（中職）金屬切削原理與刀具第四章教學(xué)課件

1、YCF正版可修改PPT（中職）金屬切削原理與刀具第四章教學(xué)課件第四章 金屬切削基本理搶的應(yīng)用第一節(jié) 切屑控制第二節(jié) 改善工件材料的切削加工性第三節(jié) 切削液及其選用第四節(jié) 已加工表面的質(zhì)量第五節(jié) 刀具幾何參數(shù)的合理選擇第六節(jié) 切削用量的合理選擇第一節(jié) 切屑控制一、切屑形狀的分類生產(chǎn)中由于加工條件不同，形成的切屑形狀多種多樣。根據(jù)ISO規(guī)定、并由我國生產(chǎn)工程學(xué)會切削專業(yè)委員會推薦的國標(biāo)GB/T16461-19%的規(guī)定，切屑的形狀與名稱分為八類，如表4-1所列。二、切屑的流向、卷曲和折斷1.切屑的流向為了不損傷已加工表面和方便處理切屑，必須有效地控制切屑的流向。如圖4-1所示，車刀除主切削刃起主要切

2、削作用外，倒角刀尖和副切削刃處也有非常少的部分參加切削，由于切屑流向是垂直于各切削刃的方向，因此最終切屑的流向是垂直于主副切削刃的終點連線方向，通常該流出方向與正交平面夾角為稱為流屑角。下-頁 返回第一節(jié) 切屑控制2.切屑的卷曲機理切屑的卷曲是由于切屑內(nèi)部變形或碰到斷屑槽等障礙物造成的，如圖4-3、圖4-4、圖4-5所示。3.切屑的折斷機理切屑經(jīng)第I、第II變形區(qū)的嚴(yán)重變形后，硬度增加，塑性降低，性能變脆。當(dāng)切屑經(jīng)變形自然卷曲或經(jīng)斷屑槽等障礙物強制卷曲產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過切屑材料的極限應(yīng)力值時，切屑即會折斷。 三、斷屑措施為了保護(hù)機床和人身安全、保護(hù)已加工表面和刀具不遭損傷，在生產(chǎn)實際中除了有效地

3、控制切屑流向外，常常要人為地采取斷屑措施。常用的斷屑措施有以下幾種。上-頁 下-頁 返回第一節(jié) 切屑控制 1.磨制斷屑槽對于焊接硬質(zhì)合金車刀，在前面上可磨制如圖4 -7所示的折線型、直線圓弧型和全圓弧型三種斷屑槽。折線型和圓弧型適用于加工碳鋼、合金鋼、工具鋼和不銹鋼;全圓弧型的槽底前角大，適用于加工塑性大的金屬材料和重型刀具。斷屑槽在前刀面上的位置有三種形式，如圖4-8所示，即外傾式、平行式(適用于粗加工)和內(nèi)斜式(適用于半精加工和精加工)。 2.改變切削用量在切削用量參數(shù)中，對斷屑影響最大的是進(jìn)給量f，其次是背上-頁 下-頁 返回第一節(jié) 切屑控制 吃刀量，最小為切削速度進(jìn)給量增大，使切屑厚度

4、氣h增大，當(dāng)受到碰撞后切屑容易折斷。3.改變刀具角度主偏角是影響斷屑的主要因素。主偏角增大，切屑厚度氣h增大，容易斷屑。刃傾角使切屑流向改變后，使切屑碰到加工表面上或刀具后面上造成斷屑上-頁 返回第二節(jié) 改善工件材料的切削加工性 一、衡量切削加工性的指標(biāo)工件材料的切削加工性，除主要決定于材料自身的化學(xué)成分、金相組織、機械物理性質(zhì)外，還與切削條件和對切削過程的要求有關(guān)。通常用下面的一個或數(shù)個指標(biāo)來衡量。刀具壽命或在一定壽命下允許的切削速度;切削力;表面粗糙度或表面質(zhì)量。為了對各種材料的切削加工性進(jìn)行比較，用相對加工性Kr來表示。下-頁 返回第二節(jié) 改善工件材料的切削加工性二、改善材料可切削性的途

