《金属切削原理与刀具》教案.doc

_山西省农业机械化学校课程 ：金属切削原理与刀具授 课 时 间2013.03.11时间分配复 习 提 问 分所 需 学 时2内 容 讲 授 85 分累 计 学 时2课 堂 小 结 5 分课 题：第一章 绪论 第二章刀具几何角度及切削要素 2.1 切削运动与工件表面教学目的：使学生了解金属切削加工在机械制造中的作用，了解我国金属切削技术的发展概况，掌握金属切削加工的概念及意义等；掌握切削运动的基本概念。教学重点：金属切削加工的相关概念切削运动的基本概念教学难点：在各种切削加工中，主运动与进给运动分别是什么教学方法及教改手段：课堂教学教学用具：教材分析及教学过程：项目一、绪论任务一、金属切削加工与机械制造机器基准零部件加工工艺加工工艺加工工艺零件零件零件毛坯1、 机械制造过程分析2、从图中可以看出，机器中的组成单元是一个个的零件，都是由毛坯经过相应的机械加工工艺过程，变为合格零件的，加工成在形状、尺寸、表面质量等各方面都符合使用要求的合格零件。3、金属切削加工常作为零件的最终加工方法，它需要用金属切削刀具直接对零件进行加工，它们之间要有确定的相对运动，需要承受很大的切削力。任务二、我国切削技术的发展由学生自行阅读P2-P4的内容，了解认识我国金属切削的发展历程，以及现代刀具技术在机械工业中的应用。任务三、金属切削加工的相关概念1、金属切削加工：利用刀具切除被加工零件多余的材料，形成已加工表面。2、金属切削加工目的：使被加工零件的尺寸精度、形状和位置精度、表面质量达到设计与使用要求。3、金属切削加工的两个基本条件：切削运动和刀具。任务四、本课程的研究内容和学习目的1、金属切削原理与刀具所研究的主要内容：刀具材料的性能与选用；刀具切削部分的几何参数；切削过程现象与变化规律；被切削材料的加工性；提高加工表面质量与经济效益的方法；车削、钻削、铣削、磨削等过程的特点。2、本课程研究的内容可归纳为两个方面的问题：几何问题和规律问题3、本课程的学习目的：认识金属切削过程的一般现象及基本规律，能按照具体加工条件选择合理的刀具材料、切削部分几何参数及切削用量、计算切削力和功率、并能运用所学知识分析及解决生产中的一些问题；了解一些常用的标准通用刀具，标准专用刀具的类型、结构特点、工作原理、应用范围和如何正常的使用；初步掌握一些常用刀具、专用刀具的设计计算方法；了解常用加工手段的特点。项目二、刀具几何角度及切削要素任务一、切削运动与工件表面1、切削运动金属切削加工就是用金属切削刀具把工件毛坯上预留的金属材料切除，获得图样所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的方法。在切削加工过程中，刀具和工件之间有一定的相对运动，即切削运动。1.1、主运动主运动是由机床或手动提供的刀具与工件之间主要的相对运动，它使刀具和工件之间产生相对运动。一般情况下，主运动是切削运动中最基本的运动，也是速度最高，消耗功率最大的运动。任何切削过程必须有一个，也只有一个主运动。主运动方向:切削刃上选定点相对于工件的瞬时主运动方向。切削速度：切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。1.2、进给运动进给运动是由机床或手动传给刀具或工件的运动，它配合主运动依次地或连续地切除切削，同时形成具有所需几何特征的已加工表面。进给运动方向：切削刃选定点相对于工件的瞬时进给运动的方向。进给速度：切削刃选定点相对于工件的进给方向的瞬时速度。1.3、合成切削运动当主运动和进给运动同时进行时，由主运动和进给运动合成的运动称为合成切削运动。合成切削运动方向：切削刃选定点相对于工件的瞬时合成切削运动方向。合成切削速度： 切削刃选定点相对于工件的合成切削运动的瞬时速度。合成切削速度等于主运动切削速度和进给运动速度的矢量和。1.4、常见切削加工方式的主运动和进给运动主运动进给运动刨削刨刀的直线运动工件移动钻削钻头旋转钻头轴向移动插齿插齿刀上下运动工件分度运动车外圆工件高速旋转车刀轴向移动磨外圆砂轮旋转工件转动、砂轮轴向移动铣平面铣刀旋转工件移动镗孔刀具旋转（绕工件轴线）刀具径向移动2、工件表面切削加工过程中，工件上形成了三个不断变化着的表面已加工表面：工件上经刀具切削后产生的表面称为已加工表面待加工表面：工件上有待切除切削层的表面称为待加工表面过渡表面：工件上切削刃形成的那部分表面，它在下一切削行程，刀具或工件的下一转里将被切除，或者由下一切削刃切除。作业：1、金属切削加工、主运动、进给运动的概念；2、刨削、钻削、插齿、车外圆、磨外圆、铣平面、镗孔的主运动和进给运动。