机械制造工艺学—工艺规程设计基础ppt课件

1、第一章第一章下一页下一页1.1 1.1 切削运动与切削要素切削运动与切削要素1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具1.3 1.3 金属切削过程的根本规律金属切削过程的根本规律 1.4 1.4 切削参数及切削液的选择切削参数及切削液的选择1.5 1.5 常用工程资料常用工程资料上一页上一页 下一页下一页1.1 1.1 切削运动与切削要素切削运动与切削要素 金属切削加工就是器具有一定几何外形的刀具把工件毛坯上的一部分金属资料统称余量切除，获得图样所要求的零件。在切削过程中，刀具和工件之间必需有相对的切削运动，因此，掌握切削运动、刀具几何角度、切削用量和切削层参数等的根本定义，是学习本课程的根底。

2、本章主要以外圆车削为例来讨论这些问题，但其定义也适于其它切削加工方法。上一页上一页目录目录下一页下一页1.1 1.1 切削运动与切削要素切削运动与切削要素 1.1.1 1.1.1 切削运动切削运动 金属切削加工时，刀具与工件之间的相对运动，金属切削加工时，刀具与工件之间的相对运动，称为切削运动。切削运动可分为主运动和进给运动。称为切削运动。切削运动可分为主运动和进给运动。以图以图1-11-1所示车削外圆为例来研讨切削运动。所示车削外圆为例来研讨切削运动。图1-1 切削运动和工件外表上一页上一页目录目录下一页下一页1.1 1.1 切削运动与切削要素切削运动与切削要素 1.1.1.1 1.1.1.

3、1 主运动主运动 主运动是切削时的主要运动。主运动可以由刀具完成主运动是切削时的主要运动。主运动可以由刀具完成, ,也可以由工件完成，其运动方式通常为旋转运动或直线运也可以由工件完成，其运动方式通常为旋转运动或直线运动动, , 如车削时工件的旋转运动，铣削时铣刀的旋转运动，如车削时工件的旋转运动，铣削时铣刀的旋转运动，钻削时钻头的旋转运动。普通地讲，主运动的速度最高，钻削时钻头的旋转运动。普通地讲，主运动的速度最高，耗费的功率也最大，主运动只需一个。耗费的功率也最大，主运动只需一个。上一页上一页目录目录下一页下一页1.1 1.1 切削运动与切削要素切削运动与切削要素 1.1.1.2 1.1.1

4、.2 进给运动进给运动 进给运动是将被切削金属层不断地投入切削，以切除进给运动是将被切削金属层不断地投入切削，以切除工件外表上全部余量的运动。进给运动可以有一个或几个。工件外表上全部余量的运动。进给运动可以有一个或几个。进给运动由刀具或工件完成，如车削外圆时车刀平行于工进给运动由刀具或工件完成，如车削外圆时车刀平行于工件轴线的纵向运动。其运动方式普通有直线、旋转或两者件轴线的纵向运动。其运动方式普通有直线、旋转或两者的合成运动，它可以是延续的或断续的，耗费的功率也比的合成运动，它可以是延续的或断续的，耗费的功率也比主运动要小得多。主运动要小得多。上一页上一页目录目录下一页下一页 1.1.1.3

5、 1.1.1.3 工件外表工件外表 切削加工过程中，工件上有三个不断变化着的外表，切削加工过程中，工件上有三个不断变化着的外表，如图如图1-11-1所示。所示。 1 1已加工外表已加工外表 工件上经刀具切削后产生的外表。工件上经刀具切削后产生的外表。 2 2待加工外表待加工外表 工件上有待切除切削层的外表。工件上有待切除切削层的外表。 3 3过渡外表过渡外表 主切削刃正在加工的外表称为过渡外主切削刃正在加工的外表称为过渡外表，它是待加工外表与已加工外表的衔接外表。表，它是待加工外表与已加工外表的衔接外表。1.1 1.1 切削运动与切削要素切削运动与切削要素上一页上一页目录目录下一页下一页1.1

6、 1.1 切削运动与切削要素切削运动与切削要素 1.1.2 1.1.2 切削要素切削要素 1.1.2.1 1.1.2.1 切削用量切削用量 它包括切削速度、进给量和切削深度三个要它包括切削速度、进给量和切削深度三个要素。素。 1 1切削速度切削速度 切削速度是刀具切削刃上选定点相对于工件切削速度是刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动的速度。当主运动为旋转运动时，刀具的主运动的速度。当主运动为旋转运动时，刀具或工件最大直径处的切削速度，由下式确定或工件最大直径处的切削速度，由下式确定 式中式中 v v 切削速度切削速度 或或 ； d d 完成主运动的刀具或工件的最大直完成主运动的刀具或工件的最大

7、直径径 ； n n 主运动的转速主运动的转速 或或 。1000dnvminmm smmminrr s上一页上一页目录目录下一页下一页1.1 1.1 切削运动与切削要素切削运动与切削要素当主运动为往复直线运动如刨削，那么式中 往复直线运动的行程速度 ； 主运动每秒或每分钟的往复次数 或 。21000rLnv Lrnmmminstst s上一页上一页目录目录下一页下一页1.1 1.1 切削运动与切削要素切削运动与切削要素 2 进给量 进给量是工件或刀具的主运动每转或每一行程时，刀具切削刃相对工件在进给运动方向上的挪动量。车削时的进给量 是工件每转一转，切削刃沿进给方向的挪动量，单位为 ，其进给速度

