金属加工工艺学 第五篇 切削加工

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1、第五篇 切削加工,第五篇 切削加工,切削加工使用切削工具，在工具和工件的相对运动中， 把工件上多余的材料层切除，使工件获得规定 的几何参数和表面质量的加工方法。 分为机械加工和钳工二部分 1. 机械加工通过工人操纵机床来完成切削加工。 主要方法: 车、钻、刨、铣、磨等。 2. 钳工 通过工人手持工具来进行加工。 常用方法: 锉、锯、刮、研、錾等。,一、金属切削加工的基础知识,1） 加工精度 尺寸精度：分为20级： T00、T01、T1、T2 - T18 T7T6 常用于机床、机器、车辆和仪表； T9T8 于中等精度，用于重型机械。 形状精度：直线度、平面度、圆度、圆柱度等。 位置精度：平行度、

2、垂直度、同轴度、对称度等。,（一）加工质量要求,2）表面加工质量以表面粗糙度标记 标记： 、 、 、 数字为Ra（m）。 Ra越小，表面愈光洁。,3.2,（二）切削运动与切削要素 .切削运动切削机床上刀具与工件的相对运动。,车 削,铣 削,根据其作用不同而分为主运动和进给运动。,主运动 速度最高；消耗功率最大；切下金属的主体运动。如车削中工件的旋转运动；铣削中刀具的旋转等。,进给运动（个或多个） 维持新的金属层连续 投入切削，消耗功率小。 如车削中车刀的直线平移 （轴向或径向进给）和铣 削中工作台带着工件的直 线移动。,.切削用量三要素,包括切削速度、进给量和背吃刀量三要素。 切削速度主运动速

3、度c 切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度（单位时间内工件与刀具沿主运动方向相对移动的距离。）单位为m/s,主运动为旋转,切削速度为最大线速度,式中 d工件或刀具直径 （mm）； n工件或刀具转速 （r/s或r/min）；,1000,主运动为往复直线运动（如刨削）,式中 nr主运动（直线） 每秒或每分钟的 往复次 数（st/s 或st/min）； L 往复行程长度 （mm）。,进给量（f）,进给量（常以 f 表示）是主运动旋转一周或一个往复行程时，（刀具在进给方向上相对工件的位移量.）单位为mm/r或mm/st。,背吃刀量（p） 是工件已加工表面与待加工表面的垂直距离，(如车削) 即,式中

4、 dw工件待加工表面直径（mm）； dm 工件已加工表面直径（mm）。,dw-dm,（三）刀具材料及刀具构造 了解刀具材料、刀头几何形状及典型刀具结构特点。,刀具的组成,夹持部分,切削部分, 高硬度; 足够强度和冲击韧度； 高耐磨性； 高热硬性，即具有高温 （600700）硬度（红硬度）； 良好的工艺性能和低成本。,1刀具材料 1）刀具材料性能要求,2）常用刀具材料,高速钢：W18Cr4V（600时48HRC） W6Mo5Cr4V3（630650时 60HRC）（高速切削）；,合金工具钢：9Mn2V、9SiCr、CrWMn（一般刀具）；,碳素工具钢：T8、T10A等（钳工刀具）；,.硬质合金：

5、用粉末冶金制取，用于切削难加工材料； YG（K）：WCCo 切脆性材料 YT（P）：WCTiCCo 加工钢件,其他类：涂层（TiC）刀具；陶瓷（Al2O3TiC） 和金刚石（刻划玻璃）刀具等（用于切削难加工材料），,见P7表1-1 常用刀具材料的基本性能,2.刀具角度 1）车刀切削部分的组成 “三面两刃一刀尖”(以车刀为例),前刀面 切屑流出的表面（刀头上表面）；,副后刀面 与工件已加工表面相对应的刀头平面，包容副切削刃；,主后刀面 与工件加工表面相对应的刀头平面,包容主切刃；,主切削刃 前刀面与主后刀面的交线；承担主体切削工作;,副切削刃 前刀面与副后刀面的交线。,刀尖（实为小圆弧状或线形）

