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1、第五篇-切削加工,内 容,2,3,4,5,1,切削加工的基础知识,刀具材料,刀具角度,金属切削过程,常用加工方法综述,5-1 切削加工的基础知识,金属切削加工利用切削刀具与工件作相对运动，从金属毛坯上切除多余材料，从而获得表面粗糙度及精度合格的机器零件的过程。因为是在冷态下进行的，因此称之为冷加工。,热加工,毛坯,装配,机器,冷加工,粗糙度、精度合格的零件,尺寸精度,尺寸精度是指尺寸的准确程度，由尺寸公差控制。 公差是尺寸的允许变动量，公差越小精度越高。公差示意图中，上下偏差之间所限定的区域称为公差带。 公差最大极限尺寸最小极限尺寸 上偏差下偏差,零线和基本偏差零线通常表示基本尺寸，基本偏差则
2、是用以确定公差带相对于零线位置较近的那个上偏差或下偏差。孔的基本偏差用大写英文字母表示，轴用小写字母表示,公差等级同一基本尺寸，若公差等级相同则公差值相等，公差带等宽,形状精度,形状精度是指零件上被测要素（线或面）相对于理想形状的准确程度，由形状公差来控制。 直线度 平面度 圆度,圆柱度 线轮廓度 面轮廓度,形状公差的标注 在图纸上用两个框格标注，前一框格标注形状公差符号，后一框格填写形状公差值,位置精度,位置精度是指零件上被测要素（线或面）相对于基准之间的位置准确程度，由位置公差来确定。 平行度 垂直度 同轴度 位置度,圆跳动 全跳动 倾斜度 对称度,位置公差的标注 在图纸上用三个框格标注，
3、前一框格标注位置公差符号，后一框格填写位置公差值，第三框格标注基准代号,表面粗糙度,在切削加工过程中，刀具会振动、与工件摩擦，在工件已加工表面上留下微小的波峰与波谷，这些微小波峰、波谷的高低程度和间距状况称为表面粗糙度。 表面粗糙度以工件表面轮廓的平均算术偏差Ra来表征，单位是微米。,几种主要切削表面及切削方式,外圆面：车、磨削； 内圆面（孔）：钻、镗、车、磨、拉削； 平面：刨、铣、车、磨、拉削； 成形面：车、铣、磨、拉削。,粗车外圆,车锥体,车孔,铣端面,铣齿,铣键槽,磨削外圆,平面磨削,镗孔,钻孔,5-1-2 切削运动,切削运动工件和刀具之间的相对运动(直线和回转运动两个基本运动单元)；
4、切削运动由主运动和进给运动构成。 主运动直接切下切屑的运动（转速最高、消耗功率最大、唯一一个）； 车削中的工件旋转 磨削中的砂轮旋转 铣削中的刀具旋转 进给运动 使金属层不断投入切削 的运动（一个或多个）； 车削、铣削中的工件移动 外圆磨时工件的旋转和轴 向移动,切削运动在工件上形成三类加工表面 待加工表面 即将被切去金属层的表面 加工表面（过渡表面） 切削刃正在切削加工的表面 已加工表面 已经切除部分金属而形成的新表面,切削表面,n,f,5-1-3 切削用量三要素,切削要素又称切削用量三要素，包括切削速度Vc、进给量f（或进给速度Vf）和切削深度（背吃刀量）ap 。,主运动为圆周运动，其切削
5、速度：,主运动为往复直线运动，其切削速度：,在单位时间内，工件或刀具沿主运动方向的相对位移。（主运动线速度）,进给量,刀具在进给方向上相对工件的位移量 对外圆车削进给量是指工件旋转一周，刀具沿工件进给移动的距离，通常用字母f 表示（mm/r ）,1,2,f,f加工速度？,多齿刀具加工时，进给运动的瞬时速度称进给速度(mm/s)加工齿轮，每齿进给量af(mm/z) 刀具每转或每行程中每齿相对工件在进给运动方向上的位移量称为每齿进给量，用fz表示（mm/z）,切削深度(背吃刀量),一次切削过程中，待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。,车外圆：,1,2,f,ap,5-1-4 切削层剖面要素,切削层