8、 为 式中 进给速度 或 。 对于铣刀、铰刀等多齿刀具，还规定每齿进给量 ，即多齿刀具每转或每行程中每齿相对于工件在进给运动方向上的相对位移，单位为 。ffmm rfvfvnffvminmmmm szf/mm z上一页上一页目录目录下一页下一页1.1 1.1 切削运动与切削要素切削运动与切削要素 3切削深度 切削深度是指待加工外表与已加工外表之间的垂直间隔。车削时 式中切削深度 ； 工件待加工外表直径 ； 工件已加工外表直径 。pa2wmpddapawdmdmmmmmm上一页上一页目录目录下一页下一页1.1 1.1 切削运动与切削要素切削运动与切削要素 1.1.2.2 切削层参数 切削时，沿进

9、给运动方向挪动一个进给量所切除的金属层称为金属切削层。经过切削刃基点通常指主切削刃任务长度的中点并垂直于该点主运动方向的平面，称为切削层尺寸平面。在切削层尺寸平面内测定的切削层尺寸几何参数那么称为切削层尺寸平面要素。现将各切削层参数的定义阐明如下：上一页上一页目录目录下一页下一页1.1 1.1 切削运动与切削要素切削运动与切削要素 1切削层公称横截面积 它是指在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的实践横截面积，用 表示，即图1-2中AMCD所包围的面积。DADA图1-2 车削时的切削层尺寸 上一页上一页目录目录下一页下一页1.1 1.1 切削运动与切削要素切削运动与切削要素 切削层公称横截面积

10、 可按下式计算 其中， 称为残留面积，它构成了已加工外表实际外表粗糙度的几何基形。 DADPABMPDDAa fAa fb hABMA上一页上一页目录目录下一页下一页1.1 1.1 切削运动与切削要素切削运动与切削要素 2切削层公称宽度 它是指在给定瞬间，在切削层尺寸平面内，主切削刃截面上两个极限点间的间隔。它大致反映了主切削刃参与切削任务的长度，对于直线主切削刃有以下近似关系DbsinPDrab 3切削层公称厚度 它是指在同一瞬间的切削层横截面积与其公称切削层宽度之比。即DhDDDAhb上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 1.2.1 1.2.1 刀具的种

11、类刀具的种类 消费中所运用的刀具种类很多，按加工方式和详消费中所运用的刀具种类很多，按加工方式和详细用途分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀细用途分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨具等几大具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨具等几大类型；按所用资料分为高速钢刀具、硬质合金刀具、类型；按所用资料分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼陶瓷刀具、立方氮化硼CBNCBN刀具和金刚石刀具等；刀具和金刚石刀具等；按构造分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀按构造分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等；按能否规范化分为规范刀具和非规范刀具

12、等。具等；按能否规范化分为规范刀具和非规范刀具等。常用刀具详细的构造、特点及运用等将后续章节中引常用刀具详细的构造、特点及运用等将后续章节中引见。见。上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 1.2.2 1.2.2 刀具的几何参数刀具的几何参数 各种刀具的切削部分在切削中所起的作用都是一各种刀具的切削部分在切削中所起的作用都是一样的，因此在构造上它们有着许多共同的特征。其中样的，因此在构造上它们有着许多共同的特征。其中外圆车刀是最根本、最典型的切削刀具，其它各种刀外圆车刀是最根本、最典型的切削刀具，其它各种刀具都可看成是车刀的演化和组合，如图具都可看成是车刀的演

13、化和组合，如图1-31-3所示。这所示。这里以普通外圆车刀为例阐明刀具切削部分的组成，并里以普通外圆车刀为例阐明刀具切削部分的组成，并给出切削部分几何角度的普通性定义。给出切削部分几何角度的普通性定义。图1-3 刀具的切削部分上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 1.2.2.1 刀具切削部分的组成 车刀由切削部分和刀柄组成。其中起切削作用的部分称切削部分，夹持部分称刀柄。图1-4表示了普通外圆车刀的组成情况。图1-4 车刀的组成部分及各部分称号1-刀柄 2-主切削刃 3-主后刀面 4-切削部分 5-刀尖 6-副后刀面 7-副切削刃 8-前刀面SAASrA上一

14、页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 切削部分由不同刀面和切削刃构成。现分述如下： 1刀具外表 前刀面 刀具上切屑沿其流出的外表。 主后刀面 刀具上同前刀面相交构成主切削刃的外表，也是切削过程中与过渡外表相对的刀具外表。 副后刀面 刀具上同前刀面相交构成副切削刃的外表，也是切削过程中与已加工外表相对的刀具外表。rAAA上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 2切削刃及刀尖 主切削刃 刀具前刀面与主后刀面的交线。它承当着主要的切削任务。 副切削刃 刀具前刀面与副后刀面的交线。它的一小部分也参与切削，主要起修光作用。 刀尖是主切削刃

15、与副切削刃的交点。实践上刀尖是一段圆弧过渡刃。SA上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 1.2.2.2 1.2.2.2 刀具切削部分的几何参数刀具切削部分的几何参数 1 1丈量刀具角度的参考系丈量刀具角度的参考系 用于确定刀具几何角度的参考系主要有两大类，一类用于确定刀具几何角度的参考系主要有两大类，一类是用于定义刀具在设计、制造、刃磨和丈量时刀具几何角是用于定义刀具在设计、制造、刃磨和丈量时刀具几何角度的参考系，称为刀具静止参考系，在刀具静止参考系中度的参考系，称为刀具静止参考系，在刀具静止参考系中定义的刀具角度称为刀具的标注角度；另一类是规定刀具定义的刀

