《金屬切削原理與刀具》備課筆記

1、目 錄第1章 刀具幾何角度及切削 層參數(shù)4第1節(jié) 切削運(yùn)動(dòng)與加工中的工件表面41.1切削運(yùn)動(dòng)41.2加工中的工件表面41.3切削用量三要素（上一個(gè)投影）4第2節(jié) 刀具基本部分的定義42.1車刀切削部分的表面與切削刃（投影）42.2刀具的坐標(biāo)系（投影）42.3標(biāo)注角度和工作角度（投影）4第3節(jié) 切削層參數(shù)53.1切削層參數(shù)53.2切削方式（投影）5第2章 金屬切削過(guò)程6第1節(jié) 切屑的形成61.1變形區(qū)的劃分61.1切屑的形成過(guò)程61.1切屑的類型和變化61.1切屑變形的度量6第2節(jié) 切削過(guò)程中前刀面的摩擦72.1前刀面上的摩擦72.2影響前刀面摩擦的主要因素72.3積屑瘤7第3節(jié) 影響切屑變形的

2、因素7第3章 切削力9第1節(jié) 切削力的作用及影響9第2節(jié) 切削合力、分力和切削功率92.1 切削合力和分力（圖）92.2切削功率9第3節(jié) 切削力的測(cè)量與經(jīng)驗(yàn)公式的建立93.1切削力的經(jīng)驗(yàn)公式93.2經(jīng)驗(yàn)公式的試驗(yàn)建立方法10第4節(jié) 切削力的測(cè)量12第5節(jié) 影響切削力的因素122.1工件材料的影響122.1切削用量的影響122.1刀具幾何角度的的影響13第4章 切削熱和切削溫度14第1節(jié) 切削熱的產(chǎn)生及傳出14第2節(jié) 影響切削溫度的主要因素14第3節(jié) 切削溫度的實(shí)驗(yàn)研究14第5章 刀具的磨損和耐用度15第1節(jié) 刀具的磨損方式和磨損過(guò)程151.1刀具的典型磨損（圖）151.2刀具的磨損過(guò)程（圖）1

3、5第2節(jié) 刀具的磨損機(jī)理15第3節(jié) 刀具耐用度15第6章 刀具材料16第1節(jié) 刀具材料的要求16第2節(jié) 高速鋼（HHS，High Speed Steel）16第2節(jié) 硬質(zhì)合金（Carbide）17第3節(jié) 其它刀具材料17第4節(jié) 刀具涂層17第7章 金屬切削刀具18第1節(jié) 車刀18第2節(jié) 孔加工刀具18第3節(jié) 螺紋刀具18第4節(jié) 拉刀18第5節(jié) 齒輪刀具18第6節(jié) 銑刀18第1章 刀具幾何角度及切削 層參數(shù)第1節(jié) 切削運(yùn)動(dòng)與加工中的工件表面1.1 切削運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)（主要功率）和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（投影）主運(yùn)動(dòng)速度v和進(jìn)給速度vf1.2 加工中的工件表面待加工表面、已加工表面和過(guò)渡表面（加工表面）（投影）1.

4、3 切削用量三要素（上一個(gè)投影）切削速度v：不均勻，以最大的速度計(jì)算進(jìn)給量f：旋轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)進(jìn)給方向的位移切削深度ap：第2節(jié) 刀具基本部分的定義2.1 車刀切削部分的表面與切削刃（投影）前刀面A，后刀面A，副后刀面A'，主切削刃S，副切削刃S'2.2 刀具的坐標(biāo)系（投影）基面P，切削平面Ps，主剖面Po'2.3 標(biāo)注角度和工作角度（投影）標(biāo)注角度：前角o（下標(biāo)為u，因?yàn)槭窃谥髌拭嫔先〉模?，后角o，楔角o，主偏角r，副偏角'r，刀尖角r，余偏角r，刃傾角s工作角度：安裝后的角度刀具角度的標(biāo)注方法（以車刀為例）。（講解）各種角度的作用（講解） 第3節(jié) 切削層參數(shù)3.1

5、切削層參數(shù)切削厚度ao，切削寬度aw（投影）切削面積A o，殘留面積A o（投影）正切屑（，即ao<aw）、等切屑（，即aoaw）和倒切屑（，即ao>aw）（投影）： 3.2 切削方式（投影）自由切削和非自由切削：?jiǎn)吻邢魅兄苯乔邢骱托苯乔邢鳎号c刃傾角s相關(guān)，影響切屑的流向和轉(zhuǎn)向。其中直角切削包括“正交切削”。第2章 金屬切削過(guò)程第1節(jié) 切屑的形成1.1 變形區(qū)的劃分切斷作用和切削作用第一變形區(qū)、第二變形區(qū)、第三變形區(qū)1.1 切屑的形成過(guò)程第一變形區(qū)：“始滑移面”或者“始剪切面”O(jiān)A；“終滑移面”或者“終剪切面”O(jiān)M；OA和OM之間為第一變形區(qū)。剪切角。第二變形區(qū)：滯留層，1.1 切

