刀具用鈷或鎳等金屬作粘結(jié)劑燒結(jié)而成的粉末冶金制品。刀具耐用度較高速鋼高幾倍到幾十倍。耐用度較高速鋼高幾倍到幾十倍。 碳素鋼碳素鋼合金鋼合金鋼YTYT5不連續(xù)粗加工不連續(xù)粗加工YG8鑄鐵鑄鐵有色有色金屬金屬YGYT15連續(xù)粗加工，連續(xù)粗加工，不連續(xù)精加工不連續(xù)精加工YG6YT30連

23、續(xù)精加工連續(xù)精加工YG3 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 三、新型刀具材料 陶瓷陶瓷 陶瓷的主要成分是氧鋁化（陶瓷的主要成分是氧鋁化（ AlAl2 2O O3 3 ）或氮化硅）或氮化硅（ SiSi3 3N N4 4 ）。硬度、耐磨性和熱硬性均比硬質(zhì)合金好。）。硬度、耐磨性和熱硬性均比硬質(zhì)合金好。陶瓷刀片性脆，抗變強度與沖擊韌性低，一般用于高硬陶瓷刀片性脆，抗變強度與沖擊韌性低，一般用于高硬度材料的半精加工和精加工。度材料的半精加工和精加工。 立方氮化硼立方氮化硼 立方氮化硼是六方氮化硼的同素異形體，硬度僅次于立方氮化硼是六方氮化硼的同素異形體，硬度僅次于金剛石，立方氮化硼的熱穩(wěn)定性

24、和化學(xué)惰性大大優(yōu)于金金剛石，立方氮化硼的熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性大大優(yōu)于金剛石。剛石。 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 三、新型刀具材料 人造金剛石人造金剛石 金剛石是目前已知的最硬材料，其硬度為金剛石是目前已知的最硬材料，其硬度為HV10000HV10000，精車有色金屬時，加工精度可達(dá)精車有色金屬時，加工精度可達(dá)IT5IT5，刀具耐用度通常，刀具耐用度通常為硬質(zhì)合金的為硬質(zhì)合金的10-10010-100倍。倍。 金剛石的耐熱性較差，一般低于金剛石的耐熱性較差，一般低于800800，在高溫條件，在高溫條件下，與鐵原子反應(yīng)，不適于加工鋼鐵材料。金剛石粉制下，與鐵原子反應(yīng)，不適于加工鋼鐵材

25、料。金剛石粉制成的砂輪磨削硬質(zhì)合金。成的砂輪磨削硬質(zhì)合金。 CFe3Fe)C(3金剛石4323OFe(CO2CFe石墨） 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 第三節(jié) 金屬切削過程及其物理現(xiàn)象 一、切削過程及切屑種類一、切削過程及切屑種類 1.1.切屑形成過程切屑形成過程 切屑的形成過程就是切削層金切屑的形成過程就是切削層金 屬的變形過程。即在前刀面的推屬的變形過程。即在前刀面的推 擠、擠、摩擦作用下，使變形金屬內(nèi)部發(fā)生摩擦作用下，使變形金屬內(nèi)部發(fā)生剪切滑移的過程。剪切滑移的過程。 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 切屑根部的金相顯微照片切屑根部的金相顯微照片 繪出金屬變形過程

26、中的滑移線和流線示意圖繪出金屬變形過程中的滑移線和流線示意圖 M刀具切屑OA終滑移線始滑移線：=s剪切角 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 第二變形區(qū)第二變形區(qū)（纖維化）（纖維化）第一變形區(qū)第一變形區(qū)（剪切滑移）（剪切滑移） 金屬切削原理與刀具 第三變形區(qū)（纖維第三變形區(qū)（纖維化與加工硬化）化與加工硬化）金屬切削過程中的滑移線和流線金屬切削過程中的滑移線和流線 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 2.2.切屑的類型及其控制切屑的類型及其控制切屑類型切屑類型a a帶狀切屑帶狀切屑 b b擠裂擠裂( (節(jié)狀節(jié)狀) )切屑切屑 c c單元（粒狀）切屑單元（粒狀）切屑 d d崩碎切屑崩碎切屑 黑龍江大學(xué)

