1、海洋金屬切削原理與刀具教案10 / 53塞門海洋職業技術學浣教案系部教研 室課程名稱 適用班級 主講教師 職稱20132014學年第二學期機電工程系機械制造金屬切削原理與刀具數控 3121、3122、3123鄒笑平高級工二。一四年一月八日廈門海洋職業技術學院教務處制這是被加工材料的代號：P-一般碳鋼及合金鋼;M-不銹鋼及鋼鑄件;K-灰鑄鐵及球鬢鑄鐵;N-鋁及有色金屬以及非鐵金屬；S-鈦合金及銀基合金;H-淬硬鋼及冷硬鑄鐵授課時間課次授課形式（請打J）授課題目教學目的教學重點教學難點使用的教 具/多媒體 /儀器/儀 表/設備等 教學方法參考資料教 案3121班第5周星期一、3122班第5周星期一

2、、3123班第5周星期一、三、四、 三、四、五第 7.8, 7.8 ,三、四、第 5.6, 5.6 , 五第 7.8, 7.8 , 1.2, 5.6 節 1.2, 5.6 節3.4 節4學時數8純理論口 純實踐口 理實一體化也習題課口 其他口緒論、切削運動、刀具切削部分基本定義，刀具角度。掌握切削運動的基本念掌握刀具切削部分幾何參數及刀具南度的概念六個基本角度刀具切削部分幾何參數的基本定義講授、舉例說明。多媒體，刀具實物緒 論課程性質和任務金屬切削原理與刀具課程是機械工程及自動化專業機制方向的專業任選課。本課程是研究金屬切削加工過程及刀具設計、使用的一門科學，該課程既有理論性乂 有很強的實踐應

3、用性，為學生在日后工作中解決機械制造技術問題奠定一定的基礎。本課程是由金屬切削原理和金屬切削刀具兩部分組成，前者乂是本課程及其它專 業課程的基礎，主要講述金屬切削過程中各種物理現象的變化規律，以及應用這些規 律解決金屬切削技術問題的方法；后者主要講述通用刀具和專用刀具的類型、結構特 點、應用范圍及設計計算方法等。能力培養學習本課程后，應具備以下能力：能正確圖示并合理選擇刀具幾何參數；掌握金屬切削基本規律，并會初步運用其 分析解決金屬切削的技術問題；了解常見通用刀具的類型、結構特點與應用范圍，并 能正確選用；初步掌握專用刀具的設計計算方法；對刀具的發展趨勢和新成就有初步 的了解；具有較強的自學能

4、力和創新意識，能進一步研究探討金屬切削與刀具設計理 論。第一章基本定義第一節切削運動與切削用量金屬切削加工：是工件與刀具相互作用的過程，是用刀具從工件表面上切除多余 的材料的過程。金屬切削加工的目的：使被加工零件的尺寸精度、形狀和位置精度、表面質量達 到設計與使用要求。容 及 設 計實現切削過程的三個條件L切削運動：工件與刀具之間要有相對運動。2 .切削性能：刀具材料必須具備一定的切削性能。3 .切削角度：刀具必須具有合理的幾何參數。三個表面待加工表面：工件上即將切除的表面。已加工表面：工件上已經切除而形成的新表面。過度表面（加工表面）：工件上正在切削的表面。切削運動刀具與工件間的相對運動（即

5、表面成形運動）。切削運動可分為主運動和進給運 動。主運動和進給運動的向量合稱為合成切削運動。主運動：使工件與刀具產生相對運動以進行切削的最基本的運動，稱為主運動。 特征：速度最高、消耗功率最大。只有一個。進給運動：使主運動能夠連續切除工件上多余的金屬，以便形成工件表面所需的 運動，稱為進給運動。特征：速度低、消耗功率小。可有多個。切削層在切削過程中，刀具的刀刃在一次走刀中從工件待加工表面切下的金屬層，稱為 切削層。切削層參數是指這個切削層的截面尺寸，一般在基面內度量和觀察。切削用量是切削加工中切削速度、進給量和背吃刀量（切削深度）的總稱。切削速度外：切削加工時，切削刃上選定點相對于工件的主運動

6、的速度。單位為m/s 或 m/min o主運動是旋轉時，最大切削運動是：_ ""1$或加 / min ）1000進給量f：是指刀具在進給運動方向上相對工件的位移量。當主運動是回轉運動時，進給量指工件或刀具每回轉一周，兩者沿進給方向的相 對位移量，單位為mm/r；當主運動是直線運動時，進給量指刀具或工件每往復直線運動一次，兩者沿進給 方向的相對位移量，單位為mm/str或mm/單行程；對于多齒的旋轉刀具（如銃刀、切齒刀），常用每齒進給量fz,單位為mni/z或mm/齒。它與進給量f的關系為z fz進給速度打：指切削刃上選定點相對工件進給運動的瞬間時速度，單位為mm/s 或m/

7、min。車削時進給運動速度為：of=n f背吃刀量（切削深度）aP ：在基面上，垂直于進給運動方向測量的切削層最大尺 寸（已加工表面與待加工表面間的垂直距離）。外圓車削的背吃刀量：即=（dw-dm） /2合成切削運動：山主運動和進給運動合成的運動。合成切削速度入：切削刃上選定點相對于工件的合成運動的瞬時速度。%=Uc+ Uf第二節刀具幾何角度刀具的組成：由工作部分和非工作部分構成（車刀由刀頭和刀柄兩部分組成）。刀頭用于切削，刀柄用于裝夾。刀具切削部分的組成外圓車刀是最基本、最典型的切削刀具，其切削部分（乂稱刀頭）組成可用一句 話總結：“三面兩刃一尖二前面（前刀面）ay：刀具上切屑流過的表面。主