6、屑的類型和變化帶狀切屑：工件材料塑性好，如鋼和鋁等，切削速度高，前角較大，切屑與前刀面的接觸較長(zhǎng)，切削平穩(wěn)，但容易纏繞。擠裂切屑：切屑上部擠裂但下部連接，上面呈鋸齒狀，下面較光滑，加工塑性金屬，切削厚度較大，前角較小，切削過(guò)程的平穩(wěn)性差，但斷屑好。單元切屑：切屑的上、下面均斷裂，裂紋從上到下通透，形成梯形的單元切屑。加工塑性金屬，切削速度低，前角小。切削過(guò)程不平穩(wěn)，波動(dòng)大，刀具易磨損。崩碎切屑：切削脆性金屬，第一變形區(qū)剛開(kāi)始剪切，切屑就開(kāi)始脆斷，形成不規(guī)則的切屑。切削力變化較大，工件表面粗糙度較大。1.1 切屑變形的度量變形系數(shù)：切削層長(zhǎng)度與切屑長(zhǎng)度（變短，只有鈦合金變長(zhǎng)）的比值。剪切角和相對(duì)

7、滑移：第2節(jié) 切削過(guò)程中前刀面的摩擦2.1 前刀面上的摩擦Ø 前刀面上的摩擦特性：滑動(dòng)摩擦和粘結(jié)摩擦（圖）Ø 前刀面上的應(yīng)力（圖）2.2 影響前刀面摩擦的主要因素Ø 工件強(qiáng)度和硬度增大、切削厚度增加、刀具前角減?。赫龖?yīng)力增大，平均摩擦系數(shù)減小。Ø 切削速度的影響2.3 積屑瘤Ø 現(xiàn)象與成因：滯留層Ø 積屑瘤對(duì)切削過(guò)程的影響：保護(hù)切削刃，前角增大，但脫落后影響表面質(zhì)量，并使得刀具發(fā)生粘蝕磨損。Ø 影響積屑瘤的主要因素：工件材料（塑性材料），切削速度，刀具前角（越鋒利越?jīng)]有積屑瘤），采用切削液。第3節(jié) 影響切屑變形的因素

8、6; 工件材料：工件強(qiáng)度越高，切削變形越?。▓D）Ø 切削速度：（圖）Ø 進(jìn)給量的影響：（圖）Ø 刀具前角：前角越大，變形系數(shù)越?。▓D）Ø 刀尖圓弧半徑：（圖）Ø 主偏角：第3章 切削力第1節(jié) 切削力的作用及影響Ø 切削力的產(chǎn)生Ø 研究切削力的意義第2節(jié) 切削合力、分力和切削功率2.1 切削合力和分力（圖）Ø 主切削力Fz（最大）、切深抗力Fy、進(jìn)給抗力Fx（圖）Ø 切削功率估算：2.2 切削功率 簡(jiǎn)化為第3節(jié) 切削力的測(cè)量與經(jīng)驗(yàn)公式的建立3.1 切削力的經(jīng)驗(yàn)公式按照指數(shù)規(guī)律變化（平穩(wěn)切削過(guò)程，不包括切入切

9、除）。C稱為系數(shù)，x、y、n稱為指數(shù)，K稱為修正系數(shù)，常見(jiàn)的切削力可以查表，但準(zhǔn)確度較低。3.2 經(jīng)驗(yàn)公式的試驗(yàn)建立方法目標(biāo)是就是確定系數(shù)C，指數(shù)x、y、n，以一個(gè)方向?yàn)槔ㄆ渌较蛳嗤?。將兩邊取?duì)數(shù)，得或?qū)懗删€性方程：下面的問(wèn)題是如何確定這個(gè)線性方程的系數(shù)b0b3。這就稱之為線性回歸。最簡(jiǎn)單的方法，取4組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后列解方程就可以得出系數(shù)b0b3，只要保證所取的各組x1、x2、x3和y正交（不成比例）即可，以避免重復(fù)方程出現(xiàn)。但這種方法誤差很大，很少用。常用的方法是：設(shè)共做了n（n至少大于4）組試驗(yàn)，如下：其中，為實(shí)測(cè)值。這些數(shù)據(jù)的理論值為，我們稱之為估計(jì)值，也就是說(shuō)：估計(jì)值（理論值）與

10、實(shí)測(cè)值之間存在誤差，即所謂最小二乘法就是選擇系數(shù)b0b3，使偏差的平方和最小，即：最小，即即削去2，整理轉(zhuǎn)化為矩陣形式：解方程即可得出b0b3。第4節(jié) 切削力的測(cè)量Ø Kistler壓電晶體是動(dòng)態(tài)切削測(cè)力儀（圖）Ø 北航應(yīng)變式動(dòng)態(tài)切削測(cè)力儀（圖）Ø 同濟(jì)大學(xué)研制的旋轉(zhuǎn)式切削測(cè)力儀（圖）Ø 力測(cè)量的原理（圖）第5節(jié) 影響切削力的因素2.1 工件材料的影響Ø 強(qiáng)度、硬度越高，則切削力越大。Ø 韌性、塑性越大，切削力越大。2.1 切削用量的影響Ø 切削速度對(duì)切削力影響不大。Ø 進(jìn)給量增大1倍，主切削力增大68，即隨著進(jìn)給

