鉗工工藝學(xué)(第五版)第一章課件

第一章金屬切削基礎(chǔ)知識(shí)§1－1金屬切削的基本概念§1－2金屬切削刀具§1－3金屬切削過程與控制第一章金屬切削基礎(chǔ)知識(shí)§1－1金屬切削的基本概念§1－1金屬切削的基本概念§1－1金屬切削的基本概念常見的金屬切削方法a）車削b）銑削c）鉆削d）刨削e）外圓磨削f）平面磨削常見的金屬切削方法一、切削運(yùn)動(dòng)1．主運(yùn)動(dòng)

由機(jī)床或人力提供的主要運(yùn)動(dòng)，它促使刀具和工件之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而使刀具前面接近工件。主運(yùn)動(dòng)的速度最高，所消耗的功率最大。2．進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

由機(jī)床或人力提供的運(yùn)動(dòng)，它使刀具與工件之間產(chǎn)生附加的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加上主運(yùn)動(dòng)，即可不斷地或連續(xù)地切除切屑，并得出具有所需幾何特性的已加工表面。一、切削運(yùn)動(dòng)3．切削時(shí)的工件表面切削時(shí)工件上形成的表面a）

車削外圓b）擴(kuò)孔鉆擴(kuò)孔3．切削時(shí)的工件表面切削時(shí)工件上形成的表面（1）待加工表面

工件上有待切除之表面。（2）已加工表面

工件上經(jīng)刀具切削后形成的表面。

（3）過渡表面

工件上由切削刃形成的那部分表面，它在下一切削行程，刀具或工件的下一轉(zhuǎn)里被切除，或者由下一切削刃切除。（1）待加工表面工件上有待切除之表面。二、切削用量切削用量是指切削過程中切削速度、進(jìn)給量和切削深度的總稱，也稱為切削用量三要素。它是衡量切削運(yùn)動(dòng)大小的參數(shù)。車削外圓時(shí)的切削用量二、切削用量車削外圓時(shí)的切削用量1．切削速度（vc）切削速度是指刀具切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件待加工表面在主運(yùn)動(dòng)方向上的瞬時(shí)速度（即主運(yùn)動(dòng)的線速度），單位為m/min。車削時(shí)切削速度的計(jì)算式為：vc=式中dω——工件待加工表面直徑，mm；n——工件轉(zhuǎn)速，r/min。1．切削速度（vc）2．進(jìn)給量（f）進(jìn)給量是指刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)工件的位移量，可用刀具或工件每轉(zhuǎn)或每行程的位移量來(lái)表述和度量。如車削時(shí)的進(jìn)給量為工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，車刀沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向移動(dòng)的距離，單位為mm/r。2．進(jìn)給量（f）3．切削深度（αp）切削深度一般指工件上已加工表面和待加工表面間的垂直距離，單位為mm。車削外圓時(shí)切削深度的計(jì)算式為：ap=(dω－dm)/2式中dω——工件待加工表面直徑，mm；dm——工件已加工表面直徑，mm。3．切削深度（αp）三、切削用量的選擇1．切削深度的選擇

粗加工時(shí)，除留出的精加工余量外，剩余加工余量盡可能一次切完。如果余量太大，可分幾次切去，但第一次走刀應(yīng)盡量將ap取大些。精加工時(shí)，切削深度要根據(jù)加工精度和表面粗糙度的要求來(lái)選擇。三、切削用量的選擇2．進(jìn)給量的選擇在切削用量三要素中進(jìn)給量的大小對(duì)表面粗糙度的影響最大，因此，粗加工時(shí)，f可取大些；精加工時(shí)，f可取小些。各種切削加工的進(jìn)給量可根據(jù)進(jìn)給量表選擇確定。3．切削速度的選擇切削速度應(yīng)根據(jù)工件尺寸精度、表面粗糙度、刀具壽命的不同來(lái)選擇，具體可通過計(jì)算、查表或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)加以確定。2．進(jìn)給量的選擇§1-2金屬切削刀具§1-2金屬切削刀具金屬切削刀具的種類很多，其中外圓車刀最為典型，其他刀具的切削部分就其單個(gè)刀齒而言，都可看作是以外圓車刀的切削部分為基本形態(tài)演變而成刀具切削部分形態(tài)a）