27、機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具（1 1）帶狀切屑）帶狀切屑 特點：內(nèi)表面比較光滑，其他自由變形的表面顯得特點：內(nèi)表面比較光滑，其他自由變形的表面顯得粗糙。粗糙。 加工塑性金屬材料，當(dāng)切削深度較小、切削速度較加工塑性金屬材料，當(dāng)切削深度較小、切削速度較高、刀具前角較大時，一般常得到這類切屑。切削高、刀具前角較大時，一般常得到這類切屑。切削過程平衡，切削力波動較小，已加工表面粗糙度較過程平衡，切削力波動較小，已加工表面粗糙度較小。小。 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 （2 2）擠裂切屑）擠裂切屑 特點：表面上有裂紋，甚至斷裂成一個個屑，但切屑特點：表面上有裂紋，甚至斷裂成一個個屑，但

28、切屑內(nèi)部還是互相連接著。內(nèi)部還是互相連接著。 這種切屑大多在切削速度較低、切削厚度較大、刀具這種切屑大多在切削速度較低、切削厚度較大、刀具前角較小時產(chǎn)生。前角較小時產(chǎn)生。(3)(3)單元切屑單元切屑特點：形狀類似，互相分離的屑塊，切削力的波動較大。特點：形狀類似，互相分離的屑塊，切削力的波動較大。 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 (4)(4)崩碎切屑崩碎切屑 特點：形狀各不相同的屑塊。特點：形狀各不相同的屑塊。 它的切削過程很不平穩(wěn)，容易破壞刀具，也有損于它的切削過程很不平穩(wěn)，容易破壞刀具，也有損于機床，已加工表面粗糙。機床，已加工表面粗糙。 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 切屑類型及形成

29、條件切屑類型及形成條件金屬切削原理與刀具 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具切屑形狀的分類 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 3.3.積屑瘤現(xiàn)象積屑瘤現(xiàn)象 在切削速度不高而又能形成連在切削速度不高而又能形成連續(xù)切屑的情況下，加工一般鋼續(xù)切屑的情況下，加工一般鋼料或其它塑性材料時，常常在料或其它塑性材料時，常常在前刀面處粘著一塊剖面有時呈前刀面處粘著一塊剖面有時呈三角狀的硬塊。它的硬度很高，三角狀的硬塊。它的硬度很高，通常是工件材料的通常是工件材料的2 23 3倍，在倍，在處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)時，能夠處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)時，能夠代替刀刃進行切削。這塊冷焊代替刀刃進行切削。這塊冷焊在

30、前刀面上的金屬稱為積屑瘤在前刀面上的金屬稱為積屑瘤或刀瘤?；虻读?。 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 積屑瘤對切削過程的影響：積屑瘤對切削過程的影響：1)1)積屑瘤包圍著切削刃，可以代替前面、后面和切削刃進行積屑瘤包圍著切削刃，可以代替前面、后面和切削刃進行切削，從而保護了刀刃，減少了刀具的磨損。切削，從而保護了刀刃，減少了刀具的磨損。2)2)積屑瘤使刀具的實際工作前角增大，而且，積屑瘤越高，積屑瘤使刀具的實際工作前角增大，而且，積屑瘤越高，實際工作前角越大，刀具越鋒利。實際工作前角越大，刀具越鋒利。3)3)積屑瘤前端伸出切削刃外，直接影響加工尺寸精度。積屑瘤前端伸出切削刃外，直接影響加工尺寸精度。4)