5、徑1.材料中加入少量添加劑在黃銅中加入1%3%的鉛，鉛可作為球狀粒子存在于銅的金相組織中，切削時能起到很好的潤滑作用，減少摩擦，使刀具壽命和表面質(zhì)量提高。 2.進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚砀鶕?jù)材料性質(zhì)不同，對材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，如低碳鋼通過正火、調(diào)質(zhì)，可降低塑性，提高硬度，使切削容易;高碳鋼、白口鑄鐵，可通過退火處理，以降低硬度，改善其切削性。各種碳鋼在退火、正火后的硬度見表4-3。上-頁 返回第三節(jié) 切削液及其選用一、切削液的常見作用1.潤滑作用切削液滲透到刀具、切屑與加工表面之間，其中帶油脂的極性分子吸附在刀具新鮮的前、后刀面上，形成物理性吸附膜。若與添加在切削液中的化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，則形成化學(xué)

6、吸附膜。2.防銹作用為了防止工件、機床受周圍介質(zhì)腐蝕，要求切削液具有一定的防銹作用。防銹作用的強弱取決于切削液本身的性能和加入防銹添加劑的性質(zhì)。防銹添加劑的加入可在金屬表面吸附或化合形成保護(hù)膜，防止與腐蝕介質(zhì)接觸而起到防銹作用。下-頁 返回第三節(jié) 切削液及其選用 3.冷卻作用切削液澆注在切削區(qū)后，通過切削液的熱傳導(dǎo)、對流和汽化等方.式，把切屑、工件和刀具L的熱量帶走，降低了切削公破，起到冷卻作用，從而有效地減小了工藝系統(tǒng)的熱嘟珍，減少了刀步豁磨損。4.清洗作用在金屬切削中，為了防止碎屑、鐵銹及磨料細(xì)粉豁附在工件、刀具和機床上，影響工件已加工表面質(zhì)量和機床加工精度，要求切削液具有良好的清洗作用。

7、清洗性能的好壞與切削液的滲透性、流動性和使用壓力有關(guān)。上-頁 下-頁 返回第三節(jié) 切削液及其選用 二、切削液的種類金屬切削加工中，常用的切削液可分為三大類:水溶液、乳化液和切削油。1.水溶液水溶液是以水為主要成分的切削液。由于天然水雖有很好的冷卻作用，但其潤滑性能太差，又易使金屬材料生銹，因此不能直接作為切削液在切削加工中使用。為此，常在水中加入一定含量的油性、防銹等添加劑制成水溶液，改善水的潤滑、防銹性能，使水溶液在保持良好冷卻性能的同時，還具有一定的潤滑和防銹性能。上-頁 下-頁 返回第三節(jié) 切削液及其選用 2.切削油切削油的主要成分是礦物油，少數(shù)采用礦物油和動、植物油的復(fù)合油。切削油中也

8、可以根據(jù)需要再加入一定量的油性、極壓和防銹添加劑，以提高其潤滑和防銹性能。3.乳化液乳化液是將乳化油用水稀釋而成。乳化油主要是由礦物油、乳化劑、防銹劑、油性劑、極壓劑和防腐劑等組成。稀釋液不透明，呈乳白色。乳化液的冷卻、潤滑性能較好、成本較低，廢液處理較容易，但其穩(wěn)定性差，夏天易腐敗變質(zhì)，并且稀釋液不透明，很難看到工作區(qū)。上-頁 下-頁 返回第三節(jié) 切削液及其選用 三、切削液的合理選擇切削液應(yīng)根據(jù)刀具材料、加工要求、工件材料和加工方法的具體情況選用，以便得到良好的效果。粗加工時，切削用量大，產(chǎn)生大量的切削熱，為降低切削區(qū)的溫度，應(yīng)選用以冷卻為主的切削液。高速鋼刀具耐熱性差，故高速鋼刀具切削時必

