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金屬切削加工基本知識(shí)

金屬切削基礎(chǔ)

切削運(yùn)動(dòng)和切削用量1.切削運(yùn)動(dòng)

在切削加工中刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使刀具和工件之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，稱為切削運(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)。

特點(diǎn)：切削速度最高，消耗功率最大。

如工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，刨削時(shí)工件或刀具的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，銑削時(shí)銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等。

2模塊一金屬切削加工基本知識(shí)金屬切削基礎(chǔ)2

2)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

由機(jī)床或人力提供的運(yùn)動(dòng)，它使刀具和工件之間產(chǎn)生附加的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。3）合成切削運(yùn)動(dòng)

由主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)，稱為合成切削運(yùn)動(dòng)。32)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)3442.工件上的加工表面

切削加工時(shí)在工件上產(chǎn)生的表面。待加工表面

工件上有待切除的表面。已加工表面

工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的表面。過渡表面

工件上由刀具切削刃形成的正在切削的那一部分表面。52.工件上的加工表面5663.切削用量切削用量是切削速度、進(jìn)給量(或進(jìn)給速度)和背吃刀量的總稱。1）切削速度（Vc）是指在切削加工時(shí)，切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)線速度。Vc=πDn/100073.切削用量72）進(jìn)給量（f）是指工件（或刀具）每回轉(zhuǎn)一周時(shí)，刀具（或工件）在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的相對(duì)位移量。3）背吃刀量（ap）指待加工表面和已加工表面之間的垂直距離。82）進(jìn)給量（f）是指工件（或刀具）每回轉(zhuǎn)一周時(shí)，刀具（或工件4.切削層參數(shù)切削層是指在切削過程中，刀具的切削部分沿進(jìn)給方向在一次走刀中切除的工件材料層。切削層參數(shù)包括切削層公稱寬度bD、切削層公稱厚度hD和切削層公稱橫截面積AD，它的形狀和尺寸規(guī)定在刀具的基面中度量。94.切削層參數(shù)9任務(wù)二刀具角度一、刀具切削部分的組成前刀面Aγ、后刀面Aα、副后面Aα′、主切削刃S、副切削刃S′、刀尖。安裝車刀時(shí)，規(guī)定刀尖與工件中心等高，刀桿中心線垂直于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向。10任務(wù)二刀具角度10幾個(gè)平面11幾個(gè)平面11刀具靜止角度1）主偏角Kr2）副偏角Kr′3）刃傾角λs4）前角γo5）后角αo6）副后角αo′12刀具靜止角度12131314141515（3）較強(qiáng)的耐磨性和耐熱性（2）高強(qiáng)度與強(qiáng)韌性刀具材料3.1.1刀具材料的基本要求刀具材料需滿足一些基本要求：刀具材料耐熱性是衡量刀具切削性能的主要標(biāo)志，通常用高溫下保持高硬度的性能來衡量，也稱熱硬性（1）高硬度（5）良好的工藝性與經(jīng)濟(jì)性（4）優(yōu)良導(dǎo)熱性16（3）較強(qiáng)的耐磨性和耐熱性（2）高強(qiáng)度與強(qiáng)韌性刀具材料3.（1）高硬度刀具是從工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度。刀具材料最低硬度應(yīng)在60HRC以上。對(duì)于碳素工具鋼材料，在室溫條件下硬度應(yīng)在62HRC以上；高速鋼硬度為63HRC～70HRC；硬質(zhì)合金刀具硬度為89HRC～93HRC。17（1）高硬度刀具是從工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必須高（2）足夠強(qiáng)度和韌性刀具材料在切削時(shí)受到很大的切削力與沖擊力。如車削45鋼，在背吃刀量ap＝4㎜，進(jìn)給量f＝0.5㎜/r的條件下，刀片所承受的切削力達(dá)到4000N，可見，刀具材料必須具有較高的強(qiáng)度和較強(qiáng)的韌性。一般刀具材料的韌性用沖擊韌度aK表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力。18（2）足夠強(qiáng)度和韌性刀具材料在切削時(shí)受到很大的切削力與沖擊力（3）高的耐磨性和耐熱性A、刀具耐磨性是刀具抵抗磨損能力。一般刀具硬度越高，耐磨性越好。刀具金相組織中硬質(zhì)點(diǎn)（如碳化物、氮化物等）越多，顆粒越小，分布越均勻，則刀具耐磨性越好。B、刀具材料耐熱性是衡量刀具切削性能的主要標(biāo)志，通常用高溫下保持高硬度的性能來衡量，也稱熱硬性。刀具材料高溫硬度越高，則耐熱性越好，在高溫抗塑性變形能力、抗磨損能力越強(qiáng)。19（3）高的耐磨性和耐熱性A、刀具耐磨性是刀具抵抗磨損能力。1（4）優(yōu)良導(dǎo)熱性刀具導(dǎo)熱性好，表示切削產(chǎn)生的熱量容易傳導(dǎo)出去，降低了刀具切削部分溫度，減少刀具磨損。刀具材料導(dǎo)熱性好，其抗耐熱沖擊和抗熱裂紋性能也強(qiáng)。20（4）優(yōu)良導(dǎo)熱性刀具導(dǎo)熱性好，表示切削產(chǎn)生的熱量容易傳導(dǎo)出去（5）良好的工藝性與經(jīng)濟(jì)性刀具不但要有良好的切削性能，本身還應(yīng)該易于制造，這要求刀具材料有較好的工藝性，如鍛造、熱處理、焊接、磨削、高溫塑性變形等功能。經(jīng)濟(jì)性也是刀具材料的重要指標(biāo)之一，選擇刀具時(shí)，要考慮經(jīng)濟(jì)效果，以降低生產(chǎn)成本。21（5）良好的工藝性與經(jīng)濟(jì)性刀具不但要有良好的切削性能，本身還3.1.2刀具材料的種類和用途1.碳素工具鋼：（C=0.65%～1.35%）常用的牌號(hào)有T8A、T10A、T12A等。切削溫度≤200℃，切削速度≤8m/min，硬度60～65HRC主要用于手用工具，如銼刀鋸條等。2.合金工具鋼：（錳、鉻、鎢、硅）常用的牌號(hào)有9SiCr、GCr15、CrWMn等。切削溫度≤600℃，硬度63～66HRC主要用于制造低速手用工具，如絲錐絞刀等。223.1.2刀具材料的種類和用途1.碳素工具鋼：（C=0.6

3.高速鋼（1）概念：高速鋼是一種含有鎢、鉬、鉻、釩等合金元素較多的工具鋼（2）性質(zhì)：①高速鋼具有良好的熱穩(wěn)定性②高速鋼具有較高強(qiáng)度和韌性③高速鋼具有一定的硬度(63～70HRC)

和耐磨性233.高速鋼23（3）高速鋼的分類①普通高速鋼

A、鎢系高速鋼（簡(jiǎn)稱

W18）優(yōu)點(diǎn)：鋼磨削性能和綜合性能好，通用性強(qiáng)。缺點(diǎn)：碳化物分布常不均勻，強(qiáng)度與韌性不夠強(qiáng)，熱塑性差，不宜制造成大截面刀具。

B、鎢鉬鋼（將一部分鎢用鉬代替所制成的鋼）優(yōu)點(diǎn)：減小了碳化物數(shù)量及分布的不均勻性。缺點(diǎn)：高溫切削性能和W18相比稍差。24（3）高速鋼的分類24

②高性能高速鋼優(yōu)點(diǎn)：具有較強(qiáng)的耐熱性，刀具耐用度是普通高速鋼的1.5～3倍。

缺點(diǎn)：強(qiáng)度與韌性較普通高速鋼低，高釩高速鋼磨削加工性差。適合加工的零件：奧氏體不銹鋼、高溫合金、鈦合金、超高強(qiáng)度鋼等難加工材料。

