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1、1,金属工艺学 切削加工的基础知识,河北理工大学 机械工程学院,2,第五章 切削加工的基础知识,切削加工用切削刀具，在工具（刀具）与工件的相对运动中，切除工件上的多余材料，得到预想工件形状、精度和表面质量的加工方法。 分为机加工和钳工，机加工是工人操作机床完成。钳工是工人用手持工具来加工工件，在某些场合下，钳工加工还是非常经济和方便的。 目前绝大多数零件的质量还要靠切削加工的方法来保证。,3,第五章 切削加工的基础知识,5-1 金属切削过程 一、切屑的形成和种类 1.切屑形成过程 ： 材料在刀具及切削力作用下， 经过弹性变形塑性变形被挤裂(切断）。,4,第五章 切削加工的基础知识,在切削过程中
2、，被切金属层在前刀面的推动作用下产生剪应力，当剪应力达到并超过工作材料的屈服极限时，被切金属层将沿着某一方向产生剪切滑移变形而逐渐累积在前刀面上，随着切削运动的进行，这层累积物将连续不断的沿前刀面流出，从而形成了被切除的切屑,弹变塑变挤裂切离,5,第五章 切削加工的基础知识,2切屑种类： 带状切屑 节状切屑 崩碎切屑,带状切屑：切削塑性材料时采用大前角，较高的切削速度和较小进给量容易形成带状切屑。形成带状切屑时，切削力平稳，加工表面光洁，但不安全。,6,第五章 切削加工的基础知识,节状切屑： 当采用较低切削速度和较大进给量容易形成节状切屑。形成节状切屑时切削力波动大，产生振动，加工表面粗糙。,
3、7,第五章 切削加工的基础知识,崩碎切屑： 切削铸铁、青铜等脆性材料时容易形成崩碎切屑。形成崩碎切屑时刀尖磨损严重，产生振动，影响加工表面质量。,不同的切屑种类对切削力平稳性，表面粗糙度，机床振动和生产安全性均有影响。,8,9,二、 切削力和切削功率,1、切削力 ：切削加工时刀具使切削层形成切屑需要克服的阻力。 切削时刀具需克服来自工件 和切屑两方面的力，即工件材 料被切过程中所发生的弹性变 形和塑性变形的抗力，以及切 屑对刀具前刀面的摩擦力和加 工表面对刀具后刀面的摩擦力。,10,工艺系统变形精度 切削热精度， 表面粗糙,切削力是机床、刀具和工艺装备的设计的依据。,2）切削力的分解：总切削力
4、Fr可分解为x、y、z三个互相垂直的分为：,1）切削力的产生： 工件材料的变形抗力 刀具与工件摩擦力 刀具与切屑磨擦力,11,Ff（进给拉力）：Fr在进给方向分力。也称进给力或轴向力， Ff方向也做功，但占总功率的1 5%。 Fx是设计计算进给系统的主要依据。,Fp（切深抗力）：Fr在切深方向的分力。也称背向力、径向力、吃刀力，Fp方向不做功，但Fp具有将工件顶弯的趋势，细长件更为严重，引起变形振动，影响加工精度。,Fc（主切削力）：切削速度方向分力 ，占Fr的8090%，占消耗总功率90%以上。也称切削力或切向力。 Fc是设计机床动力、主传动系统零件强度和刚度的主要依据。,12,1切削热的产
5、生及传出：,产生：1）切屑变形 2）刀具与切屑摩擦产生切削热 3）刀具与工件摩擦,传出：切屑传出 5080% 工件传出 1040% 刀具传出 39% 周围介质传出 1 %,三、切削热和切削液,切削过程中所消耗的切削功绝大部分转变为热切削热,切削热和高切削温度加剧刀具磨损，降低使用寿命。需要使用切削液。,13,2常用切削液,1）切削油:主要是矿物油,2）水溶液,3）乳化液,切削液的选用： 粗加工：为提高生产率、采用高进给量和高切削深度，所以切削力和切削热都大，应选用水基冷却液，加大冷却强度。 精加工：为保证加工质量、减小刀具磨损，应选用润滑效果好的油基冷却液。,铸铁：不用切削液 硬质合金：不使用