8、后面（后面）AC1：與工件過渡表面相對的表面。副后面與已加工表面相對的表面。主切削刃S：前刀面與主后刀面的交線。它完成主要的切削工作。副切削刃SZ前刀面與副后刀面的交線。它配合主切削刃完成切削工作，并最終 形成已加工表面。刀尖（過渡刃）：主切削刃和副切削刃連接處的一段刀刃。它可以是小的直線段, 折線段，或圓弧。刀具角度參考系刀具角度是確定刀具切削部分幾何形狀的重要參數。用于定義刀具角度的各基準 坐標平面稱為參考系。參考系有兩類刀具靜止參考系：用于刀具的設計、刃磨和測量的參考系。刀具工作參考系：它是確定刀具切削工作時的基準，用于定義刀具的工作角度。刀具靜止（標注角度）參考系用于刀具的設計、刃磨和

9、測量的參考系四個假設條件L裝刀時，刀尖恰在工件的中心線上；2 ,刀具的軸線垂直工件的軸線；3 .沒有進給運動；4 ,工件已加工表面的形狀是圓住表面。正交平面參考系由以下三個在空間相互垂直的參考平面構成。切削平面Ps：包含有切削刃選定點的切線與切削速度向量的平面。基面Pr：通過切削刃選定點且垂直于切削速度向量的平面。正交平面P。：是過切削刃選定點，并垂直于切削平面PS與基面Pr的平面。法平面參考系法平面參考系由基面Pr、切削平面PS和法平面Pn組成。法平面Pn ：過主切削刃選定點并垂直于主切削刃或其切線的平面。假定工作平面參考系假定工作平面參考系由Pr、Pf和Pp組成。假定進給平面（假定工作平面

10、）Pf ：過主切削刃選定點，平行于假定進給運動方 向并垂直于基面的平面。假定切深平面（背平面）Pp ：過切削刃上選定點，垂直于假定進給平面和基面的 平面。正交平面參考系內的標注角度前角丫。：在正交平面內測量的前刀面與基面之間的夾角。前角表示前刀面的傾斜 程度，有正、負和零值之分，其符號規定如圖所示。后角在正交平面內測量的主后刀面與切削平面之間的夾角。后角表示主后刀 面的傾斜程度，一般為正值。主偏角在基面內測量的主切削刃在基面上的投影與進給運動方向的夾角。主 偏角一般為正值。刃傾角As：在切削平面內測量的主切削刃與基面之間的夾角。當主切削刃呈水平時，入s=0；刀尖為主切削刃最低點時，入sVO；刀

11、尖為主切削 刃上最高點是，入s>0。副偏角KJ：在基面內測量的副切削刃在基面上的投影與進給運動反方向的夾角。 副偏角一般為正值。副后角a在正交平面內測量的副后刀面與切削平面的夾角。k r'和 a o'在正交平面參考系中，需要6個獨立角度、丫。、q 確定一把刀具切削部分的幾何形狀。法平面參考系內的標注角度法平面參考系由Pr、Ps、Pn三個面組成。法前角Yn、法后角an、法楔角B n、主偏角k八刃傾角前角入s、副偏角k J 法前角Yn ：在法平面內測量的前刀面Ay與基面Pr的夾角。法后角a n：在法平面內測量的切削平面Ps與后刀面A a的夾角。法楔角Bn：在法剖平面內測量的前

12、刀面AY與后刀面A Q的夾角。假定工作平面參考系中的標注角度背前角Yp、背后角Qp、背楔角Bp、側前角Yf、側后角a f、側楔角B f刀具角度的一面二角分析法空間任意一個平面的定向角度只需兩個，所以判斷刀具切削部分需要標注的獨立 角度數量可用一面二角分析法確定。即刀具需要標注的獨立角度的數量是刀面數量的二倍。用工作圖標注刀具幾何參數時首先應判斷或假定刀具哪條是主切削刃，那條是副 切削刃。然后就可確定各切削刃的基準坐標平面及全部的標注參數。四、刀具的工作角度刀具在工作參考系中確定的角度稱為刀具工作角度。與靜態系統中正交平面參考系建立的定義和程序相似，不同點就在于它以合成切 削運動外或刀具安裝位置

13、條件來確定工作參考系的基面Preo由于工作基面的變化，將帶來工作切削平面pse的變化，從而導致工作前角Yoe、 工作后角Qoe的變化。研究刀具工作角度的變化趨勢，對刀具的設計、改進、革新有重要的指導意義。刀具工作參考系工作基面Pre：通過切削刃上的選定點，垂直于合成切削運動速度方向的平面。工作切削平面Pse：通過切削刃上的選定點，與切削刃相切且垂直于工作基面的平 面。工作正交平面Poe：通過切削刃上的選定點，同時垂直于工作基面、工作切削平面 的平面。刀具工作角度的定義與標注角度類似。在工作正交平面參考系中，一般考核刀具工作角度（Yoe、Qoe、心K、Q&、 Ase）的變化，對刀具角度設

14、計補償量以及對切削加工過程的影響情況。在車削（切斷、車螺紋、車絲杠）、鏢孔、銃削等加工中，通常因刀具工作角度 的變化，對工件已加工表面質量或切削性能造成不利影響。刀具安裝對工作角度的影響刀桿安裝偏斜對工作主、副偏角的影響刀尖安裝高低對工作前、后角的影響進給運動對工作角度的影響進給運動方向與工件旋轉軸線不平行 軸向進給運動對工作前、后角的影響 橫向進給運動的影響新課引入3分鐘 講授新課79分鐘 課堂訓練5分鐘 小結3分鐘。課后作業/ 思考題 教學后記說明：1,課程教案應按授課次數編寫；重復班授課不再另行編寫教案。2,合班課的“授課時間”可以集中填寫。授課時間3121班第6周星期一、 三、四、五第

