機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課件第三章

第3章金屬切削與磨削加工3.1金屬切削、磨削加工的基本概念3.1.1金屬切削與磨削的加工表面與用量（1）切削加工表面切削或磨削加工中獲得的要求表面是逐漸形成的，在這一過程(guòchéng)中，工件上有三個不斷變化著的表面：待加工表面已加工表面過渡表面

精品資料待加工表面——加工時即將被去除金屬層的表面；2)已加工表面——已被切除多余金屬新形成的符合要求工件表面；3)過渡表面（切削表面）——位于待加工表面和已加工表面之間的，正在由刀具(dāojù)或砂輪的切刃在工件上形成的那個表面。精品資料（2）切削用量和磨削用量在切削加工中，切削速度Vc、進給量f和切削深度ap稱為切削用量。相似地，在磨削加工中，磨削速度Vs、進給量f和砂輪切削深度ap（區(qū)別于單個磨粒切刃的切深）稱為磨削用量。切削或磨削用量的大小反映單位(dānwèi)時間內(nèi)金屬切除量的多少，也直接影響切削或磨削的力、功率、溫度、刀具或砂輪壽命等。所以，在切削或磨削加工時，要根據(jù)工件材料、刀具材料和其它技術(shù)經(jīng)濟要求來選擇適宜的用量。精品資料切削深度—待加工表面與已加工表面之間的距離；進給量—主運動回轉(zhuǎn)一周時刀具沿進給方向(fāngxiàng)的位移量；切削速度—切削速度就是主運動的速度，如因刀刃上各點回轉(zhuǎn)半徑不同而導(dǎo)致切削速度不同時，取其最大值。精品資料精品資料精品資料精品資料3．1．2刀具角度和切削層參數(shù)（1）刀具切削部分的結(jié)構(gòu)要素刀具的切削部分擔負主要的切削工作，直接從工件上切下切屑。刀具種類很多，除單刃刀具（如車刀、刨刀等）外，還有各種多刃刀具（如銑刀、拉刀、鉆頭、鉸刀、滾刀(ɡǔndāo)等），及表面具有大量微小磨粒切刃的砂輪。但它們切削部分的幾何形狀與參數(shù)都可以以外圓車刀的切削部分為基本形狀。因此，刀具切削部分幾何形狀的確定通常以車刀切削部分幾何形狀為基礎(chǔ)來定義。精品資料精品資料1)切削部分的刀面①前刀面刀具上切屑流過的表面。如果前刀面是由幾個相互傾斜的表面組成的，則可從切削刃開始，依次把它們稱為第一前刀面、第二前刀面等；②后刀面與工件上新形成的過渡表面相對(xiāngduì)的刀具表面。也可以分為第一后刀面、第二后刀面等；③副后刀面與副切削刃毗鄰、與工件上已加工表面相對(xiāngduì)的刀面。同樣也可以分為第一副后刀面、第二副后刀面等。精品資料有關(guān)刀具切削部分術(shù)語(shùyǔ)的說明精品資料2)切削刃切削的邊鋒，稱為切削刃。切削刃有主切削刃和副切削刃之分。①主切削刃是前刀面與后刀面的交線。在切削過程中，承擔主要的切削任務(wù)并形成工件上的過渡表面。②副切刃是前刀面與副后刀面的交線。它參與部分的切削任務(wù)，并影響(yǐngxiǎng)已加工表面的粗糙度。③過渡刃是刀尖處連接主、副兩條切削刃之間的一小段切削刃。它可以沒有（交點刀尖）、也可以是直線（倒棱刀尖）或圓弧。精品資料刀尖形狀(xíngzhuàn)示意圖精品資料（2）刀具角度的參考系為了確定刀具表面在空間(kōngjiān)的相對位置，可以用一定的幾何角度表示。刀具的幾何角度參考系有兩類：刀具標注角度參考系刀具工作角度參考系精品資料構(gòu)成(gòuchéng)刀具標注角度參考系的主要參考平面有：基平面、切削平面、主剖面和切削刃法剖面。①基平面(簡稱基面)Pr通過切削刃選定點、垂直于主運動方向的平面。通常它平行或垂直于刀具的制造、安裝的定位平面或軸線。②切削平面Ps通過切削刃選定點、與主切削刃相切、并垂直于基面的平面，也就是切削刃與切削速度方向構(gòu)成(gòuchéng)的平面?；婧颓邢髌矫媸堑毒邩俗⒔嵌葏⒖枷抵袃蓚€基本的參考平面，再加上以下所述的任一剖面，便構(gòu)成(gòuchéng)各種不同的刀具標注角度參考系。精品資料③主剖面Po和主剖面參考系主剖面Po是通過切削刃選定點、同時垂直于基面和切削平面的平面。它必然垂直于切削刃在基面上的投影。圖3—6a中Pr—Ps—Po組成(zǔchénɡ)正交的主剖面參考系。這是目前生產(chǎn)中最常用的刀具標注角度參考系。（車刀的標注參考系.swf）④切削刃法剖面Pn和法剖面參考系法剖面Pn是通過切削刃選定點、并垂直于切削刃的平面。在圖3—6a中，由Pr—Ps—Pn組成(zǔchénɡ)一個法剖面參考系。主剖面參考系與法剖面參考系的基面和切削平面相同。精品資料刀具角度(jiǎodù)的主剖面參考系精品資料（3）刀具的標注(biāozhù)角度