16、具角度称为刀具的标注角度；另一类是规定刀具在进展切削加工时几何参数的参考系，称为刀具任务参考在进展切削加工时几何参数的参考系，称为刀具任务参考系，该参考系思索了切削运动和实践安装情况对刀具几何系，该参考系思索了切削运动和实践安装情况对刀具几何角度的影响，在该参考系中定义和丈量的刀具角度称为刀角度的影响，在该参考系中定义和丈量的刀具角度称为刀具的任务角度。具的任务角度。上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 2刀具静止参考系及刀具标注角度 刀具静止参考系 刀具静止参考系主要由以下基准坐标平面组成，如图1-5所示。 图1-5 刀具静止参考系的基准平面a正交平面与法

17、平面参考系 b假定进给平面与背平面参考系1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 a 基面 经过主切削刃选定点并垂直于该点切削速度的平面。 b 切削平面 经过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。对应于主切削刃和副切削刃的切削平面分别称为主切削平面 和副切削平面 。c 正交平面 经过主切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。d 法平面 经过主切削刃选定点并垂直于主切削刃的平面。e 假定任务平面 经过主切削刃选定点与基面垂直，且与假定进给方向平行的平面。f 背平面 经过主切削刃选定点并垂直于基面和假定任务平面的平面。rPSPSPOPnPfPpP上一页上一页目录目录下一页下一页1.2

18、1.2 金属切削刀具金属切削刀具 刀具标注角度 车刀的主要角度有前角、后角、主偏角、副偏角和刃倾角等，如图1-6所示。图1-6 车刀的主要角度 1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 a前角 在正交平面中丈量的前刀面与基面之间的夹角。当前刀面与切削平面夹角小于90时，前角为正，大于90时，前角为负。主要影响主切削刃的锋利程度和刃口强度。 b后角 在正交平面中丈量的主后刀面与切削平面间的夹角。当后刀面与基面间的夹角小于90时，后角为正值，大于90时，后角为负值。主要影响刀具主后刀面与工件外表之间的摩擦，并配合前角改动切削刃的锋利程度与刃口强度。 c主偏角 在基面中丈量的主切削平面与假定任务平面

19、间的夹角。主要影响切削刃任务长度和背向力的大小。 d副偏角 在基面中丈量的副切削平面与假定任务平面间的夹角。主要影响已加工外表的粗糙度。OOrr上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具f刃倾角 在切削平面中丈量的主切削刃与基面之间的夹角。刃倾角主要影响切屑流向及刀尖强度。当刀尖相对车刀刀柄安装面处于最高点时，刃倾角为正值；刀尖处于最低点时，刃倾角为负值；当切削刃平行于刀柄安装面时，刃倾角为零度，此时切削刃在基面内。刃倾角对排屑的影响如图1-7所示。S图1-7 刃倾角及其对排屑方向的影响 1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 除了以上五个根本角度外，刀具还有刀

20、尖角、楔角两个派生角度。 楔角0 前刀面与主后刀面间的夹角，0=900+0。 刀尖角r 主切削平面与副切削平面间的夹角。上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 1.2.2.3 刀具任务参考系及刀具任务角度 为了较合理地表达在切削过程中起作用的刀具角度，应按合成切削运动方向来定义和确定刀具的参考系及其角度，即刀具任务参考系和任务角度。上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具1刀具任务参考系 任务基面 指过切削刃上选定点并与合成切削速度 垂直的平面。 任务切削平面 指过切削刃上选定点与切削刃相切、并垂直于任务基面的平面。 任务正交平

21、面 指过切削刃上选定点并同时与任务基面和任务切削平面相垂直的平面。 任务平面 指过切削刃上选定点且同时包含主运动速度和进给运动速度方向的平面。它垂直于任务基面。 任务法平面 与法平面 定义一样。rePevsePoePfePnePnP1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具2刀具任务角度 任务前角 在任务正交平面 内丈量的任务基面与前刀面间的夹角。 任务后角 在任务正交平面 内丈量的任务切削平面与后刀面间的夹角。 任务侧前角 在任务平面 内丈量的任务基面与刀具前刀面间的夹角。 任务侧后角 在任务平面 内丈量的任务切削平面与刀具后刀面间的夹角。 oeoePoePoefefePfePfe1.2 1.

22、2 金属切削刀具金属切削刀具 在普通安装条件下，多数情况如普通车削、镗孔、端铣等普通不计算任务角度，也不思索其影响。只需在一些特殊情况如车螺纹或丝杠、铲削加工等角度变化值较大时下，才需求计算任务角度。所以刀具任务参考系和任务角度的其它内容就不详述了，用到时可查阅有关资料。上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 1.2.2.4 刀具安装位置对几何角度的影响 为了阐明问题方便，以下讨论在过刀尖的背平面内进展。 图1-8 外圆车刀背平面中刀尖位置对任务角度的影响 a刀尖高于工件中心 b刀尖低于工件中心1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 车外圆时，如图1-8a所

23、示，当刀尖安装位置高于工件中心时，过刀尖M点的任务基面应和M点的切削速度方向垂直，而不再平行于刀柄安装平面。过刀尖M点的任务切削平面应和M点的切削速度方向一致，即和过M点的圆周面相切，而不再垂直于刀柄安装平面。它们相对于刀具静止参考系中的基面 和切削平面 转过了 角，从而使任务背前角 比背前角 增大 角，任务背后角 比背后角 【 减小 角。当刀尖安装位置低于任务中心时，那么情况相反，【增大 角， 减小 角，如图1-8b所示。rPsPPpepPpepPpePpeP上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 车内孔时，当车刀刀尖安装高于工件中心时图1-9a，任务背前角

