1-金屬切削的基本知識

第1章金屬切削的基本知識1.1概述1.2刀具的幾何角度及刀具材料1.3金屬切削過程1.1概述一、切削運動1.主運動2.進給運動二、工件的表面1.待加工表面2.已加工表面3.過渡表面1.1概述三、切削用量1.切削速度vc2.進給量f3.背吃刀量ap1.1概述四、切削層參數(shù)1.切削層厚度hD2.切削層寬度bD3.切削層截面面積AD1.2刀具的幾何角度及刀具材料一、刀具的幾何角度1.車刀的組成一、刀具的幾何角度2.刀具標注角度的參考系1）確定方法假定運動條件：只考慮主運動，不考慮進給運動的大小。假定安裝條件：刀具安裝絕對正確?！镌谠搮⒖枷抵写_定的刀具幾何角度即為刀具的靜止角度，或稱為標注角度。1.2刀具的幾何角度及刀具材料一、刀具的幾何角度2.刀具標注角度的參考系2）建立1.2刀具的幾何角度及刀具材料2.2刀具的幾何角度及刀具材料一、刀具的幾何角度2.刀具標注角度的參考系3）靜止角度的標注前角：正交平面中測量的前刀面和基面之間的夾角。后角：正交平面中測量的后刀面和切削平面之間的夾角。主偏角：基面中測量的主切削刃與進給運動方向之間的夾角。刃傾角：切削平面中測量的主切削刃與過刀尖所做基面之間的夾角。副偏角副后角一、刀具的幾何角度2.刀具標注角度的參考系4）角度正負的規(guī)定

在主剖面中，前刀面與基面平行時前角為零；前刀面與切削平面間夾角小于90°時，前角為正；大于90°時，前角為負。

后刀面與基面夾角小于90°時，后角為正；大于90°時后角為負。加工中，后角一般不選負值。1.2刀具的幾何角度及刀具材料一、刀具的幾何角度2.刀具標注角度的參考系4）角度正負的規(guī)定刃傾角正負的規(guī)定：

1.2刀具的幾何角度及刀具材料二、刀具的材料1.刀具材料需具備的性能1）高的硬度2）高的耐磨性3）足夠的強度和韌性4）高的耐熱性5）良好的工藝性1.2刀具的幾何角度及刀具材料二、刀具的材料2.刀具材料的種類1）高速鋼是在合金工具鋼中加入W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具鋼；可制造形狀復雜的刀具，如絲錐、拉刀、成形刀具等；按化學成分可分為鎢系、鎢鉬系；按切削性能可分為普通高速鋼和高性能高速鋼。1.2刀具的幾何角度及刀具材料1.2刀具的幾何角度及刀具材料二、刀具的材料2.刀具材料的種類2）硬質(zhì)合金用粉末冶金的方法制成的，由硬度和熔點很高的金屬碳化物（WC、TiC等）微粉和金屬粘結(jié)劑（Co、Ni、Mo等），經(jīng)高壓成形，并在高溫下燒結(jié)而成。應(yīng)用廣泛。大多數(shù)的車刀、端銑刀以至深孔鉆、鉸刀、拉刀、齒輪刀具等。還可用于加工高速鋼刀具不能切削的淬硬鋼等硬材料。1.2刀具的幾何角度及刀具材料二、刀具的材料2.刀具材料的種類2）硬質(zhì)合金——常用有YG類、YT類、YA類、YW類、YN類。含鈷量越多，韌性越好，適合粗加工；含鈷量少用于精加工。主要用于加工塑主性材料，不適合加工含Ti元素的不銹鋼。主要用于加工塑性材料，不適合加工含Ti元素的不銹鋼。適用于冷硬鑄鐵、有色金屬及其合金進行半精加工，也可對高錳鋼、淬火鋼進行半精加工和精加工。主要用于對碳鋼、合金鋼、工具鋼、淬火鋼等進行精加工。1.2刀具的幾何角度及刀具材料二、刀具的材料2.刀具材料的種類3）其他刀具材料陶瓷——主要用于對鋼、鑄鐵、高硬度材料進行連續(xù)切削時的半精加工和精加工；1.2刀具的幾何角度及刀具材料二、刀具的材料2.刀具材料的種類3）其他刀具材料金剛石——精密切削有色金屬及合金、陶瓷燈高硬度、高耐磨材料，不適合加工鋼材；1.2刀具的幾何角度及刀具材料二、刀具的材料2.刀具材料的種類3）其他刀具材料立方氮化硼——主要用于高溫合金、淬硬鋼、冷硬鑄鐵等材料進行半精加工和精加工；1.2刀具的幾何角度及刀具材料納米級刀具、刀片二、刀具的材料2.刀具材料的種類3）其他刀具材料表面涂層——使刀具耐磨性提高，具有抗氧化和抗粘結(jié)的特點，延遲磨損，保持好韌性。1.2刀具的幾何角度及刀具材料1.3金屬切削過程一、切屑和積屑瘤1.切屑類型（1）帶狀切屑（2）節(jié)狀切屑1.3金屬切削過程一、切屑和積屑瘤1.切屑類型（3）粒狀切屑（4）崩碎切屑1.3金屬切削過程一、切屑和積屑瘤2.積屑瘤（1）現(xiàn)象在一定切削范圍內(nèi)，加工塑性金屬，在前刀面出現(xiàn)的高硬金屬塊為積屑瘤。切屑刀具積屑瘤1.3金屬切削過程一、切屑和積屑瘤2.積屑瘤（2）產(chǎn)生與成長（3）脫落與消失（4）作用——對粗加工有利，對精加工不利。（5）減小措施——避免易產(chǎn)生積屑瘤的切削速度；采用大前角刀具；提高工件硬度；減小進給量；減小前刀面粗糙度等等。1.3金屬切削過程二、切削力1.來源——變形抗力和摩擦抗力1.3金屬切削過程二、切削力2.分解——主切削力、背向力、進給力1.3金屬切削過程二、切削力3.計算——查手冊4.影響因素（1）工件材料（2）切削用量（3）刀具幾何角度1.3金屬切削過程二、切削力5.切削功率