車刀(chēdāo)的標注角度精品資料1)主剖面(pōumiàn)參考系內(nèi)的標注角度①在主剖面(pōumiàn)Po內(nèi)的標注角度前角γo在主剖面(pōumiàn)內(nèi)度量的基面與前刀面間的夾角。當前刀面與切削平面間的夾角小于90°時取正號；大于90°時則取負號。后角αo在主剖面(pōumiàn)內(nèi)度量的后刀面與切削平面間的夾角。當后刀面與基面夾角小于90°時取正號；大于90°時取負號。楔角βo在主剖面(pōumiàn)內(nèi)度量的后刀面與前刀面間的夾角。上述三角度之和為90°。精品資料②在基面Pr內(nèi)的標注角度(jiǎodù)主偏角kr在基面內(nèi)度量的切削平面與進給平面間的夾角。它也是主切削刃在基面上投影與進給運動方向的夾角。副偏角k’r在基面內(nèi)度量的副切削刃與進給運動方向在基面上投影間的夾角。刀尖角εr在基面內(nèi)度量的切削平面和副切削平面間的夾角。它也是主切削刃和副切削刃在基面上投影間的夾角。顯然地，上述三角度(jiǎodù)之和為180°。精品資料③在切削平面Ps內(nèi)的標注角度刃傾角λs在切削平面內(nèi)度量的主切削刃與基面間的夾角(jiājiǎo)。當?shù)都馓幵谇邢魅凶罡呶恢脮r，刃傾角取正號；若刀尖處于切削刃最低位置時，刃傾角取負號；當主切削刃與基面平行時，刃傾角為零。以上所述角度中，基本角度只有前角γo、后角αo、主偏角kr、副偏角k’r和刃傾角λs五個，其余是派生角度。精品資料車刀(chēdāo)的刃傾角精品資料2)法剖面參考系內(nèi)的標注(biāozhù)角度法剖面參考系和主剖面參考系的區(qū)別僅在于以法剖面代替主剖面作為測量前角、后角和楔角的平面。法剖面的標注(biāozhù)角度有法前角γn、法后角αn和法楔角βn，而其余角度完全相同。精品資料（4）刀具工作角度

上述刀具標注角度是在假定運動和安裝條件下的標注角度。如果考慮合成運動和實際安裝情況，則刀具的參考系將發(fā)生變化，刀具角度也發(fā)生變化。按照刀具工作中的實際情況，在刀具工作角度參考系中確定的角度，稱為刀具工作角度。一般不必進行工作角度的計算。只有在進給運動和刀具安裝對工作角度產(chǎn)生較大影響時，才需計算工作角度。例如，在以大進給量切斷小直徑工件、車螺紋或絲杠、鏟背、刀具安裝位置(wèizhi)有較大變化時等。精品資料（5）切削層參數(shù)①切削厚度垂直于過渡(guòdù)表面度量的切削層尺寸，稱為切削厚度，以ho表示。②切削寬度沿過渡(guòdù)表面度量的切削層尺寸，稱為切削寬度，以bo表示。③切削面積切削層在基面Pr內(nèi)的面積，稱為切削面積，以AD表示。④殘留面積因刀具有副偏角，切削時殘留在已加工表面上的不平部分。精品資料切削層參數(shù)及殘留(cánliú)面積精品資料3．1．3常用刀具材料及磨料刀具材料指刀具切削部分(bùfen)的材料，磨料指磨粒的材料。它們直接影響刀具和磨具的切削性能、生產(chǎn)率、加工質(zhì)量和成本。（1）刀具材料應(yīng)具備的基本性能①刀具材料必須具有高于工件材料的硬度；②刀具材料應(yīng)有足夠的強度和韌性；③要求刀具材料要有好的抵抗磨損的能力；④要求刀具材料在高切削溫度下保持高硬度、高強度的性能，即耐熱性，并有良好的抗擴散、抗氧化的能力；⑤盡量大的導(dǎo)熱系數(shù)和小的線膨脹系數(shù)；⑥為便于制造刀具和有高的性能價格比，要求刀具材料具有良好的工藝性和經(jīng)濟性。精品資料（2）常用刀具材料1)高速鋼高速鋼是一種加入了較多鎢、鉬、鉻和釩等合金元素的高合金工具鋼。具有較高的硬度和耐磨性、較高的熱穩(wěn)定性，能磨出鋒利的刃口。制造工藝性好。2)硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金是用具有高耐磨性和高耐熱性的WC、TiC等金屬粉末，以Co、Ni作為粘結(jié)劑，用粉末冶金法制(fǎzhì)得的合金。硬度高、耐磨。但韌性較差。常制成刀片使用。