24、比背前角减小 角，任务背后角比背后角增大 角。当车刀刀尖安装低于工件中心时图1-9b，工件背前角和任务背后角的变化与上述情况相反。PP图1-9 车孔刀背平面中刀尖安装高低对任务角度的影响a刀尖高于工件中心 b刀尖低于工件中心1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 此外，当刀柄中心线与进给方向不垂直时，任务主、副偏角也将较主、副偏角发生变化，如图1-10所示。图1-10 车刀安装偏斜对主偏角和副偏角的影响上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 1.2.3 1.2.3 刀具资料刀具资料 刀具资料的切削性能直接影响着消费效率、工件刀具资料的切削性能直接影响着消费效

25、率、工件的加工精度、已加工外表质量和加工本钱等，所以正的加工精度、已加工外表质量和加工本钱等，所以正确选择刀具资料是设计和选用刀具的重要内容之一。确选择刀具资料是设计和选用刀具的重要内容之一。 1.2.3.1 1.2.3.1 刀具资料应具备的性能刀具资料应具备的性能 金属切削时，刀具切削部分直接和工件及切屑相金属切削时，刀具切削部分直接和工件及切屑相接触，接受着很大的切削压力和冲击，并遭到工件及接触，接受着很大的切削压力和冲击，并遭到工件及切屑的猛烈摩擦，产生很高的切削温度。即刀具切削切屑的猛烈摩擦，产生很高的切削温度。即刀具切削部分是在高温、高压及猛烈摩擦的恶劣条件下任务的。部分是在高温、高

26、压及猛烈摩擦的恶劣条件下任务的。因此，刀具切削部分资料应具备以下根本性能。因此，刀具切削部分资料应具备以下根本性能。上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具1 硬度高 刀具资料的硬度必需高于被加工资料的硬度。普通要求刀具资料的常温硬度必需HRC62以上。2 足够的强度和韧性 刀具切削部分的资料在切削时接受着很大的切削力和冲击力，因此刀具资料必需求有足够的强度和韧性。3 耐磨性和耐热性好 刀具在切削时接受着猛烈的摩擦，因此刀具资料应具有较强的耐磨性。刀具资料的耐磨性和耐热性有着亲密的关系，其耐热性通常用它在高温下坚持较高硬度的才干来衡量热硬性。耐热性越好，允许的切

27、削速度越高。上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具4导热性好 刀具资料的导热性用热导率单位为 表示。热导率大，表示导热性好，切削时产生的热量就容易传散出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。5 具有良好的工艺性和经济性 既要求刀具资料本身的可切削性能、耐磨性能、热处置性能、焊接性能等要好，且又要资源丰富，价钱低廉。()Wm K上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具4导热性好 刀具资料的导热性用热导率单位为 表示。热导率大，表示导热性好，切削时产生的热量就容易传散出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。5 具有良好的工艺

28、性和经济性 既要求刀具资料本身的可切削性能、耐磨性能、热处置性能、焊接性能等要好，且又要资源丰富，价钱低廉。()Wm K上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具4导热性好 刀具资料的导热性用热导率单位为 表示。热导率大，表示导热性好，切削时产生的热量就容易传散出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。5 具有良好的工艺性和经济性 既要求刀具资料本身的可切削性能、耐磨性能、热处置性能、焊接性能等要好，且又要资源丰富，价钱低廉。()Wm K上一页上一页目录目录下一页下一页种类常用牌号硬度HRCHRA抗弯强度 GPa热硬性C工艺性能用途碳素工具钢T 8 A 、T10

29、AT12A606481832.452.752 0 0 250可冷热加工成形，刃磨性能好用于手开工具，如锉刀、锯条、錾子等合金工具钢9siCr、CiWMn606581842.452.752 5 0 300可冷热加工成形，刃磨性能好，热处置变形小用于低速成形刀具，如丝锥、板牙、铰刀等1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 1.2.3.2 1.2.3.2 常用刀具资料常用刀具资料 刀具资料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和刀具资料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬资料等五大类。常用刀具资料的主要性能及用途见表超硬资料等五大类。常用刀具资料的主要性能及用途见表1-11-1W表1-1常用刀

30、具资料的主要性能及用途上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具高 速钢W9Mo3Cr4V、W6Mo5CrV2636982873.434.415 5 0 600可 冷 热 加 工成 形 ， 刃 磨性 能 好 ， 热处置变形小用于机动复杂的中速刀具，如钻头、铣刀、齿轮刀具等硬质合金YG类K类YT类P类YW类M类698189931.082.168 0 0 1100粉 未 冶 金 成形 ， 只 能 磨削 加 工 不 能热 处 置 ， 多镶 片 运 用 ，较脆 用于机动简单的高速切削刀具，如车刀、刨刀、铣刀刀片陶瓷S G 4 、AT6939415002100HV0 . 4

31、 1.1151200压 制 烧 结 成形 ， 只 能 磨削 加 工 ， 不需 热 处 置 ，脆 性 略 大 于硬质合金多用于车刀，适宜精加工延续切削表1-1常用刀具资料的主要性能及用途上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具立 方碳 化硼CBNFD、LBN-Y73007400HV0.570.8112001500高温高压烧结成形，硬度高于陶瓷，极脆，可用金刚石砂轮磨削，不需热处置用于加工高硬度、高强度资料特别是铁族资料人 造金 刚石10000HV0.421.07 0 0 800硬度高于CBN，极脆用于有色金属的高精度、低粗糙度切削，也用于非金属精细加工，不切削铁族