鏜刀b）

鉆頭c）銑刀金屬切削刀具的種類很多，其中外圓車刀最為典型，其他刀具的切削一、刀具的構(gòu)成刀具一般由切削部分(刀頭)和夾持部分（刀體）組成。車刀的切削部分由“三面、兩刃、一尖”構(gòu)成。刀面前面(前刀面)刀具上切屑流過的表面主后面(主后刀面)刀具上同前面相交形成主切削刃的后面（即與過渡表面相對(duì)的表面）副后面(副后刀面)刀具上與前面相交形成副切削刃的后面（即與已加工表面相對(duì)的表面）切削刃主切削刃前刀面與主后刀面的交線,它擔(dān)負(fù)著主要的切削工作副切削刃前刀面與副后刀面的交線,副切削刃配合主切削刃完成少量的切削工作刀尖指主切削刃與副切削刃的連接處相當(dāng)少的一部分切削刃。即主切削刃與副切削刃的交點(diǎn),為提高刀尖強(qiáng)度,刀尖處一般磨出直線或圓弧形的過渡刃車刀的切削部分的“三面、兩刃、一尖”一、刀具的構(gòu)成刀前面(前刀面)刀具上切屑流過的表面主后面(主車刀切削部分的構(gòu)成車刀切削部分的構(gòu)成車刀刀尖的形狀a）

切削刃實(shí)際交點(diǎn)b）直線形過渡刃c）圓弧形過渡刃車刀刀尖的形狀二、刀具的切削角度1．確定刀具切削角度的輔助平面三個(gè)輔助平面二、刀具的切削角度三個(gè)輔助平面（1）基面Pr

通過主切削刃上某選定點(diǎn)與該點(diǎn)切削速度方向垂直的平面。車刀的基面平行于水平面。（2）切削平面Ps

通過主切削刃上某選定點(diǎn)與主切削刃相切并垂直于該點(diǎn)基面的平面。車刀的切削平面是鉛垂面。（3）正交平面Po

通過主切削刃上某選定點(diǎn)，且同時(shí)垂直于基面和切削平面的平面。（1）基面Pr通過主切削刃上某選定點(diǎn)與該點(diǎn)切削速度2．車刀的主要角度及作用外圓車刀的主要角度2．車刀的主要角度及作用外圓車刀的主要角度輔助平面切削角度及作用角度間的關(guān)系及大小選擇在正交平面內(nèi)測(cè)量前角γo

前刀面與基面間的夾角。它主要影響切削刃的鋒利及切屑變形程度一般選取范圍是-5°～25°，粗加工時(shí)前角宜小，精加工時(shí)前角宜大主后角αo

主后刀面與切削平面間的夾角。主后角可改變車刀主后刀面與工件間的摩擦狀況。后角的選取只能是正值，一般選取范圍是3°～12°，粗加工時(shí)選較小值，精加工時(shí)選較大值楔角βo前刀面與主后刀面間的夾角。它影響刀頭的強(qiáng)度及散熱情況前角、主后角與楔角之間的關(guān)系為：γo+αo+βo=90°在基面內(nèi)測(cè)量主偏角κr

主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向間的夾角。它能改變主切削刃與刀頭的受力及散熱情況主偏角的大小通常根據(jù)工件的形狀在45°～90°之間選取副偏角κ′r

副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向間的夾角。它可改變副切削刃與工件已加工面間的摩擦狀況一般副偏角取值6°～8°左右刀尖角εr主切削刃與副切削刃在基面上的投影之間的夾角。它影響刀尖強(qiáng)度及散熱情況主偏角、副偏角與刀尖角之間的關(guān)系為：κr+κ′r+εr=180°在切削平面內(nèi)測(cè)量刃傾角λS