山西省农业机械化学校课程 ：金属切削原理与刀具授 课 时 间2013.03.15时间分配复 习 提 问 5 分所 需 学 时2内 容 讲 授 80 分累 计 学 时4课 堂 小 结 5 分课 题：第二章刀具几何角度及切削要素 2.2 刀具切削部分的组成2.3刀具切削部分的几何角度教学目的：以外圆车刀为例，使学生了解刀具的基本组成部分，熟记“三面两刃一尖”的概念，并能在刀具上指出；介绍参考系在刀具认识中的作用，理解两个假设条件的含义；发挥能动性，想象出基面、切削平面和正交平面的大致位置。教学重点：刀具的“三面两刃一尖”参考系的相关概念用以组成参考系的基面、切削平面及正交平面教学难点：参考系中的参考面教学方法及教改手段：课堂教学、模型教学、分组讨论教学用具：外圆车刀、立铣刀、麻花钻、机夹车刀教材分析及教学过程：任务二、刀具切削部分的组成1. 车刀的组成1.1 刀柄 刀具上的夹持部分；1.2 刀体 刀具上夹持刀条或刀片的部分；另：刀孔 刀具上用以安装或紧固在主轴、刀柄或心轴上的内孔。2. 刀具切削部分的组成三面两刃一尖 主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃3. 以外圆车刀为例，帮助学生了解“三面两刃一尖”在车刀上的真实位置；进行分组讨论，分别指出立铣刀、麻花钻和机夹车刀的“三面两刃一尖”的位置。任务三、刀具切削部分的几何角度1. 为什么要学习参考系为了确定刀具前面、后面及切削刃在空间的位置，首先应建立参考系，它是一组用于定义和规定刀具角度的各基准坐标平面。用刀具前面、后面和切削刃相对于各基准坐标平面度夹角来表示它们在空间的位置，这些夹角就是刀具切削部分的几何角度。它是刀具设计计算、绘图标注、刃磨测量角度时基准。2. 参考系的分类用于确定刀具几何角度的参考系分为两大类，一类是刀具静止参考系，另一类是刀具工作参考系。其中，常用参考系为刀具静止参考系。3. 建立刀具静止参考系的假定工作条件3.1 假定运动条件 给出刀具的假定主运动方向和数值很小的假定进给运动方向或不考虑进给运动，以排除工作条件改变对几何角度的影响。这样便可近似地用平行和垂直于主运动方向的坐标平面构成参考系。3.2 假定安装条件 给出刀具的安装位置恰好使刀具底面平行或垂直于参考系的平面。4. 刀具静止参考系的平面4.1 基面p 基面是指通过切削刃选定点垂直于假定主运动方向的平面，它平行或垂直于刀具在制造、刃磨及测量时适合安装或定位的一个平面或轴线。4.2 切削平面p 切削平面是指通过主切削刃选定点与主切削刃相切并垂直于基面的平面。4.3 正交平面 p 正交平面是通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。山西省农业机械化学校课程 ：金属切削原理与刀具授 课 时 间2013.03.18时间分配复 习 提 问 5 分所 需 学 时2内 容 讲 授 80 分累 计 学 时6课 堂 小 结 5 分课 题：第二章刀具几何角度及切削要素 2.3刀具切削部分的几何角度教学目的：以外圆车刀为例，使学生了解刀具的法平面、假定工作平面和背平面；通过模型参考，是学生认识主偏角、副偏角、前角、后角、副后角以及刃倾角的概念及位置，并形成印象。教学重点：刀具静止参考系中的法平面、假定平面和背平面刀具几何角度中的主偏角、副偏角、前角、后角、副后角以及刃倾角教学难点：参考系中的参考面及几何角度的位置教学方法及教改手段：课堂教学、模型教学、分组讨论教学用具：外圆车刀教材分析及教学过程：4.4 法平面 p 法平面是通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面。4.5 假定工作平面 p 假定工作平面是通过切削刃选定点平行于假定的进给运动方向，并垂直于基面的平面。4.6 背平面 p 背平面是通过切削刃选定点并垂直于基面和假定工作平面的平面。5. 刀具静止角度参考系5.1 正交平面参考系 由基面、切削平面和正交平面组成，。5.2 法平面参考系 由基面、切削平面和法平面组成，。5.3 假定工作平面和背平面参考系 由基面、假定工作平面和背平面组成，。6. 常用刀具几何角度6.1 主偏角 主偏角是主切削平面与假定工作平面之间的夹角。6.2 副偏角 副偏角是副切削平面与假定工作平面之间的夹角。6.3 刀尖角 刀尖角是主切削平面与副切削平面之间的夹角。6.4 前角 前角是前面和基面的夹角。前角有正、负和零度之分。前面在基面之下称为正前角，反之称为负前角。6.5 后角 后角是后面与切削平面之间的夹角。6.6 楔角 楔角是前面和后面之间的夹角。6.7 刃倾角 刃倾角是主切削刃与过刀尖所作基面间的夹角。山西省农业机械化学校课程 ：金属切削原理与刀具授 课 时 间2013.03.23时间分配复 习 提 问 5 分所 需 学 时2内 容 讲 授 80 分累 计 学 时8课 堂 小 结 5 分课 题：第二章刀具几何角度及切削要素 2.3刀具切削部分的几何角度 教学目的：使学生了解实际操作中，刀具切削部分的几何角度如何进行选择。