金屬切削原理與刀具

金屬切削原理與刀具演講人：日期:目錄02切削過程力學(xué)特性01金屬切削基礎(chǔ)理論03刀具材料與性能04刀具幾何參數(shù)設(shè)計(jì)05刀具磨損與壽命06刀具應(yīng)用與案例分析01金屬切削基礎(chǔ)理論切削定義與分類01切削定義金屬切削是金屬成形工藝中的材料去除加成形方法，通過刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，切除多余的金屬，獲得所需的形狀、尺寸和表面質(zhì)量。02切削分類按照切削方式可分為正交切削、斜切和成形切削；按照切削速度可分為低速切削、中速切削和高速切削；按照切削精度可分為粗切削、半精切削和精切削。切削運(yùn)動(dòng)形式分析主運(yùn)動(dòng)刀具相對(duì)于工件的主要切削運(yùn)動(dòng)，如車削中的主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。01使刀具相對(duì)于工件產(chǎn)生進(jìn)給方向的切削運(yùn)動(dòng)，如車削中的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。02輔助運(yùn)動(dòng)除主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)外的其他運(yùn)動(dòng)，如車削中的尾座移動(dòng)、刀具的切入和切出等。03進(jìn)給運(yùn)動(dòng)切屑形成機(jī)理切屑形成過程金屬切削時(shí)，刀具切入工件，使被切削金屬層產(chǎn)生塑性變形，當(dāng)變形達(dá)到一定程度時(shí)，金屬會(huì)沿著刀具前面形成切屑并分離出去。切屑類型切屑控制根據(jù)切削條件和金屬材料不同，切屑可分為帶狀切屑、擠裂切屑、單元切屑和崩碎切屑等類型。通過控制切削參數(shù)、刀具幾何參數(shù)和切削液等因素，可以有效地控制切屑的形狀、大小和排出方向，從而提高切削效率和加工質(zhì)量。12302切削過程力學(xué)特性切削力組成與分布切削力主要來源于工件材料的彈性變形、塑性變形及切屑與工件之間的摩擦。切削力來源根據(jù)切削力的方向和作用，可將其分解為三個(gè)相互垂直的分力，即主切削力、進(jìn)給力和背向力。切削力分類切削力的大小受工件材料、刀具材料、切削參數(shù)（如切削速度、進(jìn)給量、背吃刀量）及切削條件（如切削液、刀具磨損）等因素的影響。切削力影響因素切削溫度影響因素切削熱來源切削時(shí)，工件材料的彈塑性變形及切屑與工件、刀具間的摩擦?xí)a(chǎn)生大量切削熱。01切削溫度分布切削溫度通常集中在切削區(qū)，尤其是切屑與工件、刀具接觸的部位，其溫度最高。02切削溫度影響因素切削溫度受切削速度、進(jìn)給量、背吃刀量、工件材料、刀具材料及切削液等因素的影響。03通過優(yōu)化切削參數(shù)、提高刀具刃磨質(zhì)量、選用剛性好的工件和夾具等方法，減少切削過程中的振動(dòng)源。切削振動(dòng)控制方法減少振動(dòng)源采用隔振墊、阻尼器等裝置，將振動(dòng)隔離或減弱。隔振與減振利用傳感器監(jiān)測(cè)切削振動(dòng)，通過反饋控制系統(tǒng)調(diào)整切削參數(shù)或主動(dòng)施加反向振動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)的主動(dòng)控制。振動(dòng)主動(dòng)控制03刀具材料與性能刀具材料性能要求高硬度刀具材料需具有高硬度，以抵抗被切削材料的刻劃和磨損。01高耐磨性刀具需具備良好的耐磨性，以延長使用壽命。02高韌性刀具需承受切削過程中的沖擊和振動(dòng)，因此需具備足夠的韌性。03高熱穩(wěn)定性切削過程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，刀具需具備高熱穩(wěn)定性，以維持其性能。04硬質(zhì)合金是以難熔金屬碳化物為基，加入適量的粘結(jié)劑，通過粉末冶金工藝制成的硬質(zhì)材料。硬質(zhì)合金與涂層技術(shù)硬質(zhì)合金涂層技術(shù)是通過在刀具表面涂覆一層或多層耐磨、耐熱的化合物，以提高刀具的切削性能和壽命。涂層技術(shù)硬質(zhì)合金與涂層技術(shù)的結(jié)合，可進(jìn)一步提高刀具的耐磨性、耐熱性和使用壽命。硬質(zhì)合金與涂層結(jié)合立方氮化硼（CBN）PCD是通過人工合成技術(shù)制得的金剛石聚晶體，具有極高的硬度和耐磨性，適用于加工有色金屬和非金屬材料。