第一章切削加工成形概述1

1第一章切削加工成形概述本章要點(diǎn)切削運(yùn)動(dòng)切削要素金屬切削過(guò)程切削表面質(zhì)量切削工藝過(guò)程21.1切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)1.切削加工的分類機(jī)械加工鉗工加工切削加工磨削加工車削、鉆削、鏜削、銑削、刨削磨削、珩磨、研磨、超精加工劃線、鋸削、鏨削、銼削、研磨、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻絲、套螺紋、機(jī)械裝配、設(shè)備修理切削加工是指利用刀具、或磨具，通過(guò)切削運(yùn)動(dòng)，去除工件表面多余材料，加工出形狀、尺寸和表面質(zhì)量符合圖紙要求零件的一種成形工藝。31.1切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)1.切削加工的特點(diǎn)切削加工的適應(yīng)性強(qiáng)，切削加工零件的材料、形狀、尺寸和質(zhì)量的范圍較大。切削加工的精度和表面粗糙度的范圍廣。切削加工的效率較高，在常規(guī)條件下，切削加工的生產(chǎn)率一般高于其它加工方法。切削加工必須以硬切軟，同時(shí)在切削過(guò)程中存在較大的切削力和切削熱。41.1切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)1.切削加工的發(fā)展趨勢(shì)加工設(shè)備朝著數(shù)控技術(shù)、精密與超精密、高速和超高速方向發(fā)展。刀具材料朝著超硬材料發(fā)展。生產(chǎn)方式從單品種大批量向多品種變批量的方向發(fā)展。51.1切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)1.切削加工的階段粗加工半精加工精加工61.1切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)1.切削加工階段劃分的優(yōu)點(diǎn)有利于保證零件的加工質(zhì)量。粗加工后零件的變形和加工誤差可以通過(guò)后續(xù)的半精加工和精加工消除和修復(fù)，有利于保證零件最終的加工質(zhì)量?？杀苊饩庸ず凸庹庸ず蟮谋砻嬗捎诹慵苻D(zhuǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的碰、劃傷現(xiàn)象。有利于合理使用設(shè)備。劃分加工階段后，就可以充分發(fā)揮機(jī)床的優(yōu)勢(shì)。便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷。先安排零件的粗加工，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)零件毛料的各種缺陷，采取補(bǔ)救措施，同時(shí)可以及時(shí)報(bào)廢無(wú)法挽救的毛料避免浪費(fèi)時(shí)間。便于熱處理工序的安排。對(duì)于有高強(qiáng)度和硬度要求的零件，必須在加工工序之間插入必要的熱處理工序。71.1切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)1.切削運(yùn)動(dòng)

機(jī)械零件的形狀很多，它們的表面都是由圓柱面、圓錐面、平面和各種成形面組成。各種形狀的表面是以直線（或曲線）為母線，以曲線（或直線）為運(yùn)動(dòng)軌跡所形成的面（見下圖）。圓柱面圓錐面平面成形面1成形面281.1切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)1.切削運(yùn)動(dòng)切削運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)是切下金屬層所必須的最基本的運(yùn)動(dòng)。是切削運(yùn)動(dòng)中速度最高，消耗功率最多的運(yùn)動(dòng)。對(duì)于各種加工方法而言，主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是使工件上的金屬不斷投入切削，從而加工出完整工件表面的運(yùn)動(dòng)，又稱走刀運(yùn)動(dòng)。91.1切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)1.切削運(yùn)動(dòng)101.1切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)1.切削運(yùn)動(dòng)幾點(diǎn)說(shuō)明：

1）主運(yùn)動(dòng)通常只有一個(gè)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是多個(gè)；

2）主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可有刀具單獨(dú)實(shí)現(xiàn)，但工件單獨(dú)實(shí)現(xiàn)很困難；

3）切削運(yùn)動(dòng)一般都是簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)；

4）主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可同時(shí)也可交替進(jìn)行；

5）一般主運(yùn)動(dòng)速度比較高，大部分切削功率消耗于主運(yùn)動(dòng)。111.1切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)1.切削要素切削要素是指切削表面、切削用量和切削層參數(shù)切削用量是切削速度、進(jìn)給量及背吃刀量的總稱。121.1切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)1.切削要素切削表面待加工表面—需要切去金屬的表面。已加工表面—切削后得到的表面。過(guò)渡表面—正在被切削的表面。過(guò)渡表面亦稱為切削表面或加工表面。131.1切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)1.切削要素切削用量切削用量是指切削速度vc