31、4)積屑瘤直接影響工件加工表面的形狀精度和表面粗糙度。積屑瘤直接影響工件加工表面的形狀精度和表面粗糙度。金屬切削原理與刀具 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 第四節(jié) 切削力與切削功率 一、切削力的來源、切削合力及其分解 金屬切削時，刀具切入工金屬切削時，刀具切入工件件,使被加工材料發(fā)生變形并成使被加工材料發(fā)生變形并成為切屑所需的力，稱為切削力為切屑所需的力，稱為切削力 克服被加工材料對彈性變形克服被加工材料對彈性變形的抗力的抗力 克服被加工材料對塑性變形克服被加工材料對塑性變形的抗力的抗力 克服切屑對前刀面的摩擦力克服切屑對前刀面的摩擦力和刀具后刀面對過渡表面與和刀具后刀面對過渡表面

32、與已加工表面之間的摩擦力已加工表面之間的摩擦力切削力的來源切削力的來源 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 切削力的分解切削力的分解rFcFFpFf pFfFf pFf pfvF切削合力Fc主切削力Fp背向力Ff進給力F Fp p背向力背向力F Ff f進給力、軸向力進給力、軸向力F Fc c主切削力或切向力主切削力或切向力金屬切削原理與刀具 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 總切削力的分解總切削力的分解rFFPfPcosrFFPffsincpFF)7 . 015. 0(22222fPCfCFFFFFFPcfFF0.6)(0.10金屬切削原理與刀具 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 切削功率切削功率P P

33、c c： 消耗在切削過程中的功率消耗在切削過程中的功率, , Fc和和Ff所消耗的功率之和。所消耗的功率之和。 因因Fp方向沒有位移，所以不消耗功率。方向沒有位移，所以不消耗功率。 Pc =(Fc v+ Ff nwf/1000)10-3 第二項是消耗在進給運動中的功率，相對于第二項是消耗在進給運動中的功率，相對于Ff所消耗的所消耗的 功率來說（功率來說（1%1%2%2%） 計算機床電動機的功率計算機床電動機的功率P PE E : :機床的傳動效率，機床的傳動效率，0.750.750.850.85cEPP 10-3 vFPcc 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 二、切削力的測量及切削力

34、的計算機輔助測試 1.1.測定機床功率，計算切削力測定機床功率，計算切削力 2.2.用測力儀測量切削力用測力儀測量切削力 車削力測量系統(tǒng)框圖車削力測量系統(tǒng)框圖 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 三、切削力的經(jīng)驗公式和切削力估算 常用的經(jīng)驗公式約可分為兩類：常用的經(jīng)驗公式約可分為兩類： 計算切削力的指數(shù)公式計算切削力的指數(shù)公式 式中 CFc , CFp , CFf 與工件、刀具材料有關(guān)系數(shù)； xFc , xFp , xFf 切削深度ap 對切削力影響指數(shù)； yFc , yFp , yFf 進給量 f 對切削力影響指數(shù)； KFc , KFp , KFf 考慮切削速度、刀具幾何參數(shù)、 刀具

35、磨損等因素影響的修正系數(shù)。FpFpcFpFppFppknvyfxaCF FcFccFcFpFcknvyfxaCFccfffffFFcFFpFfknvyfxaCF 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 三、切削力的經(jīng)驗公式和切削力估算 常用的經(jīng)驗公式約可分為兩類：常用的經(jīng)驗公式約可分為兩類： 按單位切削力計算切削力按單位切削力計算切削力faFAFkcccpD1FFFccccccFcxyxFpFFpcyDppCafKCaFpAafafck 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 計算舉例計算舉例 用用YT5YT5硬質(zhì)合金車刀外圓縱車硬質(zhì)合金車刀外圓縱車b= 630 MPa的熱軋的熱軋4545鋼，鋼，車刀幾何

36、參數(shù)為車刀幾何參數(shù)為g go o =10 =10、k kr r = =7575、 l ls s = =0 0，切削用，切削用量為量為ap p= =4mm4mm、f= =0.4mm/r0.4mm/r、vc= =1.71.7m m/ /s s。 試計算切削力試計算切削力Fc、Fp、Ff 及切削功率及切削功率P Pc c 。金屬切削原理與刀具 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 解解：查表2-2得： CFc=1433, xFc =1.0, yFc =0.75, nFc =-0.15, KFc=1 5N.266217 . 14 . 04143315. 075. 00 . 1ccFcFccFcFpFcknvyfxa