精品資料牌號性能應(yīng)用范圍YG3X抗彎強度、韌性、進給量硬度、耐磨性、切削速度鑄鐵，有色金屬及其合金的精加工和半精加工，不能承受沖擊載荷YG3鑄鐵，有色金屬及其合金的精加工和半精加工，不能承受沖擊載荷YG6X普通鑄鐵，冷硬鑄鐵、高溫合金的精加工和半精加工YG6A鑄鐵，有色金屬及其合金的半精加工和粗加工YG6鑄鐵，有色金屬及其合金、非金屬材料的粗加工，也用于斷續(xù)加工YG8冷硬鑄鐵，有色金屬及其合金的半精加工，也可用于高錳鋼、淬硬鋼的半精加工和精加工精品資料牌號性能應(yīng)用范圍YT30抗彎強度、韌性、進給量硬度、耐磨性、切削速度碳素鋼、合金鋼的精加工YT15碳素鋼、合金鋼在連續(xù)切削時的粗加工、半精加工，也可用于斷續(xù)切削時的精加工YT5碳素鋼、合金鋼的粗加工，也可用于斷續(xù)切削YW1高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的粗加工和半精加工YW2高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的粗加工和半精加工精品資料3)陶瓷材料陶瓷是以氧化鋁(A1203)或氮化硅(SiN4)等為主要(zhǔyào)成分，經(jīng)壓制成形后燒結(jié)而成的刀具材料。陶瓷刀具材料共分三類：氧化鋁基陶瓷、氮化硅基陶瓷和復(fù)合氮化硅－氧化鋁陶瓷。其優(yōu)點是：硬度高，刀具耐用度高，可提高切削速度，加工效率提高3～10倍。4）涂層刀具目前80%以上都是涂層刀具。它是在硬質(zhì)合金或高速鋼刀體上涂敷氧化鋁、碳氮化鈦、氮化鋁鈦、碳氮化鋁鈦等，具有優(yōu)異的高溫性能。精品資料5)金剛石天然和人造金剛石都是碳的同素異構(gòu)體，是自然界中最硬的材料。天然金剛石質(zhì)量好，價格昂貴，只用作超精密加工切削工具。但由于碳元素與鐵元素具有很強的親和性，所以金剛石刀具不能加工鐵族金屬材料。6)立方氮化硼立方氮化硼（CBN）是以六方氮化硼為原料，經(jīng)高溫高壓獲得的人工合成材料，其硬度僅次于金剛石，和金剛石并稱為(chēnɡwéi)超硬材料。具有很強的化學穩(wěn)定性，主要用于加工鐵族金屬材料。精品資料（3）常用磨料對磨料的基本要求是它的硬度要高于被磨材料；要有一定動態(tài)強度或韌性，使磨粒侵入(qīnrù)和沖擊工件時不易破碎；但還要有一定脆性，在磨粒變鈍后容易破碎形成鋒銳的新切刃。

精品資料1）普通磨料普通砂輪磨料都是基于氧化鋁（Al2O3）和碳化硅（SiC）的人造材料。它們各有不同品種以適應(yīng)不同的用途。硬度(yìngdù)高的磨料通常更脆些。碳化硅磨料的硬度(yìngdù)和脆性比氧化鋁的要高。較硬和較脆的磨料通常用于精密磨削，粗粒度韌性磨料則更適合于粗磨削。2）超硬磨料人造金剛石的較弱的品種主要制成樹脂結(jié)合劑砂輪磨削硬質(zhì)合金。這時，金剛石磨粒經(jīng)常要鍍覆占磨粒重量55%的鎳，以使磨粒和樹脂結(jié)合劑結(jié)合的更牢固，并在空氣中提供保護。精品資料幾種常用磨料(móliào)的特性及適用范圍序列磨料名稱代號顯微硬度特性適用范圍氧化物系棕剛玉A2200～2280棕褐色，硬度高，韌性大，價格便宜磨削碳鋼和合金鋼白剛玉WA2200～2300白色，硬度較棕剛玉高，韌性較棕剛玉低磨削淬火鋼、高速鋼、高碳鋼等鉻剛玉PA2000～2200玫瑰紅和紫紅色，韌性比白剛玉高磨削淬火鋼、高速鋼、高碳鋼、軸承鋼鋯剛玉ZA～1965黑褐色，強度和耐磨性高磨削耐熱合金、鈦合金、奧氏體不銹鋼單晶剛玉SA2200～2400淺黃色，硬度和韌性比白剛玉高磨削不銹鋼、高釩高速鋼等微晶剛玉MA2000～2300顏色和棕剛玉相似，強度高，韌性和自銳性好磨削不銹鋼、軸承鋼、特種球墨鑄鐵精品資料序列磨料名稱代號顯微硬度特性適用范圍碳化物系黑碳化硅C2820～3320黑色，有光澤，硬度比鋼玉高，性脆而鋒利，導(dǎo)電和導(dǎo)熱性好磨削鑄鐵、黃銅、鋁、耐火材料及非金屬材料綠碳化硅GC3280～3480綠色，硬度和脆性比黑碳化硅高，導(dǎo)電和導(dǎo)熱性好磨削硬質(zhì)合金、寶石、陶瓷、玉石、玻璃、非鐵金屬、石材等碳化硼B(yǎng)C4400～5400灰黑色，硬度比黑、綠碳化硅高，耐磨性好主要研磨和拋光硬千周合金、拉絲模、寶石和玉石等立方碳化硅SC2000～2300淺綠色，立方晶體結(jié)構(gòu)，強度比黑碳化硅高，磨削能力強磨削韌而黏的材料，如不銹鋼等；磨削軸承溝道或用于軸承超精加工幾種(jǐzhǒnɡ)常用磨料的特性及適用范圍精品資料序列磨料名稱代號顯微硬度特性適用范圍高硬磨料系人造金鋼石D10000無色透明或淡黃色、黃綠色、黑色，硬度高，耐磨性好，比天然金剛石脆磨硬脆材料、硬質(zhì)合金、寶石、光學玻璃、半導(dǎo)體、切割石材等以及制作各種鉆頭（地質(zhì)、石油鉆頭等）立方氮化硼CBN8000～9000黑色或淡白色，立方晶體，硬度僅次于金剛砂，耐熱性高，發(fā)熱量小磨削各種高溫合金、高鉬、高釩、高鈷鋼，不銹鋼，鎳基合金鋼等，聚晶立方氮化硼可制造車刀幾種常用(chánɡyònɡ)磨料的特性及適用范圍精品資料3．1．4切削、磨削液生產(chǎn)實際中為減少加工過程中的摩擦(mócā)、降低切削或磨削溫度，經(jīng)常需要使用切削劑或磨削劑。它們包括氣、液、固三種形態(tài)，但最常用的是液體，所以常稱為切削液和磨削液。切削、磨削液可分為油基和水基兩大類。介于兩者之間的為乳化液，兼有油基的潤滑性和水基的冷卻性。精品資料1）