25②高性能高速鋼25③粉末冶金高速鋼

優(yōu)點(diǎn)：無碳化物偏析，提高鋼的強(qiáng)度、韌性和硬度，硬度值達(dá)69～70HRC；保證材料各向同性，減小熱處理內(nèi)應(yīng)力和變形；磨削加工性好，磨削效率比熔煉高速鋼提高2～3倍；耐磨性好。適于制造切削難加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滾刀和插齒刀），精密刀具和磨加工量大的復(fù)雜刀具。26③粉末冶金高速鋼優(yōu)點(diǎn)：無碳化物偏析，提高鋼的強(qiáng)度、韌性和硬4．硬質(zhì)合金（1）硬質(zhì)合金組成硬質(zhì)合金是由難熔金屬碳化物和金屬粘結(jié)劑經(jīng)粉末冶金方法制成。（2）硬質(zhì)合金的性能特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：硬質(zhì)合金中高熔點(diǎn)、高硬度碳化物含量高，熱熔性好,熱硬性好，切削速度高。

缺點(diǎn)：脆性大，抗彎強(qiáng)度和抗沖擊韌性不強(qiáng)?？箯潖?qiáng)度只有高速鋼的1/3～1/2，沖擊韌性只有高速鋼的1/4～1/35。

力學(xué)性能：主要由組成硬質(zhì)合金碳化物的種類、數(shù)量、粉末顆粒的粗細(xì)和粘化劑的含量決定。

274．硬質(zhì)合金27（3）普通硬質(zhì)合金的種類、牌號(hào)及應(yīng)用按其化學(xué)成分的不同可分為：①鎢鈷類（WC+Co）（代號(hào)YG）硬度89～91.5HRA，耐熱性800～900

℃

，常用牌號(hào)YT3、YT6、YT8等。用于鑄鐵有色金屬合和非金屬材料。金鈷含量越高，韌性越好，適于粗加工；鈷含量低，適于精加工。28（3）普通硬質(zhì)合金的種類、牌號(hào)及應(yīng)用28②鎢鈦鈷類（WC+TiC+Co）（代號(hào)YT）硬度89.5～92.5HRA，耐熱性900～1000

℃

常用牌號(hào)YT5、YT14、YT15，數(shù)值表示TiC

的百分含量。用于加工塑性材料，不適合加工含TiC不銹鋼。合金中TiC含量高，則耐磨性和耐熱性提高，但強(qiáng)度降低→粗加工一般選擇TiC含量少的牌號(hào)，精加工選擇TiC含量多的牌號(hào)。29②鎢鈦鈷類（WC+TiC+Co）（代號(hào)YT）29③鎢鉭（鈮）鈷類（WC+TaC（Nb）+Co）（代號(hào)YA）常溫有高硬度、耐磨性、高溫強(qiáng)度和抗氧化性。常用的牌號(hào)：YA6

用于加工冷硬鑄鐵、有色金屬及合金半精加工，也能用于高錳鋼、淬火鋼等材料的半精加工和精加工。④鎢鈦鉭（鈮）鈷類（WC+TiC+TaC（Nb）+Co）（代號(hào)YW）性能高于鎢鈦鈷類，通用性好等。常用的牌號(hào)：YW1、YW2

用于加工鋼材、鑄鐵、有色金屬及合金。30③鎢鉭（鈮）鈷類（WC+TaC（Nb）+Co）30⑤碳化鈦基類（WC+TiC+Ni+Mo）（代號(hào)YN）具有很高硬度、耐磨性，較高耐熱性和抗氧化性，摩擦系數(shù)較小，抗黏結(jié)能力較強(qiáng)，耐用度高于WC基硬質(zhì)合金，抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性低于WC

基硬質(zhì)合金。常用的牌號(hào)：YN05、YN10

用于精加工和半精加工，對(duì)于大長(zhǎng)零件且加工精度較高的零件尤其適合，但不適于有沖擊載荷的粗加工和低速切削。31⑤碳化鈦基類（WC+TiC+Ni+Mo）（代號(hào)YN）315.特殊刀具材料

1）陶瓷刀具（1）材料組成：主要由硬度和熔點(diǎn)都很高的Al2O3Si3N4

等氧化物、氮化物和少量的金屬碳化物、氧化物等添加劑組成。通過粉末冶金工藝方法制粉，再壓制燒結(jié)而成。（2）常用種類：Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷（3）優(yōu)點(diǎn)：硬度91～95HRA，耐熱性為1200℃

，耐磨性很高，摩擦系數(shù)低，切削力比硬質(zhì)合金小，切削速度高于硬質(zhì)合金3～5倍，刀具壽命比硬質(zhì)合金高。（4）缺點(diǎn)：強(qiáng)度和韌性差，熱導(dǎo)率低；陶瓷最大缺點(diǎn)是脆性大，抗沖擊性能很差。（5）適用范圍：高速精細(xì)加工硬材料。325.特殊刀具材料322）金剛石刀具（1）分類：天然金剛石刀具；人造聚晶金剛石刀具；復(fù)合聚晶金剛石刀具。（2）優(yōu)點(diǎn)：極高的硬度和耐磨性，人造金剛石硬度達(dá)10000HV，耐磨性是硬質(zhì)合金的60～80

倍；切削刃鋒利，能實(shí)現(xiàn)超精密微量加工和鏡面加工；很高的導(dǎo)熱性。（3）缺點(diǎn)：耐熱性差，強(qiáng)度低，脆性大，對(duì)振動(dòng)很敏感。（4）適用范圍：用于高速條件下精細(xì)加工有色金屬及其合金和非金屬材料。332）金剛石刀具333）立方氮化硼刀具（1）概念：立方氮化硼（簡(jiǎn)稱CBN）是由六方氮化硼為原料在高溫、高壓下合成。（2）優(yōu)點(diǎn)：硬度高8000～9000HV，耐熱性為1200℃

熱穩(wěn)定性好，導(dǎo)熱性較高，摩擦系數(shù)較小（3）缺點(diǎn)：強(qiáng)度和韌性較差，抗彎強(qiáng)度僅為陶瓷刀具的1/5～1/2。（4）適用范圍：適用于加工高硬度淬火鋼、冷硬鑄鐵和高溫合金材料。不宜加工塑性大的鋼件、鎳基合金、鋁合金和銅合金。343）立方氮化硼刀具346.涂層刀具

1）概念：涂層刀具是在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上或高速鋼刀具基體上，涂覆一層(5～12μm)耐磨性較高的難熔金屬化合物而制成。

2）常用的涂層材料有：TiC、TiN、Al2O3等

3）涂層形式：可以采用單涂層和復(fù)合涂層

4）優(yōu)點(diǎn)：涂層刀具具有高的抗氧化性能和抗粘結(jié)性能，因此具有較高的耐磨性

5）適用范圍：主要用于車削、銑削等加工，由于成本較高，還不能完全取代未涂層刀具的使用。不適合受力大和沖擊大的粗加工，高硬材料的加工以及進(jìn)給量很小的精密切削。356.涂層刀具353636373738383939第一章金屬切削及機(jī)床的基本知識(shí)基本內(nèi)容：主要介紹刀具幾何角度及工作角度、切削變形與積屑瘤、切削力、切削熱、切削溫度、刀具磨損與刀具耐用度、切削液及刀具幾何參數(shù)的合理選擇、機(jī)床的基本知識(shí)等。2.基本要求：刀具幾何角度和積屑瘤的成因、作用及控制措施影響切削力、切削熱、切削溫度、刀具磨損的因素；合理選擇刀具材料、幾何參數(shù)、切削液等。40第一章金屬切削及機(jī)床的基本知識(shí)基本內(nèi)容：403.2金屬切削加工基本知識(shí)

一、切削運(yùn)動(dòng)和切削用量

1.切削運(yùn)動(dòng):1)主運(yùn)動(dòng)

2)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

3)合成切削運(yùn)動(dòng)

2.工件上的加工表面:

待加工表面、已加工表面、過渡表面。

3.切削用量

1)切削速度Vc2)進(jìn)給量f3)背吃刀量ap413.2金屬切削加工基本知識(shí)一、切削運(yùn)動(dòng)和切削用量41二、刀具角度參考系和刀具角度