6、工件上正被刀具切削的那层金属。 其大小和形状决定了刀具切削部分所受载荷大小及切屑形状。 切屑层剖面的尺寸称为切削层的几何参数，包括：,切削层厚度ac：是相邻两个加工表面之间在基面上测量的垂直距离 ac=fsinKr(带状屑厚度),切削层宽度aw：沿主切削刃方向度量的切削层尺寸： 参加切削主刀刃长度 aw=ap/sinKr(带状屑宽度),切削层面积Ac：切削层垂直于切削速度截面内的面积：刀具所受负荷大小 Ac=acaw=fap(带状屑折断后的截面积),1,2,f,ap,Kr,ac,aw,5-2 刀具材料及刀具构造,刀具在高温下进行切削工作，还要承受大的压力、摩擦、冲击和震动等。对刀具材料的基本要
7、求： 高硬度：必须高于工件的的硬度，常温硬度一般要求HRC60； 有足够的强度和韧性：可以承受切削力，冲击力和振动； 耐磨性好：以抵抗的磨损，维持一定的切削时间； 红硬性好（热稳定性、耐热性）：即在高温下切削能保持较高的硬度的性能； 有良好的工艺性及经济性：以便于制造各种刀具。包括锻、轧、焊、切削加工和热处理性能等； 目前还没有一种刀具材料能够全部满足上述要求。,5-2 刀具材料及刀具构造,一、 常用刀具材料及其选择,碳素工具钢 合金工具钢 高速钢 硬质合金 陶瓷刀具 金刚石刀具 立方氮化硼,常用,新型材料,碳素工具钢,碳素工具钢（T10、T12等）含碳量较高（0.7-1.3）的优质钢，杂质少
8、（S、P），淬火后较硬 but热硬性差；一般只用于不重要的手工工具的制造，如锉刀，凿子及锯条等。 碳素结构钢：wc0.38%(0.25%常用,S/P高):Q215,合金工具钢（低）,合金工具钢（9CrSi、8CrMoV等）在碳素工具钢中加入适量的合金元素Cr、W、Mn等，使得其热硬性提高（250-300），常用来制造较重要、复杂、切削速度不高的刀具，如铰刀、拉刀等。 低合金钢：合金总含量同含碳量的碳素钢,高速钢（高合金工具钢）,高速钢是一种加入较多碳化物钨、钼、铬、钒等的高合金工具钢； 特点： 红硬性，硬度（HRC62-65）； 且强度（3500MPa）、韧性（k =0.3J/m2）好工艺性
9、好（可锻性、可焊性，可切削加工性、热处理不易变形）； 耐热温度：550-600，不能用于高速切削 应用：主要用于制造形状复杂的刀具，如麻花钻、铣刀、拉刀等。,常见的高速钢,钨钢 W18Cr4V 优点：淬火时过热倾向小，含钒少，耐磨加工性好，塑性变形抗力大； 缺点：碳含量高，分布不均匀，影响耐用度，强度韧性不够，热塑性差。 钨钼钢 W6Mo5Cr4V2 优点：碳化物分布细小，均匀，抗弯强度和韧性高，可作尺寸大，承受冲击力较大的刀具；热塑性好，磨削加工性好； 能用作热成形方法制造的刀具，适宜制造热轧钻头。,超高速钢、物理气相沉积(TiN)、粉末冶金法(偏析),硬质合金,硬质合金由高硬度、高熔点的金
10、属碳化物（WC、TiC等）微米级粉末和粘结剂钴（Co、Mo等）经压制、烧结而成的粉末冶金制品。 硬质合金被广泛用作刀具材料； 优点：硬度高HRC73、耐磨性好、热硬性好（耐热温度800-1000），切削速度高（与高速钢相比）、稳定性好； 缺点：抗弯强度较低（高速钢的1/2-1/4）， k比高速钢低几十倍，冲击韧性差； 加工工艺性差，常制成刀片，焊接在刀体上。,硬质合金分类,以WC为主要成分的硬质合金可以大致分为以下三类 YG（K）类 WC-Co类(钨钴)硬质合金，Co多，强度、韧性好，硬度、耐磨性较差，适用于加工时容易产生崩碎切屑、有冲击切削力的脆性材料 YT（P）类 WC-TiC-Co类(钨
11、钴钛)硬质合金，TiC多，硬度、耐磨性、抗氧化性、低温脆性较高，but抗弯强度、磨加工性、导热性、韧性较低，适于加工塑性材料 YW（M）类 WC-TiC-TaC类(钨钛钽)硬质合金，抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、高温硬度、抗氧化性、耐磨性均较高。加工不锈钢、耐热合金等难加工材料,陶瓷刀具,陶瓷刀具的硬度、耐磨性、耐热性、化学稳定性和脆性都较高，抗弯强度和冲击韧性则较低； 陶瓷刀具中一般较常用的有： 纯Al2O3陶瓷 Al2O3 -TiC混合陶瓷,金刚石刀具,金刚石刀具切削刃锋利，硬度、耐磨性、耐用度都很高，加工时不产生积屑瘤，适于精密加工，是一种很好的刀具材料； 金刚石刀具的主要缺点就是热稳定