切削、磨削液的基本要求①良好的潤滑性能和吸附性能;②高的導(dǎo)熱系數(shù)、大的熱容量和汽化熱，具有良好的冷卻(lěngquè)作用；③良好的流動性和滲透性，在壓力作用下能對工件、刀具或磨具表面起到良好的沖刷和清洗作用，并防止碎屑粘著在工件或刀具磨具表面上；④具有良好的防銹性能；精品資料⑤無毒、無臭，不刺激(cìjī)皮膚，不易變質(zhì)和產(chǎn)生泡沫，廢液易處理和再生，不污染環(huán)境；⑥易于過濾，使用過程中不會沉淀和形成硬質(zhì)點；⑦經(jīng)濟性好。以上各種要求難以全面滿足，應(yīng)按使用具體要求，擇要考慮。

精品資料2）

切削、磨削液的基本類型和性能①非水溶性切削、磨削油②乳化(rǔhuà)型水溶性切削、磨削液③透明水溶性切削、磨削液精品資料3）切削、磨削(móxiāo)液的使用方法及系統(tǒng)切削、磨削(móxiāo)液的使用方法很多，常見的有：澆注法、高壓冷卻法和噴霧冷卻法。對于磨削(móxiāo)還有滲透供液法。①澆注法它是用低壓泵將切削、磨削(móxiāo)液泵出，靠重力或不高的壓力澆注于加工部位，起到冷卻和潤滑作用。澆注法使用方便，應(yīng)用廣泛。在磨削(móxiāo)中，由于有砂輪表面的氣流屏障作用，則還需要使用氣流導(dǎo)流板和特殊形狀的噴嘴。

精品資料②高壓冷卻法是利用高壓（一般為1.47-1.96MPa）切削、磨削液直接沖擊到加工部位進行冷卻和潤滑。它可將碎屑沖離加工區(qū)甚至排走，對深孔加工、狹縫深槽加工等非常重要。液體的高速流動(liúdòng)還能改善滲透性、加強對流而改善冷卻效果。對于磨削，高壓磨削液能沖破砂輪表面的氣流屏障，使冷卻潤滑可靠，還能沖洗砂輪表面，在高效率磨削中廣泛采用。精品資料③噴霧冷卻法是以壓力為0.3-0.6MPa的壓縮空氣，使切削液霧化，高速噴向加工區(qū)域。霧化液滴能方便地滲入切屑、刀具和工件之間，遇到灼熱表面很快汽化，帶走大量熱量，有效(yǒuxiào)降低切削區(qū)溫度。高壓氣體的體積膨脹也能降低氣體溫度，使冷卻作用加強。因此，它綜合了氣體冷卻和液體冷卻的優(yōu)點，適用于難加工材料加工和高速加工，也可用于一般加工。

精品資料④滲透供液法對于磨削，由于普通砂輪具有多孔結(jié)構(gòu)，所以還有由砂輪內(nèi)孔注入磨削液，借砂輪高速旋轉(zhuǎn)的離心作用，使磨削液經(jīng)砂輪微小孔隙噴射到磨削區(qū)的中心滲透供液法；以及(yǐjí)在砂輪的磨削位置前方將磨削液高壓注入砂輪內(nèi)部，再借砂輪高速旋轉(zhuǎn)的離心作用，使磨削液經(jīng)砂輪微小孔隙在磨削區(qū)位置噴射到砂輪—工件之間的外部滲透供液法。但這一方法使磨削液霧化，并經(jīng)砂輪甩到附近空間，使工作環(huán)境變差。精品資料3．2

