第二章金屬切削原理與刀具1

1、 金屬切削加工就是用具有一定幾何形狀的刀具把工件毛坯上的一部分金屬材料（統(tǒng)稱余量）切除，獲得圖樣所要求的零件。在切削過程中，刀具和工件之間必須有相對(duì)的切削運(yùn)動(dòng)，因此，掌握切削運(yùn)動(dòng)、刀具幾何角度、切削用量和切削層參數(shù)等的基本定義，是學(xué)習(xí)本課程的基礎(chǔ)。本章主要以外圓車削為例來討論這些問題，但其定義也適于其它切削加工方法。 第二章 金屬切削原理與刀具第一節(jié)第一節(jié) 刀具的結(jié)構(gòu)刀具的結(jié)構(gòu)第二節(jié)第二節(jié) 刀具材料刀具材料第三節(jié)第三節(jié) 金屬切削過程及其物理現(xiàn)象金屬切削過程及其物理現(xiàn)象第四節(jié)第四節(jié) 切削力與切削功率切削力與切削功率第五節(jié)第五節(jié) 切削熱與切削溫度切削熱與切削溫度第六節(jié)第六節(jié) 刀具磨損與刀具壽命刀具

2、磨損與刀具壽命第七節(jié)第七節(jié) 切削用量的選擇及工件材料加工性切削用量的選擇及工件材料加工性第一節(jié)第一節(jié) 刀具的結(jié)構(gòu)刀具的結(jié)構(gòu)一、切削運(yùn)動(dòng)與切削要素二、刀具角度三、刀具種類1.1.切削運(yùn)動(dòng)切削運(yùn)動(dòng) 刀具與工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)稱為切削運(yùn)動(dòng)，即表面成形運(yùn)動(dòng)。切削運(yùn)動(dòng)可分解為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。圖2-1 切削運(yùn)動(dòng)與切削表面一、切削運(yùn)動(dòng)與切削要素 切削運(yùn)動(dòng)及其方向用切削運(yùn)動(dòng)的速度矢量表示： Ve=Vc+Vf1.1 主運(yùn)動(dòng) 主運(yùn)動(dòng)是切削時(shí)的主要運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)可以由刀具完成,也可以由工件完成，其運(yùn)動(dòng)形式通常為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng), 如車削時(shí)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，銑削時(shí)銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，鉆削時(shí)鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。一般地講，主運(yùn)動(dòng)的速

3、度最高，消耗的功率也最大，主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)。1.2 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是將被切削金屬層不斷地投入切削，以切除工件表面上全部余量的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以有一個(gè)或幾個(gè)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由刀具或工件完成，如車削外圓時(shí)車刀平行于工件軸線的縱向運(yùn)動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)形式一般有直線、旋轉(zhuǎn)或兩者的合成運(yùn)動(dòng)，它可以是連續(xù)的或斷續(xù)的，消耗的功率也比主運(yùn)動(dòng)要小得多。 1.3 工件表面 切削加工過程中，工件上有三個(gè)不斷變化著的表面。 （1）已加工表面 工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的表面。 （2）待加工表面 工件上有待切除切削層的表面。 （3）過渡表面 主切削刃正在加工的表面稱為過渡 表面，它是待加工表面與已加工表面的連接表面。2.2.切削要素切

4、削要素包括切削用量和切削層的幾何參數(shù)包括切削用量和切削層的幾何參數(shù)(1)切削用量：切削時(shí)各參數(shù)的合稱。1)切削速度vc2)進(jìn)給量f3)背吃刀量（切削深度）p圖2-1 切削運(yùn)動(dòng)與切削表面切削速度切削速度v vc c 切削速度，單位時(shí)間內(nèi)，刀具和工件在主運(yùn)動(dòng)方向上的相對(duì)位移，是刀具切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)的速度。當(dāng)主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，即為刀具或工件最大直徑處的切削速度，由下式確定式中 vc 切削速度（m/s ）； d 完成主運(yùn)動(dòng)的刀具或工件的最大直徑（mm ）； n 主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速（r/min ）當(dāng)主運(yùn)動(dòng)為往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)（如刨削），則式中L 往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的行程速度（mm ）；nr 主運(yùn)動(dòng)每秒或

5、每分鐘的往復(fù)次數(shù)（次/min ）1000*60dnvcp=21000*60rLnvc=圖2-1 切削運(yùn)動(dòng)與切削表面 進(jìn)給量進(jìn)給量f f 進(jìn)給量是工件或刀具的主運(yùn)動(dòng)每轉(zhuǎn)或每一行程時(shí)，刀具切削刃相對(duì)工件在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的移動(dòng)量。車削時(shí)的進(jìn)給量 是工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，切削刃沿進(jìn)給方向的移動(dòng)量，單位為 mm/r ，其進(jìn)給速度vf為 vf =nf=nzfz 式中 vf 進(jìn)給速度（mm/s）。 對(duì)于銑刀、鉸刀等多齒刀具，還規(guī)定每齒進(jìn)給量fz ，即多齒刀具每轉(zhuǎn)或每行程中每齒相對(duì)于工件在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的相對(duì)位移，單位為mm/齒。圖2-1 切削運(yùn)動(dòng)與切削表面 背吃刀量（切削深度）背吃刀量（切削深度） 切削深度是指待加

6、工表面與已加工表面之間的垂直距離。車削時(shí) 式中切削深度（ ）； 工件待加工表面直徑（ ）； 工件已加工表面直徑（ ）。pa2wmpdda=pawdmdmmmmmm圖2-1 切削運(yùn)動(dòng)與切削表面圖2-2 切削用量與切削層數(shù)1）切削寬度w 沿主切削刃方向度量的切削層尺寸（mm）， aw=ap/sinkr2)切削厚度c 兩相鄰加工表面間的垂直距離（mm） ac=fsinkr3)切削面積Ac 切削層垂直于切削速度截面內(nèi)的面積（mm2） Ac=awac=apf 切削時(shí)，沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向移動(dòng)一個(gè)進(jìn)給量所切除的金屬層稱為金屬切削層。通過切削刃基點(diǎn)（通常指主切削刃工作長度的中點(diǎn)）并垂直于該點(diǎn)主運(yùn)動(dòng)方向的平面，稱為

7、切削層尺寸平面。在切削層尺寸平面內(nèi)測(cè)定的切削層尺寸幾何參數(shù)則稱為切削層尺寸平面要素。(2)切削層幾何參數(shù)（以車外圓為例說明） 刀具的種類刀具的種類 生產(chǎn)中所使用的刀具種類很多，按加工方式和具體用途分為車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動(dòng)線及數(shù)控機(jī)床刀具和磨具等幾大類型； 按所用材料分為高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金剛石刀具等； 按結(jié)構(gòu)分為整體刀具、鑲片刀具、機(jī)夾刀具和復(fù)合刀具等；按是否標(biāo)準(zhǔn)化分為標(biāo)準(zhǔn)刀具和非標(biāo)準(zhǔn)刀具等。常用刀具具體的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及使用等將后續(xù)章節(jié)中介紹。二、刀具角度 刀具的幾何參數(shù)刀具的幾何參數(shù) 各種刀具的切削部分在切削中所起的

8、作用都是相同的，因此在結(jié)構(gòu)上它們有著許多共同的特征。其中外圓車刀是最基本、最典型的切外圓車刀是最基本、最典型的切削刀具削刀具，其它各種刀具都可看成是車刀的演變和組合，因此以普通外普通外圓車刀圓車刀為例說明刀具切削部分的組成，并給出切削部分幾何角度的一般性定義。圖2-3 車刀的組成1.1.刀具切削部分的組成刀具切削部分的組成前刀面前刀面：刀具上切屑沿其流出的表面。主后刀面主后刀面： 刀具上同前刀面相交形成主切削刃的表面，也是切削過程中與過渡表面過渡表面相對(duì)的刀具表面。副后刀面：副后刀面：刀具上同前刀面相交形成副切削刃的表面，也是切削過程中與已加工表面已加工表面相對(duì)的刀具表面。主切削刃：主切削刃：