主切削刃與基面間的夾角。它影響刀尖強(qiáng)度并控制切屑流出的方向刃傾角有正值、負(fù)值和零度三種情況。刃傾角λS選值一般在-5°～10°之間，粗加工時(shí)常取負(fù)值，精加工時(shí)常取正值各測(cè)量面內(nèi)測(cè)量的主要角度及作用輔助平面切削角度及作用角度間的關(guān)系及大小選擇在正交平前角γo刃傾角對(duì)切屑流向的影響刃傾角對(duì)切屑流向的影響三、刀具材料1．刀具材料應(yīng)具備的性能（1）高硬度

刀具切削部分材料的硬度必須高于工件材料的硬度，常溫下一般應(yīng)在60HRC以上。（2）高耐磨性

刀具材料必須具有良好的抵抗磨損的能力，特別是在高溫切削條件下，更需保持應(yīng)有的耐磨性。通常刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。三、刀具材料（3）足夠的強(qiáng)度和韌性保證刀具在正常切削過程中能夠承受壓力、沖擊和振動(dòng)，防止刀具的崩刃或脆性斷裂。（4）高耐熱性耐熱性是指刀具材料在高溫下能夠保持高硬度的性能，又稱為紅硬性或熱硬性。它是評(píng)定刀具材料的主要性能指標(biāo)。（5）良好的工藝性為了便于刀具的加工制造，刀具材料應(yīng)具備良好的可加工性和熱處理性。（3）足夠的強(qiáng)度和韌性保證刀具在正常切削過程中能夠承受壓力2．鉗工常用的刀具材料（1）碳素工具鋼碳素工具鋼淬火后硬度較高（60~64HRC），刃磨性好，刃口鋒利，但耐熱性差，溫度超過200℃時(shí)硬度就顯著下降，淬透性差，熱處理變形大。（2）合金工具鋼合金工具鋼與碳素工具鋼相比有較高的韌性、耐磨性和耐熱性，熱處理變形小、淬透性較好。2．鉗工常用的刀具材料（3）高速鋼高速鋼的耐磨性、耐熱性都比前兩者明顯提高，切削溫度達(dá)到550~600℃仍保持其切削性能，強(qiáng)度、韌性和制造工藝性也較好，熱處理變形小。（4）硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是以高硬度的碳化鎢、碳化鈦等為基體，與粘結(jié)金屬鈷在高溫、高壓下制成的粉末冶金材料。（3）高速鋼高速鋼的耐磨性、耐熱性都比前兩者明顯提高，切§1-3金屬切削過程與控制§1-3金屬切削過程與控制一、切屑的種類種類圖示說明帶狀切屑加工塑性金屬材料時(shí)，若切削深度較小、切削速度高、刀具前角較大時(shí)，易產(chǎn)生內(nèi)表面光滑、外表面呈毛茸狀的帶狀切屑節(jié)狀切屑在切削速度較低，切削深度較大的情況下，切削鋼及黃銅等材料時(shí)，易產(chǎn)生內(nèi)表面有裂紋、外表面呈齒狀的節(jié)狀切屑粒狀切屑在切削速度很低，切削深度很大的情況下，切削鋼等材料時(shí)，由于剪切變形完全達(dá)到材料的破壞極限，切下的切屑斷裂成均勻的顆粒狀崩碎切屑切削如鑄鐵等脆性金屬材料時(shí)，切削層金屬未經(jīng)明顯的塑形變形，就在彎曲應(yīng)力作用下脆斷，得到不規(guī)則的細(xì)粒狀切屑切屑的種類一、切屑的種類種類圖示說明帶狀切屑加工塑性金屬材料時(shí)，若切削二、切削力切削加工時(shí)，刀具使工件材料變形成為切屑所需的力稱為切削力。1．切削力的分解切削合力與分力二、切削力切削合力與分力（1）主切削力（或切向力）Fz