刀具和砂輪3．2．1切削刀具結(jié)構(gòu)（1）切削刀具結(jié)構(gòu)任何(rènhé)刀具都由工作部分和夾持部分所組成。工作部分通常又分切削部分和校準(或?qū)?部分。切削部分直接從工件上切下切屑，校準部分(并非每種刀具都有該部分)作為刀具切削的后備部分，主要起校準、修整、刮光和導(dǎo)向作用。刀具夾持部分(如鉆頭刀柄、車刀刀桿、齒輪滾刀套裝孔等)的作用是將刀具夾固在機床上，保證刀具的正確工作位置，并承受切削力和傳遞切削運動和動力。精品資料焊接式、機夾重磨式和機夾不重磨式車刀(chēdāo)精品資料（2）刀片為方便使用和節(jié)省刀具(dāojù)材料，硬質(zhì)合金、陶瓷及超硬刀具(dāojù)材料均制成各種形狀和尺寸的刀片，用于焊接、粘接或機械式夾固，制造各類刀具(dāojù)。重磨式的硬質(zhì)合金刀片形成了完整的系列，用途非常廣泛。不重磨式的可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金及陶瓷刀片已經(jīng)標準化可轉(zhuǎn)位陶瓷刀片的形狀(xíngzhuàn)和尺寸精品資料精品資料（3）刀具在機床上的安裝和刀具系統(tǒng)刀具借助于刀柄、內(nèi)孔或安裝基平面安裝在機床或輔具上。刀具的切削刃相對安裝基準有高的位置精度。特別是自動機床、數(shù)控機床，以及(yǐjí)自動換刀的加工中心，要求更加嚴格。這些安裝基準也是刀具制造和刃磨時使用的主要基準。

精品資料數(shù)控刀具(dāojù)系統(tǒng)示例精品資料3．2．2砂輪形狀與特性表示（1）普通砂輪1）普通砂輪的組成和形狀普通磨料砂輪由磨料加結(jié)合(jiéhé)劑用制造陶瓷的工藝方法制成。所以，砂輪由磨粒、結(jié)合(jiéhé)劑和氣孔三部分組成。砂輪為適應(yīng)不同使用方法而有各種形狀，例如平形（P）、薄片形（PB）、筒形（N）、杯形（B）、碗形（BW）、碟形（D）等，可分別用字母表示。砂輪尺寸則用數(shù)字表示，單位為mm。例如，P400×40×127表示外徑為400mm、厚度為40mm、內(nèi)徑為127mm的平形砂輪。精品資料2）普通砂輪特性(tèxìng)及表示決定普通砂輪特性(tèxìng)的五個要素分別是：磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度和組織。砂輪特性(tèxìng)的表示方法為：磨料代號—粒度號—硬度等級—組織號—結(jié)合劑代號—砂輪最高使用速度（m/s）精品資料常見砂輪粒度及應(yīng)用(yìngyòng)范圍粒度號使用范圍12～16＃粗磨、荒磨、打磨毛刺20～36＃磨鋼錠，打磨鑄件毛刺，切斷鋼坯，磨耐火材料40～60＃半精磨、精磨60～80＃半精磨、精磨100～240＃半精磨、精磨、珩磨240～W20精磨、珩磨、超精磨W20～更細精磨、超精磨、精細磨、鏡面磨W10～更細精磨、超精磨、精細磨、鏡面磨，制作研磨膏用于研磨和拋光精品資料結(jié)合(jiéhé)劑種類及使用范圍種類代號使用范圍陶瓷結(jié)合劑V用于除切斷砂輪外的大多數(shù)砂輪，使用速度35m/s以下樹脂結(jié)合劑B彈性好，用于高速磨削、切斷、開槽等工序、耐熱性差，年限限制橡膠結(jié)合劑R彈性好，用于切斷、拋光、開槽等工序金屬結(jié)合劑M主要用于制造超硬磨料砂輪，材料主要是青銅，也有鑄鐵、鎳等精品資料砂輪硬度是指磨粒從砂輪表面脫落的難易程度，砂輪硬，磨粒不易脫落，砂輪軟，磨粒容易(róngyì)脫落。因此，為了避免燒傷，應(yīng)選硬度低的砂輪；精磨和成形磨時，為了保持砂輪的形狀精度，應(yīng)選擇硬一些的砂輪。超軟軟1軟2軟3中軟1中軟2中1D、E、FGHJKLM中2中硬1中硬2中硬3硬1硬2超硬NPQRSTY精品資料砂輪組織代號是表示磨粒、結(jié)合劑、氣孔(qìkǒng)三者之間的比例關(guān)系的一種度量關(guān)系。組織號越大，表明砂輪組織越疏松。