9、刀具前刀面與主后刀面的交線。它承擔(dān)著主要的切削工作。副切削刃：副切削刃：刀具前刀面與副后刀面的交線。它的一小部分也參與切削，主要起修光作用。刀尖：刀尖：主切削刃與副切削刃的交點(diǎn)。實(shí)際上刀尖是一段圓弧過渡刃。2.刀具角度的參考平面測(cè)量刀具角度的參考系測(cè)量刀具角度的參考系用于確定刀具幾何角度的參考系主要有兩大類:一類是用于定義刀具在設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測(cè)量時(shí)刀具幾何角度的參考系，稱為刀具靜止參考系刀具靜止參考系，在刀具靜止參考系中定義的刀具角度稱為刀具的標(biāo)注角度刀具的標(biāo)注角度。另一類是規(guī)定刀具在進(jìn)行切削加工時(shí)幾何參數(shù)的參考系，稱為刀具工作參考系刀具工作參考系，該參考系考慮了切削運(yùn)動(dòng)和實(shí)際安裝情況對(duì)刀

10、具幾何角度的影響，在該參考系中定義和測(cè)量的刀具角度稱為刀具的工作角度刀具的工作角度。圖2-5 確定車刀角度的參考平面刀具靜止參考系主要由以下基準(zhǔn)坐標(biāo)平面組成：切削平面、基面、正交平面刀具靜止參考系主要由以下基準(zhǔn)坐標(biāo)平面組成：切削平面、基面、正交平面 a） 基面基面 通過主切削刃選定點(diǎn)并與該點(diǎn)切削速度相垂直的平面。 b） 切削平面切削平面 通過切削刃選定點(diǎn)與工件加工表面相切的平面。對(duì)應(yīng)于主切削刃和副切削刃的切削平面分別稱為主切削平面 和副切削平面 。 c） 正交平面正交平面 通過主切削刃選定點(diǎn)并與主切削刃在基面上的投影相垂直的平面。rPSPSPOP d） 法平面法平面 通過主切削刃選定點(diǎn)并與主切

11、削刃相垂直的平面。 e） 假定工作平面假定工作平面 通過主切削刃選定點(diǎn)與基面垂直，且與假定進(jìn)給方向平行的平面。 f） 背平面背平面 通過主切削刃選定點(diǎn)并垂直于基面和假定工作平面的平面。nPfPpP 切削平面、基面和正交平面共同組成標(biāo)注角度的正交平正交平面參考系面參考系，常用的標(biāo)注刀具角度的參考系還有法平面參考系、背平面和假定工作平面參考系。3.刀具的標(biāo)注角度(1)前角o(2)后角o 副后角o(3)主偏角r(4)副偏角r(5)刃傾角s圖2-6 車刀的主要角度注：此處的標(biāo)注角度是在刀尖與工件回轉(zhuǎn)軸注：此處的標(biāo)注角度是在刀尖與工件回轉(zhuǎn)軸線等高、刀桿縱向軸線垂直與進(jìn)給方向、并線等高、刀桿縱向軸線垂直與

12、進(jìn)給方向、并且不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響等條件下描述的。且不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響等條件下描述的。 a）前角）前角 在正交平面中測(cè)量的前刀面與基面之間的夾角。當(dāng)前刀面與切削平面夾角小于90時(shí)，前角為正，大于90時(shí)，前角為負(fù)。主要影響主切削刃的鋒利程度和刃口強(qiáng)度主要影響主切削刃的鋒利程度和刃口強(qiáng)度。 b）后角后角 在正交平面中測(cè)量的主后刀面與切削平面間的夾角。當(dāng)后刀面與基面間的夾角小于90時(shí)，后角為正值，大于90時(shí)，后角為負(fù)值。后角表示主后面的傾斜程度， 主要影響刀具主后刀面與工件表面之間的摩擦，并配合前角改變切主要影響刀具主后刀面與工件表面之間的摩擦，并配合前角改變切削刃的鋒利程度與刃口強(qiáng)度。削刃的鋒利

13、程度與刃口強(qiáng)度。 OO c）主偏角主偏角 在基面中測(cè)量的主切削刃在基面的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角。主要影響切削刃工作長度和背向力的大小。 d）副偏角副偏角 在基面中測(cè)量的副切削刃在基面上的投影平面與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向間的夾角。主要影響已加工表面的粗糙度。 e e）刃傾角）刃傾角 在切削平面中測(cè)量的主切削刃與基面之間的夾角。刃傾角主要影響切屑流向及刀尖強(qiáng)度。rrs 刃傾角主要影響切屑流向及刀尖強(qiáng)度。刃傾角主要影響切屑流向及刀尖強(qiáng)度。 當(dāng)?shù)都庀鄬?duì)車刀刀柄安裝面處于最高點(diǎn)時(shí)，刃傾角為正值； 刀尖處于最低點(diǎn)時(shí)，刃傾角為負(fù)值； 當(dāng)切削刃平行于刀柄安裝面時(shí)，刃傾角為零度，此時(shí)切削刃在基面內(nèi)。刃傾角對(duì)排屑的影響如

14、圖1-7所示。圖1-7 刃傾角及其對(duì)排屑方向的影響 除了以上五個(gè)基本角度外，刀具還有刀尖角、楔角兩個(gè)派生角度。 楔角（楔角（0 0） 前刀面與主后刀面間的夾角，0=90（0+ ）。 刀尖角（刀尖角（r r） 主切削平面與副切削平面間的夾角。O作業(yè)作業(yè)1。畫出45彎頭外圓車刀（主偏角r=45，r=45），并標(biāo)出刀具的獨(dú)立角度。己知：o=8，o=6,o= -5, s= -5。2。畫出90彎頭外圓車頭的各獨(dú)立角度。 P19 圖2-12（c）3。畫出端面車刀的各獨(dú)立角度 P19 圖2-12（d）4.刀具的工作角度 為了較合理地表達(dá)在切削過程中起作用的刀具角度，應(yīng)按合成切削運(yùn)動(dòng)方向合成切削運(yùn)動(dòng)方向來定義

15、和確定刀具的參考系及其角度，即刀具工作參考系和工作角度。以切削過程中實(shí)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稱為刀具的工作角度，又稱實(shí)際角度。 由于通常的進(jìn)給速度遠(yuǎn)小于主運(yùn)動(dòng)速度，因此，在一般的安裝條件下，刀具的工作角度近似等于標(biāo)注角度(誤差不超過l%)。這樣，在大多數(shù)場(chǎng)合下(如普通車、鏜孔、端銑、周銑)不必進(jìn)行工作角度的計(jì)算。只有在角度變化值較大時(shí)(如車螺紋或絲杠、鏟背和鉆孔時(shí)，研究鉆心附近的切削條件或刀具特殊安裝時(shí))，才需要計(jì)算工作角度。刀具工作參考系刀具工作參考系 工作基面 指過切削刃上選定點(diǎn)并與合成切削速度 垂直的平面。 工作切削平面 指過切削刃上選定點(diǎn)與工件加工表面相

