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江苏科技大学工程材料课程复习提纲二、复习内容1、金属材料的主要力学性能、指标及其关系 P8-132、材料的物理性能材料固有的一些属性，如密度、熔点、热膨胀性、磁性、导电性与导热性等材料的化学性能材料在室温或高温下抵抗各种化学介质作用的能力，一般包括耐腐蚀性与高温抗氧化性等材料的工艺性能材料在各种加工过程中表现出来的性能，如铸造、锻造、热处理和切削加工等性能3、P15-17 常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格;体心立方2个、面心立方4个、密排六方6个 4、结晶的过程由形成晶核和晶核长大两个阶段组成；（如何完成见P19；）细晶粒组织的金属不仅强度高，塑性和韧性也好5、什么是金属的同素异构转变？以纯铁为例说明这一转变过程。 P20 1.4.2 6、P21-22 相：在金属或合金中，凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分，均称之为相。合金：通过熔炼，烧结或其它方法，将一种金属元素同一种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金属特性的新物质，称为合金。相分为2种：固溶体：合金的组元之间以不同的比例混合，混合后形成的固相的晶格结构与组成合金的某一组元的相同，这种相称为固溶体。金属间化合物：合金的组元间发生相互作用形成的一种具有金属性质的新相，称为金属间化合物。它的晶体结构不同于任一组元，用分子式来表示其组成。7、P29-39 a、铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金；铸铁分为三类：白口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁；根据灰口铸铁中石墨形态不同，分为：灰铸铁：片状石墨割断了基体的连续性，在尖端处易产生应力集中，因此力学性能不高，但铸造性能好、减磨减震性好、切削加工性好、缺口敏感性低，价格低廉，应用广泛。球墨铸铁：球状石墨，力学性能比灰铸铁高，石墨球越小、越分散，则强度、塑性与韧性越好；但铸造时易产生白口现象和缩松等缺陷。蠕墨铸铁：蠕虫状石墨，石墨片短而厚，端部较钝、较园，性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间。可锻铸铁：团絮状石墨，力学性能优于灰铸铁，接近于球墨铸铁；但铸造性能优于球墨铸铁。 b、纯铁在室温下的晶体结构是体心立方晶格；c、（1）P30图1-40；（2）45钢在平衡结晶过程中冷却到共析温度发生共析反应时，A、F、Fe3C含碳量分别为0.77%、0.0218%、6.69%。GS、ES、PSK线的代号分别是A3、Acm、A1。共析反应式AS 770P（FP+Fe3C），共晶反应式LC 1148Ld（AE+Fe3C）；d、已知A（熔点 600）与B(500) 在液态无限互溶；在固态 300时A溶于 B 的最大溶解度为 30% ，室温时为10%，但B不溶于A；在 300时，含 40% B 的液态合金发生共晶反应。现要求：1）作出A-B 合金相图； 2）分析 20% A,45%A,80%A 等合金的结晶过程，并确定室温下的组织组成物。20%A合金如图：合金在1点以上全部为液相，当冷至1点时，开始从液相中析出固溶体，至2点结束，23点之间合金全部由固溶体所组成，但当合金冷到3点以下，由于固溶体的浓度超过了它的溶解度限度，于是从固溶体中析出二次相A，因此最终显微组织：+A45%A合金如图：合金在1点以上全部为液相，冷至1点时开始从液相中析出固溶体，此时液相线成分沿线BE变化，固相线成分沿BD线变化，当冷至2点时，液相线成分到达E点，发生共晶反应，形成（A+）共晶体，合金自2点冷至室温过程中，自中析出二次相A，因而合金室温组织：A+(A+)80%A合金如图：合金在1点以上全部为液相，冷至1点时开始从液相中析出A，此时液相线成分沿AE线变化，冷至2点时，液相线成分到达E点，发生共晶反应，形成(A+)共晶体，因而合金的室温组织：A+ (A+)8、常用金属材料的分类及牌号，如：HT250 T12A ZG200-400 45 Q235-A F T8，等见P36-409、常用热处理工艺过程、分类、特点及基本应用,加热和人一会冷却时组织转变特征等。P50-5710、铸造工艺基础，如：铸造的性能、在铸造中三种凝固方式、缩孔、缩松、同时凝固、顺序凝固、充型能力、流动性，等P79-87 顺序凝固=定向凝固11、常用、特种铸造方法、特点、比较、应用。 P11912、金属的可锻性，变形条件、冲压的基本工序、拉延系数。 