32、金属表1-1常用刀具资料的主要性能及用途上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具1 高速钢 高速钢是一种含钨W、钼MO、铬Cr、钒V等合金元素较多的高合金工具钢。由于合金元素与碳原子的结合力很强，使钢在550600时仍能坚持高硬度，从而使切削速度比碳素工具钢和合金工具钢成倍提高，故得名“高速钢，又名“风钢或“锋钢。 高速钢刀具制造工艺简单，容易磨出锋利的刃口，广泛用于制造切削速度较高、外形复杂的刀具，如钻头、丝锥、成形刀具、拉刀及齿轮刀具等。 高速钢按化学成分可分为钨系、钼系含MO2%以上；按切削性能可分为普通高速钢和高性能高速钢。上一页上一页目录目录下一页下一

33、页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 普通高速钢 普通高速钢指用来加工普通工程资料的高速钢，常用的牌号有：a W18Cr4V简称W18 属钨系高速钢，具有较好的切削性能，是我国最常用的一种高速钢。 b W6Mo5Cr4V2简称M2 属钼系高速钢，碳化物分布均匀性、韧性和高温塑性均超越W18Cr4V，但其磨削性能较差，我国目前主要用于热轧刀具，如麻花钻等。c W9Mo3Cr4V简称W9 是一种含钨量较多，含钼量较少的钨钼系高速钢。其碳化物不均匀性介于W18和M2之间，但抗弯强度和冲击韧度高于M2。具有较好的硬度和韧性，其热塑性也很好，可用于制造各种刀具如锯条、钻头、拉刀、铣刀、齿轮刀具等。

34、上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 硬质合金的常温硬度很高8993HRA，相当于7882HRC。耐熔性好，热硬性可达8001000以上，允许的切削速度比高速钢提高47倍，刀具寿命高58倍，是目前切削加工中用量仅次于高速钢的主要刀具资料。但它的抗弯强度和韧性均较低，性脆，怕冲击和振动，工艺性也不如高速钢。因此，硬质合金常制成各种外形的刀片焊接或夹固在车刀、刨刀、端铣刀等的刀体上运用。 我国目前常用的硬质合金主要有以下三类：上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 高性能高速钢 高性能高速钢是在普通高速钢的根底上，用调整其根本化

35、学成分和添加一些其它合金元素如钒、钴、铅、硅、铌等的方法，着重提高其耐热性和耐磨性而衍生出来的。它主要用来加工不锈钢、耐热钢、高温合金和超高强度钢等难加工资料。主要有以下几种：a 钴高速钢 钴高速钢是在高速钢中参与钴，常用牌号是W2Mo9Cr4Co8简称M42，具有良好的综合性能，允许的切削速度较高，有一定的韧性，可磨削性好，可用于切削高温合金、不锈钢等难加工资料。上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 钨钴类硬质合金 由WC和Co组成，代号为YG。常温硬度为8991HRA，耐热性达800900，适用于加工切屑呈崩碎状的脆性资料。常用牌号有YG3、YG6和YG

36、8等，其中数字表示含Co的百分比，其他为含WC的百分比。钴在硬质合金中起粘结作用，含Co愈多的硬质合金韧性愈好，所以YG8适于粗加工和断续切削，YG6适于半精加工，YG3适于精加工和延续切削。上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 钨钛钴类硬质合金 由WC、TiC和Co组成，代号为YT。此类硬质合金的硬度、耐磨性和耐热性9001000均比YG类合金高，但抗弯强度和冲击韧度降低。主要适于加工切屑呈带状的钢料等韧性资料。常用牌号有YT30、YT15和YT5等，数字表示含TiC的百分比。故YT30适于对钢料的精加工和延续切削，YT15适于半精加工，YT5适于粗加工和

37、断续切削。上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 钨钛钽铌钴类硬质合金 又称通用合金，由WC、TiC、TaCNbCTCo组成，代号为YW。其抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、耐热性、高温硬度和抗氧化才干都有很大提高。常用牌号有YW1和YW2，这两种硬质合金都具有YG类硬质合金的韧性，比YT类硬质合金的抗刃口剥落才干强。由于YW类硬质合金的综合性能较好，除可加工铸铁、有色金属和钢料外，主要用于加工耐热钢、高锰钢、不锈钢等难加工资料。上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具3其它刀具资料陶瓷资料陶瓷刀具资料的主要成分是硬度和熔点都很高的

38、Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物，再参与少量的金属碳化物、氧化物或纯金属等添加剂。也是采用粉末冶金工艺方法经制粉，压制烧结而成。陶瓷刀具有很高的硬度9195HRA和耐磨性，刀具耐用度高；有很好的高温性能，化学稳定性好，与金属亲和力小，抗粘结和抗分散才干好；具有较低的摩擦系数，在高速精车和精细铣削时，被加工工件可获得镜面效果。陶瓷刀具的最大缺陷是脆性大，抗弯强度和冲击韧度低，接受冲击负荷的才干差。主要用于对钢料、铸铁、高硬资料如淬火钢等延续切削的半精加工或精加工。上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 人造金刚石 人造金刚石是在高温高压和金属触媒作用的条件

39、下，由石墨转化而成。 金刚石刀具的性能特点是：有极高的硬度和耐磨性，切削刃非常锋利，有很高的导热性。但耐热性较差，且强度很低。 主要用于高速条件下精细车削及镗削有色金属及其合金和非金属资料。但由于金刚石中的碳原子和铁有很强的化学亲合力，故金刚石刀具不适宜加工铁族资料。 上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 立方氮化硼简称CBN 是用六方氮化硼俗称白石墨为原料，利用超高温高压技术，继人造金刚石之后人工合成的又一种新型无机超硬资料。 其主要性能特点是：硬度高高达80009000HV，耐磨性好，能在较高切削速度下坚持加工精。热稳定性好，化学稳定性好，且有较高的热导