、進(jìn)給量

f（或進(jìn)給速度vf

）、背吃刀量ap

三者的總稱，也稱為切削用量三要素。141.1切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)切削速度151.1切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)給量161.1切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)背吃刀量171.1切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)1.切削要素切削層參數(shù)（1）切削層公稱厚度hD（mm）（2）切削層公稱寬度bD（mm）（3）切削層公稱橫截面積AD181.1切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)切削層公稱厚度hD切削層公稱厚度hD是指相鄰兩個(gè)過(guò)渡表面間的距離。191.1切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)切削層公稱寬度bD切削層公稱厚度bD是沿過(guò)渡表面測(cè)量的切削層尺寸。201.1切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)切削層公稱橫截面積AD切削層公稱橫截面積AD是指在給定瞬間，切削層在切削層平面內(nèi)的實(shí)際截面積（mm2）。AD=hDbD=fap211.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象1.切屑的形成過(guò)程切屑的形成與切削變形金屬切削過(guò)程簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是被切削層金屬在刀具的偏擠壓作用下產(chǎn)生變形并與工件本體分離形成切削和已加工表面的過(guò)程。在切削過(guò)程中伴有多種物理現(xiàn)象的產(chǎn)生，如切削力、切削熱、積屑流、表面變形硬化和殘余應(yīng)力等。221.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象1.切屑的形成過(guò)程切屑的形成與切削變形圖切屑根部金相照片M刀具切屑OA終滑移線始滑移線：τ=τsΦ剪切角231.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象1.切屑的形成過(guò)程三個(gè)變形區(qū)第Ⅰ變形區(qū)：即剪切變形區(qū)，金屬剪切滑移，成為切屑。金屬切削過(guò)程的塑性變形主要集中于此區(qū)域。第Ⅱ變形區(qū)：靠近前刀面處，切屑排出時(shí)受前刀面擠壓與摩擦。此變形區(qū)的變形是造成前刀面磨損和產(chǎn)生積屑瘤的主要原因。第Ⅲ變形區(qū)：已加工面受到后刀面擠壓與摩擦，產(chǎn)生變形。此區(qū)變形是造成已加工面加工硬化和殘余應(yīng)力的主要原因。241.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象第Ⅰ變形區(qū)：從OA線（始滑移線）金屬開始發(fā)生剪切變形，到OM線（終滑移線）金屬晶粒剪切滑移基本結(jié)束，AOM區(qū)域叫第一變形區(qū)。是切屑變形的基本區(qū)，其特征是晶粒的剪切滑移，伴隨產(chǎn)生加工硬化。第一變形區(qū)是金屬切削變形過(guò)程中最大的變形區(qū)，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，金屬將產(chǎn)生大量的切削熱，并消耗大部分功率。此區(qū)域較窄，寬度僅0.02～0.2㎜