P126-129，P142-14813、焊接的分类、治金工艺过程、特点，焊接接头的组织和性能、工艺可焊性、使用可焊性、金属材料的焊接性评价，常用焊接方法、特点、比较、应用。P168-173，P179-181，P186-187，P170-179，14-20、参见机械制造技术课程教材14、车床的分类及型号目前我国将机床分为十一大类。表41 机床分类及代号类别车床钻床镗床磨 床齿轮加工机床螺纹加工机床铣床刨插床拉床锯床其他机床代号CZTM2M3MYSXBLGQ读音车钻镗磨二磨三磨牙丝铣刨拉割其他（二）按机床工作精度分类1.普通机床。指的是普通级别的机床，包括：普通车床、钻床、镗床、铣床、刨插床等。2.精密机床。主要包括：磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床和其他各种精密机床。3.高精度机床。主要包括：坐标镗床、齿轮磨床、螺纹磨床、高精度滚齿机、高精度刻线机和其他高精度机床。 （三）按机床加工件大小和机床自身重量分类。类别机床本身重量（吨）仪表机床中、小型机床（一般机床） 10大型机床10 30重型机床30 100 特重型机床100（四）按机床通用性分类1.通用机床（万能机床）。这类机床的加工范围广泛，可以加工多种零件的不同工序。由于其通用性范围较广，它的结构往往比较复杂。适用于单件、小批生产。例如，普通车床、卧式镗床、万能升降台铣床等均属于通用机床。2.专门化机床（专门机床）。这类机床专门用于加工不同尺寸的一类或几类零件的某一特定工序，如精密丝杠车床，凸轮轴车床，曲轴、连杆轴颈车床等都属于专门化机床，它适用于成批大量生产场合。3.专用机床。专门用以加工某一种零件的特定工序的机床称为专用机床。专用机床加工范围小，被加工零件稍有一点变动就不能适应。结构较通用机床简单，但生产率高，机床自动化程度往往也比较高。所以，专用机床一般在成批大量生产中选用。四、机床的型号编制GB / T 15375 94 金属切削机床型号编制方法是现行机床型号编制标准。其中规定，机床型号由汉语拼音字母和数字按一定的规律组合而成。通用机床的型号由基本和辅助部分组成，中间用“ / ”隔开，读作“之”。基本部分统一管理，辅助部分纳入型号与否由生产厂家自定。在整个型号规定中，最重要的是类代号、组代号、主参数，以及通用特性代号、结构特性代号。（一）机床的类代号：表41类别车床钻床镗床磨 床齿轮加工机床螺纹加工机床铣床刨插床拉床锯床其他机床代号CZTM2M3MYSXBLGQ读音车钻镗磨二磨三磨牙丝铣刨拉割其他（二）机床通用特性、结构特性代号1. 通用特性代号。当某类型机床（除普通型外）还有某种通用特性时，则在类代号之后加通用特性代号予以区分。 表42 机床通用特性代号通用特性高精度精密自动半自动数控加工中心（自动换刀）仿形轻型加重型简式或经济型柔性加工单元数显高速代号GMZBKHFQCJRXS读音高密自半控换仿轻重简柔显速2.结构特性代号。对主参数值相同，而结构、性能不同的机床，在型号中增加结构特性代号予以区分，并用汉语拼音字母表示。结构特性代号用汉语拼音字母表示，如A、D、E、L、N、P、R、S、T、U、V、W、X、Y等字母。当不够用时可将两个字母组合起来使用。如AD、AE等。当型号中有通用特性代号时，结构特性代号排在通用代号之后；当型号无通用特性代号时，结构特性代号排在类代号之后。（三）机床的组、系代号在同类机床中，主要布局和使用范围基本相同的机床即为一组；在同一组机床中，其主参数相同，主要结构及布局型式相同的机床即为同一系。每类机床分为10个组，每个组又分为10个系（系列）。机床的组用一位阿拉伯数字表示，位于类代号或通用特性代号之后；机床系也用一位阿拉伯数字表示，位于组代号之后。表43 金属切削机床类、组划分表O123456789车床C 仪表车床单轴自动车床多轴自动、半自动车床回轮、转塔车床曲轴及凸轮轴车床立式车床落地及卧式车床仿形及多刀车床轮、轴、辊、锭及铲齿车床其他车床钻床Z坐标镗钻床深孔钻床摇臂钻床台式钻床立式钻床卧式钻床铣钻床中心孔钻床其他钻床镗床T深孔镗床坐标镗床立式镗床卧式铣镗床精镗床汽车、拖拉机修理用镗床其他镗床磨床 M 仪表磨床外圆磨床内圆磨床砂轮机坐标磨床导轨磨床刀具刃磨床平面及端面磨床曲轴、凸轮轴、花键轴及轧辊磨床工具磨床 2M 超精机 内圆珩磨机 外圆及其他珩磨机抛光机 砂带抛光及磨削机床刀具刃磨及研磨机床可转位刀片磨削机床研磨机 其他磨床 3M 球轴承套圈沟磨床 滚子轴承套圈滚道磨床 轴承套圈超精机 叶片磨削机床 滚子加工机床 钢球加工机床 气门、活塞及活塞环磨削机床汽车、拖拉机修磨机床 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 齿轮加工机床Y仪表齿轮加工机锥齿轮加工机滚齿机及铣齿机剃齿及珩齿机插齿机花键轴铣床齿轮磨齿机其他齿轮加工机齿轮倒角及检查机螺纹加工机床套丝机攻丝机螺纹铣床螺纹磨床螺纹车床铣床X仪表铣床悬臂及滑枕铣床龙门铣床平面铣床 仿形铣床立式升降台铣床卧式升降台铣床床身铣床工具铣床其他铣床 刨插床B悬臂刨床 龙门刨床 插床 牛头刨床 边缘及模具刨床其他刨床 拉床L侧拉床 卧式外拉床 连续拉床立式内拉床卧式内拉床立式外 拉床键槽、轴瓦及螺拉床其他拉床 锯床G砂轮片锯床卧式带锯床立式带锯床圆锯床弓锯床铿锯床 其他机床Q其他仪表机床管子加工机床木螺钉加工机床刻线机床切断机床多功能机床例如：C 6 落地及卧式车床，C 5 立式车床；其中，C 5 1 单柱立式车床，C52 双柱立式车床。 （四）机床主参数的代号反映机床规格大小的主要数据称为第一主参数，简称主参数。不同的机床，主参数内容各不相同。机床的主参数用阿拉伯数字表示。在组系代号后面的数字，一般表示机床的主参数或主参数的1/10或1/100。表44 常见机床主参数及折算系数机床名称主参数名称主参数折算系数普通车床自动车床、六角车床立式车床床身上最大工件回转直径最大棒料直径或最大车削直径最大车削直径1/lO1/l1/lOO立式钻床、摇臂钻床卧式镗床最大钻孔直径主轴寅径1/l1/10牛头刨床、插床龙门刨床最大刨削或插削长度工作台宽度1/lO1/100卧式及立式升降台铣床龙门铣床工作台工作面宽度工作台工作面宽度1/lO1/JOO外圆磨床、内圆磨床平面磨床砂轮机最大磨削外径或孔径：作台工作面的宽度或直径最大砂轮宜径1/l01/lO1/l0齿轮加工机床（大多数是）最大工件真径1lO其中，拉床的主参数是额定拉力。（五）主轴数及第二主参数机床主轴数应以实际数据列入型号，位于主参数之后，用乘号“”分开。第二主参数是指最大跨距、最大工件长度、最大模数等。在型号中表示第二主参数，一般折算成两位数为宜。（六）机床的重大改进顺序号当机床结构、性能有重大改进和提高，并需按新产品重新设计、试制和鉴定时，才在机床型号之后按A、B、C等汉语拼音字母的顺序选用加入型号的尾部，以区别原机床型号。重大改进设计不同于完全的新设计，它是在原有的机床基础上进行改进设计，因此，重大改进后的产品应代替原来的产品。（七）其他特性代号其他特性代号，置于辅助部分之首。其他特性代号主要用以反映各类机床的特性。（八）企业代号及其表示方法机床型号举例：CA6140AC 车床（类代号）A 结构特性代号6 组代号（落地及卧式车床）1 系代号（普通落地及卧式车床）40 主参数（最大加工件回转直径400mm）A 第一次重大改进（重大改进顺序号） XKA5032AX 铣床（类代号）K 数控（通用特性代号）A （结构特性代号） 50 立式升降台铣床（组系代号）32 工作台面宽度320 mm（主参数）A 第一次重大改进（重大改进顺序号）MGB1432M 磨床（类代号）G 高精度（通用特性代号）B 半自动（通用特性代号） 14 万能外圆磨床（组系代号）32 最大磨削外径320 mm（主参数） C21506C 车床（类代号）21 多轴棒料自动车床（组、系代号）50 最大棒料直径50 mm（主参数）6 轴数为6（第二主参数）MB 8240最大回转直径为400mm的半自动曲轴磨床根据加工需要，经变换的第一种半自动曲轴磨床，其型号为MB 8240/1；变换的第二种型式的型号为MB 8240/2，依此类推。二、机床的运动1、运动分析。零件的形状很多，组成表面包括：平面、圆柱面、圆锥面及成形面。零件表面的形成不外乎一条线为母线，绕另一条线导线移动或或转动而形成。2、工作运动。1）主运动由机床或人力提供的主要运动，它提供切削刀具(工具)与工件之间产生相对运动，从而使刀具前刀面接近工件。说明：主运动是切下切屑所需要的最基本的运动，是切削加工中速度最高、消耗功率最多的运动，如车削时工件的旋转，牛头刨床刨削时刨刀的往复移动等。一台机床主运动一般只有一个。2）进给运动由机床或人力提供的运动,它使刀具与工件之间产生附加的相对运动,加上主运动,即可不断地或连续地切除切屑,并获得具有所需几何特征的已加工表面说明：进给运动是使工件切削层不断投入切削,从而加工出完整表面所需的运动,如车削时车刀的连续直线移动,牛头刨床刨水平面时工件的间歇移动等.一台机床的进给运动可以是一个,也可以是多个。车床：工件为主运动，刀具为进给运动。钻床：主运动和进给运动，都由刀具完成；钻头的旋转是主运动；钻头的轴向直线运动是进给运动。牛头刨床：适于刨削长度不超过1000mm的中小型工件。主运动：刀具随滑枕做往复直线运动。进给运动：工件随工作台做水平横向间歇运动。龙门刨床：主运动是工件随着工作台的直线往复运动，进给运动是刀架带着刨刀作横向或垂直的间歇运动。龙门刨与龙门铣的区分-龙门刨的主运动是工件随工作台的直线运动；龙门铣的主运动是刀具的旋转运动。插床其实是一个立式刨床，插床代号为B50，在结构上和牛头刨属于同一类。主运动：插刀随滑枕垂直方向的往复直线运动。