40、率和较小的摩擦系数，但其强度和韧性较差。 主要用于对高温合金、淬硬钢、冷硬铸铁等资料进展半精加工和精加工。上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 1.2.4 1.2.4 刀具的磨损与刀具耐用度刀具的磨损与刀具耐用度 1.2.4.1 1.2.4.1 刀具的磨损形状刀具的磨损形状 刀具磨损是指刀具摩擦面上的刀具资料逐渐损失刀具磨损是指刀具摩擦面上的刀具资料逐渐损失的景象。刀具磨损分为正常磨损与非正常磨损两类。的景象。刀具磨损分为正常磨损与非正常磨损两类。正常磨损是在刀具设计与运用合理，制造与刃磨质量正常磨损是在刀具设计与运用合理，制造与刃磨质量符合要求的情况下，刀

41、具在切削过程中逐渐产生的磨符合要求的情况下，刀具在切削过程中逐渐产生的磨损。刀具正常磨损的形状普通有以下三种，如图损。刀具正常磨损的形状普通有以下三种，如图1-111-11所示。所示。图1-11刀具磨损形状上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具1前刀面磨损切屑沿前刀面流出时，由于摩擦、高压、高温的作用，使刀具前刀面上接近主切削刃处磨损出洼凹称为月牙洼，月牙洼产生的地方是在切削温度最高的地方。磨损量的大小用月牙洼的宽度KB和深度KT表示，如图1-11b、c所示，它是在高速、大进给量切削塑性资料时产生的。2后刀面磨损由于切削刃的刃口钝圆半径对加工外表的挤压和摩擦，

42、在衔接切削刃的的后刀面上磨出一后角等于零的小棱面，这就是后刀面磨损，磨损量只用VB表示，如图1-11a所示。它是在切削速度较低、切削厚度较小的情况下，切削脆性资料时产生的。1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 3前、后刀面同时磨损 在切削过程中，由于振动、冲击、热效应等异常缘由，导致刀具忽然损坏的景象如崩刃、碎裂等称为非正常磨损。 1.2.4.2 刀具磨损的缘由及减轻措施 1 磨料磨损 在车削过程中，工件资料中的碳化物、氧化物、氮化物和积屑瘤碎片等硬质点，在刀具外表上划出沟纹呵斥的刀具磨损。减轻磨损的措施可以采取热处置使工件资料所含硬质点减小、变软，或选用硬度高、晶粒细的刀具资料。1.2

43、1.2 金属切削刀具金属切削刀具2 粘结磨损 刀具外表与切屑、加工外表构成的摩擦副，在切削压力和摩擦力作用下，使接触面间微观不平度的凸出点处发生猛烈塑性变形，温度升高而呵斥粘结。接触面滑动时粘结点产生剪切破裂而呵斥的磨损称为粘结磨损，当颗粒大时称为剥落。 粘结磨损主要发生在中等切削速度范围内，磨损程度主要取决于工件资料与刀具资料间的亲和力、两者的硬度比等。添加系统的刚度，减轻振动有助于防止大微粒的零落。上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具3 分散磨损 高温切削时，刀具与切屑、加工外表接触区摩擦副间的某些化学元素相互分散置换，使刀具资料变得脆弱而呵斥的磨损称为

44、分散磨损。 减轻刀具分散磨损的措施主要是合理选择刀具资料，使它与工件资料组合的化学稳定性好；合理选择切削用量以降低切削温度。4 化学磨损 在一定的切削温度下，刀具资料与周围介质或切削液中某些元素反响，生成化合物加速刀具磨损，称为化学磨损。 刀具磨损的缘由除上述四种外，还有疲劳破损和热电磨损等。上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 1.2.4.3 1.2.4.3 刀具的磨损过程和磨钝规范刀具的磨损过程和磨钝规范1 1 磨损过程磨损过程 在正常磨损情况下，刀具磨损量随着切削时间的增长在正常磨损情况下，刀具磨损量随着切削时间的增长而逐渐扩展。假设用刀具后刀面磨损带

45、而逐渐扩展。假设用刀具后刀面磨损带B B区平均宽度区平均宽度VBVB值值表示刀具的磨损程度，那么表示刀具的磨损程度，那么VBVB值与切削时间值与切削时间t t的关系如图的关系如图1-121-12所示。磨损过程大致可以分为三个阶段。所示。磨损过程大致可以分为三个阶段。图1-12 刀具磨损典型曲线上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具初期磨损阶段：如图1-12中的AB段。由于新刃磨的刀具切削刃和后刀面不平整，或有微裂纹等缺陷，切削初期刀具磨损较快。 正常磨损阶段：如图1-12中的BC段。刀具外表磨平后，接触面积增大，压强减小，磨损量大致与切削时间呈线性关系。这一阶

46、段是刀具的有效任务阶段。猛烈磨损阶段：如图1-12中的CD段。磨损量到达一定数值后，刀具变钝，切削力增大，切削温度剧增，刀具急剧磨损而丧失运用性能，运用时应防止到达这一阶段。上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具2 磨钝规范 刀具用到产生猛烈磨损开场前的磨损量称为刀具磨损限制或磨钝规范。通常采用刀具后刀面的磨损量VB来规定刀具的磨钝规范。表1-2为硬质合金车刀的磨钝规范，供选用时参考。加工条件后刀面的磨钝规范VBmm加工条件后刀面的磨钝规范VBmm精车0.10.3铸铁件粗车0.81.2合金钢粗车，粗车刚性较差的工件0.40.5钢及铸铁大件低速粗车1.01.5碳