9、須使用切削液，如使用3%一5%的乳化液和水溶液。硬質(zhì)合金、陶瓷刀具耐熱性好，一般不用切削液。從加工材料考慮，切削鋼料等塑性金屬材料時，需使用切削液。切削鑄鐵、青銅等脆性材料，一般不用切削液。對于高強度鋼、高溫合金等難加工材料的切削加工，應(yīng)選用極壓切削液。上-頁 下-頁 返回第三節(jié) 切削液及其選用從加工方法考慮，磨削時的溫度高，而且會產(chǎn)生大量的細(xì)屑和砂末等，影響加工質(zhì)量。因而磨削液應(yīng)有較好的冷卻性能和清洗性能，并應(yīng)有一定的潤滑性和防銹性。一般磨削加工常用普通乳化液和水溶液。上-頁 返回第四節(jié) 已加工表面的質(zhì)量一、幾何原因形成的表面粗糙度對于普通車削，由于主、副切削刃同時參加切削和刀具與工件的相對

10、運動，這樣加工后有一部分金屬未被切除掉，而是殘留在已加工表面上，從而構(gòu)成了已加工表面在進(jìn)給方向(縱向)的粗糙度，如圖4一13所示1.用刀尖圓弧半徑=0的車刀進(jìn)行縱車如圖4-13(a)所示，可得下-頁 返回第四節(jié) 已加工表面的質(zhì)量2.用刀尖圓弧半徑 0的車刀進(jìn)行縱車假定刀尖圓弧半徑r二比較大，主要靠它來切削，由圖4-13(b)可得由上可知，減小主、副偏角與進(jìn)給量，增大刀尖圓弧半徑，均能降低已加工表面的粗糙度值，但它們的減小與增大要受到一定的限制。因此，在生產(chǎn)中必須具體問題具體分析，采取相應(yīng)的措施。上-頁 下-頁 返回第四節(jié) 已加工表面的質(zhì)量二、切削中不穩(wěn)定因素形成的表面粗糙度切削中不穩(wěn)定因素形成

11、的表面粗糙度疊加在幾何原因形成的表面粗糙度之上，增大了已加工表面的粗糙度值。1.積屑瘤的影響如前所述，積屑瘤是一個動態(tài)結(jié)構(gòu)，很不穩(wěn)定，產(chǎn)生、剝落與消失是經(jīng)常的。當(dāng)積屑瘤發(fā)生變化時，一方面使切削刃的形狀發(fā)生變化;另一方面由于剝落的積屑瘤碎片一部分被工件帶走2.鱗刺的影響鱗刺是在切削過程中已加工表面上形成的鱗片狀毛刺。如在較低的切削速度和較大的進(jìn)給量時，車、刨、拉、攻螺紋、上-頁 下-頁 返回第四節(jié) 已加工表面的質(zhì)量 插齒和滾齒加工中，會出現(xiàn)這種現(xiàn)象，它將嚴(yán)重地影響已加工表面質(zhì)量。 鱗刺的形成:在較低的切削速度下形成節(jié)狀或粒狀切屑時，切屑與前面的摩擦發(fā)生周期性變化，使切屑在前面上作周期性的停留(圖

12、4-15 I)，由前面對切削層的推擠變?yōu)榍行嫉耐茢D，致使切削刃的前方加工表面導(dǎo)裂，使切削厚度深人到切削層以下(圖4-15 II ,III階段)，當(dāng)切削力超過切屑與前面的豁結(jié)力時，切屑單元重新沿前面流動并被切離，而導(dǎo)裂層殘留在已加工表面上就形成鱗刺(圖4-15IV)。上-頁 下-頁 返回第四節(jié) 已加工表面的質(zhì)量3.振動的影響在切削過程中，一旦產(chǎn)生振動就會在已加工表面上留下振紋，致使表面粗糙度值明顯加大。根據(jù)振動方向的不同，有縱向振紋、橫向振紋，如圖4一16所示。4.其他因素的影響其它因素主要有刀具后面嚴(yán)重磨損對加工表面擠壓和摩擦而形成的粗糙不平;刀具刃磨質(zhì)量差，致使在刀尖附近產(chǎn)生微小崩刃，由它切

13、削時復(fù)映在已加工表面便是溝痕。上-頁 返回第五節(jié) 刀具幾何參數(shù)的合理選擇一、前角及前刀面型式的選擇1.前角(1)工件材料加工塑性材料時，為減少切削變形，降低切削力和切削溫度，應(yīng)選大的前角;加工脆性材料時，塑性變形小，由于形成多為崩碎狀切屑，前角的作用不顯著，應(yīng)選用較小的前角(圖4一17)。(2)刀具材料抗彎強度和沖擊韌性大的刀具材料，如高速鋼，選較大的前角。反之，如硬質(zhì)合金選小值。因此高速鋼刀具的前角可比硬質(zhì)合金刀具的前角大一些，如圖4-18所示。(3)加工性質(zhì)粗加工時， ap,f大，切削力大，切削熱量多，應(yīng)選用較小前角;精加工時，ap,f小，切削力小，切削熱少，為提高表面質(zhì)量，應(yīng)采用較大前角

