第1章金屬切削的基本要素

第一章金屬切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)切削運(yùn)動(dòng)和切削要素第二節(jié)刀具的幾何角度和結(jié)構(gòu)第三節(jié)切削層參數(shù)第四節(jié)刀具材料第一節(jié)切削運(yùn)動(dòng)和切削要素一、零件的種類及組成完成切削加工必須具備的兩個(gè)條件：切削刀具與工件之間必須有一定的相對運(yùn)動(dòng)；切削刃有一定的形狀；二、切削運(yùn)動(dòng)分析切削運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)二、切削運(yùn)動(dòng)分析主運(yùn)動(dòng)：直接切除工件上的切削層，使之變?yōu)榍行?，以形成工件新表面的運(yùn)動(dòng)。通常用切削速度vc(m/s)表示。特點(diǎn)：速度高、功耗大、只能有一個(gè)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：不斷地把切削層投入切削的運(yùn)動(dòng)。通常用vf、f或fz表示。特點(diǎn)：速度低、功耗小、可以是斷續(xù)運(yùn)動(dòng)、可以有多個(gè)。合成切削運(yùn)動(dòng)：主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)。用ve表示。三、切削用量三要素切削速度：(vc)

進(jìn)給量：(f)背吃刀量：(ap)“工件上已加工表面和待加工表面之間的垂直距離”。對于外圓車削：“切削刃選定點(diǎn)相對與工件主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度”。通常以最大線速度為準(zhǔn)。主運(yùn)動(dòng)是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)：主運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)時(shí)：“工件或刀具每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，兩者沿進(jìn)給方向的相對位移”。f(mm/r),vf

(mm/s),fz(mm/z)三、切削用量三要素第二節(jié)刀具的幾何角度和結(jié)構(gòu)一、刀具切削部分的結(jié)構(gòu)要素第二節(jié)刀具的幾何角度和結(jié)構(gòu)歸結(jié)起來：“三面兩刃一尖”前刀面Ar后刀面Aα副后刀面Aα’交線交線主切削刃s副切削刃s’刀尖連接部分一、刀具切削部分的結(jié)構(gòu)要素二、刀具標(biāo)注角度參考系前提條件：

不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；車刀刀尖與工件中心等高；刀桿中心線與進(jìn)給方向垂直；刀具的安裝面與基面Pr平行；正交平面參考系：基面Pr：“通過主切削刃上選定點(diǎn)垂直于主運(yùn)動(dòng)方向的平面”切削平面Ps：“通過主切削刃上選定點(diǎn)，與切削刃相切并垂直于基面的平面”。正交平面參考系：正交平面（主剖面）Po：“通過主切削刃上選定點(diǎn)，并同時(shí)垂直于基面和切削平面的平面”。正交平面參考系：法平面參考系：法平面Pn:“通過主切削刃上選定點(diǎn)，并垂直于切削刃的平面”。假定工作平面、背平面參考系：假定工作平面（進(jìn)給剖面）Pf：“通過主切削刃上選定點(diǎn)，平行于進(jìn)給方向并垂直于基面的平面”背平面（切深剖面）Pp:“通過主切削刃上選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于基面和假定工作平面的平面”。假定工作平面、背平面參考系：三、刀具的標(biāo)注角度在基面內(nèi)測量的角度：主偏角：“主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向的夾角”。副偏角：“副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向的夾角”。刀尖角：“主切削刃與副切削刃之間的夾角”。εr=180o-(Кr+Кr’)三、刀具的標(biāo)注角度在正交平面內(nèi)測量的角度后角：αo“后刀面與切削平面的夾角”前角：γo“前刀面與基面之間的夾角”。三、刀具的標(biāo)注角度在切削平面內(nèi)：刃傾角：λS“主切削刃與基面之間的夾角”四、刀具的工作角度四、刀具的工作角度第三節(jié)切削層參數(shù)一、切削層：“刀具沿進(jìn)給方向移動(dòng)一個(gè)進(jìn)給量f，由一個(gè)刀齒正在切削著的金屬層”。切削層的大小和形狀直接影響：刀具切削部分承受的載荷大小；決定了切屑的尺寸和形狀；二、切削層的參數(shù)切削厚度：hD“垂直于過渡表面度量的切削層尺寸”hD=f?sinКr(mm)切削寬度：bD“沿著過渡表面度量的切削層尺寸”bD=ap/sinКr(mm)切削面積：ADAD=hD?bD

(mm2)對于外圓車削：AD=f?ap

(mm2)