1.車刀的組成：前刀面Aγ、后刀面Aα、副后面Aα′、主切削刃S、副切削刃S′、刀尖。

2.刀具靜止角度參考系及其坐標(biāo)平面

1)刀具靜止角度參考系

①假定運(yùn)動(dòng)條件:

②假定安裝條件:42二、刀具角度參考系和刀具角度1.車刀的組成：422)刀具靜止參考系的坐標(biāo)平面①基面Pr

基面是通過切削刃上選定點(diǎn)，垂直于假定主運(yùn)動(dòng)方向的平面。②切削平面Ps

切削平面是指切削刃上選定點(diǎn)與主切削刃相切并垂直于基面的平面。③正交平面Po(也稱主剖面)

正交平面是通過切削刃上選定點(diǎn)，并同時(shí)垂直于基面和切削平面的平面。432)刀具靜止參考系的坐標(biāo)平面43

3.刀具靜止角度的標(biāo)注

（正交平面參考系Pr、Ps、Po）

1）主偏角Kr

2）副偏角Kr′

3）刃傾角λs

4）前角γo

5）后角αo

6）副后角αo′

443.刀具靜止角度的標(biāo)注44

三、刀具的工作角度

1.刀具工作參考系及工作角度1）刀具工作參考系工作基面Pre、工作切削平面Pse、工作正交平面Poe、工作平面Pfe、工作法子面Pne2）刀具工作角度工作前角γoe

工作后角αoe

工作側(cè)前角γfe工作側(cè)后角αfe

45三、刀具的工作角度1.刀具工作參考系及工作角度452.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)刀具工作角度的影響1）橫車外圓對(duì)工作角度的影響以Kr=90o的切斷刀為例(見圖1—13)，由于受進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度υf的影響，刀具工作角度發(fā)生了變化，它與標(biāo)注角度的關(guān)系為

γoe=γo+μ

αoe=αo-μ

462.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)刀具工作角度的影響462)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響

圖3—15所示由于受進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度υf的影響，刀具工作角度發(fā)生了變化，它與標(biāo)注角度的關(guān)系為在主剖面內(nèi)：γoe=γo+μo

αoe

=αo-μo

在進(jìn)給剖面內(nèi)：γfe=γf+μf

αfe

=αf-μf

472)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響473)刀尖安裝高低對(duì)工作角度的圖1—15所示為車外圓時(shí)，刀尖安裝位置高低對(duì)工作角度的影響情況．由圖可知:

當(dāng)?shù)都飧邥r(shí)[見圖1—15a]γpe＝γp+θpαPe＝αP-θp

當(dāng)?shù)都獾蜁r(shí)[見圖1—15b]γpe＝γp-θpαPe＝αP+θp

sinθp＝h/2d483)刀尖安裝高低對(duì)工作角度的48

4)刀桿軸線不垂直與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向刀具的標(biāo)注主偏角、副偏角和工作主偏角、工作副偏角的關(guān)系如圖向右傾斜時(shí)：Kr=Kre-GKr′=Kre′+G向左傾斜時(shí)：Kr=Kre+GKr′=Kre′-G494)刀桿軸線不垂直與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向493.3金屬切削過程一、切削變形及其主要影響因素1．切屑的形成過程及切屑形態(tài)

1)切屑的形成

2)切屑的形態(tài)

帶狀切屑、節(jié)狀切屑、粒狀切屑、崩碎切屑

3)三個(gè)變形區(qū)第一變形區(qū)在切削刃前面的切削層內(nèi)的區(qū)域；第二變形區(qū)在切屑底層與前刀面的接觸區(qū)域；第三變形區(qū)發(fā)生在后刀面與工件已加工表面接觸的區(qū)域。503.3金屬切削過程一、切削變形及其主要影響因素502．影響切削變形的主要因素

1)工件材料在切削條件相同的情況下，材料的強(qiáng)度愈大，材料切削變形減小；材料的塑性愈大，切削變形愈大。

2)切削用量切削速度：切削塑性材料時(shí)，切削速度對(duì)切削變形的影響呈波浪形變化。進(jìn)給量：當(dāng)主偏角Kr一定時(shí)，增大進(jìn)給量，切削變形通常是減小的。

3)刀具幾何角度前角愈大，切削變形愈小。512．影響切削變形的主要因素513．積屑瘤

1)積屑瘤定義在一定的條件下切削塑性金屬時(shí)，由于前刀面擠壓及摩擦的作用，使切屑底層中的一部分金屬停滯和堆積在切削刃口附近，形成硬塊，能代替切削刃進(jìn)行切削，這個(gè)硬塊稱為切屑瘤。如圖3.21所示。2）積屑瘤產(chǎn)生的原因切屑底面對(duì)前刀面強(qiáng)烈的摩擦，當(dāng)接觸面達(dá)到一定溫度和壓力時(shí)，刀具表面易產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象。這時(shí)切屑從粘結(jié)在刀面上的金屬層上流過(剪切滑移)，因內(nèi)摩擦變形而產(chǎn)生加工硬化，使金屬粘結(jié)在底層上。這樣，一層一層的堆積并粘結(jié)在一起，形成積屑瘤，直至該處的溫度和壓力不足以造成粘結(jié)為止。523．積屑瘤523)積屑瘤的特點(diǎn)積屑瘤有利的一面是它代替切削刃工作，起到保護(hù)切削刃的作用，使刀具實(shí)際前角增大，切削變形程度降低切削力減?。环e屑瘤不利的一面是它的前端伸出切削刃之外，影響尺寸精度和表面質(zhì)量。因此在粗加工時(shí)，允許有積屑瘤存在，但在精加工時(shí)，一定要設(shè)法避免。4)積屑瘤的控制措施

A、提高工件材料的硬度，減少塑性和加工硬化傾向。

B、控制切削速度，選擇低速或高速切削。

C、采用潤(rùn)滑性能良好的切削液，減小摩擦。

D、增大前角，減小切削厚度，都可使刀具屑接觸長(zhǎng)度減小，積屑瘤高度減小。533)積屑瘤的特點(diǎn)53二、切削力及其主要影響因素l.切削力的來源、切削分力切削過程中，刀具施加于工件使工件材料產(chǎn)生變形，并使多余材料變?yōu)榍行妓璧牧?，稱為切削力F。主切削力Fc(Fz)

：總切削力F在主運(yùn)動(dòng)方向上的分力；背向力Fp(Fy)：

總切削力F在垂直于假定工作平面方向上的分力；進(jìn)給力Ff(Fx)：總切削力在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的分力。54二、切削力及其主要影響因素l.切削力的來源、切削分力542．影響切削力的主要因素

1)工件材料的影響工件材料的硬度高，則切削力大。工件材料硬度、強(qiáng)度較低，但塑性、韌性大，切削力也較大。切削脆性材料(如鑄鐵)時(shí)，切削力也較小。

2)切削用量的影響切削用量三要素對(duì)切削力的影響規(guī)律是：背吃刀量ap

最大；其次是進(jìn)給量f；最小是切削速度Vc。552．影響切削力的主要因素553)刀具幾何參數(shù)的影響

a.前角的影響γo

前角大，切削變形小，切削力下降。

b.主偏角的影響Kr

主偏角Kr的增加，進(jìn)給力Ff

增加，背向力FP減小

c.刃傾角的影響λs刃傾角λs對(duì)主切削力Fc的影響很小。刃傾角λs對(duì)進(jìn)給力Ff和背向力FP的影響較大。當(dāng)λs從正值變?yōu)樨?fù)值，將FP增加，F(xiàn)f將減小。

d.刀尖圓弧半徑r

增大刀尖圓弧半徑r，F(xiàn)p明顯增加，F(xiàn)f降低。563)刀具幾何參數(shù)的影響56三、切削溫度及其主要影響因素1．切削熱和切削溫度

1)切削熱的產(chǎn)生和傳出變形和摩擦所做的功絕大部分都轉(zhuǎn)化成熱能。熱能通過切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)傳出。

