PAGEPAGE10第九章金屬切削原理知識與刀具本章重點1．切削用量的概念及選擇；2．車刀主要幾何角度的作用及選擇；3．常用刀具材料的性能及用途；4．切削液的作用及選擇；5．切削力的概念及其影響因素；6．切削熱、切削溫度的概念及影響切削熱的因素；7．刀具磨損的基本形式、過程及刀具壽命的概念；8．砂輪的選擇及刃磨900外圓車刀的基本方法；9．切屑的類型、積屑瘤的成因及其對切削加工的影響；10．斷屑的概念及其影響因素；11．減小表面粗糙度值的工藝措施。內容提要一、切削用量1．切削用量的概念切削用量（又稱切削三要素）是衡量切削運動大小的參量。它包括切削深度（背吃刀量）、進給量和切削速度。（1）切削深度（背吃刀量）ap：切削時工件上待加工表面與已加工表面之間的距離。單位：mm。①車外圓時：ap=（dw-dm）/2式中dw——待加工表面的直徑（mm）；dm——已加工表面的直徑（mm）；②切斷和車槽時的切削深度（背吃刀量）等于車刀主切削刃的寬度。（2）進給量f：工件每轉一圈，刀具沿進給方向移動的距離。單位：mm/r。（3）切削速度v：主運動的線速度。單位：m/min。v=nπdw/1000式中：v——切削速度（m/min）；n——主軸轉速（r/min）；dw——待加工表面直徑（mm）。2．切削用量的選擇（1）粗加工時切削用量的選擇①選擇原則：以提高勞動生產率為主。②選擇方法：首先選用一個大的切削深度（背吃刀量），其次為縮短進給時間再選一個較大的進給量，最后在保證刀具壽命的前提下，再選擇一個相對大而合理的切削速度。（2）半精加工、精加工時切削用量的選擇①選擇原則：以保證加工精度為主。②選擇方法：切削余量原則一次進給完成，也可分多次，但最后一次進給的余量不得小于0.1mm；進給量應選小一些；切削速度應根據刀具材料選擇，高速鋼刀具一般小于5m/min，硬質合金可大于80m/min。二、刀具的幾何角度1.切削運動——切削時刀具與工件之間的相對運動，包括主運動和進給運動。（1）主運動——切削時形成切削速度的運動。車削時工件的旋轉運動是主運動。（2）進給運動——使工件多余材料繼續投入切削的運動。車削時車刀的縱向或橫向移動為進給運動。2.切削時工件上形成的表面切削時工件上有三個不斷變化的表面：（1）待加工表面——工件上將要被切去多余金屬的表面。（2）已加工表面——已經切去金屬層而形成的表面。（3）過渡（加工）表面——刀具切削刃在工件上形成的表面。3.車刀的主要角度（1）車刀的組成:①刀桿——把車刀裝夾在刀架上；②刀體——擔負切削工作。包括：三“面”兩“刃”一“尖”。a.前刀面——切屑排出時經過的刀面。b.主后刀面——和工件過渡表面相對的面。c.副后刀面——和工件已加工表面相對的面。d.主切削刃——前刀面和主后刀面的相交部位。e.副切削刃——前刀面和副后刀面的相交部位。f.刀尖——主切削和副切削刃的相交部位。補充：修光刃——副切削刃前段近刀尖處的一段平直刀刃。裝夾刀具時修光刃必須與進給方向平行，且長度大于進給量才能起到修光作用。（2）確定刀具切削角度的輔助平面①切削平面（Ps）——通過主切削刃上的任一點，并與工件加工表面相切的平面。②基面（Pr）——通過主刃上任一點，并垂直于該點切削速度方向的平面。③主截面（Po）——通過主刃上任一點，并與該點切削平面和基面垂直的平面。[注意]：Ps、Pr、Po互相垂直，構成一個空間直角坐標系。（3）車刀的主要角度①在主截面(P0)內測量的角度：前角γo——前刀面與基面之間的夾角。后角αo——后刀面與切削平面之間的夾角。楔角βo——前刀面與后刀面之間的夾角。②在切削平面（Ps）內測量的角度：刃傾角λs——主切削刃與基面之間的夾角。③在基面（Pr）內測量的角度：主偏角κr——主切削刃在基面上的投影與進給方向之間的夾角。副偏角κr’——副切削刃在基面上的投影與背離進給方向之間的夾角。