37、CF金屬切削原理與刀具 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 1147N17 . 14 . 045614 . 05 . 00 . 1fffffFFcFFpFfknvyfxaCF查表2-2得： CFf=561 xFf =1.0 yFf =0.5 nFf=-0.4 KFf=1 金屬切削原理與刀具 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 980N17 . 14 . 045723 . 06 . 09 . 0FpFpcpFFppFppknvyfxaCFf查表2-2得： CFp=572, xFp=0.9, yFp =0.6 nFp=-0.3, KFp=1 金屬切削原理與刀具5(kw). 4107 . 15 .2662 10-3-3 v

38、FPcc切削功率： 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 第五節(jié) 切削熱與切削溫度 一、切削熱的產(chǎn)生和傳導(dǎo) 切削時所消耗的能量，絕切削時所消耗的能量，絕 大部分（大部分（98%98% 99%99%）轉(zhuǎn)化）轉(zhuǎn)化為熱能為熱能 切削熱是切削溫度上升的切削熱是切削溫度上升的根源根源 切削熱被切屑、工件、刀切削熱被切屑、工件、刀具和周圍的介質(zhì)傳出具和周圍的介質(zhì)傳出 車、銑、刨加工中，切削車、銑、刨加工中，切削熱大部分傳遞給切屑熱大部分傳遞給切屑 鉆、磨加工中，切削熱大鉆、磨加工中，切削熱大部分傳遞給工件部分傳遞給工件 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 切削過程變形和摩擦所消耗功，絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢鳠?。切削過

39、程變形和摩擦所消耗功，絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢鳠帷?主要來源主要來源 QA=QD+QFF+QFR 式中，式中，QD , QFF , QFR分別為切削層變形、前刀面摩擦分別為切削層變形、前刀面摩擦、后刀面摩擦產(chǎn)生的熱量。、后刀面摩擦產(chǎn)生的熱量。切削熱由切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)（切削液、空氣切削熱由切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)（切削液、空氣) )等傳散出去。等傳散出去。金屬切削原理與刀具 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 750刀具二維切削中的溫度分布二維切削中的溫度分布 工件材料：低碳易切鋼； 刀具：g go=30 ， o=7 ； 切削用量：ap=0.6mm， vc =0.38m/s； 切削條件：干切削， 預(yù)熱

40、611C金屬切削原理與刀具二、切削溫度的測量 熱電偶法熱電偶法 自然熱電偶法自然熱電偶法 人工熱電偶法人工熱電偶法 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 三、影響切削溫度的主要因素 1.1.切削用量的影響切削用量的影響切削用量三要素對切削溫度的影響：切削用量三要素對切削溫度的影響： vc c最大，其次是最大，其次是f， ap p的影響最小的影響最小xpyzcafvCcvpafzyxc刀具前面接觸區(qū)的平均溫度（刀具前面接觸區(qū)的平均溫度（）切削溫度系數(shù)；切削溫度系數(shù)；切削速度（切削速度（m/minm/min）；）；進給量（進給量（mm/rmm/r）；）；背吃刀量（背吃刀量（mmmm）；）；相

41、應(yīng)的指數(shù)。相應(yīng)的指數(shù)。 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具2.2.工件材料的影響工件材料的影響 材料的強度、硬度愈高，切削時消耗的功愈多，材料的強度、硬度愈高，切削時消耗的功愈多，切削溫度也就愈高。材料的導(dǎo)熱性好，可以使切削切削溫度也就愈高。材料的導(dǎo)熱性好，可以使切削溫度降低。溫度降低。 例子：合金結(jié)構(gòu)鋼的強度高于例子：合金結(jié)構(gòu)鋼的強度高于4545鋼，導(dǎo)熱率多鋼，導(dǎo)熱率多低于低于4545鋼，所以切削合金結(jié)構(gòu)鋼的切削溫度一般均鋼，所以切削合金結(jié)構(gòu)鋼的切削溫度一般均高于切削高于切削4545鋼的切削溫度。鋼的切削溫度。 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 3.3.刀具角度的影響刀具角