三、殘留面積：第四節(jié)刀具材料一、刀具材料應(yīng)具備的基本性能：高的硬度；必須高于工件硬度，通常應(yīng)60HRC以上。足夠的強(qiáng)度和韌性；較高的耐磨性；較高的耐熱性；良好的導(dǎo)熱性和工藝性；二、常用刀具材料高速鋼（1900年首次使用）屬于高碳、高合金型的工具鋼，其碳元素含量一般在0.7%～1.6%，W、Ｍo、Cr、V、Co等合金元素的重量百分比之和在10%～40%之間，其中Cr元素的含量固定在4%左右?；拘阅埽河捕龋?2~65HRC耐熱性：500~600℃切削速度：V<30m/min工藝性好，適用于制造復(fù)雜刀具。二、常用刀具材料通用型高速鋼:國別及標(biāo)準(zhǔn)中國GB/T美國ASTM德國DIN日本JIS標(biāo)準(zhǔn)代號GB/T9943-88ASTM600-92DIN17350-1980JISG4403_2000主要牌號W18Cr4VT1S18-0-1SKH2W6Mo5Cr4V2M2S6-5-2SKH52W2Mo9Cr4V2M7S400SKH50W9Mo3Cr4V二、常用刀具材料高性能高速鋼：類別主要牌號成份特點(diǎn)及特性適合的刀具無鈷含鋁W6Mo5Cr4V2Al(M2Al)含碳量高、平衡碳差值小，碳飽和度高，易混晶，淬火范圍窄。硬度65-69HRC立銑刀、鉸刀、車刀、片狀銑刀、拉刀W9Mo3Cr4VAl(W9Al)W6Mo5Cr4V2SiNbAl(B201)含鈷W2Mo9Cr4VCo8(M42)紅硬性高，抗回火軟化能力強(qiáng)，工藝性較好，綜合性能較好。硬度66-70HRC滾刀、剃齒刀、各種拉刀W6Mo5Cr4V2Co5(M36)高釩W6Mo5Cr4V3(M3)含碳量高，耐磨性好，可磨削性差。硬度65-67HRC絲錐、鉸刀、滾刀、插齒刀、輪槽銑刀、鉆頭W6Mo5Cr4V4(M4)W12Cr4V4Mo(EV4)含鈷高釩W12Cr4V5Co5(T15)含碳量較高，硬度高，耐磨性好，韌性差。硬度66-70HRC高強(qiáng)度車刀、各種齒輪刀具、精密銑刀W12Mo3Cr4V3Co5Si(Co5Si)二、常用刀具材料涂層高速鋼：采用PVD（物理氣相沉積法）技術(shù)，在真空、工藝處理溫度500℃的環(huán)境條件下，在刀具表面均勻涂覆一層TiN、TiC、TiCN等硬膜（2~5μm）。

壽命提高3~7倍，效率提高30%粉末冶金高速鋼：粉末冶金高速鋼是將高頻感應(yīng)爐熔煉出的鋼液，用高壓氬氣或純氮噴射霧化，再急冷得到細(xì)小均勻結(jié)晶粉末，或用高壓水噴霧化形成粉末，在真空狀態(tài)下密閉燒結(jié)后，經(jīng)過高溫高壓壓制成致密的鋼坯，然后鍛軋成高速鋼材料。強(qiáng)度、韌性可以提高2倍左右，耐磨性提高20%～30%。二、常用刀具材料硬質(zhì)合金：

基本性能：硬度：71~76HRC耐熱性：800~1000℃切削速度：V=100~300m/min工藝性差，不適用于制造整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜刀具。由金屬碳化物粉末和金屬粘結(jié)劑經(jīng)粉末冶金方法制成二、常用刀具材料硬質(zhì)合金典型牌號：（GB/T18376.1-2001）P類（舊牌號YT類）：成分：WC+TiC+Co多用于加工長切屑的黑色金屬，如：鋼材等。常用牌號：

P01、P10、P20、P30、P40等精粗二、常用刀具材料硬質(zhì)合金典型牌號：（GB/T18376.1-2001）K類（舊牌號YG類）：成分：WC+Co多用于加工短切屑的金屬或非金屬，如：鑄鐵、青銅等。常用牌號：

K01、K10、K20、K30、K40等二、常用刀具材料硬質(zhì)合金典型牌號：（GB/T18376.1-2001）M類（舊牌號YW類）：成分：WC+TiC+TaC(NbC)+Co既可用于加工短切屑的鑄鐵，也可用于加工長切屑的鋼材。常用牌號：

M10、M20、M30、M40等二、常用刀具材料涂層硬質(zhì)合金：TiC基硬質(zhì)合金：（金屬陶瓷）超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金：利用CVD（化學(xué)氣相沉積法）技術(shù)在刀具表面涂上一層厚度為5~10μm的TiC、TiN或Al2O3壽命提高10倍，生產(chǎn)率提高20倍通過添加Cr2O3使晶粒細(xì)化到小于0.5~1.0μm的硬質(zhì)合金使用壽命提高1~2倍。適用于加工冷硬鑄鐵、淬硬鋼、不銹鋼、高溫合金等難加工材料。三、超硬刀具材料陶瓷“Al2O3或Si3N4基體中添加不同的金屬元素(Ni、Co、Mo、W)或金屬炭化物(TiC、WC)，采用熱壓和燒結(jié)的方法獲得”。特點(diǎn)：硬度高（91~95HRA）、耐磨性好；耐熱性（1200℃）高；切削速度高達(dá)100~400m/min抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性較差。主要用于冷硬鑄鐵、高硬鋼等精加工和半精加工。三、超硬刀具材料人造聚晶金剛石（PCD）“高溫高壓下借助合金觸媒的作用，由石墨轉(zhuǎn)化而成”。特點(diǎn)：硬度高（10000HV）、耐磨性極好。耐熱性：700~800℃，不能在高溫下切削；沖擊韌性、抗彎強(qiáng)度低。只有硬質(zhì)合金的1/4。與Fe的親和力強(qiáng)，不能加工鐵族材料。適用于硬質(zhì)合金、玻璃等