15、78 7.8 , 12 5.6 i*J3122班第6周星期一、 三、四、第 5.6, 5.6 ,3123班第6周星期一、 三、四、五第7.8, 7.8 ,3.4 &12 5.6 行課次4學時數8授課形式（請打J）純理論口純實踐口理實一體化日習題課口其他口授課題目切削層與切削方式；金屬切削對刀具材料性能的要求；常用刀具材料性 能及應用。教學目的掌握常用刀具材料性能及應用：高速鋼 硬質合金教學重點金屬切削對刀具材料性能的6項要求教學難點常用刀具材料性能及應用：高速鋼 硬質合金使用的教 具/多媒體 /儀器/儀 表/設備等多媒體教學方法講授、列舉工廠實際。參考資料教 學 基 本 內 容 及 設

16、第三節切削層與切削方式切削層：是指在切削過程中，由刀具在切削部分的一個單一動作（或指切削部分切過 工件的一個單程，或指只產生一圈過渡表面的動作）所切除的工件材料層切削層。切削層參數：是指切削層的截面尺寸，它決定刀具所承受的負荷和切屑的尺寸大小， 一般在基而內度量和觀察切削層公稱厚度友：垂直于正在加工的表而（過渡表面）度量的切削層參數。（簡稱 切削厚度）勵=f sin Kr切削層公稱寬度bs ：平行于正在加工的表面（過渡表面）度量的切削層參數。（簡 稱切削寬度）&二a,/sinK,切削層公稱橫截面積也：在切削層參數平面內度量的橫截而積。（簡稱切削而積） 月樂力0 bj3/f上述公式中可看

17、出：慶、慶均與主偏角有關，但切削層公稱橫截而積也只與上、兒 或f、a。有關。殘留而積實際橫截而積切削方式正交切削（直角切削）：正交切削是指切削刃垂直于合成切削運動方向的切削方式。 顯然直角切削其切削刃刃傾角4s=0。非正交切削（斜角切削）：切削刃不垂直于合成切削運動方向的切削，稱非正交切削， 即 A sHO。自由切削：自由切削是指只有一條直線切削刃參與切削的方式，其特點是切削刃上各 點切屑流出方向一致，且金屬變形在二維平而內。非自由切削：曲線刀刃或兩條以上切削刃參與切削的切削方式稱為非自由切削方式。在實際生產中，切削方式多屬于非自由切削方式。在今后對金屬切削變形的研究中， 為了簡化條件常采用自

18、由切削方式。第二章刀具材料刀具材料一般是指刀具切削部分的材料在切削過程中，刀具擔負著切除工件上多余金屬以形成已加工表面的任務。刀具的切 削性能好壞，取決于刀具切削部分的材料、幾何參數以及結構的合理性等。刀具材料對刀 具壽命、加工生產效率、加工質量以及加工成本都有很大影響，因此必須合理選擇。刀具 材料的發展受著工件材料發展的促進和影響。刀具材料應具備的性能高的硬度和耐磨性足夠的強度和韌性高的耐熱性（熱穩定性）良好的物理特性良好的工藝性經濟性高的硬度和耐磨性：硬度是刀具材料應具備的基本特性。刀具要從工件上切下切屑， 其硬度必須比工件材料的硬度大。切削金屬所用刀具的切削刃的硬度，刀具材料常溫硬度 一

19、般要求大于60HRC。耐磨性是材料抵抗磨損的能力。一般來說，刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。組教 學 基 本 內 容 及 設 計織中硬質點（碳化物、氮化物等）的硬度越高，數量越多，顆粒越小，分布越均勻，則耐 磨性越高。但刀具材料的耐磨性實際上不僅取決于它的硬度，而且也和它的化學成分、強 度、顯微組織及摩擦區的溫度有關。足夠的強度和韌性：為承受切削負荷、振動和沖擊，刀具材料必須具備足夠的強度和 韌性。高的耐熱性（熱穩定性）：耐熱性是衡量刀具材料切削性能的主要標志。它是指刀具 材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強度和韌性的性能。刀具材料的高溫硬度愈高，則刀具 的切削性能愈好，允許的切削速度也愈高。除

20、高溫硬度外，刀具材料還應具有在高溫下抗氧化的能力以及良好的抗粘結和抗擴散 能力，即刀具材料應具有良好的化學穩定性。良好的物理特性：刀具材料應具備良好的導熱性、大的熱容量以及優良的熱沖擊性能。良好的工藝性能：為便于刀具制造，要求刀具材料具有良好的工藝性能，如鍛造性能、 熱處理性能、高溫塑性變形性能、磨削加工性能等等。經濟性：經濟性是刀具材料的重要指標之一。刀具材料的發展應結合本國資源。有的 刀具（如超硬材料刀具）雖然單件成本很貴，但因其使用壽命很長，分攤到每個零件的成 本不一定很高。因此在選用時要考慮經濟效果。此外，在切削加工自動化和柔性制造系統 中，也要求刀具的切削性能比較穩定和可靠，有一定的

21、可預測性和高度的可靠性。常用刀具材料工具鋼：包括碳素工具鋼（如T10A、T12A）、合金工具鋼（如9SiCr、CrWMn）高速鋼硬質合：有銬鉆類硬質合金、鴇鈦鉆類硬質合金和鋁鈦粗（銀）類硬質合金。陶瓷超硬刀具材料：金剛石及立方氮化硼等。碳素工具鋼和合金工具鋼因耐熱性低而常用于手工工具。陶瓷、金剛石及立方氮化硼目前僅用于超硬工件的加工。目前最常用的是高速鋼和硬質合金。高速鋼它是一種加入較多鴇、鋁、銘、帆等合金元素的高合金鋼。熱處理后硬度可達6266HRC,抗彎強度約3.3GPa,有較高的熱穩定性、耐磨性、 耐熱性。切削溫度在500650° C時仍能進行切削。由于熱處理變形小、能鍛易磨，