进给运动：工件在纵向、横向以及圆周方向的间歇运动。拉床：利用拉刀加工内外成形表面。主运动：拉刀的直线运动，由拉床上的液压装置驱动。进给运动：依靠拉刀的结构来实现。铣床是利铣刀在工件上加工各种表面的机床。铣刀旋转为主运动加工各种表面，工件或铣刀的移动为进给运动。龙门铣床与龙门刨床相似，龙门铣床主轴箱带动铣刀旋转为主运动，工作台纵向往复运动是进给运动。磨制机床：通常，磨具旋转为主运动。组合机床：主运动：刀具旋转；进给运动：工件运动或刀具既作旋转主运动，又作进给运动。16、二.切削用量1.切削用量在切削加工过程中的切削速度、进给量和背吃刀量(切削深度)是完成切削工作具备的三要素,总称为切削用量三要素。 切削速度vc 进给量 f 背吃刀量(切削深度)ap1）切削速度在进行切削加工时，刀具切削刃上的某一点相对于待加工表面在主运动方向上的瞬时速度(m/s或m/min)，用Vc表示。公式：主运动为旋转运动时: m/s 或 m/min主运动为往复运动时:m/s 或 m/min式中 d工件或刀具上某一点的回转直径（mm) n工件或刀具的转速（r/s或r/min)（2）进给速度、进给量和每齿进给量进给速度vf是单位时间的进给量mm/s或mm/min 进给量是工件或刀具每回转一周时两者沿进给运动方向的相对位移，单位是mm/r（毫米/转）。对于铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃切削工具，在它们进行工作时，还应规定每一个刀齿的进给量fz，即后一个刀齿相对于前一个刀齿的进给量，单位是mm/z(毫米/齿)。（3）背吃刀量对于车削和刨削加工来说，背吃刀量ap为工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位为mm。外圆柱表面车削的深度可用下式计算：mm对于钻孔工作 ap=dm/2 mm上两式中 dm已加工表面直径（mm）dw 待加工表面直径（mm）一.刀具材料 1.对刀具材料的基本要求 刀具材料是指切削部分的材料。它在高温下工作，并要承受较大的压力、摩擦、冲击和振动等，因此应具备以下基本性能。 (1)较高的硬度刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，常温硬度一般在60HRC以上。(2)有足够的强度和韧性，以承受切削力、冲击和振动。(3)有较好的耐磨性，以抵抗切削过程中的磨损，维持一定的切削时间。(4)较高的耐热性，以便在高温下仍能保持较高硬度，又称为红硬性或热硬性。(5)有较好的工艺性，以便于制造各种刀具。工艺性包括锻造、轧制、焊接、切削加工、磨削加工和热处理性能等。 目前尚没有一种刀具材料能全面满足上述要求。因此，必须了解常用刀具材料的性能和特点，以便根据工件材料的性能和切削要求，选用合适的刀具材料。 2.常用的刀具材料 目前在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷材料等。 (1)碳素工具钢 含碳量较高的优质钢，淬火后硬度较高、价廉，但耐热性较差。 (2)合金工具钢 在碳素工具钢中加入少量的Cr、W、Mn、Si等元素，形成合金工具钢。常用来制造一些切削速度不高或手工工具，如锉刀、锯条、铰刀等。 目前生产中应用最广的刀具材料是高速钢和硬质合金。 (3)高速钢 它是含W、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。它的耐热性、硬度和耐磨性虽低于硬质合金，但强度和韧度却高于硬质合金，工艺性较硬质合金好，而且价格也比硬质合金低。 W18Cr4V是国内使用最为普遍的刀具材料，广泛地用于制造各种形状较为复杂的刀具，如麻花钻、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其他成形刀具等。 (4)硬质合金 它是以高硬度、高熔点的金属碳化物(WC、TiC等)作基体，以金属Co等作粘结剂，用粉末冶金的方法而制成的一种合金。 特点：它的硬度高，耐磨性好，耐热性高，允许的切削速度比高速钢高数倍，但其强度和韧度均较高速钢低，工艺性也不如高速钢。 用途：常制成各种型式的刀片，焊接或机械夹固在车刀、刨刀、端铣刀等的刀体(刀杆)使用。 国产的硬质合金一般分为两大类： 一类是由WC和Co组成的钨钻类(YG类)；一类是由WC、TiC和Co组成的钨钛钻类(YT类)。 YG类硬质合金韧性较好，但切削韧性材料时，耐磨性较差，因此它适于加工铸铁、青铜等脆性材料。 常用的牌号有YG3、YG6、YG8等，其中数字表示Co的含量的百分率。Co的含量少者，较脆较耐磨。 YT类硬质合金比YG类硬度高、耐热性好，并且在切削韧性材料时较耐磨，但韧性较小，故适于加工钢件。 常用的牌号有YT5、YT15、YT30”等，其中数字表示TiC合量的百分率。