。251.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象第Ⅱ變形區(qū)：刀屑接觸區(qū)切屑沿前刀面流出時(shí)受到擠壓和摩擦，使靠近前刀面的晶粒進(jìn)一步剪切滑移。特征是晶粒剪切滑移劇烈呈纖維化，纖維化方向平行前刀面，有時(shí)有滯流層。切屑與前刀面的壓力很大，高達(dá)2～3GPa，由此摩擦產(chǎn)生的熱量也使切屑與刀具面溫度上升到幾百度的高溫，切屑底部與刀具前刀面發(fā)生粘結(jié)現(xiàn)象。261.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象粘結(jié)現(xiàn)象時(shí)的摩擦狀況271.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象第Ⅲ變形區(qū)：刀工接觸區(qū)。已加工表面受到刀具刃口鈍圓和后刀面擠壓和摩擦，晶粒進(jìn)一步剪切滑移。有時(shí)也呈纖維化，其方向平行已加工表面，也產(chǎn)生加工硬化和回彈現(xiàn)象。三個(gè)變形區(qū)匯集在切削刃附近，應(yīng)力集中而又復(fù)雜。三個(gè)變形區(qū)內(nèi)的變形又相互影響。281.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象切屑經(jīng)過(guò)刀刃鈍圓B點(diǎn)后，受到后刀面BC段的擠壓和摩擦，經(jīng)過(guò)BC段后，這部分金屬開始彈性恢復(fù)，恢復(fù)高度為△h，在恢復(fù)過(guò)程中又與后刀面CD部分產(chǎn)生摩擦，這部分切削層在OB，BC，CD段的擠壓和摩擦后，形成了已加工表面的加工質(zhì)量。所以說(shuō)第三變形區(qū)對(duì)工件加工表面質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。291.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象1.切屑的形成過(guò)程切屑的種類帶狀擠裂單元崩碎由于不同工件材料和切削條件，切屑形態(tài)不同，常見的切屑有四種類型。前三種為切削塑性材料的切屑，最后一種為切削脆性材料的切屑。301.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象(a)Continuouschipwithnarrow,straightprimaryshearzone;(b)secondaryshearzoneatthechiptoolinterface;(c)continuouschipwithlargeprimaryshearzone;(d)continuouschipwithbuilt-upedge;(e)segmentedornonhomogeneouschipand(f)discontinuouschip.311.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象帶狀切屑擠裂切屑節(jié)狀切屑崩碎切屑圖切屑形態(tài)照片321.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象1、帶狀切屑最常見。內(nèi)側(cè)表面光滑，外側(cè)表面呈毛茸狀，用顯微鏡觀察可見到有均勻整齊的剪切裂紋。被切材料在經(jīng)過(guò)終滑移線時(shí)剪應(yīng)力未超過(guò)材料的破裂強(qiáng)度通常加工塑性金屬材料，切削厚度較小，切削速度較高，刀具前角較大時(shí)得到。切削力波動(dòng)很小，切削過(guò)程平穩(wěn)，已加工表面粗糙度較小。331.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象2、擠裂切屑外側(cè)面呈鋸齒狀，內(nèi)側(cè)面有時(shí)有裂紋加工塑性金屬材料，切削厚度較大，切削速度較低，刀具前角較小時(shí)得到。加工硬化較大，在局部剪應(yīng)力超過(guò)破裂強(qiáng)度。切削力波動(dòng)較大，切削過(guò)程產(chǎn)生一定的振動(dòng)，已加工表面較粗糙。

341.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象3、單元切屑在擠裂切屑的基礎(chǔ)上切削厚度增大，切削速度、前角減小，擠裂切屑的整個(gè)剪切面上的應(yīng)力都超過(guò)了材料的破裂強(qiáng)度。使剪切裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展而斷裂成單元體。生產(chǎn)中很少見到。351.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象可見：從帶狀擠裂單元切屑的變化：切削厚度由小到大，切削速度和刀具前角由大到小。表面粗糙度隨切屑從單元向擠裂和帶狀形態(tài)的轉(zhuǎn)變而逐步降低。掌握其變化規(guī)律，就可改變切屑形態(tài)以達(dá)控制切屑（卷屑、斷屑）和改善已加工表面質(zhì)量的目的。361.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象4、崩碎切屑切削脆性金屬材料如灰鑄鐵時(shí)得到的。產(chǎn)生原因：材料受到拉應(yīng)力已超過(guò)其抗拉強(qiáng)度。切削力波動(dòng)甚大，有沖擊負(fù)荷，已加工表面凹凸不平。改變切削條件，如大前角，大刃傾角，小切削厚度，高切削速度，可得到針狀切屑或松散的帶狀切屑。此時(shí)切削過(guò)程平穩(wěn)，已加工表面粗糙度較小。

