金属切削加工基本知识.

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1、金属切削加工基本知识 第一节 金属切削加工的运动要素 第二节 刀具材料和角度 第三节 金属的切削过程 第四节 技术经济分析 金属切削加工是用刀具从金属材料（毛坯）上切去 多余的金属层，从而获得几何形状、尺寸精度和表 面质量都符合要求的机器零件的加工方法。 分为钳工和机械加工两部分。 机械加工是通过工人操作机床对工件进行切削加工 ，常见的加工方法有：车、钻、刨、铣、磨以及齿 形加工等。 概述 第一节 金属切削加工的运动要素 一、切削运动 二、运动要素 一、切削运动 切削运动包括主运动和进给运动两类。 1、主运动 在切削运动中，运动速度最高、消耗动力最大 、为切除切屑的最基本的运动。 例如：车削时

2、工件的旋转运动； 刨削时刀具（牛头刨）或工件（龙门刨） 的直线往复运动； 钻削、铣削和磨削时，钻头、铣刀和砂轮 的旋转运动。 2、进给运动 在切削过程中，为了使新的金属层连续投入切 削，从而切出工件全部加工表面所需要的运动。 例如：车削时车刀沿纵向、横向的直线走刀运动 ； 钻削时钻头的轴向移动； 铣削时工件随工作台的直线运动。 注释: 1、主运动可以使旋转运动，也可以是往复运动； 2、主运动可以是工件来实现（车外圆）,也可以是刀具来实现（刨、 铣加工）; 3、主运动只有一个，进给运动可以一个以上。 二、运动要素 1、切削运动中的三个表面 （1）待加工表面：指加工时 工件上有待切除的表面； （2

3、）已加工表面：指工件上 经刀具切削后产生的表面 ； （3）加工表面：指工件上由 刀具切削刃形成的表面。 2、切削用量三要素 切削速度 进给量 背吃刀量 在主运动的一个循环（或单位时间） 内，工件与刀具间沿进刀方向相对运 动的距离。 在单位时间内，工件和刀具沿主运动 方向相对移动的距离。 待加工表面和已加工表面的垂 直距离。 （1）切削速度 在单位时间内，工件和刀具沿主运动方向相对 移动的距离。 例如：主运动为旋转运动时 v=dwn/1000(m/s) 式中：dw工件待加工表面的直径或刀具最大直 径（mm） n工件或刀具的转速（r/s） 主运动为往复直线运动时 v=2Ln/100060（m/s）

4、 式中：L往复运动行程长度（mm） n主运动每分钟往复次数 （2）进给量f 在主运动的一个循环（或单位时间）内，工件 与刀具间沿进刀方向相对运动的距离。 如在车削、镗削、钻削时，进给量表示工件或 刀具每转一转，刀具或工件移动的距离，单位是 mm/r。 在牛头刨床（龙门刨）刨削时，刀具（工件） 每往复一次，工件（刀具）移动的距离。 （3）背吃刀量（切削深度）ap 待加工表面和已加工表面的垂直距离。 在车削外圆时： ap=（dw-dm）/2 （mm） 其中： dw、 dm分别为待加工表面和已加工表 面的直径。 3、切削层参数 切削层包括切削厚度 、切削宽度和切削面积 。 （1）切削厚度ac 垂直于

5、加工表面度量的切削层尺寸。 （2）切削宽度aw 沿着加工表面度量的切削层的尺寸。 （3）切削面积Ac 切削层截面面积。 Ac= acaw=fap 第二节 刀具材料和角度 一、刀具 二、刀具材料 三、刀具角度 一、刀具 1、刀具结构 车刀的组成和形式 （a）焊接式 （b）整体式 （c）机夹式 铣刀 （a）三面刃铣刀 （b）圆柱铣刀 （c）端铣刀 刨刀的结构 钻头和镗刀的对比 二、刀具材料 1、刀具材料的性能 （1）较高的硬度：为工件硬度的1.3-1.5倍，一般要求 HRC60以上。 （2）足够的强度和韧性。 （3）良好的耐磨性 （4）较高的耐热性 （5）良好的导热性 2、常用刀具材料 碳素工具钢