TiC的含量越多、韧性越小，而耐磨性和耐热性越高。 (5)陶瓷材料 它的主要成分是Al2O3，刀片硬度高、耐磨性好、耐热性高，允许用较高的切削速度，加之Al2O3的价格低廉，原料丰富，因此很有发展前途。 但陶瓷材料性脆怕冲击，切削时容易崩刃。我国制成的AM、AMF、AMT、AMMC等牌号的金属陶瓷，其成分除Al2O3外，还含有各种金属元素，抗弯强度比普通陶瓷刀片为高。3.其他新型刀具材料简介 (1)高速钢的改进(2)硬质合金的改进(3)人造金刚石硬度接近10000HV，而硬质合金仅达10002000HV，耐热性为700800。聚晶金刚石大颗粒可制成一般切削工具，单晶微粒主要制成砂轮。 金刚石除可以加工高硬度而且耐磨的硬质合金、陶瓷、玻璃等外，还可以加工有色金属及其合金。 金刚石不宜于加工铁族金属，这是由于铁和碳原子的亲和力较强，易产生粘结作用加快刀具磨损。 (4)立方氮化硼(CBN)硬度(73009000HV)仅次于金刚石。但它的耐热性和化学稳定性都大大高于金刚石，能耐13001500的高温，并且与铁族金属的亲和力小。因此，它的切削性能好，不但适于非铁族难加工材料的加工，也适于铁族材料的加工。CBN和金刚石刀具脆大，故使用时机床刚性要好，主要用于连续切削，尽量避免冲击和振动。刀 具磨损和刀具耐用度 切削过程中，刀具是在高温高压下工作的。因此，刀具一方面切下切屑，一方面也被磨损。当刀具磨损达到一定值时，工件的表面粗糙度值增大，切屑的形状和颜色发生变化，切削过程发出沉重的声音，并伴有振动。此时，必须对刀具进行修磨或更换新刀。 （1）刀具磨损的形式 刀具磨损是指刀具与工件或切屑的接触面上，刀具材料的微粒被切屑或工件带走的现象 这种磨损现象称为正常磨损。若由于冲击、振动、热效应等原因致使刀具崩刃、碎裂而损坏，称为非正常磨损。刀具的正常磨损形式般有以下几种： 1）前刀面磨损 切削塑性材料时，若切削厚度较大，在刀具前刀面刃口后方会出现月牙洼形的磨损现象（ 图1.21 ），月牙洼处是切削温度最高的地方。随着磨损的加剧，月牙洼逐渐加深加宽，当接近刃口时，会使刃口突然崩去。前刀面磨损量的大小，用月牙洼的宽度KB和深度KT表示。 2)后刀面磨损 指磨损的部位主要发生在后刀面，后刀磨损后，形成后角等于零度的小棱面。当切削塑性金属时，若切削厚度较小，或切削脆性金属时，由于前刀面上摩擦较小，温度较低，因此磨损主要发生在后刀面。后刀面磨损量的大小是不均匀的。如图2.21所示，在刀尖部分(C区)，其散热条件和强度较差，磨损较大，该磨损量用VC表示；在刀刃靠近工件表面处（N区），由于毛坯的硬皮或加工硬化等原因，磨损也较大，该磨损量用VN表示；只有在刀刃中间(B区)磨损较均匀，此处的磨损量用VB表示，其最大磨损量用VB max 表示。 3）前后刀面同时磨损 当切削塑性金属时，如果切削厚度适中，则经常会发生前刀面与后刀面同时磨损的磨损形式。 （2）刀具磨损过程 图 1.22 刀具后刀面磨损过程 正常磨损情况下，刀具的磨损量随切削时间的增加而逐渐扩大。以后刀面磨损为例，其典型磨损过程如图 1.22所示，大致分为三个阶段。 初期磨损阶段 (图示AB阶段) 在刀具开始切削的短时间内磨损较快。这是因为刀具在刃磨后，刀面的表面粗糙度值大，表层组织不耐磨所致。 正常磨损阶段 (图示BC阶段) 随着切削时间的增加，磨损量以较均匀的速度加大。这是由于刀具表面高低不平及不耐磨的表层已被磨去，形成一个稳定区域，因而磨损速度较以前缓慢。但磨损量随切削时间而逐渐增加，这一阶段也是刀具工作的有效阶段。 急剧磨损阶段 (图示CD阶段) 当刀具磨损量达到一定程度后，由于刀具很钝，摩擦过大，使切削温度迅速升高，刀具磨损加剧，以致刀具失去切削能力。生产中为合理使用刀具并保证加工质量，应在这阶段到来之前就及时重磨刀具或更换新刀。 (3)刀具磨损限度 刀具磨损限度是指对刀具规定一个允许磨损量的最大值，或称作刀具磨钝标准。刀具磨损限度一般规定在刀具后刀面上，以磨损量的平均值VB表示。这是因为刀具后刀面对加工质量影响大，而且便于测量。 (4)刀具的耐用度 刀具耐用度的定义为：一把新刃磨的刀具从开始切削至达到磨损限度所经过的总的切削时间，以T表示，单位为min。刀具耐用度有时也可用加工同样零件的数量或切削路程长度来表示。粗加工时，多以切削的时间表示刀具耐用度。例如，目前硬质合金车刀的耐用度大约为60min，高速钢钻头的耐用度为80120min，硬质合金面铣刀的耐用度为120180min，齿轮刀具的耐用度为200300min。精加工时，常以走刀次数或加工零件个数表示刀具耐用度。 刀具寿命则是指一把新刀从使用到报废为止的切削时间，它是刀具耐用度与刀具刃磨次数的乘积。 用刀具耐用度衡量磨损量的大小，比直接测量磨损量方便得多，因而生产中广泛的采用。 (5)刀 具的磨损原因 刀具磨损的原因很复杂，主要有以下几种常见的形式： 1）、机械作用的磨损 工件材料中含有比刀具材料硬度高的硬质点或粘附有积屑瘤碎片，如TiC，TiN或Si0 2 等，就会在刀具表面上刻划，使刀具磨损。在低速切削时，机械摩擦磨损是造成刀具磨损的主要原因。 2）、粘 结磨损 工件或切屑的表面与刀具表面之间的粘结点，因相对运动，刀具一方的微粒被对方带走而造成磨损。粘结磨损与切削温度有关，也与刀具材料及工件材料两者的化学成分有关。 3).氧化磨损 在一定的温度条件下 （ 700800 ），刀具、工件和切屑的新生成表面会与氧化合而形成一层 氧化 膜，若刀具上的氧化膜强度较低，会被工件或切屑擦掉而形成磨损，称为 氧化磨损 。 4）扩散磨损 扩散磨损 是指刀具材料中的 Ti、 W 、 Co 等元素，在高温（ 9001000 ）时会逐渐扩散到切屑或工件材料中去，工件材料中的 Fe元素也会扩散到刀具表层里。这样，改变了硬质合金刀具的化学成分，使表层硬度变得脆弱，从而加剧了刀具的磨损。 扩散磨损的速度决定于刀具和工件材料之间是否容易发生化学反应，以及决定于接触面之间的温度。 YG类硬质合金的扩散温度为850900 ， YT类硬质合金的扩散温度为900950 。 用硬质合金刀具进行切削，低温时以机械磨损为主，温度升高时粘结磨损速度加快，温度升的更高时，氧化磨损与扩散磨损加剧。 5)相变磨损 刀具材料因切削温度升高达到相变温度时，使金相组织发生变化， 刀具材料 表面的 马氏体 组织转化为 托 氏 体 或 索 氏 体 组织，硬度降低而造成磨损，称为相变磨损。高速钢刀具在 550600 时发生相变。 高速钢刀具低温时以机械磨损为主，温度升高时发生粘结磨损，达到相变温度时即形成相变磨损，失去切削能力。 综合上述可知，温度越高，刀具磨损愈快，所以温度是刀具磨损的主要原因。影响切削力的因素影响切削力的因素很多，主要是工件材料、切削用量、刀具几何参数及刀具磨损等。 一、工件材料的影响 被加工工件材料的强度、硬度越高，则s越大(式415)，虽然变形系数h有所减小。但总起来切削力还是增大的。强度相近的材料，如其塑性（伸长率）较大，则强化系数n较大，与刀具间的摩擦系数和摩擦角也较大，故切削力增大。切削脆性材料时，得崩碎切屑。塑性变形及与前刀具面的摩擦都很小，故其切削力一般低于塑性材料。例如：45钢（中碳钢）的切削力高于A3钢（低碳钢）；调质钢和淬火钢高于正火钢；1Cr18Ni9Ti不锈高于45钢；铸铁和铜、铝合金低于钢材料；紫铜高于黄铜。具体数据见表4-3和附录4。在计算某一种工件材料的切削力和切削功率时，必须在资料中查找该材料的切削力有关数据，或借用类别相同、性能相近材料的数据。但是，在各种资料中，工件材料的种类不可能十分齐全，有时可借用现有材料的数据加以适当修正。在切削用量手册73中有较完整的工件材料机械（力学）性能对切削力的修正系数，可以参考使用。 二、切削用量的影响 1 切削深度和进给量 切削深度ap或进给量f加大，均使切削力增大，但两者的影响程度不同。ap加大时，变形系数h不变，切削力成正比增大；而加大时，h有所下降，故切削力不成正比增大。在车削力的经验公式中，加工各种材料，ap的指数xFc1，而f的指数yFc0.750.9。即当ap加大一倍时，Fc约增大一倍；而f加大一倍时，Fc只增大6886。因此，在切削加工中，如果从切削力和切削功率来考虑，加大进给量比加大切削深度有利。表43列出的kc值是在f0.3mm/r时得到的。如果进给量f0.3mm/r，则需乘以相应的修正系数。实验表明，yFc的平均值约为085，据此算出进给量对切削力的修正系数值kfFc(表45)。 2.切削速度 加工塑性金属时，在中速和高速下，切削力一般随着切削速度的增大耳减小（图4-13）这主要是因为Vc增大，将使切削温度提高，下降，从而使h减小。如图413所示，在低速范围内，由于存在着积屑瘤，所以切削速度对于切削力的影响，有著特殊的规律，可参第三章中的图329及其文字叙述，这里就不再重复了。 切削脆性金属(如灰铸铁、铅黄铜)，因其塑性交形很小，切屑和前刀面的摩擦也很小，所以切削速度对切削力没有显著的影响。 切削速度对切削力的修正系数值见表4-6。 三、 刀具几何参数的影响 1前角。 前角。加大，被切金属的变形减小，式4-15中的h值和C值都要减小，因此切削力显著下降。一般，加工塑性较大的金属时，前角对切削力的影响比加工塑性较小的金属更显著。例如，车刀前角每加大10，加工45钢的Fc约降低1%，加工紫铜的Fc约降低2%3%，而加工铅黄铜的Fc仅降低0.4%。图4-14表示车削45钢时前角对切削力的影响。其修正系数值见表4-7。 2负倒棱 在锋利的切削刃上磨出适当宽度的负倒棱，可以提高刃区的强度，从而提高刀具使用寿命但将使被切金属的变形加大，使切削力有所增加。负倒棱是通过它的宽度b对进给量f的比值(bf)来影响切削力的。