16、切的平面。 工作正交平面 指過切削刃上選定點(diǎn)并與主切削刃在基面上的投影相垂直的平面。 rePevsePoeP 下圖所示三把刀具的標(biāo)注角度完全相同，但由于合成切削運(yùn)動(dòng)方向不同，后刀面與加工表面之間的接觸和摩擦的實(shí)際情形有很大的不同： 圖(a)，刀具后刀面同工件已加工表面之間有適宜的間隙，切削情況正常； 圖(b)，刀具的背棱頂在已加工表面上，切削刃無法切入，切削條件被破壞。可見，在這種場(chǎng)合下，只考慮主運(yùn)動(dòng)的假定條件是不合適的，還必須考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度的影響，也就是必須考慮合成切削運(yùn)動(dòng)方向來確定刀具工作角度的參考系；圖(c)，刀具后刀面與已加工表面全面接觸，摩擦嚴(yán)重。 同樣，刀具實(shí)際安裝位置也影響工作

17、角度的大小。只有采用刀具工作角度的參考系，才能反映切削加工的實(shí)際。(b)(a)(c)(1)刀具安裝位置對(duì)工作角度的影響后角后角 前角前角圖2-8 車刀安裝高度對(duì)工作角度的影響a)刀尖高于工件軸線 b)刀尖低于工件軸線后角后角 前角前角圖2-9 車刀安裝偏斜對(duì)工作角度的影響(為切削時(shí)刀桿縱向軸線的偏轉(zhuǎn)角)4.刀具的工作角度圖2-10 縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響(2)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響圖2-11 橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響4.刀具的工作角度后角后角 前角前角后角后角 前角前角車削時(shí)，進(jìn)給量比工件直徑小很多，對(duì)工作角度影響不大；當(dāng)車端面、切斷和車外圓進(jìn)給量較大時(shí)，對(duì)工作角度影響較大；1.刀

18、具分類 按加工方式和具體用途，可分為車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動(dòng)線及數(shù)控機(jī)床刀具和磨具等幾大類型； 按所用材料性質(zhì)，可分為高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼(CBN)刀具和金剛石刀具等； 按結(jié)構(gòu)形式，可分為整體刀具、鑲片刀具、機(jī)夾刀具和復(fù)合刀具等； 按是否標(biāo)準(zhǔn)化，可分為標(biāo)準(zhǔn)刀具和非標(biāo)準(zhǔn)刀具等。三、刀具種類(1) 車刀圖2-12 常用的幾種車刀a)直頭外圓車刀b)45彎頭外圓車刀c)90彎頭外圓車刀d)端面車刀e)內(nèi)孔車刀f)切斷刀g)寬刃光刀2.常用刀具簡介車刀的結(jié)構(gòu)形式車刀的結(jié)構(gòu)形式整體式（整體式（HSS)、焊接式、機(jī)械夾固式（重磨式、可轉(zhuǎn)位式）、焊接式

19、、機(jī)械夾固式（重磨式、可轉(zhuǎn)位式）刀片夾緊方式：刀片夾緊方式：（1）上壓式）上壓式 夾緊力大，夾緊力大， 定位可靠，阻礙流屑定位可靠，阻礙流屑（2）偏心式）偏心式 結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)簡單， 不礙流屑，夾緊力不大不礙流屑，夾緊力不大（3）綜合式）綜合式 夾緊力大，夾緊力大， 耐沖擊，結(jié)構(gòu)復(fù)雜耐沖擊，結(jié)構(gòu)復(fù)雜可轉(zhuǎn)位式車刀的組成：可轉(zhuǎn)位式車刀的組成：可轉(zhuǎn)位刀片、刀墊、刀桿、夾緊機(jī)構(gòu)可轉(zhuǎn)位刀片、刀墊、刀桿、夾緊機(jī)構(gòu)切削性能好，輔助時(shí)間短，生產(chǎn)率高切削性能好，輔助時(shí)間短，生產(chǎn)率高車刀的幾何參數(shù)車刀的幾何參數(shù)（1）切削角度）切削角度 六個(gè)主要角度：六個(gè)主要角度： 主偏角、副偏角、前角、后角、主偏角、副偏角、前角

20、、后角、副后角、刃傾角副后角、刃傾角（2）其它幾何參數(shù)的選擇）其它幾何參數(shù)的選擇 過渡刃、刀刃鈍圓半徑、副倒棱等過渡刃、刀刃鈍圓半徑、副倒棱等 孔加工刀具一般可分為兩大類：一類是從實(shí)體材料上加工出孔的刀具，常用的有麻花鉆、中心鉆和深孔鉆等；另一類是對(duì)工件上已有孔進(jìn)行再加工用的刀具，常用的有擴(kuò)孔鉆、鉸刀及鏜刀等。(2)孔加工刀具2.常用刀具簡介锪削加工沉頭孔和孔端面的凸臺(tái)。锪削加工沉頭孔和孔端面的凸臺(tái)。 1）工作部分）工作部分 分切削部分和導(dǎo)向部分。分切削部分和導(dǎo)向部分。兩個(gè)前刀面、兩個(gè)后刀面、兩個(gè)前刀面、兩個(gè)后刀面、兩個(gè)副后刀面、兩個(gè)主刃、兩個(gè)副后刀面、兩個(gè)主刃、兩個(gè)副刃、一個(gè)橫刃。兩個(gè)副刃、

21、一個(gè)橫刃。鉆芯直徑朝柄部方向遞增。鉆芯直徑朝柄部方向遞增。 2）柄部）柄部 夾持部分，有直柄和錐柄。夾持部分，有直柄和錐柄。 3）頸部）頸部 用于磨柄部時(shí)砂輪的退刀。用于磨柄部時(shí)砂輪的退刀。（2）麻花鉆的修磨）麻花鉆的修磨前角從前角從30到到30,橫刃長前角橫刃長前角55，定心差，軸向力大，剛性差，排屑定心差，軸向力大，剛性差，排屑困難困難磨短橫刃增大前角，修磨主刃頂角磨短橫刃增大前角，修磨主刃頂角分屑槽分屑槽標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆由工作部分、頸部及柄部三部分組成。標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆由工作部分、頸部及柄部三部分組成。圖2-15 麻花鉆的結(jié)構(gòu) 麻花鉆的工作部分：麻花鉆的工作部分： 6 6面面1 1橫刃橫

22、刃2 2主切削刃主切削刃2 2副切削刃副切削刃4 4刀尖刀尖 三尖七刃銳當(dāng)先三尖七刃銳當(dāng)先 使圓弧刃、內(nèi)直刃、橫刃的前角增大。使圓弧刃、內(nèi)直刃、橫刃的前角增大。 月牙弧槽分兩邊月牙弧槽分兩邊 定心、導(dǎo)向、便于冷卻液澆注。定心、導(dǎo)向、便于冷卻液澆注。 一側(cè)外刃開屑槽一側(cè)外刃開屑槽 大直徑鉆頭的斷屑。大直徑鉆頭的斷屑。 橫刃磨低窄又尖橫刃磨低窄又尖 橫刃的進(jìn)給力下降橫刃的進(jìn)給力下降35%35%50%50%。 圖2-19 擴(kuò)孔鉆a)高速鋼整體式 b)鑲齒套式 c)鑲硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位式2.常用刀具簡介 圖2-17 中心鉆鉆孔鉆孔擴(kuò)孔擴(kuò)孔鉸孔鉸孔刀齒數(shù)刀齒數(shù)/ /橫刃橫刃2/2/有有3 3 4/4/無無多

23、多/ /無無加工余量加工余量大大中中小小切削平穩(wěn)切削平穩(wěn)差差較好較好好好加工精度加工精度低低中中高高加工屬性加工屬性粗加工粗加工半精加工半精加工精加工精加工鉆、擴(kuò)、鉸孔的工藝特點(diǎn)比較a、b 手用鉸刀c、d 機(jī)用鉸刀e 錐度鉸刀圖2-20 不同種類的鉸刀圖2-21 單刃鏜刀2.常用刀具簡介(3)銑刀2.常用刀具簡介 銑刀旋轉(zhuǎn)為銑刀旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)，工件或銑刀的移動(dòng)為，工件或銑刀的移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 可加工平面、臺(tái)階面、溝槽、成形面等，多刃切削效率高可加工平面、臺(tái)階面、溝槽、成形面等，多刃切削效率高銑刀的分類銑刀的分類（1）加工平面用銑刀）加工平面用銑刀（2）加工溝槽用銑刀）加工溝槽用銑刀