教学重点：刀具切削部分的几何角度的选择教学难点：刀具切削部分几何角度的认知与实际联系教学方法及教改手段：课堂教学教学用具：教材分析及教学过程：任务四、刀具切削部分几何角度的选择1. 前角1.1 前角越大，刀具越锋利，切削越省力；但强度也随之降低，易产生崩刀。1.2 根据工件材料强度硬度大前角小刀坚固散热好塑性材料前角大刀锋利变形小脆性材料前角小刀坚固散热好1.3 根据加工性质粗加工前角小刀坚固散热好精加工前角大刀锐利变形小1.4 根据刀具材料高速钢前角大抗弯强度大耐冲击；硬质合金前角小抗弯强度小不耐冲击1.5 硬质合金车刀合理前角的经验参考值工件材料合理前角工件材料合理前角粗车精车粗车精车低碳钢20252530灰铸铁5101015中碳钢10151520铜及铜合金5101015合金钢10151520铝及铝合金35403035淬火钢-15 - 5钛合金b1.177GPa1015奥氏体不锈钢152020252. 后角2.1 后角主要作用是减少主后刀面与工件间的摩擦。2.1 根据加工精度精加工：防止摩擦选较大的后角；粗加工：增加到头的强度选较小的后角。2.2 根据加工材料塑性金属：选较大的后角；脆性材料：选较小的后角；硬度、强度较高的材料：选较小的后角2.3硬质合金车刀合理后角的经验参考值工件材料合理后角工件材料合理后角粗车精车粗车精车低碳钢8101012灰铸铁4668中碳钢5768铜及铜合金6868合金钢5768铝及铝合金8101012淬火钢810钛合金b1.177GPa1015奥氏体不锈钢688103. 副后角一般车刀的副后角取和后角相同的数值。但切断刀受刀头强度限制，副后角较小（1 302）4. 主偏角与副偏角4.1 主偏角的选择4.1.1 根据系统刚性刚性好，；刚性差，大。4.1.2 根据工件形状按工件表面形状选取，如台阶轴车刀主偏角为90o 4.2 副偏角的选择主要根据加工性质选取，粗车取10 15，精车取510，切断13考虑对粗糙度的影响：尽量取小值4.3 常用车刀主偏角、副偏角参考值适用范围，加工条件主偏角副偏角工艺系统刚性足够,小切深车削淬硬钢、冷硬铸铁1030510工艺系统刚性较好需中间切入，车端面、倒角4545工艺系统刚性较差，粗车、强力车削70751015工艺系统刚性差，车台阶轴、细长轴8093610切断、车槽9013注：工艺系统刚性：所谓的工艺系统刚性，它包括机床的刚性、刀具的刚性、工件的刚性（包括装夹刚性）等。金属切削加工中的刚性问题，主要反映在加工过程中在切削力的作用下抵抗振动能力的大小。5. 刃倾角5.1 粗加工刃倾角 = 0 -5o（保护刀尖） 精加工刃倾角 = 0 5o （使小些）45.2 断续切削：刃倾角 0（使小些）5.4 工件、HB大：刃倾角 0（保护刀尖）5.5 刃倾角数值选用表值0 55 100 - 5- 5 - 10- 10 - 15- 10 - 4545 75应用范围精车钢、和车细长轴精车有色金属粗车钢、灰铸铁粗车余量不均匀钢断续车削钢灰铸铁带冲击切削淬硬钢大刃倾角微量切削注：刀具切削背向力：金属抗拉强度HB：金属硬度山西省农业机械化学校课程 ：金属切削原理与刀具授 课 时 间2013.03.29时间分配复 习 提 问 5 分所 需 学 时2内 容 讲 授 80 分累 计 学 时10课 堂 小 结 5 分课 题：第二章刀具几何角度及切削要素 2.3切削用量和切削层参数 教学目的：使学生了解并掌握切削用量三要素；熟练并能运用切削层参数概念及其公式。教学重点：切削用量三要素切削层及切削层参数教学难点：切削层参数公式的掌握及运用。教学方法及教改手段：课堂教学教学用具：教材分析及教学过程：任务五、切削用量和切削层参数1. 切削用量三要素切削速度、进给量和吃刀量称为切削用量三要素。1.1 切削速度是指切削刃选定点相对工件主运动的瞬时速度。1.1.1 主运动为旋转运动式中 切削速度 m/s d 切削刃选定点所对应工件或刀具的直径，实际计算中一般取工件或刀具的外圆直径 mm n 工件或刀具的转速 r/s1.1.2 主运动为往复运动式中 切削速度 m/s L 往复运动行程长度 mm 主运动每秒钟往复次数 str/s1.2 进给量f是指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表达或度量，单位为mm/r或mm/行程。式中 进给速度 m/s n 主轴转速 r/s1.3 吃刀量是指包容切削层的两平面间的距离，该两平面都垂直于所选定的测量方向，并分别通过作用切削刃上两个使上述两平面间的距离为最大的点。吃刀量根据所选定的测量方向不同可分为背吃刀量、侧吃刀量和进给吃刀量。