负倒棱对切削力的修正系数值见表48。 3.主偏角 图415表示车削45钢时主偏角kr对切削力的影响。 (1)当kr加大时，Fp减小，Ff加大。可由图42和式43得到解释。 (2)当加工塑性金属时，随kr加大，Fc减小；约在kr60750之间，Fc减到最小；然后随kr继续加大，Fc又有所增大。Fc的变动范围不大，无论减小或增大，都在10%以内。 主偏角对切削力的修正系数值见表4-9。 （3）kr加大时，Fp/Fc减小，Ff/Fc加大。根据实验数据的统计，列出加工钢料和铸铁时的Fp/Fc、Ff/Fc比值如表4-10。在已知Fc之后，可以用这个比值估算Fp和Ff。 4刃倾角 图4-16表示车削45钢时，刃倾角s对切削力的影响。刃倾角变化时 ，将改变合力F的方向，因而影响各分力的大小。刃倾角s减小时，Fp增大，Ff减小。在非自由切削的情况下，刃倾角在1045的范围内变化时，Fc 基本不变。刃倾角对切削力的修正系数值见表4-11。 5刀尖圆弧半径 在一般的切削加工中，刀尖圆弧半径r对Fp 、Ff的影响较大，对Fc 的影响较小。图4-17 表示加工45钢时刀尖圆弧半径对切削力的影响。从图4-17可以看出，当刀尖圆弧半径在0.252mm范围内变化时，随着r的加大，Fp增大，Ff减小，Fc仅略有增大。 刀尖圆弧半径对切削力的修正系数见表4-12 四、刀具磨损的影响 图418表示车削45钢时，后刀面磨损量对切削力的影响。后刀面磨损后，形成了后角等于零、高度为VB的小棱面，作用在后刀面上的法向力FaN 和摩擦力Fa都将增大，故切削力加大。后刀面磨损对切削力的修正系数值见表413。由图418可以看出，当VB加大时，Fp和Ff 的增大比Fc要显著一些。在现代加工机床上，有时用切削力、切削功率的增大或切削分力之间比值的变化来实现刀具磨损在线检测。 五、切削液的影响 以冷却作用为主的水溶液对切削力影响很小。而润滑作用强的切削油能够显著的降低切削力，这是由于它的润滑作用，减小了刀具前刀面与切屑、后刀面与工件表面之间的摩擦，甚至还能减小被加工金属的塑性变形。例如，在车削中使用极压乳化液，比干切时的切削力降低10%20%；攻丝时使用极压切削油，比使用5号高速机油时的扭矩降低20%30%。 六、刀具材料的影响 刀具材料不是硬削切削的主要因素。但由于不同的刀具材料与工件材料之间的摩擦系数不同，因此对切削力也有一些影响。如用YT类硬质合金刀具切削钢料时的Fc比用高速钢刀具约降低510；用YG类硬质合金刀具和高速钢刀具切削铸铁，切削力基本相同。第一章 金属切削过程的基本知识1.1 金属切削过程的基本概念一、切削表面与切削运动(见P4-5)（一）切削表面 切削加工过程是一个动态过程， 在切削过程中，工件上通常存在着三个不断变化的切削表面。即：待加工表面：工件上即将被切除的表面。 已加工表面：工件上已切去切削层而形成的新表面。 过渡表面(加工表面)：工件上正被刀具切削着的表面，介于已加工表面和待加工表面之间。以车削外圆为例，如下图。（二）切削运动刀具与工件间的相对运动称为切削运动（即表面成形运动）。按作用来分，切削运动可分为主运动和进给运动。上图给出了车刀进行普通外圆车削时的切削运动，图中合成运动的切削速度Ve、主运动速度Vc和进给运动速度Vf之间的关系。1、主运动主运动是刀具与工件之间的相对运动。它使刀具的前刀面能够接近工件，切除工件上的被切削层，使之转变为切屑，从而完成切屑加工。一般，主运动速度最高，消耗功率最大，机床通常只有一个主运动。例如，车削加工时，工件的回转运动是主运动。2、进给运动进给运动是配合主运动实现依次连续不断地切除多余金属层的刀具与工件之间的附加相对运动。进给运动与主运动配合即可完成所需的表面几何形状的加工，根据工件表面形状成形的需要，进给运动可以是多个，也可以是一个；可以是连续的，也可以是间歇的。 3、合成运动与合成切削速度当主运动和进给运动同时进行时，刀具切削刃上某一点相对于工件的运动称为合成切削运动，其大小和方向用合成速度向量ve表示, 见上图。 Ve=Vc+Vf二、切削用量三要素与切削层参数(一）切削用量三要素1、切削速度vc切削速度vc是刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动瞬时线速度。由于切削刃上各点的切削速度可能是不同，计算时常用最大切削速度代表刀具的切削速度。当主运动为回转运动时： 式中d切削刃上选定点的回转直径，mm； n主运动的转速，r/s或r/min。2、进给速度vf 、进给量f进给速度vf切削刃上选定点相对于工件的进给运动瞬时速度，mm/s或mm/min.。进给量f刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述，mm/r或mm/行程。