24、（3）加工成形表面用銑刀）加工成形表面用銑刀 單面刃、雙面刃、三單面刃、雙面刃、三 面刃、錯(cuò)齒三面刃面刃、錯(cuò)齒三面刃（4） 加工復(fù)雜成形表面用銑刀加工復(fù)雜成形表面用銑刀(4) 拉刀2.常用刀具簡介圖2-24 常用內(nèi)拉刀a)圓孔拉刀 b)花鍵拉刀圖2-25 外拉刀 螺紋可用切削法和滾壓法進(jìn)行加工。圖2-26 切削法工作的螺紋刀具a)平體螺紋梳刀 b)棱體螺紋梳刀 c)圓體螺紋梳刀 d)板牙 e)絲錐(5)螺紋刀具2.常用刀具簡介齒輪刀具是用于加工齒輪齒形的刀具。圖2-27 盤形齒輪銑刀(6)齒輪刀具 圖2-28 插齒刀a)盤形直齒插齒刀 加工普通直齒輪和大直徑內(nèi)齒輪b)碗形直齒插齒刀加工塔形齒輪

25、和雙聯(lián)齒輪c)錐柄直齒插齒刀加工直齒內(nèi)齒輪2.常用刀具簡介圖2-29 滾刀圖2-30 兩種典型的剃齒刀（齒輪精加工刀具）2.常用刀具簡介齒面上開有許多形成切削刃的窄槽齒面上開有許多形成切削刃的窄槽 刀具材料的切削性能直接影響著生產(chǎn)效率、工件的加工精度、已加工表面質(zhì)量和加工成本等，所以正確選擇刀具材料是設(shè)計(jì)和選用刀具的重要內(nèi)容之一。 金屬切削時(shí)，刀具切削部分直接和工件及切屑相接觸，承受著很大的切削壓力和沖擊，并受到工件及切屑的劇烈摩擦，產(chǎn)生很高的切削溫度。即刀具切削部分是在高溫、刀具切削部分是在高溫、高壓及劇烈摩擦的惡劣條件高壓及劇烈摩擦的惡劣條件下工作的。因此，刀具切削部分材料應(yīng)具備以下基本性

26、能。第二節(jié)第二節(jié) 刀具材料刀具材料一、刀具材料應(yīng)具備的性能（1 1） 硬度高硬度高 刀具材料的硬度必須高于被加工材料的硬度。一般要求刀具材料的常溫硬度必須HRC62以上。（2 2） 足夠的強(qiáng)度和韌性足夠的強(qiáng)度和韌性 刀具切削部分的材料在切削時(shí)承受著很大的切削力和沖擊力，因此刀具材料必須要有足夠的強(qiáng)度和韌性。（3 3） 耐磨性和耐熱性好耐磨性和耐熱性好 刀具在切削時(shí)承受著劇烈的摩擦，因此刀具材料應(yīng)具有較強(qiáng)的耐磨性。刀具材料的耐磨性和耐熱性有著密切的關(guān)系，其耐熱性通常用它在高溫下保持較高硬度的能力來衡量（熱硬性）。耐熱性越好，允許的切削速度越高。（4 4）導(dǎo)熱性好）導(dǎo)熱性好 刀具的材料熱導(dǎo)率大，表

27、示導(dǎo)熱性好，切削時(shí)產(chǎn)生的熱量就容易傳散出去，從而降低切削部分的溫度，減輕刀具磨損。（5 5） 具有良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性具有良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性 既要求刀具材料本身的可切削性能、耐磨性能、熱處理性能、焊接性能等要好，且又要資源豐富，價(jià)格低廉。刀具切削部分材料應(yīng)具備的基本性能：刀具切削部分材料應(yīng)具備的基本性能：種類常用牌號(hào)硬度HRC（HRA）抗彎強(qiáng)度（ GPa）熱硬性（C）工藝性能用途碳素工具鋼T 8 A 、T10AT12A6064（8183）2.452.752 0 0 250可冷熱加工成形，刃磨性能好用于手動(dòng)工具，如銼刀、鋸條、鏨子等合金工具鋼9siCr、CiWMn6065（8184）2.452

28、.752 5 0 300可冷熱加工成形，刃磨性能好，熱處理變形小用于低速成形刀具，如絲錐、板牙、鉸刀等常用刀具材料常用刀具材料 刀具材料可分為工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷和超硬材料等五大類。常用刀具材料的主要性能及用途見表2-1 W表1-1常用刀具材料的主要性能及用途高 速鋼W9Mo3Cr4V、W6Mo5CrV26369（8287）3.434.415 5 0 600可 冷 熱 加 工成 形 ， 刃 磨性 能 好 ， 熱處理變形小用于機(jī)動(dòng)復(fù)雜的中速刀具，如鉆頭、銑刀、齒輪刀具等硬質(zhì)合金（YG類）K類（YT類）P類（YW類）M類6981（8993）1.082.168 0 0 1100粉 未 冶

29、金 成形 ， 只 能 磨削 加 工 不 能熱 處 理 ， 多鑲 片 使 用 ，較脆 用于機(jī)動(dòng)簡單的高速切削刀具，如車刀、刨刀、銑刀刀片陶瓷S G 4 、AT6（9394）15002100HV0 . 4 1.1151200壓 制 燒 結(jié) 成形 ， 只 能 磨削 加 工 ， 不需 熱 處 理 ，脆 性 略 大 于硬質(zhì)合金多用于車刀，適宜精加工連續(xù)切削表2-1常用刀具材料的主要性能及用途立 方碳 化硼（CBN）FD、LBN-Y73007400HV0.570.8112001500高溫高壓燒結(jié)成形，硬度高于陶瓷，極脆，可用金剛石砂輪磨削，不需熱處理用于加工高硬度、高強(qiáng)度材料（特別是鐵族材料）人 造金 剛

30、石 10000HV0.421.07 0 0 800硬度高于CBN，極脆用于有色金屬的高精度、低粗糙度切削，也用于非金屬精密加工，不切削鐵族金屬表2-1常用刀具材料的主要性能及用途（1 1） 高速鋼高速鋼 高速鋼是一種含鎢（高速鋼是一種含鎢（W W）、鉬（）、鉬（M MO O）、鉻（）、鉻（CrCr）、釩（）、釩（V V）等合金元素較多的高合金工具鋼。等合金元素較多的高合金工具鋼。由于合金元素與碳原子的結(jié)合力很強(qiáng)，使鋼在550600時(shí)仍能保持高硬度，從而使切削速度比碳素工具鋼和合金工具鋼成倍提高，故得名“高速鋼”，又名“風(fēng)鋼”或“鋒鋼”。 高速鋼刀具制造工藝簡單，容易磨出鋒利的刃口，廣泛廣泛用于

31、制造切削速度較高、形狀復(fù)雜的刀具，如鉆頭、絲錐、用于制造切削速度較高、形狀復(fù)雜的刀具，如鉆頭、絲錐、成形刀具、拉刀及齒輪刀具等。成形刀具、拉刀及齒輪刀具等。 高速鋼按化學(xué)成分可分為鎢系、鉬系（含MO2%以上）；按切削性能可分為普通高速鋼和高性能高速鋼。 普通高速鋼普通高速鋼 普通高速鋼指用來加工一般工程材料的高速鋼，常用的牌號(hào)有：a） W18Cr4VW18Cr4V（簡稱（簡稱W18W18） 屬鎢系高速鋼，具有較好屬鎢系高速鋼，具有較好的切削性能，是我國最常用的一種高速鋼。的切削性能，是我國最常用的一種高速鋼。 b b） W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2（簡稱（簡稱M2M2） 屬鉬系高速