2)切削溫度:切削溫度一般指切削區(qū)域的平均溫度2．切削溫度的主要影響因素

1)工件材料的影響材料的強(qiáng)度、硬度高，切削溫度Q升高。切削脆性材料，因變形小，切削溫度較低。

2)切削用量的影響切削速度最大；其次進(jìn)給量；最小背吃刀量。57三、切削溫度及其主要影響因素1．切削熱和切削溫度573)刀具幾何參數(shù)的影響

a、前角γoγo增大，產(chǎn)生的熱量減小。

b、主偏角KrKr減小，在ap不變的條件下主切削刃工作長(zhǎng)度增加，散熱面積增加，因此切削溫度下降。

c、刀尖圓弧半徑rr增大，平均主偏角減小，切削寬度bD增加，散熱面積增加，切削溫度降低。4)其它影響因素選擇合適的冷卻液能降低切削溫度。583)刀具幾何參數(shù)的影響58四、刀具磨損、刀具耐用度及影響因素

1．刀具磨損形式和磨損原因

1)刀具磨損形式：前刀面磨損、后刀面磨損、前后刀面同時(shí)磨損。

2)刀具磨損過程及原因：硬質(zhì)點(diǎn)磨損、粘結(jié)磨損、擴(kuò)散磨損、氧化磨損等。2．刀具耐用度及其主要影響因素

1)刀具磨損限度

2）刀具耐用度指一把新刃磨的刀具，從開始切削至達(dá)到磨損限度所經(jīng)過的切削時(shí)間，用T表示。

3)刀具壽命:

是一把新刀具從使用到報(bào)廢的切削時(shí)間。59四、刀具磨損、刀具耐用度及影響因素1．刀具磨損形式和磨損原

3.4提高切削效益的途徑

一、切削液的合理選擇：切削掖的種類和選用見表3-4。

1.切削液的作用

(1)潤(rùn)滑作用:在切屑、工件與刀具之間形成油膜。

(2)冷卻作用:(3)清洗與防銹作用2.切削液的種類

(1)水溶液以水為主要成分并加人防銹添加劑的切削液。主要起冷卻作用，用于粗加工和普通鏜削加工。

(2)切削油以礦物油為主加入一定的添加劑構(gòu)成的.起潤(rùn)滑作用

(3)乳化液乳化油加95％-98％水稀釋成的一種切削液。乳化油由礦物抽、乳化劑配制而成，603.4提高切削效益的途徑一、切削液的合理選擇：切削掖3．切削液的合理選用和使用方法

1)切削液的合理選用硬質(zhì)合金刀具，一般不用切削液。若要用切削液，必需連續(xù)、充分地供給，否則刀片產(chǎn)生裂紋。高速鋼刀具耐熱性差，需采用切削液。粗加工采用3％—5％的乳化液，主要冷卻；精加工時(shí)，可以采用15％-20％的乳化液，目的改善加工質(zhì)量，降低刀具磨損，減少積屑瘤。鑄鐵一般不用切削液。鋼合金和有色金屬，一般不用含硫的切削液，避免腐蝕工件表面。切削鋁合金時(shí)不用切削液。

2)切削液的使用方法切削液應(yīng)澆注在切削變形區(qū)，不應(yīng)該澆注在刀具或零件上。切削液澆注的方法如圖3-29所示。613．切削液的合理選用和使用方法61二、幾何參效的合理選擇合理的刀具幾何參數(shù)，可以保證工件加工質(zhì)量，獲得較高的刀具壽命，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。1.前角及前刀面的選擇

1)前角的功用①前角影響切削變形和摩擦，從而影響了切削力、切削熱和切削功率。②前角影響刀具的鋒利性，同時(shí)影響切削刃和刀頭的強(qiáng)度及刀頭散熱條件。③刀具前角大，可以減小切削變形，但不易斷屑。④刀具前角減小或采用負(fù)前角，將會(huì)使刀具在切削時(shí)振動(dòng)加大，加工表面粗糙。62二、幾何參效的合理選擇62

2)前角選擇的原則①工件材料的強(qiáng)度、硬度低，用較大的前角；反之，采用較小的前角。②加工塑性材料選較大的前角，加工脆性材料選較小的前角。③粗加工、斷續(xù)切削和承受沖擊載荷時(shí)，選較小的前角，甚至負(fù)前角。④成形刀具和展成法刀具，選用較小的前角。⑤高速鋼刀比硬質(zhì)合金刀具前角大5oC～10oC。632)前角選擇的原則63

2．倒棱及前刀面形式

1）倒棱的含義及作用含義：指沿著切削刃在前刀面上磨出負(fù)前角的小棱面，如圖3-30(b)所示。作用：提高刀刃強(qiáng)度、增強(qiáng)散熱能力和刀具耐用度。倒棱參數(shù)：倒梭前角和倒棱寬度。倒梭前角：高速鋼刀具一般取0oC，硬質(zhì)合金刀具一般取-15～-5oC。倒棱寬度：粗加工時(shí)，取較大值；精加工時(shí)，一般0.2～1mm。642．倒棱及前刀面形式64

2）前刀面形式(1)正前角平面型（如圖3-30）特點(diǎn)：刃口鋒利，制造簡(jiǎn)單，但強(qiáng)度低，傳熱能力差。用途：用于精加工刀具、成形刀具、銑刀和脆性材料的加工。

(2)正前角平面帶倒棱型倒棱寬度很窄，切削塑性材料時(shí)，前角取-15～-5oC，一般用于粗切鑄、鍛件或斷續(xù)表面的加工。

(3)正前角曲面帶倒棱型一般用于粗加工或精加工塑性材料的刀具。

(4)負(fù)前角單面型用于切削高硬度(強(qiáng)度)材料和淬火鋼材料。

(5)負(fù)前角雙面型652）前刀面形式653．后角及后刀面的選擇

1)后角的功用①減小后刀面與加工表面間的摩擦。②配合前角工作。③改善切削刃和刀頭的強(qiáng)度及散熱體積。

2)后角選擇的原則①粗加工選小的后角；精加工選大的后角。②工件材料的硬度、強(qiáng)度高時(shí)，取較小的后角；工件材料的硬度、強(qiáng)度低，塑性大時(shí)，選大的后角；③加工脆性材料時(shí)，選較小的后角；④采用負(fù)前角時(shí)，取較大的后角；⑤定尺寸刀具取較小的后角；663．后角及后刀面的選擇663)后刀面選擇①雙重后刀面如圖3-31(a)所示。②刃帶:在后刀面上磨出后角為零度的小棱面，如圖3-31(b)所示。刃帶起到穩(wěn)定、導(dǎo)向、消振、強(qiáng)化切削刃的作用。③消振棱：指沿著切削刃在后刀面上磨出負(fù)后角的小棱面，如圖3-31(b)所示。作用：強(qiáng)化切削刃、減小刀具磨損、消振等。消振棱參數(shù)：消振棱后角和消振梭寬度。

4)副后角的功用及選擇功用：減少副后刀面與工件已加工表面之間的摩擦，與后角選擇相同。673)后刀面選擇67

4．主偏角、副偏角的選擇

1)主偏角和副偏角的功用改善表面粗糙度、斷屑能力和工藝系統(tǒng)的剛性。

2)主偏角選擇的原則①當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性不足時(shí)，選較大主偏角，見表3-5。②工件材料強(qiáng)度大、硬度高時(shí)，選較小主偏角。③加工階梯軸時(shí)，一般主偏角Kr=90oC；車外圓、端面、倒角時(shí)，通常主偏角Kr=45oC。

3)副偏角的選擇副偏角Kr′主要影響表面粗糙度和刀具強(qiáng)度。一般情況Kr′=10～15oC；切斷刀選Kr′=1～2oC。684．主偏角、副偏角的選擇68

5．刃傾角的選擇：

1)刃傾角的作用①影響排屑方向，如圖3-32所示。②控制切削刃切人時(shí)與工件接觸的位置

如圖3-33所示。③影響切削刃鋒利性④控制背向力與進(jìn)給力的比值刃傾角為正值，背向力減小，進(jìn)給力增大；刃傾角為負(fù)值，背向力增大，進(jìn)給力減小。被加工的工件容易產(chǎn)生彎曲變形(車削外圓件)和振動(dòng)。⑤控制切削刃在切人與切出時(shí)的平穩(wěn)性695．刃傾角的選擇：69