1.3.1 背吃刀量 是指通过切削刃基点并垂直于工作平面的方向上测量的吃刀量。切削刃基点是指作用于切削刃上的特定参考点，通常把它定在将作用切削刃分成两相等长度的点上。就车外圆工序而言，背吃刀量为工件上已加工表面和待加工表面之间的垂直距离，即式中 背吃刀量 mm 待加工表面直径 mm 已加工表面直径 mm1.3.2 进给吃刀量 是指切削刃的进给运动方向上所测量的吃刀量。1.4 切削用量的选择1.4.1 切削用量选择原则保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。. 粗加工时切削用量选择首先选取尽可能大的背吃刀量；其次要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。. 精加工时切削用量选择首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面粗糙度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。1.4.2 背吃刀量的选择根据加工余量决定。粗加工Ra1080m时，一次进给应尽可能切除全部余量，在中等功率的机床上，背吃刀量可达810mm；半精加工Ra1.2510m时，背吃刀量取0.52mm；精加工Ra0.321.25m时，背吃刀量取0.10.4mm。在工艺系统刚性不足或毛坯余量很大时，或余量不均匀时，粗加工要分几次进给，并且应当把第一、二次进给的背吃刀量取的大一些。1.4.3 进给量f的选择粗加工时，由于对工件表面质量没有太高的要求，这时主要考虑机床进给机构的强度和刚性及刀杆的强度和刚性等限制因素。根据加工材料、刀杆尺寸和工件直径以及已确定的背吃刀量来选择进给量。在半精加工和精加工时，则按表面粗糙度的要求，根据工件材料、刀尖圆弧半径、切削速度来选择进给量。1.4.4 切削速度的选择根据已经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度选择切削速度。可用经验公式计算，也可根据生产实践经验在机床说明书允许的切削速度范围内查表选取。在选择切削速度时，还应考虑以下几点：（1）应尽量避开积屑瘤产生的区域；（2）断续切削，应适当降低速度；（3）大件、细长件、薄壁件，选取较低速度。作业： 车外圆时工件加工前直径为62mm，加工后直径为56mm，工件转速为4r/s，刀具每秒钟沿工件轴向移动2mm，工件加工长度为110mm，切入长度为3mm，求v、f、2. 切削层及切削层参数2.1 切削层由切削部分的一个单一动作（或指切削部分切过工件的一个单程，或指只产生一圈过渡表面的动作）所切削的工件材料层。切削层剖面形状和尺寸通常都在垂直于切削速度的基面内观察和度量。由切削刃正在切削的这一层金属叫作切削层。切削层在垂直于主运动方向的截面尺寸称为切削层参数。2.2 切削层参数2.2.1 切削层公称宽度在给定瞬间，作用于主切削刃截形上两个极限点间的距离，在切削层尺寸平面中测量。它大致反映了工作主切削刃参加切削工作的长度，对于直线主切削刃有近似的关系。公称宽度是平行于过渡表面的参数，主要影响刀具的散热情况。式中 背吃刀量； 刀具主偏角。2.2.2 切削层公称厚度在垂直于切削刃的方向上度量的切削层截面的尺寸。反映了切削刃单位长度上工作负荷的大小。式中 f 进给量； 刀具主偏角。2.2.3 切削层公称切削面积在给定瞬间，切削层在切削尺寸平面里的实际横截面积（不包括残留面积）亦即实际切削面积。山西省农业机械化学校课程 ：金属切削原理与刀具授 课 时 间2013.04.01时间分配复 习 提 问 5 分所 需 学 时2内 容 讲 授 80 分累 计 学 时12课 堂 小 结 5 分课 题：第三章 制造刀具的材料 3.1刀具材料的性能和种类 3.2高速工具钢 教学目的：使学生了解刀具材料必须具备的性能，了解刀具材料的种类和刀体裁料；了解高速工具钢的性能特点。教学重点：刀具材料必须具备的性能刀具材料的种类和刀体裁料教学难点：刀具材料必须具备的性能。教学方法及教改手段：课堂教学教学用具：教材分析及教学过程：项目三、制造刀具的材料任务一、刀具材料的性能和种类问题1：制造刀具的材料的研究对象是什么？所谓刀具材料是指刀具切削部分的材料。问题2：刀具材料对切削加工的影响？刀具材料是在较大的切削力，较高切削温度下工作的，有时还承受冲击和震动，所以刀具材料切削性能的好坏将直接影响到切削加工的效率和已加工表面的质量。问题3：刀具材料必须具备的性能？1.高的硬度和高耐磨性。刀具切削部分的硬度要高于工件材料的硬度，在室温下，刀具硬度应高于60HRC以上。耐磨性是指刀具材料抵抗磨损的能力。耐磨性取决于硬度，材料的硬度越高，耐磨性越好，含有耐磨性好的碳化物颗粒越多，晶粒越细，分布越均匀，则耐磨性越好。