14、。下-頁 返回第五節(jié) 刀具幾何參數(shù)的合理選擇2.前刀面型式常用的前刀面型式如圖4-19所示。(1)正前角平面型如圖4-19(a)所示，這種型式的特點是結(jié)構(gòu)簡單、刀刃銳利，但強度低，傳熱能力差。(2)正前角平面帶倒棱型如圖4-19(b)所示，這種型式是沿切削刃磨出很窄的棱邊，稱為負(fù)倒棱。它可提高切削刃的強度和增大傳熱能力。對脆性大的硬質(zhì)合金刀具來說，這時就能采用較大的前角，改善刀具的切削性能。(3)正前角曲面帶倒棱型如圖4-19(c)這種型式，是在平面帶倒棱的基礎(chǔ)上，前刀面上又磨出一個曲面，稱為卷屑槽或月牙槽。它可增大前角，并能起到卷屑的作用。上-頁 下-頁 返回第五節(jié) 刀具幾何參數(shù)的合理選擇(

15、4)負(fù)前角單面型和負(fù)前角雙面型如圖4-19(d),(e)所示，切削高強度、高硬度材料時，為使脆性較大的硬質(zhì)合金刀片承受壓應(yīng)力，而采用負(fù)前角。3.卷屑槽與切屑控制前刀面磨出卷屑槽可以使切屑卷曲，這是生產(chǎn)中經(jīng)常采用的方法。經(jīng)卷曲的切屑就不易纏繞在工件和刀具上。(1)切屑的卷曲為使切屑卷曲，需在前刀面磨出卷屑槽，其型式有下面三種(圖4-20):全圓弧型、直線圓弧型和直線型。全圓弧型卷屑槽主要用于切削高塑性材料，采用較大前角的刀具。卷屑槽與切削刃的傾角有三種形式(圖4-21);上-頁 下-頁 返回第五節(jié) 刀具幾何參數(shù)的合理選擇外斜式如圖4一21(a)所示，這種卷屑槽前寬后窄，前深后淺，用于中等背吃刀量

16、平行式如圖4一21(b)所示，這種卷屑槽在切削碳鋼時與外斜式效果相似。內(nèi)斜式如圖4一21 (c)所示，這種卷屑槽斷屑范圍較窄，主要用于精車或半精車(2)切屑的折斷卷曲的切屑流出時，碰在后刀面或工件上，切屑因受阻而應(yīng)力增加，當(dāng)某斷面應(yīng)力超過其強度極限時，切屑就折斷，呈短片狀，其過程如圖4 - 22所示。切屑流出時碰不到后刀面或工件時，切屑將以各種螺旋形卷屑流出，到一定長度后，靠自重甩斷。如卷屑槽尺寸不合適時，切屑就成連綿不斷的帶狀切屑。上-頁 下-頁 返回第五節(jié) 刀具幾何參數(shù)的合理選擇二、后角的選擇主、副后角的大小，會影響后刀面與工件間的摩擦、切削刃的銳利程度等。但過大會使刀刃強度和傳熱能力減小

17、。三、主、副偏角及過渡刃的選擇1.主偏角由第三章可知，為減小切削力，主偏角應(yīng)選大值;為降低切削溫度、提高刀具壽命，主偏角應(yīng)選用小值。在生產(chǎn)實踐中，主要按工藝系統(tǒng)的剛性選取。2.副偏角主要根據(jù)加工性質(zhì)選取，粗車時取1015;精車時取510;切斷時取130上-頁 下-頁 返回第五節(jié) 刀具幾何參數(shù)的合理選擇3.過渡刃采用大的主偏角，對減小切削力有利，但會降低刀具壽命并使表面粗糙度值變大，為了補償這些缺陷，可在靠近刀尖處如圖4-24(a)所示，磨出一個過渡刃如圖4-24(b)所示。過渡刃有兩種型式:水平修光刃就是在刀尖部分平行于進(jìn)給運動方向磨出一個切削刃，如圖4-24(c)所示，以改善在大進(jìn)給量情況下