6、 两刀刃的交点。,2）车刀切削部分的主要角度 借助三个辅助面基面、切削平面、正交平面（静止参考系）,基面- 通过主切削刃上某一点而垂直于该点(假定)主运动方向的平面,可视为水平面。用Pr表示，,切削平面-通过主切削刃上某一点 与切削刃相切,且垂直基面的平面 用Ps表示。,正交平面（主剖面） 通过主切削刃上某一点且同时垂直于基面和 切削平面的平面。用Po表示。,“前角、后角两偏角”还有一个刃倾角刀头标注角度 用于刀头设计、制造、刃磨和测量。标示前刀面、后刀面（三面）的空间位向。 以外圆车刀为例：,车刀切削部分的五个主要角度,前角:在正交平面内测量。前刀面与基面的夹角，以 0表示, 0增大，车刀锋

7、利，减小与切屑的磨损。一般取值1020,切灰铸铁取值515,主后角: 正交平面P0内测量的,主后刀面与切削平面的夹角。 以0表示，0增大，减小刀头与工件的磨损。 一般取612,两偏角(主偏角和副偏角) : 在基面Pr内测量的,表示两切削刃偏离进给方向的空间位向。 主偏角:主切削刃在基面Pr的投影与进给方向的夹角称为主偏角，以Kr表示。一般取值3075。,Kr增大（90 ），用于切削的刃长减小，刀具耐用度增加， 径向力降低。车削细长轴时弯曲变形小。,副偏角: 副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角， 用Kr表示，一般取值510。Kr减小，减小刀具磨损， 有利于降低表面粗糙度。,还有一个“刃倾角”

8、 在切削平面Ps测量的,主切削刃与基面的夹角，以s表示。,刃倾角的正负： 刃尖为最高点，主切削刃向下倾斜，s定为正。 刃尖处于最低点，主切削刃向上倾斜，s定为负。 s 取负值时，刀头强度加大，适于铸铁粗加工。 s 取正值时，切屑流向待加工表面。 精加工,s取负值，对于带状切屑，切屑流向已加工表面， 有可能刮伤加工表面。这一点，需要注意。,车刀磨刃技巧,取s=+3，切屑流向待加工表面。不损伤已加工表面,主切削刃磨有0.150.2mm的倒棱，能提高刀刃强度。,大前角，令 0=1530，切削力小，前刀面上磨有平行于主切削刃的圆形卷屑槽（46mm深）。排屑顺利，发热小。,主偏角Kr =90，切削刃长度

9、最小，工件受力（径 向力）变形最小。用于细长轴精加工。,金属切削过程,定义：用金属切削刀具从工件表面切除多余的金属，获得一定精度和表面质量的要求的零件的过程。 1）切屑的形成与切削变形 切屑的形成 刀具挤压切削层产生变形与工件分离形成了切屑。,（四） 金属切削过程,切削过程三个变形区 第一变形区：从OA塑性变形开始OM剪切滑移基本完成。 第二变形区：靠近前刀面处的晶粒进一步变形，沿前刀面方向纤维化 第三变形区：已加工表面上金属与后刀面摩擦，产生纤维化和加工硬化,切削厚度压缩比: h=hch/hD,lD,2）影响切削变形的因素(选讲）,a 工件材料 ： 塑性好，变形大 b 刀具的角度：前角大，变

10、形小 c 切削用量：切削速度大，进给量大，切削厚度大，变形小 d 刀具与工件的摩擦：摩擦大。变形大。,3） 切屑的种类,a 带状切屑 塑性材料，切削厚度小，切削速度高，前角大 b 挤裂切屑 切削速度低，切削厚度大，前角较小 c 粒状切屑 （单元切屑）切削速度更低，切削厚度更厚，塑性较低 c 崩碎切屑 脆性材料（铸铁和黄铜）,4）积屑瘤,切塑性金属（在一定的切削速度范围内），刀具前刀面靠近切削刃的部位粘附一块很硬的金属。 形成条件： 切塑性金属，切削速度在一定的范围内(550m/min), 切削区的温度高。 控制方法：提高强度、硬度，增大切削速度， 控制切削区的温度。,作用在刀具上的力,5) 切

11、削力和切削功率,1）切削力的来源： 切屑层金属和切屑作用在前刀面上的正压力和摩擦力； 已加工表面作用在后刀面上的正压力和摩擦力,外圆切削时的切削合力与分力,主切削力（Fc)（切向力） 总切削力在主运动方向上的分力。 进给力（Ff）（轴向力） 总切削力在进给方向上的分力 背向力（Fp）（径向力） 总切削力在背吃刀量方向上的分力 F= Fc + Ff + Fp,6）切削功的计算 Pm=Fcvc10 -3 (KW),3）影响切削力的因素 a 工件材料 b 切削用量 c 刀具几何角度 d 切削液和刀具材料,7)切削热和切削温度,切削热的产生 产生于三个变形区 切屑变形所产生的热是主要来源（第一变形区）