6、：T8A、T10、T12A。如丝锥、锉刀、锯条等。 合金工具钢：9SiCr、CrWMn。如拉刀、铰刀、钻头等。 高速钢：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。如钻头、铣刀、齿轮刀具 等。 硬质合金：粗加工YG6、YG8、YT5；精加工YT15、YT30。能 耐1000高温，耐磨性好。 陶瓷：Al2O3、Al2O3-TiC、Si3N4；车刀（高速）。特点：热 硬性好，耐磨，抗弯性差，易碎。 立方氮化硼：如车刀、铣刀（中高速）。特点：热硬性强， 可耐1500高温，与铁亲和力小。 人造金刚石：如车刀、铣刀等。特点：热硬性好。 三、刀具角度 1、车刀的切削部分 车刀的切削部分由三 个刀面、两个刀刃和一

7、 个刀尖组成。 三面：前刀面、主后刀 面、副后刀面。 两刃：主刀刃、副刀刃 。 一尖：刀尖。 2、车刀切削部分的主要角度 （1）辅助平面 为确定刀具的几何角度 而引入的辅助平面包括切 削平面、基面和正交平面 。 切削平面：通过主刀刃上 某一点，并与该点加工表 面相切的平面。 基面：通过主刀刃上某一 点，并与该点切削速度方 向垂直的平面。 正交平面：通过主刀刃上 某一点，并与主刀刃在基 面上的投影垂直的平面。 （2）车刀的主要角度 车刀的主要 角度包括前角、 后角、主偏角、 负偏角和刃倾角 。 1）在正交平面内测量角度 （a）前角0：正交平面中，前刀 面与基面之间的夹角。 前角的大小对切屑变形、

8、切削 力以及切削刃强度都有很大影响。 通常为-5至+25之间。 （b）后角0：主后刀面与切削平 面之间的夹角。 主要作用是减少主后刀面与工 件间的摩擦。通常为6-12。 2）在基面内测量角度 （a）主偏角r：主刀刃在基 面上投影与进给方向的夹角 。 它能改变径向切削力和轴 向切削力的比例。常用的主 偏角有45、60、75、 90几种。 （b）副偏角r：副刀刃在 基面上投影与进给反方向的 夹角。 主要作用是减少副刀刃和 已加工表面之间的摩擦。 一 般为515左右。 3）在切削平面内测量的角度 刃倾角s：主刀刃与基面间的 夹角。 主要作用是影响排屑的方向和 刀具强度。 刀具角度的选择： （1）粗加

9、工时，为了减轻刀具的负荷，采用较大的 前角，可适当的减小后角。这时切削刃不会明显削 弱。 （2）精加工时，为了减小主后刀面与加工面间的摩 擦，可采用较大的后角，并适当减小前角。 （3）在切削较硬材料或有冲击情况时，可采用较小 的主偏角和负的刃倾角，而不必明显地减小前角。 （4）当加工精度要求高的细长轴时，为了减小振动 ，须选用较大的主偏角；为避免划伤已加工表面， 须选用正的刃倾角，并相应减小前角。 第三节 金属的切削过程 一、切屑的形成过程及切屑的种类 二、积屑瘤 三、切削力和切削功率 四、切削热和切削温度 五、刀具磨损 金属在切削过程中，会出现一系列物理现象 ，如金属变形、切削力、切削热、刀

10、具磨损等， 这些都是以切屑形成过程为基础而生产中出现的 许多问题，如积屑瘤、振动、卷屑、断屑等，都 与切削过程密切相关。 一、切屑的形成过程及切屑种类 1. 切屑形成过程 切削层 的金属 弹性变形塑性变形挤裂切离 切 屑 切削层的金属 受到刀具前刀 面的推挤后产 生弹性变形 随着切应力、切应变逐 渐增大，达到其屈服强 度时，产生塑性变形而 滑移 刀具继续切入时，材料 内部的应力、应变继续 增大，当切应力达到其 断裂强度时，金属材料 被挤裂 沿刀具 前刀面 流出 （1）带状切屑 带状切屑呈连绵不断的带状或螺 旋状,与刀具接触的底层光滑，背面 呈毛绒状。 （a）形成条件：大前角、切速高 、进给量小