22、所以 特別適合于制造結構和刃型復雜的刀具，如成形車刀、銃刀、鉆頭、切齒刀、螺紋刀具和 拉刀等。高速鋼的分類按用途可分為：通用高速鋼和高性能高速鋼。按制造工藝可分為：熔煉高速鋼、粉末冶金高速鋼和表面涂層高速鋼。按基本化學成份可分為：鴇系和筲鋁系。通用型高速鋼這類高速鋼含碳量為0.70.9%,合金元素主要成分有叭M。、Gr、V等。主要牌號：鴇鋼：W18Cr4V （18-4-1）由于鋁價高，熱塑性差，碳化物分布不均勻等原因，目前 國內外已很少采用。鴇用鋼：它是鴇鋼中部分銬用鋁取代而獲得的一種高速鋼。典型牌號W6Mo5Cr4V2 （6 一5一42）,簡稱M2鋼。強度、韌性、熱塑性好，但熱處理時易脫炭、

23、氧化，且淬火溫 度范圍窄等，用于熱軋刀具或熱成形刀具。另一種是W9Mo3Cr4V （9 3 4 1）簡稱W9。教 學 基 本 內 容 及 設 計其碳化物均勻界于M2與W18之間，熱穩定性優于M2。高性能高速鋼高性能高速鋼是指在通用型高速鋼中增加碳、鈿、鉆或鋁等合金元素，使其常溫硬度 可達6770HRC,耐磨性與熱穩定性進一步提高。典型牌號：高碳高速鋼9W6Mo5Cr4V2高帆高速鋼W6Mo5Cr4V3鉆高速鋼 W6Mo5Cr4V2Co5、W18Cr4VCo5超硬高速鋼 W2Mo9Cr4VCo8 （M42） W6Mo5Cr4V2Al （501）可以用于加工不銹鋼、高溫合金、耐熱鋼和高強度鋼等難加

24、工材料。粉末冶金高速鋼粉末冶金高速鋼是用高壓敏氣或純氮氣霧化熔融的高速鋼鋼水而得到細小的高速鋼粉 末，然后再熱壓鍛軋制成。優點可有效地解決一般熔煉高速鋼在鑄造時要產生的粗大碳化物共晶偏析，得到細小均勻 的結晶組織。這就使這種鋼有良好的力學性能。強度和韌性分別是熔煉鋼的2倍和2. 53 倍。這種鋼的磨加工性很好，磨削表面粗糙度可顯著減小。由于粉冶鋼物理力學性能的高度各向同性，可減小淬火時的變形（只及熔煉鋼的1/2 1/3 ） o粉冶鋼的耐磨性可提高20$30%。適用于制造精密刀具、大尺寸（滾刀、插齒刀）刀具、復雜成形刀具、拉刀等。硬質合金硬質合金是由高硬度和高熔點的金屬碳化物（碳化筲WC、碳化鈦

25、TiC、碳化但TaC、 碳化銀NbC等）和金屬粘結劑（Co、M。、Ni等）用粉末冶金工藝制成。特點：硬質合金刀具常溫硬度為8993HRA,化學穩定性好，熱穩定性好，耐磨性好， 耐熱性達8001000° Ca硬質合金刀具允許的切削速度比高速鋼刀具高510倍，切削鋼 時，切削速度可達220m/min。硬質合金以其優良的性能被廣泛用作刀具材料。大多數車刀、端銃刀等均由硬質合金 制造。硬質合金分為類P類，用于加工長切屑（塑性）黑色金屬。相當我國YT類硬質合金；K類，用于加工短切屑（脆性）黑色金屬、有色金屬和非金屬材料。相當于我國的YG 類：M類，可加工長切屑和短切屑黑色金屬和有色金屬。相當于

26、我國的YW類。K類：鴇鉆類硬質合金 代號為YGo這類合金是由WC和Co組成。合金中含鉆量愈高， 韌性愈好，適合于粗加工，反之用于精加工。我國生產的常用牌號有YG3X、YG6X、YG6、 YG8等，含Co量分別為3以6泉6%, 8機YG （K）類硬質合金，有較好的韌性、磨削性、 導熱性。硬度為8991. 5HRA,抗彎強度為1.1-1. 5GPa比YT類高。適合于加工產生崩碎 切屑及有沖擊載荷的脆性金屬材料。如黑色金屬、有色金屬以及非金屬材料，低速時也可 加工鈦合金等耐熱鋼。P類：鴇鈦鉆類硬質合金 代號為YTo它以WC為基體，添加TiC,用Co作粘結劑燒 結而成，常用牌號有YT5、YT14、YT

27、15及YT30, TiC含量分別為5%、14%、15$和30%相 應的鉆含量為10%、8泉6%及4%主要用于加工鋼料：不宜加工不銹鋼和鈦合金：適合于精海洋金屬切削原理與刀具教案教 學 基 本 內 容 及 設 計加工。這類合金的硬度為89. 592. 5HRA,抗彎強度為0. 91. 4GPa。隨著合金成分中TiC 含量的提高和Co含量的降低，硬度和耐磨性提高，抗彎強度則降低。YT類硬質合金的突 出優點是耐熱性好。M類：筲鈦包（銀）類硬質合金 代號為YW。它在YT （P）類硬質合金中加入TaC或 NbC,這樣可提高抗彎強度、疲勞強度、沖擊韌性、抗氧化能力、耐磨性和高溫硬度等。它 既適用于加工脆性

28、材料，又適用于加工塑性材料。以上三類硬質合金的主要成分都是WC,故可統稱為WC基硬質合金。YN類硬質合金（TiC基硬質合金）：這類合金是TiC為主要硬質相，以Ni或Mo為 粘結相制成的合金。它比WC基合金有高的耐磨性、耐熱性和高的硬度（近似陶瓷），但抗 彎強度和沖擊韌性較差。通常適用于鋼和鑄鐵的半精加工和精加工。代表牌號為YN05和 YNlOo硬質合金的選用YG類硬質合金主要用于加工鑄鐵、有色金屬及非金屬材料。YT類硬質合金適于加工鋼料。YW類硬質合金則主要用于加工耐熱鋼、高鎰鋼、不銹鋼等難加工材料。硬質合金中含鉆量增多（WC、TiC含量減少）時，其抗彎強度和沖擊韌度增高（硬度 及耐熱性降低）