聚晶金剛石（PCD）超硬刀具材料應(yīng)用隨著超硬刀具材料的發(fā)展，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，為高效、精密加工提供了有力支持。CBN是硬度僅次于金剛石的超硬材料，適用于加工高硬度鑄鐵、硬質(zhì)合金等材料。超硬刀具材料發(fā)展04刀具幾何參數(shù)設(shè)計(jì)前角前角是刀具前面與基面之間的夾角，影響切削阻力和切削變形。后角后角是刀具后面與切削平面之間的夾角，影響刀具后刀面與加工表面的摩擦和磨損。副后角副后角是副后面與切削平面之間的夾角，主要用于減小副切削刃與已加工表面的摩擦。刃傾角刃傾角是切削刃與基面之間的夾角，影響切削刃的強(qiáng)度和切削方向。刀具角度定義與作用幾何參數(shù)優(yōu)化原則幾何參數(shù)優(yōu)化原則增大前角增大副后角增大后角合理刃傾角降低切削阻力，減小切削變形，但過大前角會(huì)導(dǎo)致切削刃強(qiáng)度降低。減小刀具后刀面與加工表面的摩擦，提高刀具耐用度，但過大后角會(huì)降低切削效率。減小副切削刃與已加工表面的摩擦，提高加工表面質(zhì)量，但過大副后角會(huì)減小副切削刃的切削能力。根據(jù)切削條件和刀具材料選擇合適的刃傾角，以保證切削刃的強(qiáng)度和切削穩(wěn)定性。參數(shù)對(duì)加工質(zhì)量影響刀具角度對(duì)加工精度的影響刀具幾何參數(shù)對(duì)排屑的影響刀具幾何參數(shù)對(duì)切削力的影響刀具幾何參數(shù)對(duì)工件變形的影響合理的刀具角度能夠保證加工精度和表面粗糙度。刀具幾何參數(shù)的變化會(huì)導(dǎo)致切削力的變化，進(jìn)而影響加工效率和刀具壽命。合適的刀具幾何參數(shù)有利于切屑的卷曲和排出，避免切屑堵塞和劃傷加工表面。不合理的刀具幾何參數(shù)會(huì)導(dǎo)致工件產(chǎn)生過大的切削熱和變形，影響加工質(zhì)量和精度。05刀具磨損與壽命切削時(shí)，刀具表面與工件中的硬質(zhì)顆粒（如碳化物、氧化物等）相互摩擦，導(dǎo)致刀具表面磨損。切削時(shí)產(chǎn)生的高溫高壓條件可能使刀具表面發(fā)生相變，降低刀具的硬度和耐磨性。切削時(shí)，刀具與工件材料之間的粘結(jié)力大于切屑的斷裂強(qiáng)度，導(dǎo)致刀具表面粘結(jié)切屑，進(jìn)而形成磨損。在一定溫度下，刀具材料與工件材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硬度較低的化合物，加速刀具磨損。磨損類型與機(jī)理磨粒磨損相變磨損粘結(jié)磨損化學(xué)磨損以刀具從開始使用到磨損量達(dá)到某一規(guī)定值的時(shí)間作為壽命標(biāo)準(zhǔn)。切削時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)以刀具切削的工件長度或切削路徑長度作為壽命標(biāo)準(zhǔn)。切削距離標(biāo)準(zhǔn)綜合考慮刀具成本、工件加工成本等因素，確定最經(jīng)濟(jì)的刀具壽命。經(jīng)濟(jì)壽命標(biāo)準(zhǔn)刀具壽命評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)延長壽命技術(shù)措施選用高性能刀具材料如硬質(zhì)合金、陶瓷、立方氮化硼（CBN）等，提高刀具的硬度和耐磨性。02040301合理選用切削液切削液具有冷卻、潤滑、清洗等作用，能有效降低切削溫度，減少刀具磨損。優(yōu)化刀具幾何參數(shù)如前角、后角、刃傾角等，降低切削力，減少刀具磨損。刀具表面強(qiáng)化處理如涂層、滲氮等，提高刀具表面的硬度和耐磨性，延長刀具壽命。06刀具應(yīng)用與案例分析選用硬質(zhì)合金刀具，因其硬度高、耐磨性好、抗沖擊能力強(qiáng)。鋼鐵材料選用硬質(zhì)合金或陶瓷刀具，因其硬度高、耐磨性好，能有效減少刀具磨損。鑄鐵材料選用高速鋼刀具，因其切削性能好、韌性高、易于制造復(fù)雜刃形。有色金屬材料010302不同材料切削刀具選型選用陶瓷刀具或立方氮化硼刀具，因其具有高溫硬度高、抗氧化性能好等特點(diǎn)。高溫合金材料04高效加工參數(shù)匹配切削速度根據(jù)工件材料、刀具材料、切削深度和進(jìn)給量等因素綜合確定，以保證刀具耐用度和加工效率。01進(jìn)給量在保證工件表面質(zhì)量和刀具耐用度的前提下，盡可能選擇較大的進(jìn)給量，以提高加工效率。02切削深度根據(jù)工件材料、刀具材料以及機(jī)床剛度等因素確定，以保證切削穩(wěn)定性和加工效率。03冷卻液選擇根據(jù)工件材料、刀具材料和加工要求等因素選擇合適的冷卻液，以降低切削溫度、減少刀具磨損和提高加工質(zhì)量。04典型加工場(chǎng)景實(shí)例車削加工在車床上用