類別緊密中等疏松組織號0123456789101112磨粒占砂輪體積(%)62605856545250484644424038精品資料3．3

金屬切削過程及機理3．3．1金屬切削過程（1）塑性材料的切屑形成過程當沒有副切削刃參加切削，并且(bìngqiě)刃傾角s=0時，如圖3-13所示，切削層AFHD可以看成是由許多平行四邊形組成的，如ABCD、BEGC等。當這些扁塊受到刀具前刀面的推擠時，便經(jīng)過滑移形成另一些扁塊并形成切屑，如ABCD受到推擠后，變?yōu)锳BCD，BEGC滑移成BEGC等。這樣，切屑的形成過程是可以簡單地看成切削層受到前刀面的擠壓后產(chǎn)生的以滑移為主的塑性變形過程。精品資料簡化(jiǎnhuà)的塑性材料切屑形成過程E精品資料但是，實際的切屑形成過程要復(fù)雜，也就是說，切屑形成不是簡單的滑移，而是經(jīng)歷滑移、摩擦和扭曲等作用形成的。做切削試驗時，首先將工件側(cè)面刻上均勻的網(wǎng)格，然后在低速切削時觀察網(wǎng)格位置變化的過程?？梢钥吹焦ぜ牧献冃芜^程（初始(chūshǐ)滑移面終止滑移面.rm）。當?shù)都馕挥贠點時，沿虛線OA的即開始產(chǎn)生剪切變形，OA稱為始滑移線。在以后的切削過程中，OA上的一點1逐步滑移到2、3、4各點。OA也變成OM的位置。此后切屑沿刀具前刀面平行滑動，OM成為終滑移線。（剪切變形區(qū)動畫.swf）精品資料塑性材料切屑形成(xíngchéng)過程精品資料金屬材料在從OA到OM的區(qū)域內(nèi)主要產(chǎn)生(chǎnshēng)剪切變形，這一區(qū)域成為第一變形區(qū)；刀具前刀面與切屑摩擦處為第二變形區(qū)；后刀面與已加工表面處為第三變形區(qū)。當?shù)谝蛔冃螀^(qū)內(nèi)材料的剪切應(yīng)力超過屈服極限而低于強度極限時，切屑為帶狀切屑；當該應(yīng)力超過材料的強度極限時，可能會產(chǎn)生(chǎnshēng)節(jié)狀切屑或崩碎切屑。一般切削脆性材料時會產(chǎn)生(chǎnshēng)崩碎切屑。精品資料切屑(qiēxiè)的三種形態(tài)基本切屑(qiēxiè)類型.rm精品資料基本切屑(qiēxiè)類型.rm精品資料（2）積屑瘤切削塑性金屬材料時，在切速不高、又能形成帶狀切屑的情況下，切屑沿前刀面流出，并伴隨強烈的摩擦。這使切屑的流動速度降低，溫度升高。在大的擠壓力作用下，會使切屑底層金屬與前刀面的外摩擦超過分子間結(jié)合力，一些金屬材料冷焊粘附在前刀面切刃附近，逐漸形成硬度很高的瘤狀楔塊，成為積屑瘤。積屑瘤隨著切削的進行不斷長大，又不斷破裂被帶走，如此反復(fù)。積屑瘤能代替切削刃進行切削，使刀具實際前角增大，能保護刀具和降低切削力。但積屑瘤的存在和脫離使加工尺寸(chǐcun)精度降低，嵌入在加工表面的積屑瘤碎塊使表面加工質(zhì)量降低。所以，積屑瘤對粗加工有利，而對精加工有害。精品資料積屑瘤的形成與切削溫度有關(guān)(yǒuguān)，因此主要與切削速度有關(guān)(yǒuguān)。當切削速度較低時，基本不產(chǎn)生積屑瘤現(xiàn)象。（積屑瘤5.rm）當切削速度較高時，也基本不產(chǎn)生積屑瘤現(xiàn)象。（積屑瘤80.rm）當切削速度在10~30m/min左右時，積屑瘤達到較大的高度現(xiàn)象。（積屑瘤10-20.rm）精品資料（3）殘余應(yīng)力和加工硬化在金屬切削過程中，因刀具和工件表面的激烈(jīliè)擠壓和摩擦，使已加工表面層的塑性變形非常強烈，晶格破壞，表層硬度提高，這種現(xiàn)象稱為加工硬化。工件表面硬化可提高耐磨性。但加工硬化常伴有裂紋產(chǎn)生，降低零件的抗沖擊能力。（4）硬脆材料的切削機理脆性被切削材料在外力作用下，先形成裂紋。裂紋尖端附近應(yīng)力強度達到其臨界值時，裂紋就會發(fā)生失穩(wěn)擴展，導(dǎo)致被切削材料的斷裂。精品資料硬脆材料(cáiliào)切削過程脆性(cuìxìng)材料去除動畫.swf精品資料3．3．2切削力、切削功率與切削溫度（1）切削力及其分量切削過程中刀具要克服工件材料的彈性和塑性變形抗力，及與切屑和工件間的摩擦力。這些力形成切削力。切削力是計算(jìsuàn)切削功率，設(shè)計機床、刀具和夾具的依據(jù)。它又直接影響切削熱的產(chǎn)生、刀具磨損和加工表面質(zhì)量。在主剖面內(nèi)的總切削力可以分解為三個正交的分力，即主（切向）切削力Fz，法向切削力Fy和軸向切削力Fx。精品資料切削力的分力(fēnlì)精品資料（2）切削功率切削功率是三個切削分力消耗(xiāohào)功率的總和，由于法向分力不做功，所以不消耗(xiāohào)功率。軸向進給速度很低，消耗(xiāohào)功率也很小，所以主切削力所消耗(xiāohào)的功率幾乎占據(jù)總功率的絕大部分。所以有精品資料（3）切削熱切削時消耗能量的98％～99%轉(zhuǎn)換為熱能，即切削熱。切削熱的主要來源：（切削熱的分配.swf）第一變形區(qū)的塑性變形熱第二變形區(qū)的摩擦熱第三變形區(qū)的摩擦熱大部分切削熱被切屑帶走，其余按不同比例傳給刀具、工件和周圍介質(zhì)，其比例與加工方式(fāngshì)有關(guān)。精品資料（4）切削溫度切削溫度是指前刀面與切屑接觸區(qū)內(nèi)(qūnèi)的平均溫度。影響切削溫度的主要因素如下：◆切削用量的影響◆刀具幾何參數(shù)的影響◆工件材料的影響◆刀具磨損的影響◆切削液的影響精品資料3.3.3刀具(dāojù)磨損與使用壽命