42、度的影響 前角前角前角加大，變形和摩擦減小，切削熱減少前角加大，變形和摩擦減小，切削熱減少 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 主偏角主偏角主偏角減小將使切削刃工作長度增加，散熱主偏角減小將使切削刃工作長度增加，散熱條件改善，使切削溫度降低條件改善，使切削溫度降低 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 4.4.刀具磨損的影響刀具磨損的影響 在后刀面的磨損值達(dá)到一定數(shù)值后，對切削在后刀面的磨損值達(dá)到一定數(shù)值后，對切削溫度的影響增大；切削速度愈高，影響就愈顯著。溫度的影響增大；切削速度愈高，影響就愈顯著。5.5.切削液的影響切削液的影響 切削液對降低切削溫度有明顯的效果。切削液對降低

43、切削溫度有明顯的效果。四、切削液 1.1.水溶液水溶液 2.2.乳化液乳化液 3.3.切削油切削油 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 五、切削溫度對工件、刀具和切削過程的影響 1.1.對工件材料強度和切削力的影響對工件材料強度和切削力的影響 2.2.對刀具材料的影響對刀具材料的影響 3.3.對工件尺寸精度的影響對工件尺寸精度的影響 4.4.利用切削溫度自動控制切削速度或進給量利用切削溫度自動控制切削速度或進給量 5.5.利用切削溫度與切削力控制刀具磨損利用切削溫度與切削力控制刀具磨損 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 一、刀具磨損的形態(tài)及其原因 刀具損壞的形式主要有磨損和破

44、損兩類刀具損壞的形式主要有磨損和破損兩類 磨損：是連續(xù)的逐漸磨損磨損：是連續(xù)的逐漸磨損 破損：包括脆性破損和塑性破損兩種破損：包括脆性破損和塑性破損兩種刀具磨損后，使工件加工精度降低，表面粗糙度增刀具磨損后，使工件加工精度降低，表面粗糙度增大，并導(dǎo)致切削力加大、切削溫度升高，甚至產(chǎn)生振大，并導(dǎo)致切削力加大、切削溫度升高，甚至產(chǎn)生振動，不能繼續(xù)正常切削。動，不能繼續(xù)正常切削。 第六節(jié) 刀具磨損與刀具壽命 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 （1）刀具的磨損形式）刀具的磨損形式1）前面磨損）前面磨損前面上形成月牙洼前面上形成月牙洼磨損磨損2）后面磨損）后面磨損后面的磨損形式是后面的磨損形式

45、是磨成后角等于零的磨損磨成后角等于零的磨損棱帶。棱帶。3）前后面同時磨）前后面同時磨損或邊界磨損損或邊界磨損 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具車刀典型磨損形式示意圖車刀典型磨損形式示意圖 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 （2）刀具磨損的原因）刀具磨損的原因1）硬質(zhì)點磨損）硬質(zhì)點磨損工件材料中的雜質(zhì)在刀具表面上擦傷，工件材料中的雜質(zhì)在刀具表面上擦傷，劃出一條條的溝紋造成的機械磨損。劃出一條條的溝紋造成的機械磨損。 2）粘結(jié)磨損）粘結(jié)磨損在一定的壓力和溫度作用下，磨擦面上在一定的壓力和溫度作用下，磨擦面上產(chǎn)生塑性變形，形成粘結(jié)點，這些粘結(jié)點又因產(chǎn)生塑性變形，形成粘結(jié)點，這些粘結(jié)點又因相對運動而破