6、切削液； 若用，需大量连续注射。,14,四、 刀具磨损及耐用度,1.刀具磨损形式： 前刀面磨损 ：切削塑性材料时产生连续切屑与前刀面发生剧烈摩擦而引起月牙洼磨损。 后刀面磨损：无论切削塑性或脆性材料，后刀面总会磨损。 前后刀面同时磨损或边界磨损 切削塑性金属时经常发生。,刀具磨损主要原因： 机械磨损、热效应磨损,15,*刀具刃磨最佳时机：应选在正常磨损后期，急剧磨损之前最好。这样，既能保证加工质量，又能节约刀具材料。*,2. 刀具耐用度 刃磨后的刀具在不变的切削条件下从开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的总切削时间，成为刀具耐用度，以T表示。 粗加工 切削时间 精加工 走刀次数 加工零件个数
7、刀具寿命：从开始切削到完全报废，实际切削时间的总和称为刀具寿命。,16,2 零件加工质量和生产率的概念,主要的技术经济指标： 产品质量、生产率、经济性。,一、零件加工质量： 零件的加工精度和表面质量。 加工精度：尺寸精度、形状精度、位置精度 表面质量：表面粗糙度、表面加工硬化 程度及深度，表面残余应力 的性质、大小。,17,1、加工精度：零件加工后的尺寸、形状等实际值与绝对准确的理论值之间差异程度。 尺寸精度： 零件表面本身的尺寸精度或表面间的尺寸精度，用尺寸公差表示。 标准公差分20级，IT01，IT0，IT1，IT18 *其中IT01IT12为配合公差，其余为非配合公差*,在设计零件加工精
8、度时，应根据零件尺寸的重要性和具体条件合理选择，即在保证技术要求的前提下，选用较低的精度等级。,18,形状精度和位置精度： 零件表面与理论表面之间在形状上接近的程度，称为形状精度。如圆柱度、圆度、平面度。零件表面、轴线或对称平面之间的实际位置与理论位置接近的程度，称为位置精度。如同轴度、平行度、垂直度等。 形状公差和位置公差一般称为形位公差。,19,2、表面质量： 已加工零件表面质量，包括表面粗糙度、表层加工硬化程度及深度，表层残余应力面性质和大小等。 表面粗糙度：已加工表面上具有较小间距和微小峰谷的不平度，称为加工表面的粗糙度。 零件间的配合性质，耐磨性和耐腐蚀性与表面粗糙度有密切关系，它将
9、直接影响产品的使用寿命和使用性能。 根据GBT 1301-1995标准，表面粗糙度等级分14个级别： Ra(m) 50，25，12.5，6.3，3.2，1.6，0.8, 0.4 0.2，0.1，0.05，0.025，0.012,0.008,零件表面尺寸精度越高，其形状精度位置精度也越高，表面粗糙度的值越小。,20,21,二、生产率和提高生产率的途径：,生产率：单位时间内生产零件的数量表示生产率，即,Q：生产率； T单件：生产一个零件 总时间.,T单件应包括三个部分: 基本工艺时间（T机工） 辅助时间（T辅助） 其他时间（T其他）。,T机工：加工一个零件所需总切削时间;,T辅助：除切削时间外的与
10、切削直接有关时间，包括调整机床、装卸刀具、刃磨刀具，安装找正工件、检验等。,T其他：擦洗机床、清理环境等时间。,即: T单件= T机工+ T辅助+ T其他,22,机械加工时间计算,23,要提高生产率，即需减少: T机工、T辅助、T其他 主要途径如下： 1）减小加工余量; 2）合理地选择切削用量，粗加工时可采用强力切削（较大切削深度和进给量），精加工时采用高速切削; 3）采用先进和自动化程度较高的工、夹、量具; 4）采用先进的机床设备及自动化控制系统，例如在大批大量生产中采用自动化机床，多品种、小批生产中采用数控机床、计算机辅助制造等。,24,三、切削用量的合理选择：,1. 切削用量的选择顺序，
11、首先选尽可能大切削深度(ap)，其次选尽可能大进给量(f)，最后选尽可能大切削速度(Vc) 2. 粗、精加工时切削用量的选择: 一般粗加工时：取较大的ap和f，Vc不太高； 精加工时：取较小的ap和f，较高的Vc。 3、具体数值参见“切削用量手册”。,25,3 材料切削加工性能 切削加工性是指材料切削加工的难易程度。,4 常用量具 游标卡尺、百分尺、百分表、验规等,车削,车削是金属切削加工的主要加工方法之一，能加工各种内外回转表面及平端面.,一、切削运动 切削加工时，工件与刀具必须具有一定的相对运动。,1 切削运动、切削用量、车床、车刀,1主运动:主要完成切削的运动，消耗功率最多，一种加工主运