47、素粗车0.60.8表1-2 硬质合金车刀的磨钝规范上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 1.2.4.4 1.2.4.4 刀具耐用度及其影响要素刀具耐用度及其影响要素1 1 刀具耐用度的概念刀具耐用度的概念 刀具耐用度是指新刃磨好的刀具从开场切削至到达磨刀具耐用度是指新刃磨好的刀具从开场切削至到达磨钝规范为止的总的切削时间，用钝规范为止的总的切削时间，用T T表示。刀具耐用度可以表示。刀具耐用度可以衡量刀具资料的切削性能、判别刀具角度能否合理和比较衡量刀具资料的切削性能、判别刀具角度能否合理和比较工件资料的切削加工性等。当刀具资料、角度以及工件资工件资料的切削

48、加工性等。当刀具资料、角度以及工件资料确定后，刀具耐用度决议于切削用量。料确定后，刀具耐用度决议于切削用量。上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具2 切削用量对刀具耐用度的影响 泰勒用了26年时间，切削了万吨钢铁得出了切削速度与刀具耐用度的实验公式，即 式中 切削速度； 刀具耐用度； 与实验条件有关的系数； 指数，表示 对 的影响程度。 值表示切削速度对刀具耐用度的影响程度。 值愈小，切削速度对 的影响愈大。常用刀具资料的 值大约为：高速钢 =0.11；硬质合金0.20.3；陶瓷0.4。mvTAvTAmvTpemmmT上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1

49、.2 金属切削刀具金属切削刀具 进给量和背吃刀量也会影响刀具耐用度。经过实验得切削用量三要素对刀具耐用度的综合影响可用下式表达。 式中 系数，与除切削用量之外的切削条件诸要素有关； 、 分别为 和 对 的影响指数。111TmnPcpCTv f aTC1n1PfpaT上一页上一页目录目录下一页下一页1.2 1.2 金属切削刀具金属切削刀具 例如用YT5硬质合金车削 Gpa的碳钢时，刀具耐用度T和切削用量间有如下关系： 以上公式显示，切削速度对刀具耐用度的影响最大，进给量次之，背吃刀量影响最小。所以，在优选切削用量以提高消费率时，其选择先后顺序应为：首先尽量选大的背吃刀量 ，然后根据加工条件和加工

50、要求选取允许的最大进给量 ，最后在刀具耐用度或机床功率所允许的情况下选取最大的切削速度 。0.637b52.250.75TcpCTv fapafv上一页上一页目录目录下一页下一页1.3 1.3 金属切削过程的根本规律金属切削过程的根本规律 1.3.1 1.3.1 金属切削过程的变形区金属切削过程的变形区 实验阐明，金属的切削过程本质上是被切削金属实验阐明，金属的切削过程本质上是被切削金属层在刀具前刀面挤压作用下产生剪切滑移的塑性变形层在刀具前刀面挤压作用下产生剪切滑移的塑性变形过程。过程。 通常把切削过程的塑性变形划分为三个变形区，通常把切削过程的塑性变形划分为三个变形区，如图如图1-13 1

51、-13 所示。所示。 图1-13 金属切削过程的变形区 上一页上一页目录目录下一页下一页1.3 1.3 金属切削过程的根本规律金属切削过程的根本规律 1.3.1.1 第变形区 切削刃前方的变形区。被切削金属层在刀具前面的挤压作用下，即沿图1-13中的OA曲线发生剪切滑移，直至OM曲线滑移终止，被切削金属层与资料母体脱离而成为切屑沿刀具前面流出。曲线OAMO所包围的区域就称为第一变形区又称剪切滑移区。它是金属切削过程中主要的变形区，耗费大部分功率并产生大量的切削热，常用它来阐明切削过程的变化情况。上一页上一页目录目录下一页下一页1.3 1.3 金属切削过程的根本规律金属切削过程的根本规律 1.3

52、.1.2 1.3.1.2 第第变形区变形区 与刀具前刀面接触的切屑底层变形区。切屑沿前刀面与刀具前刀面接触的切屑底层变形区。切屑沿前刀面滑移排出时紧贴前刀面的底层金属进一步遭到前刀面的挤滑移排出时紧贴前刀面的底层金属进一步遭到前刀面的挤压阻滞和摩擦，再次产生剪切滑移变形而纤维化。由于受压阻滞和摩擦，再次产生剪切滑移变形而纤维化。由于受前刀面的挤压和摩擦，该区域金属流动速度较上层略缓，前刀面的挤压和摩擦，该区域金属流动速度较上层略缓，甚至会滞留在前刀面上，构成积屑瘤。甚至会滞留在前刀面上，构成积屑瘤。 1.3.1.3 1.3.1.3 第第变形区变形区 第第变形区是指工件过渡外表和已加工外表金属层

53、受变形区是指工件过渡外表和已加工外表金属层受切削刃钝圆部分和刀具后刀面的挤压和摩擦产生塑性变形切削刃钝圆部分和刀具后刀面的挤压和摩擦产生塑性变形的区域，呵斥表层金属的纤维化和加工硬化。该区的挤压的区域，呵斥表层金属的纤维化和加工硬化。该区的挤压和摩擦情况与工件已加工外表质量亲密相关。和摩擦情况与工件已加工外表质量亲密相关。上一页上一页目录目录下一页下一页1.3 1.3 金属切削过程的根本规律金属切削过程的根本规律 以上分别讨论了三个变形区各自的特征，但是，三个变形区之间是相互联络又相互影响的。金属切削过程中的许多物理景象都各三个变形区的变形亲密相关。 1.3.2 切屑种类 常见的切屑有四种，如