2.足够的强度和韧性。刀具切削部分材料承受着各种应力、冲击和振动。为了防止刀具崩刃和碎裂，切削部分必须具有足够的强度和韧性。3.高的耐热性。耐热性是指在高温下刀具切削部分材料要保持常温时硬度的性能，通常把材料在高温下仍保持高硬度的能力称为热硬性（高温硬度）。刀具材料的高温硬度越高，耐热性越好，允许的切削速度越高。所以耐热性是衡量刀具材料性能的主要指标之一。4.良好的工艺性能。为了便于制造，刀具切削部分材料应有良好的锻造、焊接、热处理和磨削加工等性能。5.良好的经济性。经济性也是刀具材料衡量指标之一，选择刀具时，要考虑刀具的经济效益，以降低生产成本。问题4：刀具材料的种类有哪些？ 高速工具钢工具钢硬质合金钢陶瓷超硬材料 人造金刚石、立方氮化硼合金工具钢碳素工具钢问题5：刀体的材料是什么？一般刀体均用普通碳钢或合金钢制作，如焊接车刀、镗刀的刀柄，钻头、铰刀的刀体常用45钢或40Cr制造。尺寸较小的刀具或切削负荷较大的刀具宜选用合金工具钢或整体高速钢制作，如螺纹刀具、成形铣刀、拉刀等。机夹、可转位硬质合金刀具、镶硬质合金钻头、可转位铣刀等可用合金工具钢制作，对于一些尺寸较小的精密孔加工刀具，如小直径镗、铰刀，为保证刀体有足够的刚度，宜选用整体硬质合金制作，以保证其加工精度。任务二、高速工具钢问题1：高速工具钢的性能特点有哪些？、耐热性很高，在切削温度高达600时仍能保持60HRC的高硬度，切削速度可提高13倍，耐用度提高了410倍。可以加工从有色金属到高温合金的范围广泛的材料。、有较高的强度和韧性。高速钢的抗弯强度为硬质合金的23倍，故高速钢刀具切削时不易崩刃。、硬度高，耐磨性好，其硬度高达70HRC，适合各类切削刀具的要求，也可用于在刚性较差的机床上加工。、刀具制造工艺简单。容易磨成锋利的切削刃，能锻造，所以在复杂刀具（钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮工具等）制造中，高速钢仍占主要地位。问题2：高速钢的分类？高速钢按用途分为通用型高速钢和高性能高速钢，按制造方法不同可分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。问题3：通用型高速钢的分类及其各自优缺点？通用型高速钢可分为钨钢、钨钼钢和不含钨的钼钢。钨钢的有点是淬火时过热倾向小，含钒量少，刃磨工艺性好；缺点是碳化物分布不均匀且颗粒粗大，不宜制造大截面的刀具，热塑性差，不宜制造成形刀具。钨钼钢的优点是热塑性好，常用于制造热轧刀具（热轧麻花钻），抗弯强度比钨钢高，韧度高，适用于尺寸较大，承受冲击较大的刀具；缺点是热处理易脱碳，易氧化，热稳定性差。问题4：几种常见的高性能高速钢，及其性能特点。书P33问题5：粉末冶金高速钢的主要优点。书P33山西省农业机械化学校课程 ：金属切削原理与刀具授 课 时 间2013.04.08时间分配复 习 提 问 5 分所 需 学 时2内 容 讲 授 80 分累 计 学 时14课 堂 小 结 5 分课 题：第三章 制造刀具的材料 3.3硬质合金 3.4其他刀具材料 教学目的：使学生了解硬质合金刀具的基本特性、分类、牌号及选用；了解几种常用其他刀具材料的性能、特点及选用。教学重点：硬质合金分类及选用其他刀具材料特点及应用范围教学难点：硬质合金分类及选用其他刀具材料特点及应用范围教学方法及教改手段：课堂教学教学用具：教材分析及教学过程：任务三、硬质合金问题1：硬质合金是什么？硬质合金是将一些难熔的、高硬度的合金碳化物微米数量级粉末与金属粘结剂混合加压成形，烧结而成的粉末冶金材料。常用的合金碳化物有WC、TiC、TaC、NbC等，常用的粘结剂有Co以及Mo、Ni等。1923年，德国的施勒特尔往碳化钨粉末中加进10%20%的钴做粘结剂，发明了碳化钨和钴的新合金，硬度仅次于金刚石，这是世界上人工制成的第一种硬质合金。用这种合金制成的刀具切削钢材时，刀刃会很快磨损，甚至刃口崩裂。1929年美国的施瓦茨科夫在原有成分中加进了一定量的碳化钨和碳化钛的复式碳化物，改善了刀具切削钢材的性能。这是硬质合金发展史上的又一成就。问题2：硬质合金的优缺点？优点：、硬度高，耐磨性好；、热稳定性好，耐热性好；、切削性能比高速钢好。缺点：抗弯强度低；冲击韧性差。碳化物含量增加，硬度增加，抗弯强度降低。粘结剂含量增加，硬度降低，抗弯强度增加。问题3：常用硬质合金的分类、牌号？ISO将切削用硬质合金分为三大类：P类，相当于YT类，用于加工长切屑黑色金属；K类，相当于YG类，用于加工短切屑黑色金属、有色金属和非金属；M类，相当于YW类，用于加工长短切屑的黑色金属、有色金属。、YG类硬质合金。YG代表钨钴类硬质合金。后面数字表示Co的含量。C表示粗颗粒，X表示细颗粒，一般硬质合金均是中等颗粒。、YT类硬质合金。