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1、1 自考机械制造技术知识点复习 第 1 章 金属切削基础 金属切削加工是利用刀具从工件待加工表面切去一层多余的金属，从而使工件达 到规定的几何形状、尺寸精度和表面质量的机械加工方法。 机床的切削运动：主运动、进给运动。 切削用量：切削速度、进给量和背吃刀量的总称。 c vf p a 在切削时，工件上存在： 1. 待加工表面（工件上即将被切除的表面） ； 2. 已加工表面（工件上经刀具切削后形成的表面） ； 3. 过渡表面（工件上被切削刃正在切削着的表面） 。 刀具切削部分的结构要素为：三面（前刀面、主后刀面、副后刀面） ；二刃（主切 削刃、副切削刃） ；一点（刀尖） 。 刀具角度的参考系：正交
2、平面参考系 1. 基面：通过主切削刃上选定点，垂直于该点速度方向的平面； r P 2. 切削平面： 通过主切削刃上选定点， 与主切削刃相切， 且垂直于该点基面的平面 ； s P 3. 正交平面：通过主切削刃上选定点，垂直于基面和切削平面的平面。 o P 刀具材料： 刀具材料应具有的性能：高硬度、高耐磨性、足够的强度和韧性、良好的热物理 性能和耐热冲击性能、良好的工艺性能。 常用材料： 1. 碳素工具钢、合金工具钢（这些刚因耐热性差，只适用于手工刀具，切削速度较 低的工具，如 T10AT12A9SiCrCrW 有色金属 Mn） ； 2. 高速钢（有较高硬度和耐热性以及高的强度和韧性其切削速度是碳
3、素工具钢切削 速度的 1-3 倍，耐用度是他们的 10-40 倍，可加工碳素钢、有色金属和高温合金， 可制造各种刀具和复杂刀具） ； 2 3. 硬质合金（高硬度、高耐热性和高耐磨性，允许的切削速度达 100-300m/min，应 用广泛，但其抗弯强度低，冲击韧性差，刀口不锋利，不易加工，不易做成形状 较复杂的整体刀具） ；其他材料（陶瓷、金刚石、立方氮化硼 CBN）. 刀具角度选择： 前角： 对切削难易程度有较大关系， 增大前角是刀刃变得锋利， 使切削变得轻快， 0 可以减少切削变形，减少切削力和切削功率，但增大前角 会使刀刃和刀尖强度下降，刀具散热体积减小，影响刀具寿命， 前 角的大小 对工
4、作表面粗糙度、刀具的排屑及断屑性能也有一定影响； 前角的选择：工件的强度和硬度较低时应选用较大的前角，反之取较小的前角； 加工塑性材料（钢）时应选较大的前角 ； 加工脆性材料时（如铁）时选较小的前角 ； 刀具材料韧性好（如高速钢）可选较大的前角，反之选较小的前角；粗加工时， 特别是断续切削时，应选较小的前角；精加工是选较大的前角。 后角：它主要减小后刀面的与工件的摩擦和后刀面的摩损，其大小对刀具耐用 0 度和工件已加工表面质量影响很大； 后角选择：切削层公称厚度越大，刀具后角越小；工件材料越软、塑性越大，后 角越大；工艺系统刚性较差时应适当减小后角，尺寸精度要求较高的刀具，选较 小的后角。 主
5、偏角和负偏角：两角对刀具耐用度有很大的影响，减小主偏角和负偏角可 r k r k 使刀尖角增大，刀尖强度提高，散热条件改善，使刀具耐用度提高；同时可将降 低残留面积的高度，减小加工表面的粗糙度，增大主偏角可使切深抗力明显较小， 进给抗力增大，有利于减小工艺系统的弹性变形和振动。 刃倾角：主要影响刀头的强度和切屑的流动方向。 s 刀具： 车刀的结构形式：整体式、焊接式、机夹重磨式和机夹可转位式； 孔加工定尺寸工具：钻头、扩孔钻、铰刀； 拉刀：有内外拉刀，可拉孔、加工内表面、外表面和平面； 铣刀（多刃回转刀具） ： 铣刀方式是指铣削时铣刀相对于工件的运动和位置关系， 3 它有固铣法、端铣法，固铣法