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。4.車刀角度的作用和選擇（1）前角γo①作用：a.主要影響車刀的鋒利程度，切削力的大小和切屑變形的大?。籦.影響車刀強度，受力情況和散熱情況；c.影響加工表面質量。②選擇：前角的選擇原則是在刀具強度允許的情況下，盡量選較大的前角，具體選擇時，應根據工件材料、刀具材料、加工性質等因素合理選取。a.加工脆性材料、高硬度材料時選小前角,加工塑性材料、低硬度材料時選大前角；b.高速鋼刀具前角一般大于硬質合金刀具材料；c.精加工選大前角，粗加工選小前角。（2）后角αo①作用：a.減小后刀面與過渡表面之間的摩擦力，提高工件的表面質量，延長車刀的使用壽命；b.增大后角使車刀刃口鋒利，但楔角減小，易造成車刀強度減小，散熱條件變差和磨損加快等不利現象。②后角的的選擇：a.粗加工時，要求刀具有足夠的強度，應選較小的后角；b.精加工時，為減小后刀面和工件過渡表面之間的摩擦，保持刃口鋒利，應選較大的后角；c.繼續切削或切削力較大時應選較小的后角。(3)主偏角κr①主偏角的作用：主要影響車刀的散熱條件，影響軸向切削力和徑向切削力之比及斷屑情況，主偏角增大，車刀散熱條件變差，徑向力減小，軸向力增大，切削厚度增大易斷屑。②主偏角的選擇：工件剛性差時選較大的主偏角，車細長軸時應選較大的主偏角，車高硬度工件應選較小的主偏角。(4)副偏角κr’①作用：主要影響副切削刃和工件已加工表面之間的摩擦，影響車刀強度和工件的表面粗糙度。②選擇：粗加工時應選稍大一點的副偏角，精加工時應選較小的副偏角。(5)刃傾角①刃傾角的正負：λs為正值——刀尖位于主刃上最高點。λs為負值——刀尖位于主刃上最低點。λs為零度——主刃和基面平行時。②刃傾角的作用：控制排屑方向；影響刀尖強度和切削的平穩性；影響切削前角及刀刃的鋒利程度。③選擇：主要根據工件材料、刀具材料和加工性質決定。精加工時選正值刃傾角，斷續切削時或沖擊力大時選負值刃傾角，大前角車刀選負的刃傾角，微量進給時選大的刃傾角。三、刀具材料1.對刀具切削部分材料的要求：(1)高硬度HRC60以上(2)足夠的強度和韌性；(3)高耐磨性；(4)高耐熱性；(5)良好的工藝性；(6)良好的導熱性。2.常用刀具材料及用途(1)碳素工具鋼：含碳量0.65%～1.3%，HRC60以上。①常用牌號：T10A、T12A。②用途：用于制造手用鉸刀、銼刀和鋸條。(2)低合金工具鋼：韌性、耐熱性、耐磨性較高①常用牌號：9SiCr、CrWMn。②用途：用于制造絲錐、板牙。(3)高速鋼：韌性好，耐沖擊，切削溫度可達5400C～①常用牌號：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。②用途：用來制造車刀、銑刀、鉆頭、鉸刀、拉刀和齒輪刀具。(4)硬質合金：硬度高，耐磨性好，耐高溫（可達10000C），但韌性差，常用的有三類：①鎢鈷類(K類)：常用牌號YG3、YG6、YG8；用于加工脆性材料。②鎢鈦鈷類（P類）：常用牌號YT5、YT15、YT30；用于加工塑性材料。③鎢鈦鉭（鈮）鈷類（M類）：常用牌號YW1、YW2；用于加工難加工材料。四、切削液1.概念：為了提高切削加工效果而使用的液體稱為切削液。2.作用：（1）冷卻作用；（2）潤滑作用；（3）清洗作用；（4）防銹作用。3.種類：(1)乳化液(水基)——主要起冷卻作用。(2)切削油(油基)——主要起潤滑作用。4.切削液的選擇（工件材料、加工性質、刀具材料）（1）粗加工時選以冷卻為主的乳化液；（2）精加工時選以潤滑為主的切削油；（3）使用高速鋼刀具一般要加切削液；（4）使用硬質合金刀具一般不加切削液；（5）加工塑性材料時通常加切削液，加工脆性材料時一般不加切削液，加工易燃材料時不加切削液，只能采用空冷。五、切削力1.概念：工件材料抵抗刀具切削時所產生的阻力稱為切削力。2.