46、裂，粘結(jié)點的破裂也常常發(fā)生在相對運動而破裂，粘結(jié)點的破裂也常常發(fā)生在刀具一方面被工件材料帶走，從而形成刀具的刀具一方面被工件材料帶走，從而形成刀具的粘結(jié)磨損。粘結(jié)磨損。 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 3）擴散磨損）擴散磨損刀具表面與工件由于高溫與高壓的作用，刀具表面與工件由于高溫與高壓的作用，兩摩擦表面上的化學(xué)元素有可能互相擴散到對兩摩擦表面上的化學(xué)元素有可能互相擴散到對方去，使兩者的化學(xué)成分發(fā)生變化，從而削弱方去，使兩者的化學(xué)成分發(fā)生變化，從而削弱了刀具材料的性能，加速了刀具的磨損。了刀具材料的性能，加速了刀具的磨損。4）化學(xué)磨損）化學(xué)磨損在一定溫度下，刀具材料與某些周圍介在一定溫度下，刀具材料與

47、某些周圍介質(zhì)起化學(xué)作用，在刀具表面形成一層硬度較低質(zhì)起化學(xué)作用，在刀具表面形成一層硬度較低的化合物，而被切屑帶走，加速了刀具的磨損。的化合物，而被切屑帶走，加速了刀具的磨損。 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 二、刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn) 初期磨損階段初期磨損階段 刀具磨損較快刀具磨損較快 初期磨損量為初期磨損量為0.05-0.1mm0.05-0.1mm 正常磨損階段正常磨損階段 磨損比較緩慢均勻，后磨損比較緩慢均勻，后( (刀刀) ) 面的磨損量隨切削時間的增長面的磨損量隨切削時間的增長 而近似成比例增加而近似成比例增加 刀具的有效工作階段刀具的有效工作階段 急劇磨損階段急劇磨損階段

48、 刀具磨損速度也急劇加快刀具磨損速度也急劇加快 以致失去切削能力以致失去切削能力典型的磨損曲線典型的磨損曲線 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 磨鈍標(biāo)準(zhǔn)磨鈍標(biāo)準(zhǔn) 刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用，這個刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用，這個 磨損限度稱為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。磨損限度稱為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。 因此國際標(biāo)準(zhǔn)因此國際標(biāo)準(zhǔn)ISOISO統(tǒng)一規(guī)定統(tǒng)一規(guī)定以以l l2 2背吃刀量處后背吃刀量處后( (刀刀) )面上面上測定的磨損帶寬度測定的磨損帶寬度VBVB作為刀具作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。 自動化生產(chǎn)中用的精加工刀自動化生產(chǎn)中用的精加工刀具，常以沿工件徑向的刀具磨具，常以沿工件徑向的刀具磨損尺寸

49、作為衡量刀具的磨鈍標(biāo)損尺寸作為衡量刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，稱為刀具徑向磨損量準(zhǔn)，稱為刀具徑向磨損量NBNB。 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 金屬切削原理與刀具 三、刀具壽命的經(jīng)驗公式 刀具壽命刀具壽命: :一把新刀（或重新刃磨過的刀具）從開始使一把新刀（或重新刃磨過的刀具）從開始使用直至達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所經(jīng)歷的實際切削時間用直至達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所經(jīng)歷的實際切削時間 刀具總壽命刀具總壽命: :刀具從第一次投入使用直至完全報廢時所刀具從第一次投入使用直至完全報廢時所經(jīng)歷的實際切削時間經(jīng)歷的實際切削時間 切削速度與刀具壽命的關(guān)系切削速度與刀具壽命的關(guān)系: : 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 （1）切削速度與刀具耐用度的關(guān)系）切削速度與刀具耐用度的關(guān)系（2）進給量和背吃刀量與刀具耐用度的關(guān)系）進給量和背吃刀量與刀具耐用度的關(guān)系0CTvmc2112CTaCTfmspm金屬切削原理與刀具 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 （3）刀具耐用度的經(jīng)驗公式）刀具耐用度的經(jīng)驗公式 令令 則則pznymx1,1,1pnmpaTfTC111vzpyxCaTfTv金屬切削原理與刀具 黑龍江大學(xué)機電工程學(xué)院 用用YT5硬質(zhì)合金車刀硬質(zhì)合金車刀 =0.637G