12、 切屑与前刀面的摩擦所产生的热（第二变形区） 刀具的后刀面与工件表面摩擦所产生的热（第三变形区）,切削热的传出,通过 切屑、 工件、 刀具、 周围的介质传出 车削 5086% 39% 1040% 1% 钻削 28% 52. 5% 14. 5% 5%,影响切削温度的主要因素,a 切削用量 b 刀具角度 c 工件材料 d 其他因素,(五)、刀具的磨损,1）刀具磨损的形式 前刀面磨损 、后刀面磨损、前后刀面同时磨损,2）影响刀具磨损的因素,2）影响刀具磨损的因素,a 切削用量 b 刀具角度 c 工件材料 d 刀具材料,3）刀具的磨损的过程 分三个阶段 a 初级磨损阶段 b 正常磨损阶段 c 急剧磨损

13、阶段,4）磨钝标准,刀具的磨损量到达一定的程度就要换刀或刃磨，这个磨损限度称为磨钝标准 刀具都存在后刀面的磨损，通常规定以后刀面的均匀磨损区的宽度VB值作为衡量磨损量的大小。,VB,5）刀具的耐用度和刀具寿命,一把新刀或新刃磨过的刀具从开始切削到磨损量达到磨钝标准(磨损限度）为止所经历的实际切削时间 刀具的耐用度（T） 硬质合金焊接车刀：60min 高速钢钻头：80-120min 硬质合金端铣刀：120-180min 齿轮刀具：200-300min,刀具开始切削到完全报废所经历的实际切削时间的总和刀具寿命。,6) 切削液 作用：改善润滑条件，减小摩擦热；冷却降温，改善散热条件； 清洗工件等。

14、合理选择可以降低切削力和切削温度，提高刀具的耐用度和加工质量,矿物油 同时起润滑和冷却作用，以润滑为主； 用于精加工。,水溶液（加一定量的防锈剂苏打）主要起冷 却降温作用；用于粗加工。,分类：,乳化液（乳化油加水稀释，70%98%的水），可用于粗、精加工。,加工铸铁一般不用切削液。 组织内有石墨能起润滑作 用。用硬质合金刀具，也 不用切削液。,（六） 切削用量（Vc、f、p）的合理选择,2）方案 例如: 粗车： p与 f 较大， Vc较低； 精车： p与 f 较小， Vc较高； 对于表面较硬和难加工材料，Vc较低； 刀具材料好， Vc可适当提高。,1）原则 在充分利用刀具的耐用性能和维护机床安

15、全使用的前提下，以“质量、效率、成本”三准则来合理选择。,选择切削用量顺序：首先选取尽可能大的背吃刀量；其次选进给量；最后选切削速度。 1）粗加工中切削用量的选择 主要考虑生产率，应尽量选取较大的背吃刀量。 根据切削力来选择进给量。 切削速度通过计算得出。 2）精加工中切削用量的选择 主要考虑加工质量和刀具耐用度 背吃刀量小，进给量选小，切削速度选大,复习题,分别指出车端面和铣（镗）平面的主运动和进给运动，并同时用示意图表示。 说明切削用量三要素的物理意义。 绘制外圆车刀刀头工作示意图，分别说明“三面两刃一刀尖”和“前角后角两偏角”。 对刀具材料有何要求？常用刀具材料有哪几种？举例说明其应用特点。 何谓刀具耐用度？ 说明切削热的产生原因和切削液的种类及其作用。 简述切削用量的一般选择原则。,二 常用切削加工方法综述 及零件典型表面工艺方案的制订,（一）外圆表面切削加工及工艺方案的制订(录像),挂轮轴,1加工方法分类： 车削：粗车、半精车、 精车及精细车； 外圆磨削：粗磨、半精 磨、精磨、超精磨等。,(1) 运动形式,主运动 工件（主轴）旋转运动 进给运动刀具的直线运动（横向、纵向等）,车 削,(2) 精度等级,按加工工艺分：,粗车加工精度为 IT13 IT10，表面粗糙度值为