54、图1-14所示 图1-14 切屑形状a带状切屑 b节状切屑 c单元切屑 d崩碎切屑1.3 1.3 金属切削过程的根本规律金属切削过程的根本规律 1.3.2.1 1.3.2.1 带状切屑带状切屑 这是一种最常见的延续状切屑。其底面光滑，上外表这是一种最常见的延续状切屑。其底面光滑，上外表呈毛茸状。普通切削塑性较好的金属资料，采用较大的前呈毛茸状。普通切削塑性较好的金属资料，采用较大的前角、较高的切削速度、较小的进给量和吃刀深度时，容易角、较高的切削速度、较小的进给量和吃刀深度时，容易构成带状切屑，如图构成带状切屑，如图1-141-14a a所示。构成带状切屑时，所示。构成带状切屑时，切削力比较稳

55、定，加工外表比较光洁，但切屑延续不断，切削力比较稳定，加工外表比较光洁，但切屑延续不断，会缠绕在刀具或工件上，不够平安或能够划伤已加工外表，会缠绕在刀具或工件上，不够平安或能够划伤已加工外表，因此要留意采取断屑措施。因此要留意采取断屑措施。上一页上一页目录目录下一页下一页1.3 1.3 金属切削过程的根本规律金属切削过程的根本规律 1.3.2.2 1.3.2.2 节状切屑节状切屑 这类切屑的上外表呈锯齿状，底面有时出现裂纹，如这类切屑的上外表呈锯齿状，底面有时出现裂纹，如图图1-141-14b b所示。普通在采用较低的切削速度和较大的所示。普通在采用较低的切削速度和较大的进给量粗加工中等硬度的

56、钢材时，容易得到节状切屑。由进给量粗加工中等硬度的钢材时，容易得到节状切屑。由于构成这类切屑时变形较大，切削力动摇较大，因此，工于构成这类切屑时变形较大，切削力动摇较大，因此，工件外表比较粗糙。件外表比较粗糙。 1.3.2.3 1.3.2.3 单元切屑又称粒状切屑单元切屑又称粒状切屑 切削塑性很大的资料时如铅、退火铝、紫铜等，切削塑性很大的资料时如铅、退火铝、紫铜等，切屑易粘在刀具的前刀面上，不易流出，裂纹扩展到整个切屑易粘在刀具的前刀面上，不易流出，裂纹扩展到整个剪切面上，使整个单元被切断，而构成此类切屑，如图剪切面上，使整个单元被切断，而构成此类切屑，如图1-1-1414C C所示。当出现

57、这类切屑时，切削力动摇很大，切所示。当出现这类切屑时，切削力动摇很大，切削过程不平稳，已加工外表的粗糙度值添加。削过程不平稳，已加工外表的粗糙度值添加。 上一页上一页目录目录下一页下一页1.3 1.3 金属切削过程的根本规律金属切削过程的根本规律 1.3.2.4 崩碎切屑 在切削脆性金属资料如铸铁、黄铜等时，由于资料的塑性很小，切削层金属崩碎而成为不规那么的切屑，即为崩碎切屑，如图1-14d所示。工件资料越硬，切削层公称厚度越大就越容易构成崩碎切屑，这时的切削力变化较大。同时，由于刀具与切屑之间接触长度短，切削力和切削热都主要集中在主切削刃和刀尖附近，刀尖容易磨损，并易产生振动，影响外表质量。

58、上一页上一页目录目录下一页下一页上一页上一页目录目录下一页下一页1.3 1.3 金属切削过程的根本规律金属切削过程的根本规律 前三种类型的切屑，普通是在切削塑性金属资料时产生的，在构成节状切屑条件下，减小刀具前角或增大切削层公称厚度，并采用很低的切削速度就可构成单元切屑；反之，增大刀具前角、提高切削速度、减小切削层公称厚度那么可构成带状切屑，使加工外表较为光洁。也就是说，切屑的形状是可以随切削条件的不同而转化的。在消费中，常根据详细情况采取不同的措施来得到需求的切屑，以保证切削加工的顺利进展。上一页上一页目录目录下一页下一页1.3 1.3 金属切削过程的根本规律金属切削过程的根本规律 1.3.

59、3 1.3.3 切削力切削力 在金属切削加工时，工件资料抵抗刀具切削所产在金属切削加工时，工件资料抵抗刀具切削所产生的阻力称为切削力。生的阻力称为切削力。 1.3.3.1 1.3.3.1 切削力的来源切削力的来源 切削时作用在刀具上的力主要来自两个方面：切削时作用在刀具上的力主要来自两个方面：1 1 抑制被加工资料对前、后刀面弹性、塑性抑制被加工资料对前、后刀面弹性、塑性变形抗力；变形抗力；2 2抑制切屑、工件与前、后刀面间的摩擦力。抑制切屑、工件与前、后刀面间的摩擦力。上一页上一页目录目录下一页下一页1.3 1.3 金属切削过程的根本规律金属切削过程的根本规律 1.3.3.2 1.3.3.2

60、 切削合力和分力切削合力和分力 在实践加工中，总切削力的方在实践加工中，总切削力的方向和大小都不易直接测定，也没有向和大小都不易直接测定，也没有必要直接测定它。为了顺应设计和必要直接测定它。为了顺应设计和工艺分析的需求，普通不是直接研工艺分析的需求，普通不是直接研讨总切削力，而是研讨它在一定方讨总切削力，而是研讨它在一定方向上的分力。下面以车削外圆为例，向上的分力。下面以车削外圆为例，总切削力总切削力 可以分解为以下三个相可以分解为以下三个相互垂直的分力，如图互垂直的分力，如图1-151-15所示。所示。 图1-15 外圆车削时总切削力的分解F1.3 1.3 金属切削过程的根本规律金属切削过程