11、量的增大，單位切削力反而降低。Ø 切削深度增加1倍，主切削力也增大1倍2.1 刀具幾何角度的的影響Ø 前角：前角越大，切削力越小。（圖）Ø 主偏角：影響切深抗力Fy和進(jìn)給抗力Fx的比值。Ø 刃傾角：對(duì)切深抗力Fy和進(jìn)給抗力Fx的影響比較大，對(duì)Fz影響不大（正值）第4章 切削熱和切削溫度第1節(jié) 切削熱的產(chǎn)生及傳出Ø 切削熱的產(chǎn)生：三個(gè)變形區(qū)（2個(gè)圖）Ø 切削熱的傳出：Ø 切屑、工件和刀具上的溫度分布第2節(jié) 影響切削溫度的主要因素Ø 平均切削溫度與切削用量的關(guān)系：自然熱電偶測(cè)量，線性回歸建立方程（硬質(zhì)合金刀具切削45號(hào)

12、鋼）。Ø 切削用量的影響：切削速度越大，單位時(shí)間變形材料多，產(chǎn)生的熱量多；進(jìn)給量增大，變形區(qū)域變大，變形量增大，但散熱體積增大，所以溫度的上升不如切削速度；切削深度的影響最小，因?yàn)闊崃吭黾?倍，散熱面積（體積也增大1倍）。Ø 刀具角度對(duì)切削溫度的影響：前角（圖），主偏角：總熱量變小，但切削刃減短，溫度反而上升（圖）第3節(jié) 切削溫度的實(shí)驗(yàn)研究Ø 自然熱電偶法：（圖）Ø 人工熱電偶法：（圖）Ø 輻射測(cè)溫法：（圖）第5章 刀具的磨損和耐用度第1節(jié) 刀具的磨損方式和磨損過(guò)程1.1 刀具的典型磨損（圖）Ø 前刀面月牙洼磨損Ø 后刀面磨

13、損Ø 邊界磨損1.2 刀具的磨損過(guò)程（圖）Ø 初期磨損（快速）、正常磨損、劇烈磨損階段第2節(jié) 刀具的磨損機(jī)理Ø 粘蝕磨損：冷汗磨損（物理過(guò)程）Ø 溶解擴(kuò)散磨損：高溫?cái)U(kuò)散（化學(xué)過(guò)程）Ø 磨粒磨損：工件材料中的硬質(zhì)點(diǎn)Ø 塑性磨損：形狀發(fā)生變化Ø 氧化磨損：邊界磨損Ø 熱電磨損：Ø 各種磨損因素的綜合第3節(jié) 刀具耐用度Ø 切削時(shí)間與后刀面磨損量之間的關(guān)系（圖）Ø 泰勒刀具耐用度公式：第6章 刀具材料第1節(jié) 刀具材料的要求Ø 耐磨性：對(duì)硬度要求較高，如一般結(jié)構(gòu)鋼的硬度為HV 3004

14、00Ø 高溫穩(wěn)定性：Ø 抗破損性：即有一定的抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性和沖擊韌性Ø 經(jīng)濟(jì)性第2節(jié) 高速鋼（HHS，High Speed Steel）Ø 將工具鋼中的W或者M(jìn)o、Cr、V提高，就形成高速鋼。Ø 介紹兩種常用的高速鋼牌號(hào)：W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2Ø C的作用：與金屬形成碳化物，硬度高且耐熱。Ø W和Mo的作用：與碳形成碳化物Fe3W3C，硬度約為HV1150；由Mo取代W，形成碳化物Fe3Mo3C，硬度差不多。這些構(gòu)成高速鋼的主體。Ø V的作用：形成VC，硬度更高（HV2094），熱穩(wěn)定性也好，形成

15、硬質(zhì)點(diǎn)，提高高速鋼的耐磨性。但韌性差，只能作為硬質(zhì)點(diǎn)。Ø Cr的作用：提高淬透性和回火硬度，增加抗氧化及抗腐蝕能力。Ø Co的作用：提高耐高溫性。Ø 粉末冶金高速鋼：目前使用很廣。Ø 高速鋼可承受550600切削溫度第2節(jié) 硬質(zhì)合金（Carbide）Ø WC基體，硬度達(dá)到HV1780Ø 鎢鈷類硬質(zhì)合金（WC-Co）Ø 鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金（WC-TiC-Co）Ø 鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金（WC-TiC-TaC（NbC）-Co）Ø TiC（N）基硬質(zhì)合金Ø Co（10%）起到粘結(jié)劑的作用。Ø 硬質(zhì)合金可承受8001000切削溫度第3節(jié) 其它刀具材料Ø 陶瓷：主要成分Al2O3（HV5000）或者Si3N4（HV5000），可承受1200切削溫度，但較脆，目前只用在特殊的場(chǎng)合。Ø 立方氮化硼（CBN）：超硬，硬度HV80