切削時刀具將產(chǎn)生磨損。磨損包括機械磨耗磨損、熱化學磨損以及(yǐjí)摩擦、黏結(jié)、擴散等現(xiàn)象。刀具的磨損形式：◆前刀面磨損◆后刀面磨損精品資料刀具的磨損原因：◆磨料磨損◆黏結(jié)磨損◆擴散(kuòsàn)磨損◆化學磨損精品資料刀具的磨損過程：◆初期磨損階段(jiēduàn)◆正常磨損階段(jiēduàn)◆急劇磨損階段(jiēduàn)精品資料刀具的使用壽命和耐用度：刀具磨損到一定限度后就不能繼續(xù)使用。這個磨損限度稱為磨損標準。刃磨后的刀具自開始切削直到磨損量達到磨鈍標準為止的切削時間，稱為刀具耐用度。一把新刀從投入切削起，到報廢為止，總的實際切削時間稱為刀具壽命。切削速度對刀具耐用度的影響最大，切削速度越高，刀具耐用度越短。其次(qícì)是進給量，切削深度影響最小。精品資料3.4金屬磨削(móxiāo)過程及機理3.4.1金屬(jīnshǔ)磨削過程（1）磨削加工的特點（2）塑性材料磨屑形成機理精品資料單顆磨粒切削過程的三個階段◆滑擦階段：工件材料只產(chǎn)生彈性變形，沒有切屑產(chǎn)生；◆耕犁階段：產(chǎn)生塑性變形，刻劃出溝痕，兩側(cè)有隆起，但沒有分離切屑；◆切屑形成階段：磨粒切入(qiērù)到足夠深度時，磨粒前方有切屑產(chǎn)生。精品資料精品資料3.4.2磨削力和磨削溫度影響磨削力的因素有：◆磨削用量；◆工件材料(cáiliào)的力學性能；◆砂輪特性；◆砂輪的磨損狀況；◆磨削液的性能。精品資料1）磨削力磨削力也可以分解成切向磨削力Ft、法向磨削力Fn和軸向磨削力Fa。與切削時不同(bùtónɡ)的是，磨削時法向磨削力與切向磨削力的比值較大，約為3～4。（磨削力示意圖.swf）精品資料（2）磨削循環(huán)由于磨削工藝系統(tǒng)的彈性變形，實際磨削深度小于名義(míngyì)磨削深度。隨著橫進給次數(shù)的增加，兩者的差值逐漸減小。如圖所示。精品資料（3）磨削熱磨削過程中所消耗的能量基本都轉(zhuǎn)化為熱量，即磨削熱。磨削熱大部分都傳入工件，使工件產(chǎn)生很大的溫升。傳入砂輪的磨削熱較少。（4）磨削溫度磨削溫度是指砂輪與工件接觸區(qū)內(nèi)的平均溫度。磨粒與工件接觸點處的溫度稱為磨削點溫度。當砂輪以一定(yīdìng)速度磨過工件表面時，工件表面及以下區(qū)域的溫度分布如下圖所示。精品資料精品資料精品資料3.4.3砂輪的磨損與修整（1）砂輪的磨損形式：◆磨耗(móhào)磨損◆磨粒破碎◆磨粒脫落精品資料（2）砂輪磨損的判別◆磨削力增加◆磨削溫度(wēndù)增加◆表面粗糙度惡化◆磨削時有刺耳聲◆砂輪表面有明亮的磨損小平面（3）砂輪的修整◆修整目的：修形和修銳◆修整工具：金剛石筆，金剛石滾輪，碳化硅油石（超硬砂輪修銳）精品資料3.5切削、磨削條件的合理選擇3.5.1工件(gōngjiàn)材料的切削加工性切削加工性是指切削加工的難易程度。衡量工件(gōngjiàn)材料可加工性的指標：◆刀具耐用度◆切削力◆切削溫度◆工件(gōngjiàn)表面質(zhì)量◆切屑斷屑性能精品資料影響工件材料可加工性的因素：◆工件材料的物理力學性能：硬度強度大，則加工性不好；塑性大，加工性不好；導(dǎo)熱性能差，加工性不好；◆工件材料化學成分：含鎳、鈦高的材料一般加工性不好；含硫高的材料加工性好；◆工件材料的金相(jīnxiānɡ)組織：馬氏體、珠光體含量大的材料加工性不好；工件材料磨削加工性與切削加工性的影響因素類似。精品資料3.5.2刀具參數(shù)和切削工藝(gōngyì)參數(shù)的選擇（1）刀具幾何參數(shù)的合理選擇一把完整的刀具形狀和結(jié)構(gòu)，是由一套系統(tǒng)的刀具幾何參數(shù)所決定的。各參數(shù)之間存在著相互依賴、相互制約的作用◆前角的選擇：增大前角，可減少切削變形，減少切削力、切削熱和切削功率，提高刀具的使用壽命。前角增大，刀具比較鋒利。但前角過大，會影響刀具的強度。精品資料◆后角的選擇(xuǎnzé)：增大后角，可增加刀具的鋒銳性，減輕后刀面與工件已加工表面的摩擦，降低切削力和切削熱。