12、性差，强度较低、脆性较高，并且由于化学成分的影响，不适合加工黑色金属； 因此，金刚石刀具主要用于磨具和磨料，可以进行有色金属和非金属的高速车削及镗孔加工。,立方氮化硼,立方氮化硼刀具的硬度、耐磨性、热稳定性、化学稳定性、导热性都比较高； 主要的两大类氮化硼刀具是： 整体聚晶立方氮化硼 立方氮化硼复合片,二、刀具的组成,刀具的组成：,切削部分,夹持部分,刀具构造,1.刀具切削部分的组成,三个刀面 两个刀刃 一个尖,三、刀具的几何形状,前刀面,主切削刃,副切削刃,刀尖,主后面,副后面,1.刀具切削部分的组成,三个刀面：,三、刀具的几何形状,：刀具上切屑流过的表面 ：与过渡表面相对的表面，同前刀面相
13、交形成主切削刃 ：与已加工表面相对，同前刀面相交形成副切削刃,两个刀刃：,：切出过渡表面的切削刃，它负担者主要的切削工作； ：前刀面与副后面相交形成的切削刃，它担负者少量的切削作用；,(1)前刀面 (2)主后刀面 (3)副后刀面,(1)主切削刃 (2)副切削刃,车刀结构,（1）焊接式车刀 （2）机夹重磨式车刀 （3）机夹可转位车刀,可转位车刀特点： 避免焊接缺陷 减少调刀时间 刀具材料性能好 标准化程度高,车刀结构, 基面pr：通过主切削刃选定点，与该点切削速度垂直的平面 主切削平面ps：通过主切削刃选定点，与主切削刃相切并垂直于基面 正交平面po ：通过主切削刃选定点，同时垂直于基面和主切削
14、平面 假定工作平面pf ：通过主切削刃选定点，垂直于基面并平行于假定进 给运动方向,正交平面,2.车刀切削部分的主要角度,(1).坐标平面参考系,2.车刀切削部分的主要角度,(2).标注角度 在正交平面po标注的角度,.前角o:前刀面与基面间夹角（ 020 ）。,.后角o :主后刀面与主切削平面间夹（612）,2.车刀切削部分的主要角度,前角的作用,作用：使刀具锋利，切削轻快；同时，也关系到刀尖的强度。 锋利切削力切削热切削温度刀具磨损（优点）； 散热面积 切削温度 刀具磨损 （缺点）； 刀头受力截面积 刀头强度 （缺点）。,0 ,前角的具体选择取决于工件材料的性能,工件材料强度低、硬度低，
15、o选大些； 刀具材料韧性好(高速钢)-耐冲击， o选大些，反之选小些(硬质合金) 加工状态：精加工时， o选大些，粗加工o选小些,0,选择原则：应综合考虑，“锋”字当先，“锋”中求固 (-535),作用：减少主后刀面与加工表面之间的摩擦，配合前角调整切削刃的锋利程度。 摩擦 刀具锋利 切削热切削温度刀具磨损(优点) 散热面积 切削温度 刀具磨损 （缺点）； 刀头受力截面积 刀头强度 易崩刀（缺点）。 选择原则： 0一般取612 之间；,2.车刀切削部分的主要角度,后角的作用,粗加工强度,小后角(0=6-8)；精加工摩擦表面粗糙度，大后角(0=8-12),0 ,2.车刀几何角度标注,(2).标注
16、角度 在基面pr内标注的角度 .主偏角kr:主切削平面与假定工作平面间夹角，即主切削刃在基面上的投影与进给方向间夹角（4090）。 .副偏角kr:副切削平面与假定工作平面间夹角，即副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向间夹角。,2.车刀切削部分的主要角度,(2).标注角度,kr对刀具耐磨度和切削力的分配有直接影响,当走刀量f和吃刀量ap不变时，Kr切削厚度ac ，切削宽度aw，切削面积不变，主切削刃单位长度上负荷，散热，刀具耐用度。,2.车刀切削部分的主要角度,(2).标注角度,主偏角kr径向力大，工件刚度差会引起工件变形,车外圆， kr值有45、60 、75 、90四种；加工台阶轴，必须取kr =