2)刃傾角選擇的原則①粗加工時(shí)，取較小值λs=-5～0oC②精加工時(shí)，取較大值λs=-0～5oC。③有沖擊載荷時(shí)，λs=-15～-5oC④車削淬硬鋼時(shí)，λs=-12～-5oC；⑤微量精車外圓、精車孔和精刨平面時(shí)λs=45～75oC。⑥強(qiáng)力切削刨刀時(shí)，λs=-20～-10oC。⑦工藝系統(tǒng)剛性差，切削時(shí)不宜選用負(fù)刃傾角。

702)刃傾角選擇的原則70

三、切屑的控制

1．切屑的卷曲與流向

(1)切屑的卷曲：是由于切屑內(nèi)部變形及切屑排出時(shí)遇到刀具上的斷屑槽、凸臺(tái)、附加擋塊以及其他障礙物所造成的。

(2)切屑的流向：主要受刃傾角的控制。，

2．?dāng)嘈?/p>

(1)切屑在流出過程中遇到障礙物，受到彎曲力矩作用而折斷，如圖3-34～3-37所示。

(2)切屑在流動(dòng)過程中靠自身重量甩斷

如圖3-38和圖3-39所示，

71三、切屑的控制71

3.5金屬切削機(jī)床的基本知識(shí)

一、機(jī)床的分類和型號(hào)編制

1．機(jī)床的分類按加工性質(zhì)和所用刀具分為11大類：車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機(jī)床、螺紋加工機(jī)床、銑床、刨插床、拉床、鋸床、其它機(jī)床(含特種加工機(jī)床)。每一類機(jī)床又分為若干組，每一組又分為若干系列。按加工精度：分普通機(jī)床、精密機(jī)床和高精度機(jī)床；按使用范圍：分通用機(jī)床、專門化機(jī)床和組合機(jī)床；按自動(dòng)化程度：分一般機(jī)床、半自動(dòng)機(jī)床和自動(dòng)機(jī)床；按機(jī)床的重量，機(jī)床分儀表機(jī)床、中小型機(jī)床、大型機(jī)床、重型機(jī)床等。723.5金屬切削機(jī)床的基本知識(shí)一、機(jī)床的分類和型號(hào)編制

2．機(jī)床的型號(hào)編制方法機(jī)床型號(hào)：用以表示機(jī)床的類別、主要技術(shù)參數(shù)、性能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。通用機(jī)床型號(hào)的表示方法如圖3-40所示。

(1)機(jī)床的類別代號(hào)機(jī)床的類別代號(hào)：見表3-6。

(2)機(jī)床的特性代號(hào)：特性代號(hào)見表3-7。

(3)機(jī)床的組和系代號(hào)組和系代號(hào)，位于特性代號(hào)之后，用兩位數(shù)字表示。第一位數(shù)字表示組，第二位數(shù)字表示系。732．機(jī)床的型號(hào)編制方法73(4)機(jī)床的主參數(shù)主參數(shù)在型號(hào)中位于組系代號(hào)之后，用數(shù)字表示實(shí)際值的1／10、1／100，見表3-8。

(5)機(jī)床的重大改進(jìn)序號(hào)當(dāng)機(jī)床的性能和結(jié)構(gòu)有重大改進(jìn)時(shí)，用字母A、D、C．…表示，

例如MGl432A74(4)機(jī)床的主參數(shù)747575767677777878797980808181828283838484858586868787888889899090919192929393949495959696979798989999100100101101102102103103104104105105大家好大家好106模塊一

金屬切削加工基本知識(shí)

金屬切削基礎(chǔ)

切削運(yùn)動(dòng)和切削用量1.切削運(yùn)動(dòng)

在切削加工中刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使刀具和工件之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，稱為切削運(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)。

特點(diǎn)：切削速度最高，消耗功率最大。

如工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，刨削時(shí)工件或刀具的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，銑削時(shí)銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等。

107模塊一金屬切削加工基本知識(shí)金屬切削基礎(chǔ)2

2)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

由機(jī)床或人力提供的運(yùn)動(dòng)，它使刀具和工件之間產(chǎn)生附加的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。3）合成切削運(yùn)動(dòng)

由主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)，稱為合成切削運(yùn)動(dòng)。1082)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)310942.工件上的加工表面

切削加工時(shí)在工件上產(chǎn)生的表面。待加工表面

工件上有待切除的表面。已加工表面

工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的表面。過渡表面

工件上由刀具切削刃形成的正在切削的那一部分表面。1102.工件上的加工表面511163.切削用量切削用量是切削速度、進(jìn)給量(或進(jìn)給速度)和背吃刀量的總稱。1）切削速度（Vc）是指在切削加工時(shí)，切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)線速度。Vc=πDn/10001123.切削用量72）進(jìn)給量（f）是指工件（或刀具）每回轉(zhuǎn)一周時(shí)，刀具（或工件）在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的相對(duì)位移量。3）背吃刀量（ap）指待加工表面和已加工表面之間的垂直距離。1132）進(jìn)給量（f）是指工件（或刀具）每回轉(zhuǎn)一周時(shí)，刀具（或工件4.切削層參數(shù)切削層是指在切削過程中，刀具的切削部分沿進(jìn)給方向在一次走刀中切除的工件材料層。切削層參數(shù)包括切削層公稱寬度bD、切削層公稱厚度hD和切削層公稱橫截面積AD，它的形狀和尺寸規(guī)定在刀具的基面中度量。1144.切削層參數(shù)9任務(wù)二刀具角度一、刀具切削部分的組成前刀面Aγ、后刀面Aα、副后面Aα′、主切削刃S、副切削刃S′、刀尖。安裝車刀時(shí)，規(guī)定刀尖與工件中心等高，刀桿中心線垂直于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向。115任務(wù)二刀具角度10幾個(gè)平面116幾個(gè)平面11刀具靜止角度1）主偏角Kr2）副偏角Kr′3）刃傾角λs4）前角γo5）后角αo6）副后角αo′117刀具靜止角度12118131191412015（3）較強(qiáng)的耐磨性和耐熱性（2）高強(qiáng)度與強(qiáng)韌性刀具材料3.1.1刀具材料的基本要求刀具材料需滿足一些基本要求：刀具材料耐熱性是衡量刀具切削性能的主要標(biāo)志，通常用高溫下保持高硬度的性能來衡量，也稱熱硬性（1）高硬度（5）良好的工藝性與經(jīng)濟(jì)性（4）優(yōu)良導(dǎo)熱性121（3）較強(qiáng)的耐磨性和耐熱性（2）高強(qiáng)度與強(qiáng)韌性刀具材料3.（1）高硬度刀具是從工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度。刀具材料最低硬度應(yīng)在60HRC以上。對(duì)于碳素工具鋼材料，在室溫條件下硬度應(yīng)在62HRC以上；高速鋼硬度為63HRC～70HRC；硬質(zhì)合金刀具硬度為89HRC～93HRC。122（1）高硬度刀具是從工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必須高（2）足夠強(qiáng)度和韌性刀具材料在切削時(shí)受到很大的切削力與沖擊力。如車削45鋼，在背吃刀量ap＝4㎜，進(jìn)給量f＝0.5㎜/r的條件下，刀片所承受的切削力達(dá)到4000N，可見，刀具材料必須具有較高的強(qiáng)度和較強(qiáng)的韌性。一般刀具材料的韌性用沖擊韌度aK表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力。123（2）足夠強(qiáng)度和韌性刀具材料在切削時(shí)受到很大的切削力與沖擊力（3）高的耐磨性和耐熱性A、刀具耐磨性是刀具抵抗磨損能力。一般刀具硬度越高，耐磨性越好。刀具金相組織中硬質(zhì)點(diǎn)（如碳化物、氮化物等）越多，顆粒越小，分布越均勻，則刀具耐磨性越好。B、刀具材料耐熱性是衡量刀具切削性能的主要標(biāo)志，通常用高溫下保持高硬度的性能來衡量，也稱熱硬性。刀具材料高溫硬度越高，則耐熱性越好，在高溫抗塑性變形能力、抗磨損能力越強(qiáng)。124（3）高的耐磨性和耐熱性A、刀具耐磨性是刀具抵抗磨損能力。1（4）優(yōu)良導(dǎo)熱性刀具導(dǎo)熱性好，表示切削產(chǎn)生的熱量容易傳導(dǎo)出去，降低了刀具切削部分溫度，減少刀具磨損。刀具材料導(dǎo)熱性好，其抗耐熱沖擊和抗熱裂紋性能也強(qiáng)。125（4）優(yōu)良導(dǎo)熱性刀具導(dǎo)熱性好，表示切削產(chǎn)生的熱量容易傳導(dǎo)出去（5）良好的工藝性與經(jīng)濟(jì)性刀具不但要有良好的切削性能，本身還應(yīng)該易于制造，這要求刀具材料有較好的工藝性，如鍛造、熱處理、焊接、磨削、高溫塑性變形等功能。經(jīng)濟(jì)性也是刀具材料的重要指標(biāo)之一，選擇刀具時(shí)，要考慮經(jīng)濟(jì)效果，以降低生產(chǎn)成本。126（5）良好的工藝性與經(jīng)濟(jì)性刀具不但要有良好的切削性能，本身還3.1.2刀具材料的種類和用途1.碳素工具鋼：（C=0.65%～1.35%）常用的牌號(hào)有T8A、T10A、T12A等。切削溫度≤200℃，切削速度≤8m/min，硬度60～65HRC主要用于手用工具，如銼刀鋸條等。2.合金工具鋼：（錳、鉻、鎢、硅）常用的牌號(hào)有9SiCr、GCr15、CrWMn等。切削溫度≤600℃，硬度63～66HRC主要用于制造低速手用工具，如絲錐絞刀等。1273.1.2刀具材料的種類和用途1.碳素工具鋼：（C=0.6