12、动只有一个。（ ）； 2进给运动:使工件多余材料不断被切除的工作运动，一种加工可以有一种（或以上）的进给运动。（ ）（进给运动可以是连续也可以是间歇的） 实际切削运动是一个合成运动。 合成切削速度：,切削速度 ：选定点的主运动速度（m/s或m/min）,车削时一般算工件最大切削直径处线速度。 2进给量f：刀具在进给运动方向上相对工件位移量，车削时为（mm/r）；,3背吃刀量(切削深度)： 垂直与进给速度方向测量的切削层最大尺寸（mm）。,三者称为切削用量，是影响工件加工质量和生产率的重要因素。,二、C6132卧式车床的组成和传动,三、车床附件和工件装夹,1、刀具材料 基本要求： (1)高硬度：
13、刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，一般其常温硬度要求在62HRC以上。 (2)足够的强度和韧度：承受很大切削力、冲击与振动。 (3)高耐磨性：抵抗切削过程中的剧烈磨损，保持刀刃锋利。一般情况，材料的硬度愈高，耐磨性愈好。 (4)高的耐热性：在高温下仍能保持较高硬度，又称为红硬性或热硬性。（耐热性是衡量刀具材料性能的主要指标，它基本上决定了刀具允许的切削速度。） (5)良好的工艺性：便于刀具制造，具体包括锻造、轧制、焊接、切削加工、磨削加工和热处理性能等。,四、车刀,常用刀具材料,*其他新型刀具材料简介 高硬度、高强度、高韧性、高耐热性等难加工材料的不断增多，要求刀具材料也不断改进与创新，而
14、且新材料的引入和原有材料的改进是刀具改革的根本方向。 （1）高速钢的改进 （2）硬质合金的改进 （3）人造金刚石 （4）立方氮化硼（CBN）,车刀的用途 （1）90车刀(偏刀)车削工件外圆、阶台和端面。 （2）45车刀(弯头车刀)车削工件的外圆、端面和倒角. （3）切断刀 切断工件或工件上切槽。 （4）内孔车刀 车削工件的内孔。 （5）圆头刀 车削工件的圆弧面或成形面。 （6）螺纹车刀 车削螺纹。,2.车刀的组成和角度 1)刀具的组成,1）刀具的组成：,2、车刀的组成及角度 车刀由刀体和刀柄组成 刀体: 切削部分； 刀柄: 夹持部分。 1）刀具切削部分的组成: 外圆车刀由三个刀面，两条切削刃和
15、一个刀尖 （1）前刀面: 刀具上切屑流过的表面。 （2）后刀面: 刀具上与过渡表面相对的是主后刀面。 与已加工表面相对的是副后刀面。 （3）切削刃: 前刀面与主后刀面相交形成的交线称为 主切削刃，它完成主要切削工作。前刀 面与副后刀面相交形成的是副切削刃, 完成部分切削工作，最终形成加工表面. （4）刀尖: 主、副切削刃的连接部位。,外圆车刀, 基面: 过切削刃选定点，垂直于该点假定主运动方向的平面（Pr）；,2）车刀切削部分的主要角度,*（1）刀具静止参考系: 选定适当组合的基准坐标平面作为参考系。用于定义刀具设计、制造、刃磨和测量时几何参数的参考系。, 切削平面:过切削刃选定点，与切削刃相
16、切，并垂直于基面的平面，主切削平面(Ps)； 正交平面:过切削刃选定点，并同时垂直于基面和切削平面的平面(Po)； 假定工作平面:过切削刃选定点，垂直于基面并平行于假定进给运动方向的平面(Pf)。,3.车刀切削部分的主要角度,(1).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（015）。,.后角o :主后刀面与主切削平面间夹角（612）。,增大前角，使主切削刃锋利，减小切削力和切削热。但前角过大，刀刃很脆弱，易产生崩刃。前角有正与负区分。,后角的主要作用是减少刀具后刀面与工件表面间的摩擦和后刀面的磨损，并配合前角影响切削刃的锋利和强度,前角的作用,前角越大，刀越锋利、切削轻快， 强度下降、不利散热,后角的作用,减小主后刀面与加工表面的摩擦,3.车刀切削部分的主要角度,(2)标注角度：在基面pr内标注的角度,.主偏角kr:主切