32、鋼，碳化物分布均勻性、韌性和高溫塑性均超過W18Cr4V，但其磨削性能較差，我國目前主要用于熱軋刀具，如麻花鉆等。我國目前主要用于熱軋刀具，如麻花鉆等。c） W9Mo3Cr4V（簡稱W9） 是一種含鎢量較多，含鉬量較少的鎢鉬系高速鋼。其碳化物不均勻性介于W18和M2之間，但抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度高于M2。具有較好的硬度和韌性，其熱塑性也很好，可用于制造各種刀具（如鋸條、鉆頭、拉刀、銑刀、齒輪刀具等）。 高性能高速鋼 高性能高速鋼是在普通高速鋼的基礎(chǔ)上，用調(diào)整其基本化學(xué)成分和添加一些其它合金元素（如釩、鈷、鉛、硅、鈮等）的辦法，著重提高其耐熱性和耐磨性而衍生出來的。它主要用來加工不銹鋼、耐熱鋼、高溫

33、合金和超高強(qiáng)度鋼等難加工材料。主要有以下幾種：a） 鈷高速鋼 鈷高速鋼是在高速鋼中加入鈷，常用牌號(hào)是W2Mo9Cr4Co8（簡稱M42），具有良好的綜合性能，允許的切削速度較高，有一定的韌性，可磨削性好，可用于切削高溫合金、不銹鋼等難加工材料。b）鋁高速鋼 是我國獨(dú)創(chuàng)的鋼種，加入了少量的鋁不但提高了鋼的耐熱性和耐磨性，而且還能防止含碳量高引起的強(qiáng)度、韌性下降。但由于含釩量較多，其磨削加工性較差，過熱敏感性強(qiáng)，氧化脫碳傾向較大，使用時(shí)要嚴(yán)格掌握熱處理工藝。常用牌號(hào)有W6Mo5Cr4V2Al（簡稱501）和W10Mo4Cr4V3Al（簡稱5F6）（2 2） 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金是用高硬度、高

34、熔點(diǎn)的金屬碳化物（硬質(zhì)合金是用高硬度、高熔點(diǎn)的金屬碳化物（WCWC、TiCTiC、NbCNbC、TaCTaC等）作硬質(zhì)相，用鈷、鉬或鎳等作粘結(jié)相，等）作硬質(zhì)相，用鈷、鉬或鎳等作粘結(jié)相，研制成粉末，按一定比例混合，壓制成型，在高溫高壓下研制成粉末，按一定比例混合，壓制成型，在高溫高壓下燒結(jié)而成。燒結(jié)而成。 硬質(zhì)合金的常溫硬度很高常溫硬度很高（8993HRA，相當(dāng)于7882HRC）。耐熔性好耐熔性好，熱硬性可達(dá)8001000以上，允許的切削速度比高速鋼提高47倍，刀具壽命高58倍，是是目前切削加工中用量僅次于高速鋼的主要刀具材料。目前切削加工中用量僅次于高速鋼的主要刀具材料。但它的抗彎強(qiáng)度和韌性均

35、較低，性脆，怕沖擊和振動(dòng)抗彎強(qiáng)度和韌性均較低，性脆，怕沖擊和振動(dòng)，工藝性也不如高速鋼。因此，硬質(zhì)合金常制成各種形狀的刀片焊接或夾固在車刀、刨刀、端銑刀等的刀體上使用。 我國目前常用的硬質(zhì)合金主要有以下三類： 鎢鈷類硬質(zhì)合金鎢鈷類硬質(zhì)合金 （YGYG類）類） K K類類-紅色紅色 由WC和Co組成，代號(hào)為代號(hào)為YGYG。常溫硬度為8991HRA，耐熱性達(dá)800900，適用于加工切屑呈崩碎狀的脆性材適用于加工切屑呈崩碎狀的脆性材料。如鑄鐵。常用牌號(hào)有料。如鑄鐵。常用牌號(hào)有YG3YG3、YG6YG6和和YG8YG8等等，其中數(shù)字表其中數(shù)字表示含示含CoCo的百分比，其余為含的百分比，其余為含WCWC

36、的百分比。的百分比。鈷在硬質(zhì)合金中起粘結(jié)作用，含Co愈多的硬質(zhì)合金韌性愈好，所以 鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金 （ YTYT類）類）P P類類-藍(lán)色藍(lán)色 由WC、TiC和Co組成，代號(hào)為代號(hào)為YTYT。此類硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性和耐熱性（9001000）均比YG類合金高，但抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度降低。主要適于加工切屑呈帶狀的主要適于加工切屑呈帶狀的鋼料等韌性材料，如鋼類。鋼料等韌性材料，如鋼類。常用牌號(hào)有YT30YT30、YT15YT15和和YT5YT5等，數(shù)字表示含等，數(shù)字表示含TiCTiC的百分比。的百分比。故故YT30YT30適于對(duì)鋼料的精加適于對(duì)鋼料的精加工和連續(xù)切削，工和連續(xù)切削，Y

37、T15YT15適于半精加工，適于半精加工，YT5YT5適于粗加工和斷適于粗加工和斷續(xù)切削。續(xù)切削。 鎢鈦鉭（鈮）鈷類硬質(zhì)合金鎢鈦鉭（鈮）鈷類硬質(zhì)合金 （YWYW類）類） K K類類-黃色黃色 又稱通用合金，由WC、TiC、TaC（NbC）TCo組成，代號(hào)代號(hào)為為YWYW。其抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性、耐熱性、高溫硬度和抗氧化能力都有很大提高。常用牌號(hào)有YW1和YW2，這兩種硬質(zhì)合金都具有YG類硬質(zhì)合金的韌性，比YT類硬質(zhì)合金的抗刃口剝落能力強(qiáng)。由于YWYW類硬質(zhì)合金的綜合性能較好類硬質(zhì)合金的綜合性能較好，除可加工鑄鐵、有色金屬和鋼料外，主要用于加工耐熱鋼、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料。（3）

38、其它刀具材料 陶瓷材料陶瓷材料 陶瓷刀具材料的主要成分是硬度和熔點(diǎn)都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物，再加入少量的金屬碳化物、氧化物或純金屬等添加劑。也是采用粉末冶金工藝方法經(jīng)制粉，壓制燒結(jié)而成。 陶瓷刀具有很高的硬度（9195HRA）和耐磨性，刀具耐用度高；有很好的高溫性能，化學(xué)穩(wěn)定性好，與金屬親和力小，抗粘結(jié)和抗擴(kuò)散能力好；具有較低的摩擦系數(shù)，在高速精車和精密銑削時(shí)，被加工工件可獲得鏡面效果。陶瓷刀具的最大缺點(diǎn)是脆性大，抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度低，陶瓷刀具的最大缺點(diǎn)是脆性大，抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度低，承受沖擊負(fù)荷的能力差。承受沖擊負(fù)荷的能力差。 主要用于對(duì)鋼料、鑄鐵、高硬材料（如淬火鋼等

39、）連主要用于對(duì)鋼料、鑄鐵、高硬材料（如淬火鋼等）連續(xù)切削的半精加工或精加工。續(xù)切削的半精加工或精加工。 人造金剛石人造金剛石 人造金剛石是在高溫高壓和金屬觸媒作用的條件下，由石墨轉(zhuǎn)化而成。 金剛石刀具的性能特點(diǎn)是：有極高的硬度和耐磨性，切削刃非常鋒利，有很高的導(dǎo)熱性。但耐熱性較差，且強(qiáng)但耐熱性較差，且強(qiáng)度很低。度很低。 主要用于高速條件下精細(xì)車削及鏜削有色金屬及其合金和非金屬材料。但由于金剛石中的碳原子和鐵有很強(qiáng)的化學(xué)親合力，故金剛石刀具不適合加工鐵族材料。金剛石刀具不適合加工鐵族材料。 立方氮化硼（簡稱立方氮化硼（簡稱CBNCBN） 是用六方氮化硼（俗稱白石墨）為原料，利用超高溫高壓技術(shù)，繼