YT表示钨钛钴类硬质合金，数字表示TiC的含量。、YW类含添加剂的硬质合金。W表示万能硬质合金，数字表示顺序。、TiC基硬质合金。钛基硬质合金。、YN类硬质合金。问题4：各类硬质合金的性能？、YG类硬质合金主要用于加工铸铁、有色金属及非金属材料。加工铸铁等脆性材料时，切屑呈崩碎状，对切削刃的冲击较大，切削力和切削热都集中在刀尖附近，由于YG累硬质合金抗弯强度和韧性较高，可减少崩刃，导热性较高，有利于降低切削温度。虽然YG类硬质合金耐热性较YT类硬质合金差，但在低速范围切削铸铁时，刀具耐磨性却比YT类硬质合金高，YG类硬质合金可磨削性较好，切削刃较锋利，适合加工有色金属及其合金。硬质合金中含钴量高，韧性好，适合粗加工；含钴量少，硬度高，适合精加工。、YT类硬质合金的硬度、耐磨性和抗氧化能力较高，其导热性能、抗弯强度、可磨削性和可焊接性随TiC的含量增加而降低。含钴量增加，抗弯强度和韧性有所提高，而硬度和耐磨性却有所降低，反之亦然。、YW类含添加剂的硬质合金，常用添加剂是合金碳化物TaC或NbC，其作用是提高了硬质合金的硬度、高温硬度、韧性和耐磨性。即可加工铸铁，又可加工钢，有一定的通用性，但其主要用途是加工钢料和难加工材料。问题5：硬质合金的选用书P37任务四、其他刀具材料问题1：什么是陶瓷材料？其特点是什么？陶瓷材料是以氧化铝或以氮化硅为主要成分在高温下烧结而成的。刀具常用的陶瓷有纯陶瓷、基陶瓷和氮化硅陶瓷三种。基陶瓷的特点：、具有很高的硬度和耐磨性；、耐热性很好；、化学稳定性很高，陶瓷与金属的亲和力小，有良好的抗粘结、抗扩散性能；、有较小的摩擦系数；、最大的缺点是强度差，韧性差，导热系数低。氮化硅陶瓷优点：、有较高的强度和韧性；、有较高的热稳定性；、有较大的导热系数、较小的热膨胀系数和小的弹性模量，抗冲击性能强，切削时可用切削液。问题2：陶瓷材料的应用范围？基陶瓷刀具适用于钢、铸铁及塑性大的材料（紫铜）的半精加工和精加工，对于冷硬铸铁、淬硬钢等高硬度材料，大件及高精度零件加工特别有效。氮化硅陶瓷刀具在加工铸铁及镍基高温合金时均取得良好的效果。问题3：超硬刀具材料包括什么？超硬刀具材料包括金刚石和立方氮化硼。问题4：金刚石的性能特点？金刚石具有很高的硬度和耐磨性，硬度高达10000HV，耐磨性是硬质合金的80120倍，是目前最硬的刀具材料之一。它与金属的摩擦系数小，抗粘结能力强，而且切削刃非常锋利，刃部表面粗糙度参数值很低。因此，加工表面质量很高，因而适合精加工。但其耐热性差，切削温度不得超过700800；强度低、韧性差，对振动很敏感，与铁的亲和力很强，不适于加工黑色金属材料。金刚石刀具有三种：、天热单晶金刚石刀具。刃口极为锋利，用它加工后可获得0.001mm尺寸精度和Ra0.020.03m的表面粗糙度值；、人造聚晶金刚石刀具。其是在高温高压下，借合金的触媒作用由石墨转化而成。比天然金刚石更适合做切削刀具，抗冲击强度提高，可选用较大的切削用量；、金刚石复合刀片。其是在硬质合金基体上烧结一层厚度约0.5mm的金刚石，行程金刚石与硬质合金的复合刀片。刀片的强度较好，能承受冲击负荷，并可多次重磨使用。问题5：金刚石刀具材料的应用范围？目前金刚石主要用于制造砂轮和砂轮修整工具。其中单晶金刚石刀具主要用于有色金属及非金属的精密加工，钟表、仪器制造业和某些特殊加工，例如计算机磁盘加工。金刚石目前主要用于磨具和磨料，作为刀具多用于有色金属精加工，加工表面质量很高。问题6：立方氮化硼及其特点？立方氮化硼是由六方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而成的。它是20时间70年代出现的新材料。立方氮化硼的特点：、有很高的硬度和耐磨性；、热硬性很高；、有较好的导热性，与钢铁的摩擦系数小；、抗弯强度与断裂韧性介于陶瓷与硬质合金之间。问题7：立方氮化硼的应用范围？立方氮化硼刀具有整体聚晶立方氮化硼和立方氮化硼刀具两种。可以对淬硬钢、冷硬铸铁、高温合金等难加工材料进行半精加工和精加工，其切削速度与用硬质合金刀具加工普通钢材和铸铁的切削速度相当。加工精度可达IT5，足以代替磨削加工。立方氮化硼在切削刀具方面的应用，尚处于初期发展阶段，随着技术发展，它的应用日趋广泛，将是一种大有前途的刀具材料。山西省农业机械化学校课程 ：金属切削原理与刀具授 课 时 间2013.04.09时间分配复 习 提 问 5 分所 需 学 时2内 容 讲 授 80 分累 计 学 时16课 堂 小 结 5 分课 题：第四章 金属切削过程的基本规律 4.1切削过程的金属变性 教学目的：使学生了解学习切削过程金属变性的意义及目的，认识金属的切削过程，掌握切削行程过程的物理本质及其变形规律。