但后角過大，會降低刀具強度，刀具易磨損。硬質(zhì)合金車刀常用的合理前角、后角見表3－6◆主偏角的選擇(xuǎnzé)：減少主偏角會使切削厚度減少，切削寬度增加，從而使單位長度切削刃所承受的載荷減輕，提高刀尖強度，有利于散熱，可提高刀具使用壽命。◆副偏角的選擇(xuǎnzé)：副偏角的主要作用是最終形成已加工表面。副偏角越小，切削刃痕的殘留面積高度也越小，可有效減少已加工表面的粗糙度。主、副偏角的選擇(xuǎnzé)范圍見表3-7。精品資料硬質(zhì)合金車刀(chēdāo)合理前、后角參考值工件材料種類合理前角參考范圍（°）合理后角參考范圍（°）粗車精車粗車精車低碳鋼20～2520～3010～1210～12中碳鋼10～1515～206～86～8合金鋼10～1515～206～86～8淬火鋼-15～-58～10不銹鋼（奧氏體）15～2020～258～108～10灰鑄鐵10～155～106～86～8銅及銅合金（脆）10～155～106～86～8鋁及鋁合金30～3535～4010～1210～12鈦合金σb≤1.177GPa5～1010～15精品資料硬質(zhì)合金(yìnɡzhìhéjīn)車刀合理主、副偏角參考值加工情況偏角數(shù)值主偏角κr副偏角κ’r粗車，無中間切入工藝系統(tǒng)剛度好45，60，755～10工藝系統(tǒng)剛度差60，75，9010～15車削細長軸，薄壁件90，936～10精車，無中間切入工藝系統(tǒng)剛度好450～5工藝系統(tǒng)剛度差60，750～5車削冷硬鑄鐵，淬火鋼10～304～10從工件中間切入45～6030～45切斷刀、切槽刀60～901～2精品資料◆刃傾角的選擇：刃傾角影響刀具的鋒銳性，刃傾角增大時刀具比較鋒利，但影響刀具的強度和散熱條件。大的負刃傾角有利于延長刀具壽命。另外刃傾角會影響切屑(qiēxiè)流動的方向。刃傾角的合理選擇范圍見表3-8。精品資料（2）刀具耐用度的選擇刀具耐用度過小，會增加換刀次數(shù)。刀具耐用度過大，又不能采用大的切削用量，限制了生產(chǎn)率的提高。因此必須合理選擇。選擇刀具耐用度應(yīng)考慮刀具的復(fù)雜程度，制造成本和磨刀成本。多刀機床(jīchuáng)和數(shù)控機床(jīchuáng)上使用的刀具耐用度應(yīng)適當大一些。精品資料（3）切削用量的選擇◆選擇切削用量的原則是為了保證加工質(zhì)量，降低加工成本和提高勞動生產(chǎn)率。◆以車削為例，單位時間內(nèi)切除的工件體積為◆因此為了提高生產(chǎn)率，只要使切削深度、進給量和切削速度三者的乘積最大即可。但從對刀具耐用度的影響程度(chéngdù)看，提高切削速度對刀具耐用度不利。因此應(yīng)首先采用盡可能大的切削深度，再確定進給量，最后確定切削速度。精品資料（4）磨削(móxiāo)工藝參數(shù)的選擇①粗磨削(móxiāo)進選擇較硬的砂輪，精磨削(móxiāo)時選擇較軟的砂輪②大去除量的高效率磨削(móxiāo)：選擇濕磨，使用粗粒度、松組織和韌性磨料的砂輪③低粗糙度表面的磨削(móxiāo)：使用細粒度、緊組織和韌性磨料砂輪，砂輪要精修整到很小的砂輪粗糙度；④成形磨削(móxiāo)：使用細粒度、更緊組織的砂輪⑤大面積磨削(móxiāo)：使用粗粒度、較軟組織的砂輪精品資料⑥小面積磨削：使用較細粒度、較硬硬度的砂輪⑦軟材料的磨削：使用較粗粒度、較硬硬度的砂輪⑧硬材料的磨削：使用細粒度、較軟級硬度的砂輪⑨砂輪表面磨粒破碎過快時要選擇韌性(rènxìnɡ)磨料、較硬的硬度和較緊的組織砂輪容易堵塞并發(fā)生燒傷時要選擇理脆的磨料、較軟的硬度和較緊的組織精品資料3.6先進切削、磨削加工技術(shù)3.6.1高速(ɡāosù)切削技術(shù)（1）高速(ɡāosù)切削特點及應(yīng)用切削速度為500~7500m/min的切削為高速(ɡāosù)切削精品資料高速切削與常規(guī)切削相比有如下顯著特點：①金屬切除率可提高3~6倍，單位功率材料切除率可達130~16