29、，適合于粗加工。含鉆量減少（WC、Tic含量增加）時，其硬度、耐磨性及耐熱性增加（強度及韌性降 低），適合于作精加工用。在加工含鈦的不銹鋼（如lCrl8Ni9Ti）和鈦合金時，不宜采用YT類硬質合金。涂層刀具材料在韌牲較好的刀具基體上，涂覆一層耐磨性好的難熔金屬化合物，既能提高刀具材料 的耐磨性，又不降低其韌性。涂層硬質合金一般采用化學氣相沉積法（CVD法），沉積溫度1000C左右：涂層高速鋼刀具一般采用物理氣相沉積法（PVD法），沉積溫度500C左右。常用的涂層材料有TiC、TiN、A1203及其復合材料等，涂層厚度隨刀具材料不同而異。TiC涂層：硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削時能產生氧

30、化鈦膜，減小摩擦及刀 具磨損。TiN涂層：在高溫時能產生氧化膜，與鐵基材料摩擦系數較小，抗粘結性能好，并能 有效降低切削溫度。TiC-TiN復合涂層：第一層涂TiC,與刀具基體粘牢不易脫落。第二層涂TiN,減少 表面層與工件間的摩擦。TiC-A1203復合涂層：第一層涂TiC,與刀具基體粘牢不易脫落。第二層涂A1203可 使刀具表而具有良好的化學穩定性和抗氧化性能。目前單涂層刀片已很少應用，大多采用TiC-TiN復合涂層或TiC-A12O3-TiN三復合涂 層。陶瓷刀具材料以氧化鋁或以氮化硅為基體再添加少量金屬，在高溫下燒結而成的一種刀具材料。優點：硬度高，耐磨性、耐高溫性能好，有良好的化學穩

31、定性和抗氧化性，與金屬的 親合力小、抗粘結和抗擴散能力強；缺點：脆性大、抗彎強度低，沖擊韌性差，易崩刃，所以使用范圍受到限制：可用于鋼、鑄鐵類零件的車削、銃削加工。金剛石刀具材料碳的同素異形體，在高溫、高壓下由石墨轉化而成，是目前人工制造出的最堅硬物質。教 學 基 本 內 容 及 設 計優點：由于硬度極高，其顯微硬度達到10000HV,耐磨性好，切削刃口鋒利，刃部表 面摩擦系數較小，不易產生粘結或積屑瘤。缺點：熱穩定性差，切削溫度超過700800C時，就會完全失去其硬度；強度低，脆 性大，對振動敏感，只宜微量切削，與鐵有強烈的化學親合力，不能用于加工鋼材。可用于加工硬質合金、陶瓷等硬度達657

32、0HRC的材料：也可用于加工高硬度的非金 屬材料，如玻璃等；還可加工有色金屬，如鋁硅合金材料以及復合難加工材料的精加工或 超精加工。立方氮化硼立方氮化硼（CBN）是一種人工合成的新型刀具材料，它由六方氮化硼在高溫、高壓下 加入催化劑轉化而成。特點：它有很高的硬度（其顯微硬度為80009000HV）及耐磨性，熱穩定性好，化學 惰性大，與鐵系金屬在1300C時不易起化學反應，導熱性好，摩擦系數低。可用于高溫合金、冷硬鑄鐵、淬硬鋼等難加工材料的加工。新課引入3分鐘 講授新課79分鐘 課堂訓練5分鐘 小結3分鐘。課后作業/ 思考題無教學后記說明：1.課程教案應按授課次數編寫；重復班授課不再另行編寫教案

33、。2,合班課的“授課時間”可以集中填寫。3121班第7周星期一、3122班第7周星期一、3123班第7周星期一、授課時間三、四、五第7.8, 7.8 ,三、四、第 5.6, 5.6 ,三、四、五第7.8, 7.8 ,12 5.6 i*J3.4 &12 5.6 行課次4學時數8授課形式純理論口純實踐口理實一體化日習題課口其他口（請打J）授課題目金屬切削過程、切削力切削熱與切削溫度。教學目的掌握切屑變形、切削力和切削熱與切削溫度的變化規律及影響因素教學重點變形過程和變形區劃分教學難點影響切削力和切削溫度的因素使用的教具/多媒體多媒體/儀器/儀表/設備等教學方法講授親身經歷、工廠實際報價。參

34、考資料教 學 基 本 內 容 及 設 計金屬切削過程的基本規律金屬切削過程刀具從工件表而切除多余金屬，從切屑形成開始到加工表面形成為止的完整過程。金屬切削的基本規律做什么主要研究以切屑形成機理為基礎，從而對金屬切削加工過程中的各種現象，如切削力、 切削熱、切削溫度和刀具磨損等進行研究，以解決生產中出現的問題，如積屑瘤、振動和 切屑的卷曲與折斷等。研究金屬切削的基本規律的目的研究金屬切削的基本規律對保證加工質量、提高生產率、降低生產成本和促進切削加 工技術的發展，有著十分重要的意義。第三章金屬切削過程金屬切削過程的變形變形區的劃分第【變形區：即剪切變形區，從0A線開始發生塑性變形到0M線晶粒的剪

35、切滑移基本 完成，金屬剪切滑移，成為切屑。第II變形區：靠近前刀而處，切屑排出時受前刀面擠壓與摩擦，產生纖維化。第HI變形區：已加工而受到后刀而擠壓與摩擦，產生變形。第I變形區第I變形區內金屬的剪切變形0A一始滑移線；0M終滑移線。0A與0M線之間的整個區域稱第一變形區。金屬切削過程的塑性變形主要集中于此區域。變形的主要特征是沿滑移線的剪切變形，以及加工硬化。剪切而（滑移而）：在一般切削速度范圍內，第一變形區的寬度僅約0.20.02皿， 所以可用一剪切而來表示。剪切角：剪切而和切削速度方向的夾角叫做剪切角，以力表示。第II變形區當切屑沿前而流出時，由于受到前而擠壓和摩擦作用，在前面摩擦阻力的作