6、分顺铣和逆铣： 1. 逆铣法 ： 刀齿旋转方向和工件进给方向相反， 由切屑层内切入， 从待加工表面切出， 切屑厚度由小增至最大，刚切入时刀齿抬磨已加工表面，产生冷硬层，降低表面 质量，但切削过程平稳切削分力使夹紧力增大； 2. 顺铣： 刀齿旋转方向和工件进给反方向响相同，切削厚度由小到大，切削分力 压向工件，可提高铣刀的耐用度和加工表面质量，但水平切削分力和进给方向相 同，可能使铣床工作台产生窜动，引起震动和进给不均匀，加工有黑皮和硬皮工 件时刀齿已损坏。 砂轮：最重要的磨削工具，砂轮的特性由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织和形 状尺寸等决定， 1. 砂轮硬度：砂轮的磨粒在磨削力的作用下脱落的难
7、易程度，其中不易脱落的硬度 高，反之硬度低； 2. 砂轮的选用：磨削钢时，选用刚玉砂轮，磨削硬铸铁、硬质合金和非铁合金时， 选用碳化硅砂轮；磨削软材料时，选用硬砂轮，磨削硬材料时，选用软材料；磨 削软而刃的材料时，选用粗磨粒，磨削硬而脆材料时，选用细磨料；磨削表面的 粗糙度值要求较低时，选用细磨粒，金属磨除率要求高时，选用粗磨粒；要求加 工表面质量好时，选用树脂或橡胶结合剂的砂轮，要求最大金属磨除率时，选用 陶瓷结合剂砂轮。 金属切削过程中的三个变形区： 第一变形区：第一变形区：产生剪切滑移变形，是切削变形的主要区域，在外力作用下，靠近 切削刃处产生弹性变形，随着刀刃与工件变进，而变形增大，产
8、生塑性变形，金 属内部晶格产生畸形与滑移， 到一定程度剪应力达到最大， 切削金属变为切屑 ； max 第二变形区：第二变形区：在第一变形区终了，切屑与基体分离，沿前刀面流出，受到前刀面 的挤压和摩擦，使切屑进一步产生滑移变形，位于刀屑接触区； 第三变形区：第三变形区：刀具后刀面与已加工表面挤压和摩擦产生的加工硬化和残余应力为 特征的滑移变形。 三个变形区汇集在切削刃附近，该处应力集中，复杂，切削层在该处与工件本体 4 分离，绝大部分变切屑，很小部分留在工件表面上。 积屑瘤及影响： 积屑瘤：在以中、低切削速度切削一般钢料或其他塑性金属时，常常在刀具前刀 面靠近刀尖处粘附着一块硬度很高的金属锲状物
9、； 积屑瘤的形成：切屑沿前刀面流动时，由于强烈的摩擦而产生粘结现象，使切屑 底层金属粘结在前刀面上形成滞留层，滞留层以上的金属从其上流出，产生内摩 擦，连续流动的切屑从粘在刀面的滞留层上流过时，在温度适当的情况下也会被 阻滞并于底层粘结在一起，粘结层层层堆积扩大形成积屑瘤； 积屑瘤对切削过程的影响： 1. 使前刀面实际前角增大，切削力下降； e0 2. 影响刀具耐用度，由于积屑瘤硬度很高，稳定时代替刀刃工作，起保护刀刃、提 高刀具耐用度的作用，但积屑瘤破碎时可能引起材料颗粒剥落，反而会加剧刀具 的磨损和破损； 3. 使切入深度增大。 4. 使工件表面粗糙度值变大。积屑瘤破碎后的碎片会粘附在工件
10、已加工表面，使工 件表面粗糙度值增大； 5. 总之，积屑瘤对粗加工一般是有利的，但精加工时，为保护工件精度及质量，应 该尽力避免积屑瘤的产生。 切屑的形状：带状切屑、挤裂切屑、单元切屑、崩碎切屑； 带状切屑 ： 加工塑性金属材料， 当切削速厚度小， 切削速度较大， 刀具前角较大时， 会产生带状切屑，它表明切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙度值 较小。 切削力及影响因素：切削力及影响因素： 切削力 ： 金属切削时， 刀具切入工件， 使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力 ； 切削力的来源： 1. 切削层金属、切屑和工件表面层金属的弹性、塑性变形所产生的抗力； 2. 刀具与切削、工件表面
11、间的摩擦阻力； 5 影响切削力的因素： 1. 工件材料：工件材料的强度、硬度越高，材料的剪切屈服度越高，切削力增大， 强度、硬度相近的材料，塑性越大，切削力越大， 2. 切削用量：背吃刀量、进给量增加，切削力增加，增大进给量比增大背吃刀量利 更有利于减少切削力，切削速度在低速高速时，切削力减少，切削速度在中速时， 切削力增加； 3. 刀具几何角度：前角增加，切削力减少，主偏角增加，切削层厚度增大，切削变 形减少，切削力减少。 切削热：切削层金属的弹性、塑性变形，工件、刀具、切屑之间的摩擦均产生热， 每个变形区均是热源，切削热是刀具磨损的主要原因，它影响尺寸精度。 刀具磨损： 刀具失效形式：磨损