Vf= n f3、切削深度ap对于车削和刨削加工来说，切削深度ap（背吃刀量）是在与主运动和进给运动方向相垂直的方向上度量的已加工表面与待加工表面之间的距离，单位mm。 对于钻孔加工来说，切削用量三要素与切削层参数式中dw-工件待加工表面直径，mm。 dm-工件已加工表面直径，mm。（二）切削层参数(见P13) 在切削过程中，刀具的切削刃在一次走刀中从工件待加工表面切下的金属层，称为切削层。切削层参数切削层公称厚度hD 在过渡表面法线方向测量的切削层尺寸，即相邻两过渡表面之间的距离。hD反映了切削刃单位长度上的切削负荷。由图得：hD=fsinkr其中：hD切削层公称厚度，(mm)；f进给量，(mm/r）；kr车刀主偏角，(。)。切削层公称宽度bD 沿过渡表面测量的切削层尺寸。bD反映了切削刃参加切削的工作长度。由图得：bD=ap/sinkr其中：bD切削层公称宽度，(mm)。切削层公称横截面积AD 切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积。由图得： AD=hD*bD=fsinkr*ap/sinkr=f*ap其中: AD切削层公称横截面积，(mm2)。1.2 刀具角度外圆车刀是最基本、最典型的切削刀具，其切削部分（又称刀头）由前刀面、主刀后面、副刀后面、主切削刃、副切削刃和刀尖所组成。其定义分别为：（1）前刀面 刀具上与切屑接触并相互作用的表面（即切屑流过的表面）。（2）主刀后面 刀具上与工件过渡表面相对并相互作用的表面。（3）副刀后面 刀具上与已加工表面相对并相互作用的表面。（4）主切削刃 前刀面与主后刀面的交线。它完成主要的切削工作。（5）副切削刃 前刀面与主后刀面的交线。它配合主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面。（6）刀尖 主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃。它可以是小的直线段或圆弧。具体参见切削运动与切削表面图和车刀的组成图。其它各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀等，都可以看作是车刀的演变和组合。（一）刀具标注角度参考系(见P8) 1、假定运动条件：用刀具主运动向量vc近似代替合成运动向量ve，然后再用平行或垂直于主运动方向的坐标平面构成参考系。2、假定安装条件：假定刀具的安装位置恰好使其底面或轴线与参考系的平面平行或垂直。3、刀具标注角度参考系诸平面：（见下图）1) 基面pr：通过切削刃某一点，垂直于假定主运动方向的平面。见P7图1.6。2) 切削平面ps：通过切削刃某一点，与工件加工表面（或与主切削刃）相切的平面。切削平面ps与基面pr垂直。3)主剖面P0：通过切削刃某一点，同时垂直于切削平面ps与基面pr的平面。见P8图1.8。4)法剖面Pn：通过切削刃某一点，垂直于切削刃的平面。见P8图1.8。5)进给剖面Pf：通过切削刃某一点，平行于进给运动方向并垂直于基面pr的平面。6) 背平面Pp：通过切削刃某一点，同时垂直于进给剖面Pf与基面pr的平面。（二）刀具工作角度参考系 上述刀具标注角度参考系，在定义基面时，都只考虑主运动，不考虑进给运动，即在假定运动条件确定的参考系。但刀具在实际使用过程中，这样的参考系所确定的刀具角度，往往不能确切反映切削加工的真实情况。只有用合成切削方向ve来确定参考系，才符合切削加工的实际。P8的图1.10。 另外，刀具实际安装位置也影响工作角度的大小。只有采用刀具工作角度参考系，才能反映切削加工的实际。刀具工作角度参考系与刀具标注角度参考系的唯一区别是：用合成切削方向ve取代主运动切削方向vc，用实际进给运动方向取代假定进给运动方向。（三）刀具的标注角度(见P8) 刀具的标注角度是制造和刃磨刀具所需要的，并在刀具设计图上予以标注的角度。刀具的标注角度主要有五个，以车刀为例，表示了几个角度的定义。前 角o在主剖面P0内测量的前刀面与基面之间的夹角。前角表示前刀面的倾斜程度，有正、负和零值之分，其符号规定如图所示。后 角o在主剖面P0内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角。后角表示主后刀面的倾斜程度，一般为正值。主偏角r在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。主偏角一般为正值。副偏角r在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。副偏角一般为正值。刃倾角s在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。当主切削刃呈水平时，s=0；刀尖为主切削刃最低点时，s0；刀尖为主切削刃上最高点是，s0，如图示。车刀的主要角度 刃倾