3.高速鋼（1）概念：高速鋼是一種含有鎢、鉬、鉻、釩等合金元素較多的工具鋼（2）性質(zhì)：①高速鋼具有良好的熱穩(wěn)定性②高速鋼具有較高強(qiáng)度和韌性③高速鋼具有一定的硬度(63～70HRC)

和耐磨性1283.高速鋼23（3）高速鋼的分類①普通高速鋼

A、鎢系高速鋼（簡(jiǎn)稱

W18）優(yōu)點(diǎn)：鋼磨削性能和綜合性能好，通用性強(qiáng)。缺點(diǎn)：碳化物分布常不均勻，強(qiáng)度與韌性不夠強(qiáng)，熱塑性差，不宜制造成大截面刀具。

B、鎢鉬鋼（將一部分鎢用鉬代替所制成的鋼）優(yōu)點(diǎn)：減小了碳化物數(shù)量及分布的不均勻性。缺點(diǎn)：高溫切削性能和W18相比稍差。129（3）高速鋼的分類24

②高性能高速鋼優(yōu)點(diǎn)：具有較強(qiáng)的耐熱性，刀具耐用度是普通高速鋼的1.5～3倍。

缺點(diǎn)：強(qiáng)度與韌性較普通高速鋼低，高釩高速鋼磨削加工性差。適合加工的零件：奧氏體不銹鋼、高溫合金、鈦合金、超高強(qiáng)度鋼等難加工材料。

130②高性能高速鋼25③粉末冶金高速鋼

優(yōu)點(diǎn)：無碳化物偏析，提高鋼的強(qiáng)度、韌性和硬度，硬度值達(dá)69～70HRC；保證材料各向同性，減小熱處理內(nèi)應(yīng)力和變形；磨削加工性好，磨削效率比熔煉高速鋼提高2～3倍；耐磨性好。適于制造切削難加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滾刀和插齒刀），精密刀具和磨加工量大的復(fù)雜刀具。131③粉末冶金高速鋼優(yōu)點(diǎn)：無碳化物偏析，提高鋼的強(qiáng)度、韌性和硬4．硬質(zhì)合金（1）硬質(zhì)合金組成硬質(zhì)合金是由難熔金屬碳化物和金屬粘結(jié)劑經(jīng)粉末冶金方法制成。（2）硬質(zhì)合金的性能特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：硬質(zhì)合金中高熔點(diǎn)、高硬度碳化物含量高，熱熔性好,熱硬性好，切削速度高。

缺點(diǎn)：脆性大，抗彎強(qiáng)度和抗沖擊韌性不強(qiáng)。抗彎強(qiáng)度只有高速鋼的1/3～1/2，沖擊韌性只有高速鋼的1/4～1/35。

力學(xué)性能：主要由組成硬質(zhì)合金碳化物的種類、數(shù)量、粉末顆粒的粗細(xì)和粘化劑的含量決定。

1324．硬質(zhì)合金27（3）普通硬質(zhì)合金的種類、牌號(hào)及應(yīng)用按其化學(xué)成分的不同可分為：①鎢鈷類（WC+Co）（代號(hào)YG）硬度89～91.5HRA，耐熱性800～900

℃

，常用牌號(hào)YT3、YT6、YT8等。用于鑄鐵有色金屬合和非金屬材料。金鈷含量越高，韌性越好，適于粗加工；鈷含量低，適于精加工。133（3）普通硬質(zhì)合金的種類、牌號(hào)及應(yīng)用28②鎢鈦鈷類（WC+TiC+Co）（代號(hào)YT）硬度89.5～92.5HRA，耐熱性900～1000

℃

常用牌號(hào)YT5、YT14、YT15，數(shù)值表示TiC

的百分含量。用于加工塑性材料，不適合加工含TiC不銹鋼。合金中TiC含量高，則耐磨性和耐熱性提高，但強(qiáng)度降低→粗加工一般選擇TiC含量少的牌號(hào)，精加工選擇TiC含量多的牌號(hào)。134②鎢鈦鈷類（WC+TiC+Co）（代號(hào)YT）29③鎢鉭（鈮）鈷類（WC+TaC（Nb）+Co）（代號(hào)YA）常溫有高硬度、耐磨性、高溫強(qiáng)度和抗氧化性。常用的牌號(hào)：YA6

用于加工冷硬鑄鐵、有色金屬及合金半精加工，也能用于高錳鋼、淬火鋼等材料的半精加工和精加工。④鎢鈦鉭（鈮）鈷類（WC+TiC+TaC（Nb）+Co）（代號(hào)YW）性能高于鎢鈦鈷類，通用性好等。常用的牌號(hào)：YW1、YW2

用于加工鋼材、鑄鐵、有色金屬及合金。135③鎢鉭（鈮）鈷類（WC+TaC（Nb）+Co）30⑤碳化鈦基類（WC+TiC+Ni+Mo）（代號(hào)YN）具有很高硬度、耐磨性，較高耐熱性和抗氧化性，摩擦系數(shù)較小，抗黏結(jié)能力較強(qiáng)，耐用度高于WC基硬質(zhì)合金，抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性低于WC

基硬質(zhì)合金。常用的牌號(hào)：YN05、YN10

用于精加工和半精加工，對(duì)于大長(zhǎng)零件且加工精度較高的零件尤其適合，但不適于有沖擊載荷的粗加工和低速切削。136⑤碳化鈦基類（WC+TiC+Ni+Mo）（代號(hào)YN）315.特殊刀具材料

1）陶瓷刀具（1）材料組成：主要由硬度和熔點(diǎn)都很高的Al2O3Si3N4

等氧化物、氮化物和少量的金屬碳化物、氧化物等添加劑組成。通過粉末冶金工藝方法制粉，再壓制燒結(jié)而成。（2）常用種類：Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷（3）優(yōu)點(diǎn)：硬度91～95HRA，耐熱性為1200℃