切削功率是指車削時在切削區(qū)域內(nèi)消耗的功率，通常計算的是主運動所消耗的功率。

機床電動機所需功率PE應(yīng)為：可作為校驗和選取機床電動機的主要依據(jù)。

1.3金屬切削過程三、切削熱和切削溫度1.切削熱切削熱是由切削功轉(zhuǎn)變而來的，由切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)帶走。1.3金屬切削過程三、切削熱和切削溫度2.切削溫度切削熱是通過切削溫度而對工件與刀具產(chǎn)生作用的。切削區(qū)域處溫度的高低，決定于該處切削熱的多少和散熱的快慢。通常所說的切削溫度一般是指切削區(qū)域的平均溫度。3.影響切削溫度的因素

切削速度、進給量、刀具幾何角度等。1.3金屬切削過程四、刀具磨損與刀具耐用度1.刀具磨損的形式分為正常磨損和非正常磨損兩大類。（1）正常磨損——指在刀具設(shè)計與使用合理、制造與刃磨質(zhì)量符合要求的情況下，刀具在切削過程中逐漸產(chǎn)生的磨損。（2）非正常磨損——由于沖擊、震動、熱效應(yīng)等原因致使刀具崩刃、碎裂和損壞。1.3金屬切削過程四、刀具磨損與刀具耐用度1.刀具磨損的形式a.前刀面磨損b.后刀面磨損c.前后刀面同時磨損1.3金屬切削過程四、刀具磨損與刀具耐用度2.刀具磨損的過程1.3金屬切削過程四、刀具磨損與刀具耐用度3.刀具磨損限度應(yīng)該規(guī)定刀具用到產(chǎn)生急劇磨損前必須重磨或更換新刀刃。這時刀具的磨損量稱為磨損限度或磨鈍標準。由于后刀面磨損是常見的，且易于控制和測量，因此，規(guī)定后刀面上均勻磨損區(qū)的高度VB值作為刀具的磨鈍標準。1.3金屬切削過程四、刀具磨損與刀具耐用度4.刀具的耐用度

一把新刃磨的刀具從開始切削到達到同樣磨損限度所經(jīng)過的總的切削時間，用T表示，也可以用加工同樣零件的數(shù)量或切削路程長度來表示。5.刀具壽命

一把新刀從使用到報廢位置的切削時間，是刀具耐用度與磨刀次數(shù)的乘積。1.3金屬切削過程五、切削液的合理選擇1.作用冷卻潤滑清洗和防銹2.種類水溶液乳化液切削油1.3金屬切削過程五、切削液的合理選擇3.選用1.3金屬切削過程五、切削液的合理選擇4.使用方法六、刀具幾何角度的合理選擇★刀具合理幾何參數(shù)是指在保證加工質(zhì)量的前提下，能夠滿足生產(chǎn)率高、加工成本低的刀具幾何參數(shù)?！镏饕ǖ毒呷行?、切削刃的剖面型式、刀面型式和刀具角度等。1.3金屬切削過程六、刀具幾何角度的合理選擇●刀具刃形——指切削刃的形狀。常見的有直線刃、折線刃、圓弧刃、波形刃等。1.3金屬切削過程六、刀具幾何角度的合理選擇●切削刃的剖面型式——有鋒刃、消振棱、倒圓刃、刃帶等。a)鋒刃b)負倒棱c)刃帶d)消振棱e)倒圓刃1.3金屬切削過程六、刀具幾何角度的合理選擇●刀面型式——如卷屑槽、斷屑臺、臺刀面的雙重刃磨等；●刀具角度——前角、后角、主偏角、刃傾角及副后角、副偏角。1.3金屬切削過程六、刀具幾何角度的合理選擇1.前角及前刀面的選擇1）前角的功用γ0↑↓切削變形、↓切削力、↓切削溫度、↓刀具磨損、↓積屑瘤、↑加工質(zhì)量。γ0↑↑↓刀頭強度，↓散熱能力，↑崩刃。故γ0↑↑×，γ0↓↓×。1.3金屬切削過程六、刀具幾何角度的合理選擇1.前角及前刀面的選擇2）前角的選取原則（1）根據(jù)工件材料的性質(zhì)——塑選大，脆選小，越強硬越選小。1.3金屬切削過程六、刀具幾何角度的合理選擇1.前角及前刀面的選擇2）前角的選取原則（2）根據(jù)刀具材料的性質(zhì)——強韌好，大前角；強韌差，小前角。1.3金屬切削過程六、刀具幾何角度的合理選擇1.前角及前刀面的選擇2）前角的選取原則（3）根據(jù)加工性質(zhì)——粗小，精大。