教学重点：金属的切削过程切削行程过程的物理本质及其变形规律教学难点：切削行程过程的物理本质及其变形规律教学方法及教改手段：课堂教学教学用具：教材分析及教学过程：项目四、金属切削过程的基本规律任务一、切削过程的金属变性一、本节内容学习的意义、目的及主要内容1. 意义：切削过程中的许多物理现象，如切削力、切削热、刀具磨损等，都与金属的变形及其变化规律有密切的关系，研究切削过程对保证加工质量、提高生产率、降低成本和促进切削加工技术的发展，有着十分重要的意义。2. 目的：讨论金属材料的切削过程；研究切屑形成过程的物理本质及其变形规律。3. 主要内容：切削的形成过程及其种类；切削层金属的变形；切屑变形的规律。二、切屑的形成过程及其种类1. 切屑的形成过程切削过程中的各种物理现象，都是以切屑形成过程为基础的。了解切屑形成过程，对理解切削规律及其本质是非常重要。现以塑性金属材料为例，说明切屑的形成及切削过程中的变形情况。 在切削过程中，被切金属层在前刀面的推力作用下产生剪应力，当剪应力达到并超过工件材料的屈服极限时，被切金属层将沿着某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地沿前刀面流出，从而形成了被切除的切屑。简言之，工件上切削层金属,在刀具前刀面的推挤作用下发生了塑性变形，最后沿某一面剪切滑移形成了切屑。2. 切屑的种类带状切屑为切削塑性材料的切屑节状（挤裂）切屑为切削脆性材料的切屑粒状（单元）切屑崩碎切屑切屑类型、带状切屑它的内表面光滑，外表面毛茸。加工塑性金属材料，当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时，一般常得到这类切屑。它的切削过程平衡，切削力波动较小，已加工表面粗糙度较小。一般加工塑性金属如低碳钢、铜、铝材料时形成此类切屑，必要时需采取断屑措施。、节状（挤裂）切屑这类切屑与带状切屑不同之处在外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹。这是由于剪切面上的局部切应力达到材料强度极限的结果。这种切屑大多在切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时产生。、粒状（单元）切屑切削塑性材料时，若整个剪切面上的切应力超过了材料断裂强度，所产生的裂纹贯穿切削断面时，挤裂成粒状切屑。以上三种切屑只有在加工塑性材料时才可能得到其中，带状切屑的切削过程最平稳，单元切屑的切削力波动最大。在生产中最常见的是带状切屑，有时得到挤裂切屑，单元切屑则很少见。假如改变挤裂切屑的条件，如进一步减小刀具前角，减低切削速度，或加大切削厚度，就可以得到单元切屑。反之，则可以得到带状切屑。这说明切屑的形态是可以随切削条件而转化的。、崩碎切屑属于脆性材料的切屑。这种切屑的形状是不规则的，加工表面是凸凹不平的。从切削过程来看，切屑在破裂前变形很小，和塑性材料的切屑形成机理也不同。它的脆断主要是由于材料所受应力超过了它的抗拉极限。加工脆硬材料，如高硅铸铁、白口铁等，特别是当切削厚度较大时常得到这种切屑。由于它的切削过程很不平稳，容易破坏刀具，也有损于机床，已加工表面又粗糙，因此在生产中应力求避免。其方法是减小切削厚度，使切屑成针状或片状；同时适当提高切削速度，以增加工件材料的塑性。带状、粒状、节状、崩碎切屑是四种典型的切屑，但加工现场获得的切屑，其形状是多种多样的。在现代切削加工中，切削速度与金属切除率达到了很高的水平，切削条件很恶劣，常常产生大量“不可接受”的切屑。因此是在切削加工中应采取适当的措施来控制切屑的卷曲、流出与折断，使形成“可接受”的良好屑形。即所谓的切屑控制（又称切屑处理，工厂中一般简称为“断屑”）。三、切削层金属的变形、切削时的三个变形区根据切削区金属受力与变形特点不同，把切削区分为三个不同性质的变形区，如下图：第一变形区（剪切滑移）第二变形区（纤维化）变形区第一变形区（纤维化与加工硬化）、第一变形区（剪切滑移）从OA线开始金属发生剪切变形，到OM线金属晶粒的剪切滑移基本结束，AOM区域称为第一变形区（或剪切区），是切屑变形的基本区，其变形主要特点就是晶粒沿滑移线的剪切变形并随之产生加工硬化。1、第一变形区内金属的剪切变形过程如图,当被切削层金属中某点P，向切削刃逼近到达1点时，其切应力达到材料的屈服强度时点1在向前移动的同时，也沿OA滑移其合成运动将点1流动到2点。滑移量为2-2。随着滑移的产生，切应力将逐渐增大直到4位置，此时其流动方向与前刀面平行，不再沿OM线滑移。所以OM为终滑移线，OA为始滑移线。图中的OA、OM虚线实际上是等切应力曲线。在OA到OM之间整个变形区内，其变形主要特点就是沿滑移线的剪切变形以及随之产生的加工硬化。从晶体结构看，就是沿晶格中晶面的滑移。