，耐磨性很高，摩擦系數(shù)低，切削力比硬質(zhì)合金小，切削速度高于硬質(zhì)合金3～5倍，刀具壽命比硬質(zhì)合金高。（4）缺點(diǎn)：強(qiáng)度和韌性差，熱導(dǎo)率低；陶瓷最大缺點(diǎn)是脆性大，抗沖擊性能很差。（5）適用范圍：高速精細(xì)加工硬材料。1375.特殊刀具材料322）金剛石刀具（1）分類：天然金剛石刀具；人造聚晶金剛石刀具；復(fù)合聚晶金剛石刀具。（2）優(yōu)點(diǎn)：極高的硬度和耐磨性，人造金剛石硬度達(dá)10000HV，耐磨性是硬質(zhì)合金的60～80

倍；切削刃鋒利，能實(shí)現(xiàn)超精密微量加工和鏡面加工；很高的導(dǎo)熱性。（3）缺點(diǎn)：耐熱性差，強(qiáng)度低，脆性大，對(duì)振動(dòng)很敏感。（4）適用范圍：用于高速條件下精細(xì)加工有色金屬及其合金和非金屬材料。1382）金剛石刀具333）立方氮化硼刀具（1）概念：立方氮化硼（簡(jiǎn)稱CBN）是由六方氮化硼為原料在高溫、高壓下合成。（2）優(yōu)點(diǎn)：硬度高8000～9000HV，耐熱性為1200℃

熱穩(wěn)定性好，導(dǎo)熱性較高，摩擦系數(shù)較?。?）缺點(diǎn)：強(qiáng)度和韌性較差，抗彎強(qiáng)度僅為陶瓷刀具的1/5～1/2。（4）適用范圍：適用于加工高硬度淬火鋼、冷硬鑄鐵和高溫合金材料。不宜加工塑性大的鋼件、鎳基合金、鋁合金和銅合金。1393）立方氮化硼刀具346.涂層刀具

1）概念：涂層刀具是在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上或高速鋼刀具基體上，涂覆一層(5～12μm)耐磨性較高的難熔金屬化合物而制成。

2）常用的涂層材料有：TiC、TiN、Al2O3等

3）涂層形式：可以采用單涂層和復(fù)合涂層

4）優(yōu)點(diǎn)：涂層刀具具有高的抗氧化性能和抗粘結(jié)性能，因此具有較高的耐磨性

5）適用范圍：主要用于車削、銑削等加工，由于成本較高，還不能完全取代未涂層刀具的使用。不適合受力大和沖擊大的粗加工，高硬材料的加工以及進(jìn)給量很小的精密切削。1406.涂層刀具3514136142371433814439第一章金屬切削及機(jī)床的基本知識(shí)基本內(nèi)容：主要介紹刀具幾何角度及工作角度、切削變形與積屑瘤、切削力、切削熱、切削溫度、刀具磨損與刀具耐用度、切削液及刀具幾何參數(shù)的合理選擇、機(jī)床的基本知識(shí)等。2.基本要求：刀具幾何角度和積屑瘤的成因、作用及控制措施影響切削力、切削熱、切削溫度、刀具磨損的因素；合理選擇刀具材料、幾何參數(shù)、切削液等。145第一章金屬切削及機(jī)床的基本知識(shí)基本內(nèi)容：403.2金屬切削加工基本知識(shí)

一、切削運(yùn)動(dòng)和切削用量

1.切削運(yùn)動(dòng):1)主運(yùn)動(dòng)

2)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

3)合成切削運(yùn)動(dòng)

2.工件上的加工表面:

待加工表面、已加工表面、過渡表面。

3.切削用量

1)切削速度Vc2)進(jìn)給量f3)背吃刀量ap1463.2金屬切削加工基本知識(shí)一、切削運(yùn)動(dòng)和切削用量41二、刀具角度參考系和刀具角度

1.車刀的組成：前刀面Aγ、后刀面Aα、副后面Aα′、主切削刃S、副切削刃S′、刀尖。

2.刀具靜止角度參考系及其坐標(biāo)平面

1)刀具靜止角度參考系

①假定運(yùn)動(dòng)條件:

②假定安裝條件:147二、刀具角度參考系和刀具角度1.車刀的組成：422)刀具靜止參考系的坐標(biāo)平面①基面Pr

基面是通過切削刃上選定點(diǎn)，垂直于假定主運(yùn)動(dòng)方向的平面。②切削平面Ps

切削平面是指切削刃上選定點(diǎn)與主切削刃相切并垂直于基面的平面。③正交平面Po(也稱主剖面)

正交平面是通過切削刃上選定點(diǎn)，并同時(shí)垂直于基面和切削平面的平面。1482)刀具靜止參考系的坐標(biāo)平面43

3.刀具靜止角度的標(biāo)注

（正交平面參考系Pr、Ps、Po）

1）主偏角Kr

2）副偏角Kr′

3）刃傾角λs

4）前角γo

5）后角αo

6）副后角αo′

1493.刀具靜止角度的標(biāo)注44

三、刀具的工作角度

1.刀具工作參考系及工作角度1）刀具工作參考系工作基面Pre、工作切削平面Pse、工作正交平面Poe、工作平面Pfe、工作法子面Pne2）刀具工作角度工作前角γoe

工作后角αoe

工作側(cè)前角γfe工作側(cè)后角αfe

150三、刀具的工作角度1.刀具工作參考系及工作角度452.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)刀具工作角度的影響1）橫車外圓對(duì)工作角度的影響以Kr=90o的切斷刀為例(見圖1—13)，由于受進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度υf的影響，刀具工作角度發(fā)生了變化，它與標(biāo)注角度的關(guān)系為

γoe=γo+μ

αoe=αo-μ

1512.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)刀具工作角度的影響462)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響

圖3—15所示由于受進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度υf的影響，刀具工作角度發(fā)生了變化，它與標(biāo)注角度的關(guān)系為在主剖面內(nèi)：γoe=γo+μo

αoe

=αo-μo

在進(jìn)給剖面內(nèi)：γfe=γf+μf

αfe

=αf-μf

1522)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響473)刀尖安裝高低對(duì)工作角度的圖1—15所示為車外圓時(shí)，刀尖安裝位置高低對(duì)工作角度的影響情況．由圖可知:

當(dāng)?shù)都飧邥r(shí)[見圖1—15a]γpe＝γp+θpαPe＝αP-θp

當(dāng)?shù)都獾蜁r(shí)[見圖1—15b]γpe＝γp-θpαPe＝αP+θp

sinθp＝h/2d1533)刀尖安裝高低對(duì)工作角度的48

4)刀桿軸線不垂直與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向刀具的標(biāo)注主偏角、副偏角和工作主偏角、工作副偏角的關(guān)系如圖向右傾斜時(shí)：Kr=Kre-GKr′=Kre′+G向左傾斜時(shí)：Kr=Kre+GKr′=Kre′-G1544)刀桿軸線不垂直與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向493.3金屬切削過程一、切削變形及其主要影響因素1．切屑的形成過程及切屑形態(tài)

1)切屑的形成

2)切屑的形態(tài)

帶狀切屑、節(jié)狀切屑、粒狀切屑、崩碎切屑

3)三個(gè)變形區(qū)第一變形區(qū)在切削刃前面的切削層內(nèi)的區(qū)域；第二變形區(qū)在切屑底層與前刀面的接觸區(qū)域；第三變形區(qū)發(fā)生在后刀面與工件已加工表面接觸的區(qū)域。1553.3金屬切削過程一、切削變形及其主要影響因素502．影響切削變形的主要因素

1)工件材料在切削條件相同的情況下，材料的強(qiáng)度愈大，材料切削變形減??；材料的塑性愈大，切削變形愈大。

2)切削用量切削速度：切削塑性材料時(shí)，切削速度對(duì)切削變形的影響呈波浪形變化。進(jìn)給量：當(dāng)主偏角Kr一定時(shí)，增大進(jìn)給量，切削變形通常是減小的。