36、用下，靠 近前面的切屑底層金屬再次產生剪切變形。使切屑底層薄的一層金屬流動滯緩，流動滯緩 的一層金屬稱為滯流層，這一區域又稱為第II變形區。此變形區的變形是造成前刀面磨損和產生積屑瘤的主要原因。第in變形區工件已加工表而受到鈍圓弧切削刃的擠壓和后面的摩擦，使已加工表面內產生嚴重變 形，已加工表而與后面的接觸區稱為第川變形區。此區變形是造成已加工面纖維化、加工 硬化和殘余應力的主要原因。變形程度的表示方法剪切角力變形系數A （，）相對滑移系數£前刀面的摩擦特點在高溫高壓作用下，切屑底層與前刀而發生粘結，切屑與前刀面之間既有外摩擦，也 有內摩擦。兩個摩擦區教 學 基 本 內 容 及 設

37、計粘結區：高溫高壓使切屑底層軟化，粘嵌在前刀面高低不平的凹坑中，形成長度為fi 的粘接區。切屑的粘接層與上層金屬之間產生相對滑移，其間的摩擦屬于內摩擦。滑動區：切屑在脫離前刀而之前，與前刀而只在一些突出點接觸，切屑與前刀面之間 的摩擦屬于外摩擦。積屑瘤在切削速度不高而又能形成連續性切削的情況下，加工一般鋼料或其它塑性材料時， 常常在前刀面切削處粘著一塊剖面有時呈三角狀的硬塊。它的硬度很高，通常是工件材料 的23倍、在處于比較穩定的狀態時，能夠代替刀刃進行切削。這塊冷焊在前刀面上的金 屬稱為積屑瘤或刀痛。積屑瘤是如何產生枳屑瘤對切削過程的影響防止積屑瘤的辦法影響切削變形的主要因素工件材料刀具角度

38、切削用量切屑類型第四章切削力金屬切削時，刀具切除工件上的多余金屬所需要的力，稱為切削力。切削力的來源：克服工件材料彈性變形的力。克服工件材料塑性變形的力。克服刀一屑、刀一工接觸面之間的摩擦力。切削合力及其分解作用在刀具上的切削合力F可分解為常用的相互垂直的三個分力：Fc (Fz)主切削力或切削力，是切削合力在主運動方向上的投影，其方向垂直于基 面。Fe是計算切削功率的主要力，也是設計機床零件和計算刀具強度的重要依據。&(尸y)一背向力或切深抗力，它在基而內并與進給方向垂直。Fp使工件產生彎曲變形并可能引起振動。Ff (Fx)一進給抗力或進給力，它在基而內并與進給方向平行。Ff是設計進給

39、機構和計算進給功率的依據。切削力的求法通過測量機床功率求切削力利用測功率表測量機床的功率，然后求得切削力的大小。該方法誤差較大。利用測力儀測量切削力通常使用的切削測力儀有兩種：電阻應變片式測力儀和壓電晶體式測力儀。這兩種測力儀都可以測出尸c，Fp、尸/"三個分力，后者精度較高。利用經驗公式計算切削力通過大量實驗，將測力儀測得的切削力數據，用數學方法進行處理，得到切削力的經 驗式。切削力的實驗公式教 學 基 本 內 容 及 設 計Fp=C aJf&uFpK單位切削力h ( p )盯,切除單位切削層而積的主切削力。(:ef v KF/如單位切削力為己知，則可計算出切削力FcFc=

40、k AD= kc ap f影響切削力因素切削用量背吃刀量如和進給量f： a。和f增加時，切削面積增加，切削力增加；a,增加時變形系數不變，切削力按正比關系增加；f增加時變形系數減小，因此，切 削力不按正比關系增加：f對切削力的影響比出的影響小。切削速度：切削速度對切削力的影響規律與對切屑變形的影響基本相同。切削塑性金 屬時，在積屑瘤區，由于積屑瘤現象使刀具實際前角增大，切屑變形減小，切削力減小。 在無積屑瘤時，隨。的增加，切削力減小。切削脆性金屬時，u增加，切削力略有減小。工件材料工件材料的強度、硬度越高，雖然切屑變形略有減小，但總的切削力還是增大的。工 件材料的化學成分不同，如含碳量多少，是

41、否含有合金元素等，切削力不同。熱處理狀態 不同，切削力也不同。材料硬化指數不同，切削力也不同。如不銹鋼硬化指數大，切削力 大：銅、鋁、鑄鐵及脆性材料硬化指數小，切削力就小。刀具幾何參數的影響前角：前角對切削力影響較大。當切削塑性金屬時，切削力隨前角增加而減小。加工 脆性金屬時前角對切削力影響不明顯。主偏角：主偏角Kr對主切削力影響不大，對吃刀抗力和進給抗力影響顯著(Kr t -Fp I , Ff t )刃傾角：刃傾角As對主切削力影響不大，對吃刀抗力和進給抗力影響顯著(X s t-Fp I , Ff t )刀尖圓弧半徑r £ ：對主切削力影響不大，對吃刀抗力和進給抗力影響顯著(r &

42、#163; t-Fp t , Ff I ):負倒棱對切削力的影響：在鋒利的切削刃上磨出負倒棱，可以提高刃口強度，從而提 高刀具使用壽命。負倒棱導致切削變形增加，切削力增大。其他因素影響刀具材料：與工件材料之間的親和性影響其間的摩擦，而影響切削力；通常按立方氮化硼，陶瓷，涂層硬質合金，高速鋼的順序切削力依次增大。切削液：有潤滑作用，使切削力降低：后刀而磨損：使切削力增大，對吃刀抗力Fp的影響最為顯著。第五章 切削熱和切削溫度切削熱的來源及傳出切削熱來源：來源于三個變形區，即切屑的變形功和前、后刀面的摩擦功。切削熱量Q：切削過程中消耗的功率9899%轉換為熱能，Q=FC "c切削熱的傳散