（表）1.3金屬切削過程5～10鈦合金35～4030～35鋁及鋁合金5～1010～15銅及銅合金5～1010～15灰鑄鐵20～2515～20奧氏體不銹鋼-15～-5淬火鋼15～2010-15合金鋼15～2010～15中碳鋼25～3020～25低碳鋼精車粗車合理前角（度）工件材料硬質(zhì)合金車刀合理前角參考值六、刀具幾何角度的合理選擇1.前角及前刀面的選擇3）前刀面型式（1）正前角平面型結(jié)構(gòu)簡單、刀刃銳利，但強度低，傳熱能力差。多用于切削脆性材料用刀具、精加工用刀具、成形刀具和多刃刀具。1.3金屬切削過程六、刀具幾何角度的合理選擇1.前角及前刀面的選擇3）前刀面型式（2）正前角平面帶倒棱型倒棱可提高刀刃強度、增強散熱能力，從而提高刀具耐用度。多用于粗加工鑄鍛件或斷續(xù)切削。1.3刀具的幾何角度及刀具材料六、刀具幾何角度的合理選擇1.前角及前刀面的選擇3）前刀面型式（3）正前角曲面帶倒棱型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。常用于粗加工或精加工塑性材料的刀具。1.3金屬切削過程六、刀具幾何角度的合理選擇1.前角及前刀面的選擇3）前刀面型式（4）負前角單面型磨損主要發(fā)生在后刀面時，用此類型，此時刀片應(yīng)有好的刀刃強度。常用于切削高硬度材料和淬火鋼材料。1.3金屬切削過程六、刀具幾何角度的合理選擇1.前角及前刀面的選擇3）前刀面型式（5）負前角雙面型磨損同時發(fā)生在前、后兩個刀面時，制成此型式，可使刀片的重磨次數(shù)增多。1.3金屬切削過程六、刀具幾何角度的合理選擇2.后角及后刀面的選擇1）后角的作用α0↑↓后刀面與過渡表面的摩擦，↓刀具磨損；↓切削刃鈍圓半徑，使刀具鋒利；↑刀具切削性能，↓工件表面粗糙度。α0↑↑↓刀刃強度和散熱能力。1.3金屬切削過程六、刀具幾何角度的合理選擇2.后角及后刀面的選擇2）后角的選取原則依據(jù)切削厚度依據(jù)工件材料性能依據(jù)工藝系統(tǒng)剛性依據(jù)刀具尺寸1.3金屬切削過程5410～15鈦合金10～128～10鋁及鋁合金6～86～8銅及銅合金6～84～6灰鑄鐵8～106～8奧氏體不銹鋼8～10淬火鋼6～85～7合金鋼6～85～7中碳鋼10～128～10低碳鋼精車粗車合理后角（度）工件材料硬質(zhì)合金車刀合理后角參考值六、刀具幾何角度的合理選擇2.后角及后刀面的選擇3）后刀面型式（1）雙重后角為保證刃口強度，減小刃磨后刀面的工作量，采用此型式。1.3金屬切削過程六、刀具幾何角度的合理選擇2.后角及后刀面的選擇3）后刀面型式（2）消振棱為增加后刀面與過渡表面之間的接觸面積，消除振動，采用此類型。1.3金屬切削過程六、刀具幾何角度的合理選擇2.后角及后刀面的選擇3）后刀面型式（3）刃帶對一些定尺寸刀具，為便于控制外徑尺寸，避免重磨后尺寸精度迅速變化，在后刀面上刃磨出后角為0的小棱邊。刃帶1.3金屬切削過程六、刀具幾何角度的合理選擇3.副后角的選擇

通常等于后角的數(shù)值。特殊刀具可選1°-2°。1.3金屬切削過程六、刀具幾何角度的合理選擇4.主偏角的選擇1）功用影響切削分力的大??；影響加工表面粗糙度值的大?。挥绊懙毒吣陀枚?；影響工件表面形狀。1.3金屬切削過程六、刀具幾何角度的合理選擇4.主偏角的選擇2）選擇原則——在工藝剛性