371.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象形成條件影響名稱簡(jiǎn)圖形態(tài)變形帶狀，底面光滑，背面呈毛茸狀節(jié)狀，底面光滑有裂紋，背面呈鋸齒狀粒狀不規(guī)則塊狀顆粒剪切滑移尚未達(dá)到斷裂程度局部剪切應(yīng)力達(dá)到斷裂強(qiáng)度剪切應(yīng)力完全達(dá)到斷裂強(qiáng)度未經(jīng)塑性變形即被擠裂加工塑性材料，切削速度較高，進(jìn)給量較小，刀具前角較大加工塑性材料，切削速度較低，進(jìn)給量較大，刀具前角較小工件材料硬度較高，韌性較低，切削速度較低加工硬脆材料，刀具前角較小切削過(guò)程平穩(wěn)，表面粗糙度小，妨礙切削工作，應(yīng)設(shè)法斷屑切削過(guò)程欠平穩(wěn)，表面粗糙度欠佳切削力波動(dòng)較大，切削過(guò)程不平穩(wěn)，表面粗糙度不佳切削力波動(dòng)大，有沖擊，表面粗糙度惡劣，易崩刀帶狀切屑擠裂切屑單元切屑崩碎切屑表

切屑類型及形成條件381.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象1.切屑過(guò)程中的物理現(xiàn)象切削力切削力

切削加工時(shí)刀具刀具切入工件，使被加工材料發(fā)生變形成為切屑所需的力。

切削力來(lái)源★

3個(gè)變形區(qū)產(chǎn)生的彈、塑性變形抗力。即工件材料被切過(guò)程中所發(fā)生的彈性變形和塑性變形的抗力。★

切屑、工件與刀具間摩擦力。即切屑對(duì)刀具前刀面的摩擦力和刀具后刀面對(duì)過(guò)渡表面和已加工表面之間的摩擦力。391.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象1.切屑過(guò)程中的物理現(xiàn)象切削力切削合力

Ff=FDsinκγ

Fp=FDcosκγ切削分力主切削力Fc

切于過(guò)渡表面并與基面垂直

(切削力或切向力)進(jìn)給抗力Ff

處于基面內(nèi)并與工件軸線平行

(進(jìn)給力或軸向力)切深抗力Fp

處于基面內(nèi)并與工件軸線垂直

(背向力、徑向力、吃刀力)

401.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象1.切屑過(guò)程中的物理現(xiàn)象切削力的影響因素

切削力來(lái)源于工件材料的彈塑性變形及刀具與切屑、工件表面的摩擦，因此凡是影響切削過(guò)程中材料的變形及摩擦的因素都影響切削力。影響因素主要為：工件材料；切削用量；刀具幾何參數(shù)；其他因素。411.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象1.切屑過(guò)程中的物理現(xiàn)象切削力的指數(shù)公式

式中:

Fc、Fp、Ff:分別為主切削力、切深抗力、進(jìn)給抗力；

CFc,CFp,CFf

:決定于被加工材料和切削條件的有關(guān)系數(shù)；

xFc、yFc、nFc、xFp、yFp、nFp、xFf、yFf、nFf:分別為三個(gè)分力公式中，背吃刀量ap、進(jìn)給量f和切削速度vc的指數(shù)；

KFc,KFp,KFf:考慮切削速度、刀具幾何參數(shù)、刀具磨損等因素影響的修正系數(shù)。影響最大的是背吃刀量ap，其次是進(jìn)給量f，再次為切削速度vc。在切削過(guò)程中，盡量減小切削力。421.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象1.切屑過(guò)程中的物理現(xiàn)象單位切削力切除單位切削層面積的主切削力通過(guò)實(shí)驗(yàn)求得p后，則可通過(guò)上式求得主切削力Fc。431.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象1.切屑過(guò)程中的物理現(xiàn)象切削熱切削熱產(chǎn)生于三個(gè)變形區(qū)，切削過(guò)程中消耗的能量約98%轉(zhuǎn)換為熱能。切削熱通過(guò)切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)向外傳出。441.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象1.切屑過(guò)程中的物理現(xiàn)象切削熱1.剪切區(qū)等溫線與滑移線相近OM線溫度比OA線上溫度高剪切滑移相等的地方溫度相等，剪切變形是切削熱的第一來(lái)源。2.前后刀面最高溫度點(diǎn)不在刀刃上切屑上最高溫度比剪切區(qū)溫度高切屑底層溫度比上層溫度高。摩擦是切削熱的又一來(lái)源。451.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象1.切屑過(guò)程中的物理現(xiàn)象積屑瘤定義：461.2金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象1.切屑過(guò)程中的物理現(xiàn)象積屑瘤形成