18、的表面粗糙度。(2)圓弧過渡刃與刀尖圓弧半徑過渡刃也可磨成圓弧形的，它的參數(shù)就是刀尖圓弧半徑。增大圓弧半徑，使刀尖半徑處的主偏角變小，起到直線過渡刃和水平修光刃相同的作用。第五節(jié) 刀具幾何參數(shù)的合理選擇不論是水平修光刃還是刀尖圓弧半徑，均不宜過大，否則則會使背向力FP增大，容易引起振動，反而使表面粗糙度值變大。它們應(yīng)該按工藝系統(tǒng)的剛度來選擇，同時還需仔細(xì)刃磨刀具。四、斜角切削與刃傾角的選擇1.斜角切削如前所述，當(dāng)切削刃與切削速度方向不垂直時，稱為斜角切削(1)切屑流出方向與流出角斜角切削時，由于切削速度。不垂直于切削刃，使切屑流出速度在前刀面上與法剖面間形成一個夾角，這個角稱為切屑流出角，如圖

19、4一25所示。上-頁 下-頁 返回第五節(jié) 刀具幾何參數(shù)的合理選擇 (2)有效前角 斜角切削時，切屑流出速度在前刀面上與法剖面間的夾角為。切屑是在切削速度和所組成的平面Poe內(nèi)產(chǎn)生的。刀具實際起作用的前角應(yīng)在這個平面內(nèi)度量(圖4一25 )。(3)有效刃口鈍圓半徑 由前章已知，已加工表面的變質(zhì)層主要是由于刃口鈍圓半徑所引起的。為了提高已加工表面質(zhì)量，如何減小刀口純圓半徑就成為十分重要的問題。這個問題一方面要靠仔細(xì)的刃磨和研磨刀具，另一方面則可借助于增大刃傾角來解決。2.刃傾角人。刃傾角人。起以下主要作用:上-頁 下-頁 返回第五節(jié) 刀具幾何參數(shù)的合理選擇(1)控制切屑流向(圖4-28 ) (2)控

20、制切削刃切入時，首先與工件接觸的位置(圖4-29)斷續(xù)切削時，如刃傾角為負(fù)，刀尖為切削刃上最低點，首先與工件接觸的是切削刃上離刀尖較遠(yuǎn)的點，這樣就可使切削刃能承受沖擊載荷，起到保護(hù)刀尖的作用;若刃傾角為正，則刀尖首先與工件接觸，可能引起刀尖崩刃或打刀;當(dāng)s=0時，整個切削刃與工件同時接觸，沖擊力大。(3)控制切削刃在切入和切出時的平穩(wěn)性(圖4-29 )(4)控制背向力FP和進(jìn)給力Fr的比值上-頁 下-頁 返回第五節(jié) 刀具幾何參數(shù)的合理選擇 五、典型車刀合理幾何參數(shù)的綜合分析正確地選擇刀具合理幾何參數(shù)是要綜合分析各幾何參數(shù)間的相互關(guān)系，靈活地運用上述選擇刀具合理幾何參數(shù)原則與數(shù)據(jù)，才能獲得滿意的

21、經(jīng)濟效果。下面以幾個典型車刀的合理幾何參數(shù)的選擇為例說明之，以期對此問題有所理解。1. 75強力車刀(圖4-30)(1)工件材料與加工性質(zhì)粗、半精加工中碳鋼鑄件及鍛件，其單邊余量在1015mm以上，選擇的切削用量為:aP =1015 mm；f=1 mm/r; vc=50m/min。(2)刀具材料YT5或YT15(3)刀具幾何參數(shù)上-頁 下-頁 返回第五節(jié) 刀具幾何參數(shù)的合理選擇1)為降低切削力，減少切削熱的產(chǎn)生以降低切削溫度，選取大前角。由表4-4，對低碳鋼可取2025，對中碳鋼可取1015，現(xiàn)取1820。如有可能爭取再增大一些。2)為降低切削力，采用較大的主偏角kr =75。主偏角大可減少背