12、和非正常磨损； 1. 磨损：刀具刀面和刀刃上金属微粒被工件、切屑带走，丧失切削能力的现象，有 前刀面、后刀面磨损， 2. 磨损原因 ： 磨粒磨损、粘结磨损、扩散磨损、氧化磨损、相变磨损、非正常磨损（碎 断、崩刃、裂纹、剥落） 。 切削用量选择： 背吃刀量选择 ： 背吃刀量选择应以余量 Z 确定， 粗加工时， 选背吃刀量为 8-10mm， 半精加工时选背吃刀量为 0.5-2mm，精加工时选背吃刀量为 0.1-0.4mm，当余量 Z 过大或工艺系统刚性较差时，应尽可能选取较大的背吃刀量和最少的走刀次数； 半精加工、精加工时应一次切除全部余量；切削层有硬皮、冷硬层时，应使背吃 刀量超过冷硬层厚度，以
13、免刀尖过早磨损。 进给量选择：精加工时，由于切削力较大，主要考虑机床进给机构强度、刀具强 度和刚性、 工件装夹刚度， 在条件许可的情况下， 应选用较大的进给量 ； 精加工时， 为保证加工精度和表面质量，应选用较小的进给量；断续切削时，选用较小的进 给量，一减少振动。 耐用度：硬质合金焊接车刀耐用度为 60 分钟，制造和刃磨复杂、成本较高的刀具 6 如高速钢钻头耐用度为 80-120 分钟，硬质合金端铣刀耐用度为 90-180 分钟，齿轮 刀具耐用度为 200-300 分钟，调整、安装费时的刀具，其耐用度约为同类刀具的 200%-400%。 磨钝标准：精车：0.1-0.3；合金钢粗车：0.4-0
14、.5；粗车弱性钢工件：0.4-0.5；粗车 刚件：0.6-0.8；粗车铸铁件：0.8-1.2；低速粗车刚及铸铁大件：1.0-1.5。 切削液： 切削液的作用：减少摩擦，降低切削力和切削温度，改善散热条件，从而减轻刀 具磨损，提高刀具耐用度，减少工件热变形，提高加工质量和生产率。 切削液分类： 1. 水溶性切削液：水溶性切削液有水溶液、乳化液、化学合成液三种，水溶液主要 用于粗加工、 普通磨削加工， 水溶液经济、 冷却效果强烈， 在水溶液中加入清洗剂、 防锈剂、油性添加剂可提高其性能；乳化液是由矿物油、乳化剂、其它添加剂与 水混合而成的不同浓度的切削液，低浓度乳化液已冷却为主，用于粗加工、普通
15、磨削加工，高浓度乳化液具有良好的润滑作用，可用于精加工和复杂刀具加工； 化学合成液是有水、各种表面活性剂和化学添加剂组成，具有良好的冷却、润滑、 清洗和防锈作用； 2. 油溶性切削液 ： 他有切削油和极压切削油两种， 主要起润滑作用， 切削油有矿物油、 动植物有、混合油等，起润滑作用，极压切削油是在切削油上加入了 S、P、cl 等 极压添加剂的切削液，可显著提高润滑和冷却作用。 切削液的选用： 1. 粗加工：切削量大，产热多，已冷却为主，选用%3-5%的乳化液，硬质合金刀具 耐热性较好，可不用切削液； 2. 精加工：以润滑为主，提高加工精度、降低表面粗糙度，选用 10%-12%的挤压乳 化液；
16、 3. 难加工材料的切削：切削力大，切削温度高，摩擦严重，选用挤压乳化液； 4. 磨削：磨削温度高，工件易烧伤，产生的细屑、磨屑会刮伤已加工表面，一冷却、 清洗为主，选用乳化液或挤压乳化液。 7 磨削：磨削： 1. 磨削过程包括：滑擦、刻划、切削三个过程； 2. 磨削特点： a.磨削速度高，滑擦、刻划作用导致严重的挤压和摩擦变形，产生大量热，而磨削 加工时，热量难以带走，传入工件使工件产生烧伤，尺寸发生变化，产生裂纹。 b. 磨削加工的精度高， 表面粗糙度值小， 可以实现微量切削， 磨削精度可达 IT5-6 级， 表面粗糙度值小至 Ra1.25-0.01um； c.磨削径向磨削力大，且作用在工艺系统刚性较差的方向上； d. 磨削温度高； e.砂轮有自锐作用； f.磨削除可以加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结构材料外，还可加工一般刀具难以 切削的高硬度材料，但不宜加工塑性较好的有色金属， g. 磨削加工的工艺范围广，不仅可以加工各种表面，还