11、、被切金属塑性好。 （c）切屑形成过程：弹性变形、 塑性变形、切离。 （c）优点：切削力平稳、切削热 少、加工表面光洁。 （d）缺点：切屑连绵不断，易缠 绕、易划伤已加工表面。 2、切屑的种类 切屑分为带状切屑、节状切屑和崩碎切屑三类。 （2）节状切屑 节状切屑上面呈较大的 锯齿状，底面有不贯穿的 裂纹 形成条件：切速低、进 给量大、中等硬度材料。 缺点：切削力波动大、 工件表面较粗糙。 （3）崩碎切屑 切削层金属发生弹性变形 后，一般不经过塑性变形就突 然崩裂而形成形状不规则的崩 碎切屑 形成条件：铸铁、铸造黄 铜等脆性材料。 缺点：切削热和切削力集 中在刀具的主刀刃和刀尖处， 刀尖易磨损、

12、易产生振动，表 面质量不高。 二、积屑瘤 1、积屑瘤的形成 在一定的切削速度下切削塑性材料时，常发现在刀具的前刀面 上靠近刀尖的部位粘附着一小块很硬的金属，称为积屑瘤。 一般认为，积屑瘤是由于切屑与前刀面在切削过程中剧烈的摩 擦而形成的。 有利方面 保护刀具 增加工作 前角 积屑瘤硬 度很高 可代替切削刃进 行切屑，减少刀 具的磨损 积屑瘤的存在，使 刀具的实际工作前 角增大 可减小切削变 形和切削力， 使切削轻快 2、积屑瘤对加工过程的影响 不利方面 影响工件尺 寸精度 影响工件表 面粗造度 积屑瘤破裂后会划伤表面，加快 刀具磨损 会形成硬点和毛刺，使工件表面粗造度 值增大 时大时小，时有时

13、无，使切削力 产生波动而引起振动 积屑瘤的顶端突出于切削刃之外，使 实际的切削深度不断变化 3. 积屑瘤的控制 影响积屑瘤的 因素 工件材料 切削用量 刀具角度 切削液等 控制措施 要避免在中温、中速加工塑性材料 增大前角可减小切削变形，降低切削温度 ，减小积屑瘤的高度 采用润滑性能优良的切削液可减少甚 至消除积屑瘤 三、切削力和切削功率 1、切削力 切削力是指切削时刀具切入工件，切削层产生变 形成为切屑所需的力， （2）切削力的产生 （a）被切金属层因弹性变形和塑性变形所产生的 变形抗力。 （b）刀具与切屑、工件之间的摩擦。 （2）总切削力的分解 切削力是一个空间力，为了便于研究将其分解为三

14、个相 互垂直的分力,即主切削力、进给力和背向力。 主切削力: 切削合力在切削速度方向上的分力， 垂直于基面，其大小约占总的切削合 力的 背向力: 切削合力在切削深度方向上的分力;它 在基面内，与切深方向相反 进给力： 切削合力在进给方向上的分力;它 在基面内，与进给方向平行，但 方向相反 2、影响切削力的主要因素 工件材料 切削用量 刀具角度 积屑瘤 （1）工件材料的影响 （a）强度和硬度高，则切削力大。 （b）塑性和韧性高，则切削力大。 塑性大的材料，切屑与前刀面的摩擦系数大，接触区较 长，故切削力较大； 韧性高的材料，致使其发生变形或破坏所消耗的能量较 多，故切削力也较大。 如不锈钢0Gr

15、18Ni9Ti与正火的中碳钢的强度硬度基本相 同，但不锈钢的塑性韧性较高，其切削力要比正火的中碳钢 约高25%。 （2）刀具角度的影响 （a）前角：增大，切削力减小。 （b）主偏角：增加，切削力降低。 （3）切削用量的影响 （a）切削深度ap的影响最大。 （b）进给量f的影响次之。 （c）切削速度的影响 （4）积屑瘤 使切削力发生变化，总的趋势是随着切削速 度的增加切削力有所减小。 此外，刀具磨损、刀具材料及冷却润滑条件也 对切削力有影响。 四、切削热和切削温度 1、切削热 来源 （1）被加工件材料的弹性变形和塑性变形； （2）切屑与前刀面的摩擦； （3）后刀面与已加工表面之间的摩擦。 传散 （1）切屑，50-86%； （2）工件，40-10%； （3）车刀，9-3%； （4）空气，1%。 2、切削温度及