3)刀具幾何角度前角愈大，切削變形愈小。1562．影響切削變形的主要因素513．積屑瘤

1)積屑瘤定義在一定的條件下切削塑性金屬時(shí)，由于前刀面擠壓及摩擦的作用，使切屑底層中的一部分金屬停滯和堆積在切削刃口附近，形成硬塊，能代替切削刃進(jìn)行切削，這個(gè)硬塊稱為切屑瘤。如圖3.21所示。2）積屑瘤產(chǎn)生的原因切屑底面對(duì)前刀面強(qiáng)烈的摩擦，當(dāng)接觸面達(dá)到一定溫度和壓力時(shí)，刀具表面易產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象。這時(shí)切屑從粘結(jié)在刀面上的金屬層上流過(剪切滑移)，因內(nèi)摩擦變形而產(chǎn)生加工硬化，使金屬粘結(jié)在底層上。這樣，一層一層的堆積并粘結(jié)在一起，形成積屑瘤，直至該處的溫度和壓力不足以造成粘結(jié)為止。1573．積屑瘤523)積屑瘤的特點(diǎn)積屑瘤有利的一面是它代替切削刃工作，起到保護(hù)切削刃的作用，使刀具實(shí)際前角增大，切削變形程度降低切削力減??；積屑瘤不利的一面是它的前端伸出切削刃之外，影響尺寸精度和表面質(zhì)量。因此在粗加工時(shí)，允許有積屑瘤存在，但在精加工時(shí)，一定要設(shè)法避免。4)積屑瘤的控制措施

A、提高工件材料的硬度，減少塑性和加工硬化傾向。

B、控制切削速度，選擇低速或高速切削。

C、采用潤(rùn)滑性能良好的切削液，減小摩擦。

D、增大前角，減小切削厚度，都可使刀具屑接觸長(zhǎng)度減小，積屑瘤高度減小。1583)積屑瘤的特點(diǎn)53二、切削力及其主要影響因素l.切削力的來源、切削分力切削過程中，刀具施加于工件使工件材料產(chǎn)生變形，并使多余材料變?yōu)榍行妓璧牧ΓQ為切削力F。主切削力Fc(Fz)

：總切削力F在主運(yùn)動(dòng)方向上的分力；背向力Fp(Fy)：

總切削力F在垂直于假定工作平面方向上的分力；進(jìn)給力Ff(Fx)：總切削力在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的分力。159二、切削力及其主要影響因素l.切削力的來源、切削分力542．影響切削力的主要因素

1)工件材料的影響工件材料的硬度高，則切削力大。工件材料硬度、強(qiáng)度較低，但塑性、韌性大，切削力也較大。切削脆性材料(如鑄鐵)時(shí)，切削力也較小。

2)切削用量的影響切削用量三要素對(duì)切削力的影響規(guī)律是：背吃刀量ap

最大；其次是進(jìn)給量f；最小是切削速度Vc。1602．影響切削力的主要因素553)刀具幾何參數(shù)的影響

a.前角的影響γo

前角大，切削變形小，切削力下降。

b.主偏角的影響Kr

主偏角Kr的增加，進(jìn)給力Ff

增加，背向力FP減小

c.刃傾角的影響λs刃傾角λs對(duì)主切削力Fc的影響很小。刃傾角λs對(duì)進(jìn)給力Ff和背向力FP的影響較大。當(dāng)λs從正值變?yōu)樨?fù)值，將FP增加，F(xiàn)f將減小。

d.刀尖圓弧半徑r

增大刀尖圓弧半徑r，F(xiàn)p明顯增加，F(xiàn)f降低。1613)刀具幾何參數(shù)的影響56三、切削溫度及其主要影響因素1．切削熱和切削溫度

1)切削熱的產(chǎn)生和傳出變形和摩擦所做的功絕大部分都轉(zhuǎn)化成熱能。熱能通過切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)傳出。

2)切削溫度:切削溫度一般指切削區(qū)域的平均溫度2．切削溫度的主要影響因素

1)工件材料的影響材料的強(qiáng)度、硬度高，切削溫度Q升高。切削脆性材料，因變形小，切削溫度較低。

2)切削用量的影響切削速度最大；其次進(jìn)給量；最小背吃刀量。162三、切削溫度及其主要影響因素1．切削熱和切削溫度573)刀具幾何參數(shù)的影響

a、前角γoγo增大，產(chǎn)生的熱量減小。

b、主偏角KrKr減小，在ap不變的條件下主切削刃工作長(zhǎng)度增加，散熱面積增加，因此切削溫度下降。

c、刀尖圓弧半徑rr增大，平均主偏角減小，切削寬度bD增加，散熱面積增加，切削溫度降低。4)其它影響因素選擇合適的冷卻液能降低切削溫度。1633)刀具幾何參數(shù)的影響58四、刀具磨損、刀具耐用度及影響因素

1．刀具磨損形式和磨損原因

1)刀具磨損形式：前刀面磨損、后刀面磨損、前后刀面同時(shí)磨損。

2)刀具磨損過程及原因：硬質(zhì)點(diǎn)磨損、粘結(jié)磨損、擴(kuò)散磨損、氧化磨損等。2．刀具耐用度及其主要影響因素

1)刀具磨損限度

2）刀具耐用度指一把新刃磨的刀具，從開始切削至達(dá)到磨損限度所經(jīng)過的切削時(shí)間，用T表示。

3)刀具壽命:

是一把新刀具從使用到報(bào)廢的切削時(shí)間。164四、刀具磨損、刀具耐用度及影響因素1．刀具磨損形式和磨損原

3.4提高切削效益的途徑

一、切削液的合理選擇：切削掖的種類和選用見表3-4。

1.切削液的作用

(1)潤(rùn)滑作用:在切屑、工件與刀具之間形成油膜。

(2)冷卻作用:(3)清洗與防銹作用2.切削液的種類

(1)水溶液以水為主要成分并加人防銹添加劑的切削液。主要起冷卻作用，用于粗加工和普通鏜削加工。

(2)切削油以礦物油為主加入一定的添加劑構(gòu)成的.起潤(rùn)滑作用

(3)乳化液乳化油加95％-98％水稀釋成的一種切削液。乳化油由礦物抽、乳化劑配制而成，1653.4提高切削效益的途徑一、切削液的合理選擇：切削掖3．切削液的合理選用和使用方法

1)切削液的合理選用硬質(zhì)合金刀具，一般不用切削液。若要用切削液，必需連續(xù)、充分地供給，否則刀片產(chǎn)生裂紋。高速鋼刀具耐熱性差，需采用切削液。粗加工采用3％—5％的乳化液，主要冷卻；精加工時(shí)，可以采用15％-20％的乳化液，目的改善加工質(zhì)量，降低刀具磨損，減少積屑瘤。鑄鐵一般不用切削液。鋼合金和有色金屬，一般不用含硫的切削液，避免腐蝕工件表面。切削鋁合金時(shí)不用切削液。

2)切削液的使用方法切削液應(yīng)澆注在切削變形區(qū)，不應(yīng)該澆注在刀具或零件上。切削液澆注的方法如圖3-29所示。1663．切削液的合理選用和使用方法61二、幾何參效的合理選擇合理的刀具幾何參數(shù)，可以保證工件加工質(zhì)量，獲得較高的刀具壽命，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。1.前角及前刀面的選擇

1)前角的功用①前角影響切削變形和摩擦，從而影響了切削力、切削熱和切削功率。②前角影響刀具的鋒利性，同時(shí)影響切削刃和刀頭的強(qiáng)度及刀頭散熱條件。③刀具前角大，可以減小切削變形，但不易斷屑。④刀具前角減小或采用負(fù)前角，將會(huì)使刀具在切削時(shí)振動(dòng)加大，加工表面粗糙。167二、幾何參效的合理選擇62

2)前角選擇的原則①工件材料的強(qiáng)度、硬度低，用較大的前角；反之，采用較小的前角。②加工塑性材料選較大的前角，加工脆性材料選較小的前角。③粗加工、斷續(xù)切削和承受沖擊載荷時(shí)，選較小的前角，甚至負(fù)前角。④成形刀具和展成法刀具，選用較小的前角。⑤高速鋼刀比硬質(zhì)合金刀具前角大5oC～10oC。1682)前角選擇的原則63

2．倒棱及前刀面形式

1）倒棱的含義及作用含義：指沿著切削刃在前刀面上磨出負(fù)前角的小棱面，如圖3-30(b)所示。作用：提高刀刃強(qiáng)度、增強(qiáng)散熱能力和刀具耐用