43、：切削熱主要由切屑、工件、刀具以及周圍介質傳出。切削溫度測定及分布教 學 基 本 內 容 及 設 計什么是切削溫度：指前刀而與切屑接觸區內的平均溫度。它由切削熱的產生和傳出的 平衡條件所決定，產生的熱越多，傳出的熱越慢，切削溫度越高，反之，切削溫度越低。切削溫度的測量：自然熱電偶法、人工熱電偶法。切削溫度的分布影響切削溫度的主要因素切削用量：切削速度對切削溫度影響最大，進給量f對切削溫度的影響次之，背吃刀 量ap對切削溫度的影響最小。刀具幾何參數前角：前角對切削溫度的影響主要是依據其對變形和摩擦的影響。前角增大，變形減 小，切削溫度降低。但當丫0大于18°20°時，雖然變形

44、小產生熱量少，但散熱條件惡 化，故切削溫度不但不降低，反而有可能升高。主偏角：主偏角對切削溫度的影響主要是依據其對切削刃工作長度和刀尖角變化的影 響。當主偏角減小時，bD增加，而hD減小，同時刀尖角增大，總的散熱條件改善， 故切削溫度減小。工件材料工件材料對切削溫度的影響取決于其強度、硬度、導熱性等。合金鋼強度高，比普通 鋼消耗功率大，而且導熱系數小，散熱性差，故切削溫度高。切削脆性材料時由于形成崩 碎切屑，變形與摩擦都小，故切削溫度低。切削液切削液熱導率、比熱容、流量越大，溫度越低刀具磨損刀具磨損較嚴重時，刀具刃口變鈍，切屑變形增大，同時后刀而與工件之間摩擦增大, 二者均使切削熱增加，切削溫

45、度升高。刀具磨損是影響切削溫度的主要因素。掌握了切削溫度的變化規律，就可以控制刀具的磨損和已加工表面的質量。切削溫度對工件、刀具和切削過程的影響高切削溫度是刀具磨損的主要原因它將限制生產率的提高切削溫度還會使加工精度降低使已加工表而產生殘余應力以及其它缺陷新課引入3分鐘 講授新課79分鐘 課堂訓練5分鐘 小結3分鐘。課后作業/思考題教學后記說明：1.課程教案應按授課次數編寫；重復班授課不再另行編寫教案。2.合班課的“授課時間”可以集中填寫。授課時間3121班第8周星期一、 三、四、五第78 7.8 , 12 5.6 i*J3122班第8周星期一、 三、四、第 5.6, 5.6 ,3123班第8

46、周星期一、 三、四、五第7.8, 7.8 ,3.4 &12 5.6 行課次4學時數8授課形式（請打J）純理論口純實踐口理實一體化日習題課口其他口授課題目刀具的磨損與刀具壽命 切削用量的合理選擇教學目的了解和掌握影響刀具磨損與刀具壽命的因素：刀具耐用度概念及其影響 因素。了解和掌握制訂切削用量的原則；切削用量三要素對生產率的影 響；切削用量三要素的確定方法。教學重點刀具磨損的基本原因、刀具耐用度概念及其影響因素教學難點制訂切削用量的原則、切削用量三要素的確定方法使用的教 具/多媒體 /儀器/儀 表/設備等多媒體教學方法講授、舉實例。參考資料教 學 基 本 內 容 及 設 計第六章刀具磨損

47、與刀具壽命刀具磨損：刀具在切削金屬，切下切屑的同時，其本身也將發生鈍化，而失去切削能 力，稱刀具的磨損。刀具磨損形式刀具的磨損可分為：正常磨損（刀具逐漸磨蝕）和非正常磨損（刀具隨機破損）正常磨損呈現為三種形態：前刀而磨損、后刀而磨損、邊界磨損或（前后刀面磨損）刀具磨損的主要原因刀具磨損的原因有以下幾種：磨粒磨損（或稱機械擦傷磨損、硬質點磨損）、粘結磨損、擴散磨損、相變磨損、化 學磨損、熱電磨損。由于工件、刀具材料和切削條件變化很大，刀具磨損形式也各不相同，故其磨損原因 很復雜。但從對溫度的依賴程度來看，刀具正常磨損的原因主要是機械磨損和熱、化學磨 損。前者是由工件材料中硬質點的刻劃作用引起的磨

48、損，后者則是由粘結、擴散、腐蝕等 引起的磨損。不同條件下刀具磨損的主要原因不同的刀具材料、工件材料及切削條件下，磨損原因和磨損強度是不同的。硬質合金刀具加工鋼料時，在不同的切削速度（切削溫度）下各類磨損所占比重是不 同的：在低速（低溫）區以硬質點磨損和粘結磨損為主；在高速（高溫）區以擴散磨損和 化學磨損為主。刀具的磨損是一個復雜的過程，磨損原因之間相互作用，如熱電磨損促使擴散磨損加 劇，擴散磨損又促使粘結、硬質點磨損加劇。歸根結底，刀具磨損與溫度有至關重要的聯系。刀具磨損的過程分三個階段：初期磨損階段、正常磨損階段和急劇磨損階段刀具磨鈍標準刀具磨損到一定的限度，不能繼續使用，這個磨損限度稱為磨

49、鈍標準。國際標準ISO統一規定以1/2背吃刀量處后刀面磨損帶寬度VB作為刀具的磨鈍標準。自動化生產中的精加工刀具常以工件徑向上刀具磨損量NB做為衡量刀具的磨鈍標準, 稱為刀具徑向磨損量。由于加工條件不同，所定的磨鈍標準也有變化。精加工的磨鈍標準取小值，而粗加則 取較大值。磨鈍標準的具體數值可參考有關手冊，一般為0.30.6mm .刀具耐用度（刀具壽命）刀具耐用度是指刀具刃磨后開始切削，一直到磨損量達到刀具的磨鈍標準所經過的總 的切削時間，用T （min）表示。對于某一切削加工，當工件、刀具材料和刀具幾何形狀選定之后，切削用量是影響刀 具耐用度的主要因素。因為切削溫度對刀具磨損影響很復雜，目前要