40、人造金剛石之后人工合成的又一種新型無機(jī)超硬材料。 其主要性能特點(diǎn)是：硬度高（高達(dá)80009000HV），耐磨性好，能在較高切削速度下保持加工精。熱穩(wěn)定性好，化學(xué)穩(wěn)定性好，且有較高的熱導(dǎo)率和較小的摩擦系數(shù)，但其強(qiáng)度和韌性較差。 主要用于對(duì)高溫合金、淬硬鋼、冷硬鑄鐵等材料進(jìn)行主要用于對(duì)高溫合金、淬硬鋼、冷硬鑄鐵等材料進(jìn)行半精加工和精加工。半精加工和精加工。天然金剛石（天然金剛石（NDND）刀具）刀具聚晶金剛石（聚晶金剛石（PCDPCD）、聚晶立方氮化硼（）、聚晶立方氮化硼（PCBNPCBN）刀具）刀具 金屬切削過程金屬切削過程: :是指通過切削運(yùn)動(dòng)，使刀具從工件上切下多余的金屬層，形成切屑和已加工

41、表面的過程。 在這一過程中產(chǎn)生了一系列的現(xiàn)象，如切削變形、切削切削變形、切削力、切削熱與切削溫度、刀具磨損力、切削熱與切削溫度、刀具磨損等。 研究諸現(xiàn)象的成因、作用和變化規(guī)律，并掌握這些規(guī)律，對(duì)于合理使用與設(shè)計(jì)刀具、夾具和機(jī)床，保證切削加工質(zhì)量，減少能量消耗，提高生產(chǎn)率和促進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展等方面起著重要的作用。 第三節(jié)第三節(jié) 金屬切削過程及其物理現(xiàn)象金屬切削過程及其物理現(xiàn)象一、切削過程及切屑種類 1 切削變形切削變形 金屬切削過程與金屬受壓縮（拉伸）過程比較： 如下圖（a）所示,塑性金屬受壓縮時(shí),隨著外力的增加,金屬先后產(chǎn)生彈性變形、塑性變形,并使金屬晶格產(chǎn)生滑移,而后斷裂； 如下圖（b）所示,

42、以直角自由切削為例,如果忽略了摩擦、溫度和應(yīng)變速度的影響,金屬切削過程如同壓縮過程,切削層受刀具擠壓后也產(chǎn)生塑性變形。金屬的壓縮與切削 （a）壓縮 （b）切削 切削過程中產(chǎn)生的諸現(xiàn)象均與金屬層變形密切相關(guān)。為了進(jìn)一步分析研究切削層變形的特殊規(guī)律,通常把切削刃作用部位的金屬層劃分為三個(gè)變形區(qū)： 第第變形區(qū)變形區(qū) 也稱為基本變形區(qū)也稱為基本變形區(qū)，近切削刃處切削層內(nèi)產(chǎn)生的塑性變形區(qū)；金屬的剪切滑移變形，基本變形區(qū)的變形最大； 第第變形區(qū)變形區(qū) 也稱為摩擦變形區(qū)也稱為摩擦變形區(qū)，與前刀面接觸的切屑層內(nèi)產(chǎn)生的塑性變形區(qū)；金屬的擠壓摩擦變形； 第第變形區(qū)變形區(qū) 也稱為加工表面變形區(qū)也稱為加工表面變形區(qū)，

43、近切削刃處已加工表層內(nèi)產(chǎn)生的變形區(qū)；金屬的擠壓摩擦變形。 如圖c，三個(gè)變形區(qū)匯集在切削刃附近，此處的應(yīng)力集中而且復(fù)雜，金屬的背切削層在此與工件基體發(fā)生分離，大部分變成切屑。（c）三個(gè)變形區(qū)1.1 1.1 切屑的形成及變形特點(diǎn)切屑的形成及變形特點(diǎn) (1)(1)第一變形區(qū)金屬的剪切滑移變形第一變形區(qū)金屬的剪切滑移變形 切削層受刀具的作用，經(jīng)過第一變形區(qū)的塑性變形后形成了切屑。下面以直角自由切削為例，分析較典型的連續(xù)切屑的形成過程。 切削層受到刀具前刀面與切削刃的擠壓作用下，使近切削刃處的金屬先產(chǎn)生彈性變形，繼而塑性變形，在這同時(shí)金屬晶格產(chǎn)生滑移。 晶?；剖疽饩Я；剖疽饣婆c晶粒的伸長滑移與晶粒

44、的伸長 如圖：切削層金屬在始滑移面如圖：切削層金屬在始滑移面OA以左發(fā)生彈性變形，越靠近以左發(fā)生彈性變形，越靠近OA面，彈性變形越大。面，彈性變形越大。在在OA面上，應(yīng)力達(dá)到材料的面上，應(yīng)力達(dá)到材料的屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)s , 則發(fā)生塑性變形則發(fā)生塑性變形,產(chǎn)生滑移現(xiàn)象。產(chǎn)生滑移現(xiàn)象。 在滑移面在滑移面OM上，應(yīng)力和變形上，應(yīng)力和變形達(dá)到最大值。達(dá)到最大值。 越過越過OM面，切削層金屬將脫面，切削層金屬將脫離工件基體，沿著前面流出切離工件基體，沿著前面流出切屑，完成切離過程。屑，完成切離過程。 經(jīng)過塑性變形的金屬，其晶粒經(jīng)過塑性變形的金屬，其晶粒沿大致相同的方向生長。沿大致相同的方向生長。金屬金屬切削

45、過程實(shí)際上是一種擠壓過程。切削過程實(shí)際上是一種擠壓過程。 取金屬內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)P來分析滑移過程： P點(diǎn)移到1位置時(shí),產(chǎn)生了塑性變形。即在該處剪應(yīng)力達(dá)到材料的屈服極限,在1處繼續(xù)移動(dòng)到1處的過程中,P點(diǎn)沿最大剪應(yīng)力方向的剪切面上滑移至2處,之后同理繼續(xù)滑移至3、4處,離開4處后,就沿著前刀面方向流出而成為切屑上一個(gè)質(zhì)點(diǎn)。 在切削層上其余各點(diǎn),移動(dòng)至AC線均開始滑移、離開AE線終止滑移，在沿切削寬度范圍內(nèi)，稱AC是始滑移面，AE是終滑移面。AC、AE之間為第變形區(qū)。由于切屑形成時(shí)應(yīng)變速度很快、時(shí)間極短，故AC、AE面相距很近，一般約為0.020.2mm，所以常用AB滑移面來表示第一變形區(qū)，AB面亦稱為剪

46、切面。 切屑形成過程 質(zhì)點(diǎn)滑移過程 flash第第變形區(qū)就是形成變形區(qū)就是形成切屑的變形區(qū)，其變切屑的變形區(qū)，其變形特點(diǎn)是切削層產(chǎn)生形特點(diǎn)是切削層產(chǎn)生剪切滑移變形剪切滑移變形。（2 2）第二變形區(qū)內(nèi)金屬的擠壓摩擦變形）第二變形區(qū)內(nèi)金屬的擠壓摩擦變形 經(jīng)過第一變形區(qū)后,形成的切屑要沿前刀面方向排出,還必須克服刀具前刀面對(duì)切屑擠壓而產(chǎn)生的摩擦力。切屑在受前刀面擠壓摩擦過程中進(jìn)一步發(fā)生變形(第二變形區(qū)的變形)這個(gè)變形主這個(gè)變形主要集中在與前刀面摩擦的切屑底面一薄層金屬里要集中在與前刀面摩擦的切屑底面一薄層金屬里, ,表現(xiàn)為該處晶粒纖維化的方向和前刀面平行。這種作用離前刀面愈遠(yuǎn)影響愈小。 (3)(3)