作用于切削速度方向的分力。（2）切深抗力（或徑向力）Fy

作用于切削深度方向的分力。（3）進(jìn)給抗力（或軸向力）Fx

作用于進(jìn)給方向的分力。它是計(jì)算機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的依據(jù)。切削力Fr和分力之間的關(guān)系為：Fr==（1）主切削力（或切向力）Fz作用于切削速度方向的分2．影響切削工件所需切削力的因素（1）工件材料

工件材料的強(qiáng)度和硬度越高，切削力就越大。（2）切削用量

切削用量中對(duì)切削力影響最大的是切削深度，其次是進(jìn)給量，影響最小的是切削速度。（3）刀具角度

刀具角度中對(duì)切削力影響最大的是前角、主偏角和刃傾角。（4）切削液

為了提高切削效果而使用的液體稱為切削液。2．影響切削工件所需切削力的因素三、切削熱可采取以下措施對(duì)刀具和工件的溫度加以控制。1．在刀具強(qiáng)度允許的情況下，適當(dāng)增大前角，以盡量減小切屑的變形和磨擦。2．在機(jī)床—工件—刀具系統(tǒng)剛性較好時(shí)，適當(dāng)減小主偏角，以改善刀具的散熱條件。3．降低切削速度。4．提高刀具前、后刀面的刃磨質(zhì)量，減小磨擦。5．合理選用切削液。三、切削熱四、刀具壽命影響刀具壽命的因素有：1．工件材料的強(qiáng)度、硬度、塑性越大時(shí)，壽命越短。2．在切削用量中，對(duì)刀具壽命影響最大的是切削速度，其次是進(jìn)給量，最小的是切削深度。3．適當(dāng)增大前角γo，減小主偏角kr、副偏角kr′和增大刀尖圓弧半徑rε，均能延長(zhǎng)刀具壽命。4．選用新型材料的刀具，是提高刀具壽命的有效途徑。5．合理地選用切削液也能延長(zhǎng)刀具壽命。四、刀具壽命五、切削液1．切削液的作用（1）冷卻作用（2）潤(rùn)滑作用（3）清洗作用（4）防銹作用五、切削液2．切削液的種類及應(yīng)用類型主要組成性能應(yīng)用水溶性切削液水溶液普通型

在水中添加亞硝酸鈉等水溶性防銹添加劑，加入碳酸鈉或磷酸三鈉，使水溶性微帶堿性冷卻性能、清洗性能好，有一定的防銹性能，潤(rùn)滑性能差

粗磨、粗加工防銹型

在水中除添加水溶性防銹添加劑外，再加表面活性劑、油性添加劑

冷卻性能、清洗性能、防銹性能好，兼有一定的潤(rùn)滑性能，透明性較好對(duì)防銹性要求高的精加工極壓型再加極壓添加劑

有一定極壓潤(rùn)滑性

重切削和強(qiáng)力磨削乳化液防銹型常用1號(hào)乳化油加水稀釋成乳化液

防銹性能好，冷卻性能、潤(rùn)滑性能一般，清洗性能稍差

適用于防銹性要求較高的工序及一般的車、銑、鉆等加工。但由于乳化液對(duì)環(huán)境污染較大，正逐步被淘汰普通型常用2號(hào)乳化油加水稀釋成乳化液

清洗性能、冷卻性能好，兼有防銹性能和潤(rùn)滑性能

適用于磨削加工及一般切削加工極壓型常用3號(hào)乳化油加水稀釋成乳化液

極壓潤(rùn)滑性能好，其他性能一般

適用于要求良好的極壓潤(rùn)滑性能的工序，如拉削、攻螺紋、鉸孔以及難加工材料的加工切削液的分類及應(yīng)用2．切削液的種類及應(yīng)用類型主要組成性能類型主要組成性能應(yīng)用水溶性切削液合成切削液多效型由水、各種表面活性劑和化學(xué)添加劑組成除具有良好的冷卻、清洗、防銹、潤(rùn)滑性能外，還能防止對(duì)銅、鋁等金屬的腐蝕作用。合成液中不含油，可節(jié)省能源，有