來源：變形與摩擦(1)工件上切削層和已加工表面要產生彈性變形和塑性變形，因而有變形抗力作用在刀具上；(2)工件與刀具、切屑與刀具間的摩擦阻力也作用在刀具上。3.切削力Fr的分解：(1)主切削力（切向力）Fz——垂直于基面的分力。(2)切深抗力（徑向力）Fy——影響加工精度，產生振動。(3)進給抗力（軸向力）Fx——影響進給系統零部件的受力大小。4.影響切削力的因素：凡影響變形和摩擦的因素都能影響切切削力，主要因素有工件材料，刀具角度，切削用量和切削液等。(1)工件材料：工件材料的硬度、強度越大，其切削力越大。(2)切削用量：切削用量中對切削力影響最大的是切削深度，其次是進給量，影響最小是切削速度。(3)刀具角度：對切削刀影響較大的前角、主偏角和刃傾角。(4)切削液：選用切削液可使切削力減少。六、切削熱、切削溫度1.切削熱的產生和傳導（1）切削熱——在切削加工過程中，由于被切削金屬層的變形，分離及刀具和被切削材料間的摩擦而產生的熱量稱為切削熱。（2）切削熱主要通過切屑、刀具、工件、切削液和周圍空氣傳導出去，若加工時不用切削液，則主要由切屑傳出。2.切削熱對切削過程的影響（通過切削溫度）（1）切削熱傳入刀具后，使刀具溫度升高，硬度下降，刀具壽命降低。（2）切削熱傳入工件后，使工件溫度升高，熱變形增大，工件加工精度降低。3.切削溫度（1）切削溫度——切削過程中切削區域的平均溫度稱為切削溫度。（2）切削溫度的高低取決于產生熱量的多少和熱傳導的快慢。4.影響切削熱的因素（1）工件材料（2）切削用量切削用量中，對切削溫度影響最大的是切削速度，其次進給量，影響最小的是切削深度。（3）刀具角度（4）切削液加注切削液可使切削溫度降低。七、刀具的磨損、壽命及刃磨1.磨損原因：機械摩擦和切削熱2.磨損形式：（1）非正常磨損：裂紋、崩刃、卷刃、碎裂（2）正常磨損：①前刀面磨損；②后刀面磨損；③前后刀面同時磨損。3.刀具磨損過程：（1）初期磨損階段（2）正常磨損階段（3）劇烈磨損階段4.刀具的磨鈍標準（1）概念：刀具從開始切削到不能繼續使用為止，在后刀面上的那段磨損量。（2）種類：①粗加工磨鈍標準（經濟磨鈍標準）②精加工磨鈍標準（工藝磨鈍標準）5.刀具壽命（1）刀具壽命——刀具開始切削一直到達到磨鈍標準為止的總切削時間。（2）刀具總壽命——一把新刀具可經過無數次刃磨，直到喪失切削能力為止的總切削時間。（3）影響刀具壽命的因素：（1）工件材料（2）切削用量影響最大的是切削速度，其次是進給量，最小的是切削深度。（3）刀具角度（4）切削液6.刀具的刃磨（1）砂輪的選擇①白色氧化鋁砂輪——磨高速鋼刀具及硬質合金刀桿。②綠色碳化鋁砂輪——磨硬質合金刀具。（2）車刀的刃磨：機械刃磨和手工刃磨。900硬質合金刀具刃磨步驟如下：①磨刀桿底平面；②粗磨刀桿上的主后面和副后面；③粗磨刀頭上的主后面和副后面；④磨斷屑槽；⑤精磨刀頭上的主后面和副后面；⑥磨負倒棱；⑦磨過渡刃。八、切屑和積屑瘤1.切屑的種類：（1）帶狀切屑；（2）擠裂切屑（節狀切屑）；（3）單元切屑（粒狀切屑）；（4）崩碎切屑；[注意]：切削塑性金屬時，一般產生前三種切屑，切削脆性金屬時，一般產生崩碎切屑，但不能絕對。2.積屑瘤：（1）概念：用中等切削速度加工塑性材料時，在刀具前刀面近刀尖處會“冷焊”上一小塊金屬，這塊金屬就是積屑瘤。（2）成因：用中等切削速度加工塑性材料時，由于切屑和削刀面之間劇烈摩擦，當切削溫度超過3000C左右，而摩擦力超過加屑內部結合力時，一部分金屬被“冷焊（3）對切削加工的影響：①粗加工時能起到保護前刀面和刀尖的作用；②增加刀具實際前角，減小切屑變形和切削力；③積屑瘤無法形成穩定的前刀面和刀刃，造成切削不穩定性，易引起振動。④積屑瘤超出刀尖時，影響尺寸精度，脫落嵌入工件后會影響工件加工精度和表面質量。（4）避免措施：①采用低進切削（高速鋼刀具）；②采用高速切削（硬質合金）；③采用潤滑性好的切削液；④增加刀具前角，精磨前刀面；⑤適當提高工件材料硬度。