47、第三變形區(qū)內(nèi)金屬的擠壓摩擦變形第三變形區(qū)內(nèi)金屬的擠壓摩擦變形 已加工表面受到切削刃鈍圓部分和后刀面的擠壓摩擦，造成纖維化與加工硬化。帶狀切屑擠裂切屑節(jié)狀切屑崩碎切屑2 2 切屑的類型切屑的類型 由于工件材料材料不同，切削條件切削條件不同，切削過程的變形切削過程的變形也不同，所形成的切屑多種多樣。 通常將切屑分為四類： 帶狀切屑；擠裂切屑；單元切屑;崩碎切屑(1)1)帶狀切屑帶狀切屑 它是經(jīng)過上述塑性變形過程形成的切屑,外形呈帶狀。 加工塑性金屬材料加工塑性金屬材料例如碳素鋼、合金鋼、銅和鋁合金，當(dāng)切削厚度較小，當(dāng)切削厚度較小，切削速度較高、刀具前角較大時(shí)切削速度較高、刀具前角較大時(shí)，常得到這類

48、切屑。 其切削過程平穩(wěn)，切削力波動(dòng)小，已加工表面的表面粗糙度值較小。 (2)(2)擠裂切屑擠裂切屑 在形成切屑的過程中,剪切面上局部位置處的剪應(yīng)力達(dá)到材料的強(qiáng)度極限,使切屑上與前刀面接觸的一面較光潔,其背面局部開裂成節(jié)狀。切削切削黃銅或用低速切削鋼黃銅或用低速切削鋼,當(dāng)切削厚度較大，切削速度較低、刀具前角較小時(shí)當(dāng)切削厚度較大，切削速度較低、刀具前角較小時(shí)，常得到這類切屑較易得到這類切屑。 (3)(3)單元切屑單元切屑 當(dāng)剪切面上的剪應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限時(shí)產(chǎn)生了剪切破壞,使切屑沿厚度斷裂成均勻的顆粒狀。切削鉛或用很低的速度切削鋼時(shí)可得到這類切切削鉛或用很低的速度切削鋼時(shí)可得到這類切屑。屑。 (

49、4)(4)崩碎切屑崩碎切屑 在切削脆性金屬時(shí)在切削脆性金屬時(shí), ,例如鑄鐵、黃銅等材料例如鑄鐵、黃銅等材料, ,切削層幾乎不經(jīng)過塑性變形就產(chǎn)生脆性崩裂,得到的切屑呈不規(guī)則的細(xì)粒狀。 切屑的類型是由材料的應(yīng)力切屑的類型是由材料的應(yīng)力- -應(yīng)變特性和塑性變形程度決應(yīng)變特性和塑性變形程度決定的。定的。如加工條件相同，塑性高的材料不易斷裂，易形成帶狀切屑；改變加工條件（如減小前角，或加大切削厚度），使材料產(chǎn)生的塑性變形程度隨之變化，切屑的類型便會(huì)相互轉(zhuǎn)化，當(dāng)塑性變形尚未達(dá)到斷裂點(diǎn)就被切離時(shí)出現(xiàn)了帶狀切屑,變形后達(dá)到斷裂就形成擠裂切屑或單元切屑。 因此，在生產(chǎn)中常利用切屑轉(zhuǎn)化條件，使之得到較為有利的屑型

50、。切屑控制：切屑控制：在切削加工中采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣砜刂魄行嫉木砬?、流出和折斷，使之形成“可接受”的良好切屑?國國際際標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化化組組織織的的切切屑屑分分類類法法國國際際標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化化組組織織的的切切屑屑分分類類法法帶狀屑：帶狀屑： 高速切削塑性金屬，高速切削塑性金屬，一般應(yīng)力求避免一般應(yīng)力求避免C C形屑形屑 ： 切削一般碳鋼和合金切削一般碳鋼和合金鋼時(shí)，采用帶卷屑鋼時(shí)，采用帶卷屑槽的車刀時(shí)易得，槽的車刀時(shí)易得，較好較好長緊卷屑：長緊卷屑： 普通車床上較好普通車床上較好發(fā)條狀卷屑：發(fā)條狀卷屑： 重型機(jī)床上較好重型機(jī)床上較好寶塔狀卷屑：寶塔狀卷屑： 自動(dòng)機(jī)或自動(dòng)線上較自動(dòng)機(jī)或自動(dòng)線上較好好螺卷屑

51、螺卷屑 ： 崩碎屑崩碎屑 ： 研究表明，工件脆性越大、切屑厚度越大、切研究表明，工件脆性越大、切屑厚度越大、切屑卷曲半徑越大，切屑就越容易折斷。屑卷曲半徑越大，切屑就越容易折斷。切屑控制的方法切屑控制的方法1）采用斷屑槽）采用斷屑槽 通過設(shè)置斷屑槽對(duì)流動(dòng)的金屬施加一定的約束力，可使切屑應(yīng)變?cè)龃?，切屑蜷曲半徑減小。斷屑槽的形狀有折線形、直線圓弧形、全圓弧形。2）改變刀具角度）改變刀具角度 增大主偏角，切削厚度變大，有利于斷屑； 減小前角，可使切屑變形加大，切屑易于折斷。 刃傾角可改變切屑的流向。3）調(diào)整切削用量）調(diào)整切削用量 提高進(jìn)給量可使切削厚度增大，有利于斷屑，但增大進(jìn)給量會(huì)使表面粗糙度增大

52、； 適當(dāng)降低切削速度可使切削變形增大，有利于斷屑，但會(huì)降低切除效率。3.積屑瘤現(xiàn)象 在切削速度不高而又能形成連續(xù)切屑的情況下，加工一般鋼料或其它塑性材料時(shí)，常常在前刀面處粘著一塊剖面有時(shí)呈三角狀的硬塊。它的硬度很高，通常是工件材料的2-3倍，在處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，能夠代替切削刃進(jìn)行切削。這塊冷焊在前刀面上的金屬稱為積屑瘤或刀瘤。圖2-34 積屑瘤現(xiàn)象積屑瘤對(duì)切削過程的影響：積屑瘤對(duì)切削過程的影響： 1. 代替刀具切削，保護(hù)刀具代替刀具切削，保護(hù)刀具 2. 增大前角，減小變形和力增大前角，減小變形和力 3. 產(chǎn)生過切及犁溝，產(chǎn)生過切及犁溝，精度精度 4. 增大已加工表面粗糙度增大已加工表面粗糙

53、度積屑瘤對(duì)精加工是不利的，應(yīng)避免它產(chǎn)生：積屑瘤對(duì)精加工是不利的，應(yīng)避免它產(chǎn)生：降低工材塑性；降低工材塑性；合理選切削速度；增大前角；減小進(jìn)給量；采用潤滑液等合理選切削速度；增大前角；減小進(jìn)給量；采用潤滑液等 如圖所示，積屑瘤是堆積在前刀面上近切削刃處的一個(gè)楔塊，經(jīng)測(cè)定它的硬度為金屬母體的23倍，積屑瘤高出前刀面0.369mm、凸出后刀面0.057mm、寬1.138mm，在切削時(shí)形成了實(shí)際前角3227(有的可達(dá)40)。積屑瘤替代切削刃參加切削情況。當(dāng)積屑瘤的頂部具有大的刃口圓弧半徑時(shí)（圖中R0.134 mm），會(huì)產(chǎn)生較大的擠壓作用。此外，由于積屑瘤頂部凹凸不平和脫落后粘 附在已加工表面上，促使加