50、用理論分析方法導出切削用量與刀具耐 用度之間的數學關系，與實際情況不盡符合，所以還是進行刀具耐用度實驗來建立它們之 間的實驗關系式。影響刀具耐用度的因素切削用量的影響教 學 基 本 內 容 及 設 計切削速度是影響刀具耐用度的最主要因素。提高切削速度，耐用度就降低。切削速度 對切削溫度影響最大，因而對刀具磨損影響最大切削時，增加進給量f和背吃刀量3刀具耐用度也要減小。切削速度乙對刀具耐用度影響最大，進給量f次之，背吃刀量a0最小刀具幾何參數的影響前角：前角增大，切削溫度降低，刀具耐用度提高，但前角過大，刀具強度降低，散 熱差，刀具耐用度反而降低。存在一個最佳值。主偏角、副偏角：減小時，提高刀具

51、耐用度。刀尖圓弧半徑：增大時，提高刀具耐用度。工件材料強度、硬度、韌性越高，刀具耐用度越低。刀具材料合理的刀具耐用度確定原則一般有兩種確定刀具耐用度的方法:最高生產率耐用度TP和最低加工成本刀具耐用度 Tc第七章 切削用量的合理選擇制訂切削用量就是確定具體切削工序的背吃刀量也、進給量F、切削速度乙及刀具耐 用度T。切削用量不僅是在機床調整前必須確定的重要參數,而且其數值合理與否對加工質量、 加工效率、生產成本等有著非常重要的影響。所謂''合理的"切削用量是指充分利用刀具切削性能和機床動力性能（功率、扭矩）， 在保證質量的前提下，獲得高的生產率和低的加工成本的切削用量。

52、切削用量選擇原則：能達到零件的質量要求（主要指表面粗糙度和加工精度），并在 工藝系統強度和剛性允許下及充分利用機床功率和發揮刀具切削性能的前提下，選取一組 最大的切削用量。制訂切削用量時考慮的因素1 .切削用量對生產率的影響2 .切削用量對刀具壽命（刀具的耐用度）T的影響3 .切削用量對加工質量的影響4 .粗加工的切削用量，一般以提高生產效率為主，但也應考慮經濟性和加工成本：5 .半精加工和精加工的切削用量，應以保證加工質量為前提，并兼顧切削效率、經濟 性和加工成本。6 .切削用量的選擇順序是先定背吃刀量網,再選進給量f,最后確定切削速度乙綜上所述，合理選擇切削用量，應該首先選擇一個盡量大的背

53、吃刀量ap,其次選擇 一個大的進給量最后根據已確定的和f，并在刀具耐用度和機床功率允許條件下選 揮一個合理的切削速度小。切削用量制定的步驟背吃刀量剪的選擇根據加工余量多少而定。除留給下道工序的余量外，其余的粗車余量盡可能一次切除, 以使走刀次數最小：粗加工（表面粗糙度為Ra5012.55um）時，一次走刀應盡可能切除 全部余量，在中等功率機床上，背吃刀量可達810mm。半精加工（表而粗糙度為Ra6.3 3.2um）時，背吃刀量取為0.52m精加工（表而粗糙度為Rai. 60. 81H m）時，背吃 刀量取為0.10.4mm.當粗車余量太大或加工的工藝系統剛性較差時，則加工余量分兩次教 學 基

54、本 內或數次走刀后切除，但第一次的走刀應盡量的大。進給量f的選擇粗加工，粗加工時，對工件表面質量沒有太高要求，這時切削力往往很大，合理的進 給量應是工藝系統所能承受的最大進給量。這一進給量受到下列一些因素的限制：機床進 給機構的強度、車刀刀桿的強度和剛度、硬質合金或陶瓷刀片的強度和工件的裝夾剛度等。精加工，精加工時，最大進給量主要受加工精度和表面粗糙度的限制。可利用計算的 方法或查手冊資料或憑經驗法來確定進給量f的值。切削速度乙的確定根據己經選定的背吃刀量與、進給量f及刀具耐用度T,就可按公式計算切削速度。 除了用計算方法外，生產中經常按實踐經驗和有關手冊資料選取切削速度。提高切削用量的途徑采

55、用切削性能更好的新型刀具材料如采用超硬高速鋼、含有添加劑的新型硬質合金、涂層硬質合金和涂層高速鋼、新型 陶瓷（如A1203、TiC及其他添加劑的混合陶瓷及Si3N4陶瓷）及超硬材料等。改善工件材料的加工性如采用添加硫、鉛的易切鋼：對鋼材進行不同熱處理以便改善其金相顯微組織等。改進刀具結構和選用合理刀具幾何參數提高刀具的刃磨及制造質量采用新型的性能優良的切削液和高效率的冷卻方法例如采用含有極壓添加劑的切削液°容溫故上節課程內容10分鐘 講授新課60分鐘 課堂訓練15分鐘 小結課后作業/思考題教材復習思考題及 5分鐘。教學后記說明：1.課程教案應按授課次數編寫；重復班授課不再另行編寫教案。2.合班課的“授課時間”可以集中填寫。授課時間3121班第9周星期一、 三、四、五第7.8, 7.8 , 1.2, 5.6 節3122班第9周星期一、 三、四、第 5.6, 5.6 ,3123班第9周星期一、三、四、五第7,8, 7.8 , 12 5.6節3.4 |7課次4學時數8授課形式（請打J）純理論口純實踐口理實一體化（3習題課口其他口授課題目工件材料的切削加工性與切削液： 已加工表面質量。教學目的了解和掌握工件材料的切削加工性的規律；了解和掌