九、斷屑1.概念：金屬切削過程就是把多余的金屬變成切屑的過程，切屑在流動或卷曲的過程中，如果碰到障礙物，將加速切屑的變形，如果變形程度超過了材料的極限強度，切屑就自行折斷，這就是斷屑。2.影響斷屑的因素：（1）刀具角度（2）切削用量在切削用量中，對斷屑影響最大的是進給量，其次是背吃刀量和切削速度。（3）斷屑槽的尺寸形狀十、表面粗糙度1.概念：指加工表面較小的間距和峰谷所形成的微觀幾何不平度。2.評定參數：（1）輪廓算術平均偏差Ra；（2）輪廓最大高度Ry；（3）微觀不平度十點高度Rz。3.影響因素：（1）殘留面積高度；（2）積屑瘤；（3）振動。4、減小表面粗糙度值工藝措施：（1）減小殘留面積高度的措施：①減小主偏角和副偏角；②增大刀尖圓弧半徑；③減小進給量。（2）避免工件表面有硬點及毛刺的措施：應避免積屑瘤的產生，高速鋼刀具采用低速切削(<5m/min),硬質合金刀具采用高速切削（>70m/min）。（3）防止工件表面有振紋的措施：查找振動部位，分析振動原因，避免振動。練習題一、填空題1.刀具與工件之間的相對運動，叫做__________運動。2.在龍門刨床上刨削時，工件的往復直線運動是__________運動，刨刀的移動是__________運動。3.切削時，和工件上已加工表面相對的面稱為刀具的__________。4.刃傾角是在__________內測量的角度。5.刀具在切削中的切削力，可分解為__________力，__________力和__________力。6.粗加工時選擇切削用量的順序是：首先盡量選大的__________，再盡量選大的__________，最后選大的__________。7.工廠常用的砂輪有兩種，一種是白色的__________砂輪，另一種是綠色的__________砂輪。8.刀具正常磨損有三種，即刀具__________、__________和__________。9.影響切削力的因素有__________、__________、__________和__________等。二、選擇題1.工件材料強度和硬度越高，則切削力就_______。A.愈大 B.愈小 C.不變2.在切削用量三要素中，對切削力影響最大的是_______。A.ap B.f C.V3.在切削用量中，對刀具壽命影響最大的是_______。A.ap B.f C.V4.確定車刀削角度的三個輔助平面中，和刃傾角直接有關系的是_______。A.切削平面 B.基面 C.主截面5.當磨鈍標準相同時，刀具壽命愈高，表示刀具磨損_______。A.愈快 B.愈慢 C.不變6.不在主截面測量的角度是_______。A.后角 B.主偏角 C.楔角7.過主刃上任一點，與工件過渡表面相切的平面為_______。A.切削平面 B.基面 C.主截面8.當刀尖位于主刃上最低點時，刃傾角為_______。A.正值 B.負值 C.零9.鉆孔時使用的切削液主要起_______。A.冷卻作用 B.潤滑作用 C.清洗作用10.一般來說，產生_______切屑時，切削過程平穩，切削力變化小。A.帶狀 B.擠裂 C.崩碎 D.單元三、判斷題：（每題2分，共計20分）1．()切削加工時，進給運動可以有幾個，通常是速度較低，消耗功率較小的運動2．()刀具在切削中，沿切削速度方向的分力為最大分力，占總切削力90%左右。3.()車削時，工件每轉一圈，刀具沿進給方向移動的距離為切削速度。4.()刃傾角為正值時，切屑排向已加工表面。5.()加工脆性材料時，一定產生崩碎切屑。6．()切削中對切削力影響較小的是前角和主偏角。7.()在切削用量中，對切削溫度影響最大的是切削速度，影響最小的是切削深度。8.()切削力的軸向分力與切削進給方向相同。9．()工藝磨純標準大于經濟磨鈍標準。10.()增大主偏角，車刀散熱條件變差，徑向力減小而軸