切削过程中的晶粒滑移见如下图 设金属晶粒是圆形，当受到剪切应力后晶格中晶面发生滑移，晶粒呈椭圆形，直径AB变为椭圆长轴AB，最后AB成为晶粒纤维化方向。一般第一变形区的宽度仅为0.020.2mm。且切削速度愈高，宽度愈小。因此可将变形区视为一个剪切平面，并把此面称为剪切面。剪切面和切削速度方向间的夹角叫作剪切角，用表示。2、变形特征、切削层金属沿滑移面的剪切变形，其变形会深入到切削层以下；、切削层金属经剪切滑移变成切屑后可产生加工硬化，即切屑的硬度大于工件材料基本的硬度；、切削层金属经剪切滑移后晶格扭曲，晶粒拉长，即金属组织纤维化；、切屑厚度变厚，大于切削层厚度，剪切变形越大，切屑厚度越厚；、切屑塑性金属时，切屑背面呈锯齿形。3、变形程度的表示方法、用变形系数表示切削变形的程度这是一种常用的度量切削变形程度的方法，其中包括两种办法。切削厚度变形系数切削长度变形系数式中 切削层长度（mm）； 切屑长度（mm）。上述两种表示切削变形程度的方法中，用得最多，因为和便于测量。、用剪切角表示切削变形程度实践证明，剪切角的大小与切削力的大小有直接关系。对于同一种金属，用同样的刀具，相同大小的切削层，当切削速度高时，剪切角大，剪切面积小，切削力小，说明切削变形小。相反，当剪切角小时，切削力大，说明切削变形大。、用相对滑移表示切削变形程度如下图所示，当平行四边形OHMN发生变形后，其相对滑移为；由上式可知，相对滑移大小与剪切角和前角有关，和越大，相对滑移越小，切削变形越小。剪切角、相对滑移和变形系数存在以下关系：作业：P78-2、3山西省农业机械化学校课程 ：金属切削原理与刀具授 课 时 间2013.04.11时间分配复 习 提 问 5 分所 需 学 时2内 容 讲 授 80 分累 计 学 时18课 堂 小 结 5 分课 题：第四章 金属切削过程的基本规律 4.1切削过程的金属变性 教学目的：使学生了解掌握第二变形区和第三变形区变形过程及特点；掌握积屑瘤产生过程、作用及其控制方法；了解掌握影响切削变形的因素。教学重点：第二变形区和第三变形区变形过程及特点积屑瘤产生过程、作用及其控制预防方法影响切削变形的因素教学难点：积屑瘤产生过程、作用及其控制预防方法影响切削变形的因素教学方法及教改手段：课堂教学教学用具：教材分析及教学过程：、第二变形区（纤维化）第二变形区的变形是指切屑在沿前刀面流动时受前刀面的挤压、摩擦而产生的进一步变形。这一变形主要集中在和前刀面摩擦的切屑层底面一薄层金属内。1、变形特征、切屑底层靠近前面处流速减慢，甚至滞留在前面上，形成滞留层；、切屑底层流经前面时产生的摩擦热使切屑与前面的接触处温度进一步升高达到几百度甚至上千度；、切屑底层因摩擦变形而纤维化，底层长度增加，切屑发生向上弯曲，与前面的接触面积减小。2、前刀面上的摩擦与积屑瘤现象根据摩擦特点不同，将切屑与前刀面接触的部分划分为两个摩擦区：内摩擦区（粘结区）和外摩擦区（滑动区）。、粘结区：塑性金属在切削过程中，在近切削刃长度内，切屑与前刀面之间压力很大（可达到3.5GPa) ，再加上几百度的高温（可达900 ) ，使切屑底层材料产生软化，从而粘结在前刀面上高低不平的凹坑形成粘结区。故切屑与前刀面之间不是一般的外摩擦，而是切屑与前刀面粘结层与其上层金属之间的相对滑移，称之为内摩擦。这种内摩擦实际上就是金属内部的滑移剪切，它不同于外摩擦（外摩擦力的大小与摩擦系数以及正压力有关，与接触面积无关），而是与材料的剪切屈服强度以及粘结面积大小有关。、滑动区:切屑即将脱离前刀面的长度内，切屑与刀面之间的摩擦为外摩擦。、积屑瘤1、 在某一切削速度范围内，加工钢料、有色金属等塑性材料时，在切削刃附近的前面上会出现一块高硬度的金属，它包围着切削刃，且覆盖着部分前面，这块硬度很高的金属称作积屑瘤。积屑瘤的化学成分与工件材料相同，它的硬度是工件材料的23.5倍，与刀具前面粘结牢固，能负担实际切削工作，但不稳定，时生时灭，时大时小。2、积屑瘤的形成切削加工时，切屑与前刀面发生强烈摩擦而形成新鲜表面接触。当接触面具有适当的温度和较高的压力时就会产生粘结（冷焊）。于是，切屑底层金属与前刀面冷焊而滞留在前刀面上。连续流动的切屑从粘在刀面的底层上流过时，在温度、压力适当的情况下，也会被阻滞在底层上。使粘结层逐层在前一层上积聚，最后长成积屑瘤。所以积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬化性质有关，也与刃前区的温度和压力分布有关。一般说来，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生积屑瘤；温度与压力太低，不会产生积屑瘤；反之，温度太高，产生弱化作用，也不会产生积屑瘤。走刀量保持一定时，积屑瘤高度与切削速度有密切关系。3、积屑瘤的作用、积屑瘤能起到增大实际前角，保护刀刃刃口的作用，减小了刀具磨损；同时，当积