22、向力FP使在較大的背吃刀量情況下，不致引起振動。3)選擇副偏角=15;4)為保證卷屑而采用外斜式直線圓弧卷屑槽。2.細(xì)長軸銀白屑車刀上-頁 下-頁 返回第五節(jié) 刀具幾何參數(shù)的合理選擇細(xì)長軸是長徑比在20以上的軸，例如車床的光杠、絲杠等。其特點是切削時工件很容易因背向力FP的作用而彎曲并引起振動。同時切削溫度升高，引起工件伸長，而使工件彎曲。所謂銀白屑車刀是指利用切削刃的負(fù)倒棱，在切削過程中能連續(xù)穩(wěn)定地形成積屑瘤，利用積屑瘤增大實際工作前角，保護(hù)切削刃，使切削力和切削溫度降低，切屑呈銀白色，故稱銀白屑車刀。用這種車刀車削細(xì)長軸時，排出的主切屑由于溫度低呈銀白色，并以螺旋狀順利排除。3.車淬火鋼車

23、刀圖4一32)上-頁 下-頁 返回第五節(jié) 刀具幾何參數(shù)的合理選擇用于車削淬火鋼。刀具幾何角度及形狀如圖4一32所示。刀具材料:YG6A。特點:具有小的主偏角、副偏角，且前角只有5，切削刃強度好。大的負(fù)刃傾角，切削刃可承受大的沖擊力。上-頁 返回第六節(jié) 切削用量的合理選擇 一、刀具耐用度的確定切削用量是生產(chǎn)實踐中最活躍的參數(shù)。切削用量的合理選擇是以一定的刀具耐用度為前提，由此可知，切削用量也與刀具耐用度密切相關(guān)，因此刀具耐用度T也直接影響著生產(chǎn)率和加工成本。從加工成本考慮，在其他條件不變時，耐用度T與加工成本C的關(guān)系如圖4一33所示。即耐用度T選得過大與過小，不僅不會降低加工成本C，反而要提高加

24、工成本C。因此，只有選擇合理的刀具耐用度T，才能使工件加工成本為最低。下-頁 返回第六節(jié) 切削用量的合理選擇下面來確定最大生產(chǎn)率與最低成本耐用度。1.最大生產(chǎn)率耐用度以單位時間內(nèi)生產(chǎn)最多數(shù)量產(chǎn)品或加工每個零件所用工時最少來衡量。2.最低成本耐用度(經(jīng)濟耐用度)以每件產(chǎn)品或工序的加工費用最低為原則來制定。設(shè)單位工序加工成本為C;上-頁 下-頁 返回第六節(jié) 切削用量的合理選擇二、切削用量的選擇原則由式Pc= Fcvc103/60可知，切削功率Pc隨主切削力Fc和切削速度vc的增大，成比例增加。而主切削力Fc受切削深度aP和進(jìn)給量f的影響，增大aP , f ，使Fc的增加幅度不同，其中f影響較小。因

25、此，為充分發(fā)揮機床功率，首先應(yīng)選取大的aP，其次選取較大的f，最后選取滿足機床功率要求的vc。2.切削用量受刀具耐用度限制時的選擇提高切削用量常受刀具耐用度的限制，切削用量對刀具耐用度的影響次序是vcfaP。上-頁 下-頁 返回第六節(jié) 切削用量的合理選擇3.切削用量受加工質(zhì)量限制時的選擇半精加工時，切削用量受到加工質(zhì)量的限制，此時切削深度ap可由半精加工余量來確定;進(jìn)給量f的選擇應(yīng)有利于精加工時表面質(zhì)量的提高。粗加工時由于毛坯余量大且不均勻，工件加工精度和表面質(zhì)量要求較低，切削用量的選擇主要以充分發(fā)揮機床和刀具的切削性能，提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本為目的，所以粗加工時，切削用量合理選擇的原則是:首先選取一個盡量大的切削深度ap ，其次選取一個較大的進(jìn)給量f，最后根據(jù)已確定的ap和f，在刀具耐用度和機床功率允許的條件下選擇一個合理的切削速度上-頁 下-頁 返回第六節(jié) 切削用量的合理選擇精加工時，工件余量