54、工表面粗糙度增加。所以在精加工時(shí)應(yīng)盡量避免或抑制積屑瘤的產(chǎn)生。積屑瘤的形成有許多解釋：積屑瘤的形成有許多解釋： 通常認(rèn)為是由于切屑在前刀面上粘結(jié)切屑在前刀面上粘結(jié)造成的。當(dāng)在一定的加工條件下，隨著切屑與前刀面間溫度和壓力的增加，摩擦力也增大，使近前刀面處切屑中塑性變形層流速減慢，產(chǎn)生“滯流”現(xiàn)象。越貼近前刀面處的金屬層，流速越低。當(dāng)溫度和壓力增加到一定程度，滯流層中底層與前刀面產(chǎn)生了粘結(jié)。當(dāng)切屑底層中剪應(yīng)力超過金屬的剪切屈服極限時(shí)，底層金屬流速為零而被剪斷，并粘結(jié)在前刀面上。該粘結(jié)層經(jīng)過劇烈的塑性變形使硬度提高，在繼續(xù)切削時(shí)，硬的粘結(jié)層又剪斷軟的金屬層。這樣層層堆積，高度逐漸增加，形成了積屑瘤

55、。 長高了的積屑瘤，受外力或振動(dòng)的作用可能發(fā)生局部斷裂或脫落。有些資料表明積屑瘤的產(chǎn)生、成長和脫落是在瞬間內(nèi)進(jìn)行的，它們的頻率很高，是個(gè)周期性的動(dòng)態(tài)過程。形成積屑瘤的條件形成積屑瘤的條件： 主要決定于切削溫度主要決定于切削溫度。在切削溫度很低時(shí)在切削溫度很低時(shí), ,切屑與前刀面間呈點(diǎn)接觸,摩擦系數(shù)較小,故不易形成粘結(jié)故不易形成粘結(jié)；在溫度很高時(shí)在溫度很高時(shí),接觸面間切屑底層金屬呈微熔狀態(tài),起潤滑作用，摩擦系數(shù)也較小，積屑瘤同樣不易形積屑瘤同樣不易形成。成。在中溫區(qū)，在中溫區(qū)，例如切削中碳鋼的溫度在300380時(shí)，切屑底層材料切屑底層材料軟化，粘結(jié)嚴(yán)重，摩擦系數(shù)軟化，粘結(jié)嚴(yán)重，摩擦系數(shù)最大，產(chǎn)生

56、的積屑瘤高度達(dá)到很大值。最大，產(chǎn)生的積屑瘤高度達(dá)到很大值。此外，接觸面間壓力、粗糙程度、粘結(jié)強(qiáng)度接觸面間壓力、粗糙程度、粘結(jié)強(qiáng)度等因素都與形成積屑瘤的條件有關(guān)。 合理控制切削條件，調(diào)節(jié)切削參數(shù)，盡量不形成中溫區(qū)域，就能較有效地抑制或避免積屑瘤的產(chǎn)生。 以切削中碳鋼為例，從圖示的曲線可知，低速（vc3m/min左右）切削時(shí)，產(chǎn)生的切削溫度很低；較高速（vc60m/min）切削時(shí)，產(chǎn)生的切削溫度較高，這兩種情況的摩擦系數(shù)均小，故不易形成積屑瘤。 在中速（在中速（v vc c20m/min20m/min），積屑瘤的高度達(dá)到最大值。），積屑瘤的高度達(dá)到最大值。所以許多中速加工工序，如攻絲、拉孔、鉆孔、

57、鉸孔等經(jīng)常由于積屑瘤作用而影響加工表面粗糙度。如同其它精加工工序，為了提高加工表面質(zhì)量，應(yīng)盡量不采用中速加為了提高加工表面質(zhì)量，應(yīng)盡量不采用中速加工，否則工，否則應(yīng)配合其它改善措施。 在切削硬度和強(qiáng)度高的材料時(shí)在切削硬度和強(qiáng)度高的材料時(shí)，由于剪切屈服強(qiáng)度S高，不易切除切屑，即使采用較低的切削速度，也易達(dá)到產(chǎn)生積屑瘤的中溫區(qū)域，為了抑制即使采用較低的切削速度，也易達(dá)到產(chǎn)生積屑瘤的中溫區(qū)域，為了抑制積屑瘤，積屑瘤，通常選用中等以上切削速度加工通常選用中等以上切削速度加工。 切削塑性高的材料，需選用高的切削速度才能消除積屑瘤切削塑性高的材料，需選用高的切削速度才能消除積屑瘤。 圖 切削速度對(duì)積屑瘤的

58、影響 在金屬切削時(shí)，刀具切入工件，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。 切削力的大小及變化規(guī)律，直接影響刀具、機(jī)切削力的大小及變化規(guī)律，直接影響刀具、機(jī)床、夾具的設(shè)計(jì)與使用床、夾具的設(shè)計(jì)與使用。第四節(jié)第四節(jié) 切削力與切削功率切削力與切削功率一、切削力的來源，切削合力及其分解，切削功率 切削力的來源切削力的來源 切削時(shí)作用在刀具上的力，由下列三個(gè)方面組成：1 克服被加工材料的彈性變形抗力彈性變形抗力；2 克服被加工材料的塑性變形抗力塑性變形抗力；3 克服切屑與前刀面的摩擦力摩擦力、 刀具后刀面與工件過渡表面和已加工表面之間的摩擦力摩擦力；切削力的來源 圖(a)為直角自由切削時(shí)，作

59、用在前刀面上的彈、塑性變形抗力 Fn 和摩擦力 Ff ；作用在后刀面上的彈、塑性變形抗力 Fn 和摩擦力 Ff 。 它們的合力 Fr作用在前刀面上近切削刃處，其反作用力 Fr作用在工件上。 圖 合力及其分力 （a）直角自由切削 為了便于分析切削力的作用和測(cè)量、計(jì)算切削力的大小，通常將合力 Fr 在按主運(yùn)動(dòng)速度方向、切深方向和進(jìn)給方向主運(yùn)動(dòng)速度方向、切深方向和進(jìn)給方向建立的空間直角坐標(biāo)軸z、y、x上分解成三個(gè)分力，它們是： 主切削力主切削力F Fz z 主運(yùn)動(dòng)切削速度方向的分力；主運(yùn)動(dòng)切削速度方向的分力； 方向與過渡表面相切并于基面垂直。 是計(jì)算車刀強(qiáng)度、設(shè)計(jì)機(jī)床主軸系統(tǒng)、確定機(jī)床功率所必需的。

60、 切深抗力切深抗力F Fy y 切深方向的分力；切深方向的分力； 處于基面內(nèi)并與工件軸線垂直的力 是計(jì)算工件撓度、機(jī)床零件和車刀強(qiáng)度的依據(jù)。 進(jìn)給抗力進(jìn)給抗力F Fx x 進(jìn)給方向的分力。進(jìn)給方向的分力。 處于基面內(nèi)并與工件軸線平行、與進(jìn)給方向相反的力。 是設(shè)計(jì)進(jìn)給機(jī)構(gòu)，計(jì)算車刀進(jìn)給功率所必需的。 22222XYZXYZrFFFFFF=其中，F(xiàn)y=Fxycoskr ；Fx= Fxysinkr式中 Fxy合力在Fr基面上的分力。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)r=45，s=0 和0=0時(shí)，三個(gè)力之間的關(guān)系大致為：zxzyF0.60.1F0.70.15）（）（=FF 主切削力Fz是最大的一個(gè)分力，它消耗了切削總功率的