金属材料成型七章 (4)

1、第五章第五章 金属切削加工金属切削加工 基础知识基础知识1 切削运动与切削要素切削运动与切削要素 2 金属切削刀具金属切削刀具3 金属切削过程金属切削过程4 材料的切削加工性材料的切削加工性第五章第五章 金属切削加工金属切削加工 基础知识基础知识一、切削加工一、切削加工用刀具从金属材料（毛坯）上切去多余的金属层，获得用刀具从金属材料（毛坯）上切去多余的金属层，获得几何形状、尺寸精度和表面质量都符合要求的零件的生几何形状、尺寸精度和表面质量都符合要求的零件的生产方法。产方法。二、零件的加工质量二、零件的加工质量1. 1. 加工精度加工精度尺寸精度：尺寸精度：形状精度：形状精度：位置精度：位置精度

2、：IT01IT01、IT0IT6IT0IT6、IT7IT7、IT8IT18IT8IT18圆柱度、平面度、圆度等圆柱度、平面度、圆度等平行度、垂直度、同轴度等平行度、垂直度、同轴度等2. 2. 表面质量表面质量表面粗糙度：表面粗糙度：表面加工硬化的程度和深度表面加工硬化的程度和深度表面残余应力的大小和性质表面残余应力的大小和性质Ra1 1 切削运动与切削要素切削运动与切削要素 一、零件表面的形成一、零件表面的形成平面、外圆面、内圆面（孔）、锥面、曲面（成形面）平面、外圆面、内圆面（孔）、锥面、曲面（成形面）二、切削运动二、切削运动为了形成零件表面形状，为了形成零件表面形状，刀具与工件之间的相对运

3、动刀具与工件之间的相对运动。1. 1. 主运动：主运动：切下切屑最主要的运动。切下切屑最主要的运动。特点：特点：在整个运动系统中在整个运动系统中 速度最高、消耗的功速度最高、消耗的功率最大。率最大。主运动主运动只有一个。只有一个。2. 2. 进给运动进给运动：使金属层不断投入切削，加工出完整表面所需的运动。使金属层不断投入切削，加工出完整表面所需的运动。特点：特点：速度低、消耗的功率小。有一个或多个。速度低、消耗的功率小。有一个或多个。3. 3. 零件上的三个表面零件上的三个表面已加工表面已加工表面加工表面加工表面待加工表面待加工表面nf f已加工表面已加工表面加工表面加工表面待加工表面待加工

4、表面三、切削要素三、切削要素1. 1. 切削用量三要素切削用量三要素1 1）切削速度（）切削速度（v vc c）m/s在单位时间内，工件或刀具沿主运动方向的相对位移。在单位时间内，工件或刀具沿主运动方向的相对位移。d dw wd dm m601000ndvw6010002rLnv旋转运动：旋转运动：（m/s）往复直线运动：往复直线运动：（m/s）2 2）进给量（）进给量（f f） （mmmm）在单位时间内（主运动的一个循环内），刀具或工件沿在单位时间内（主运动的一个循环内），刀具或工件沿进给运动方向的相对位移。进给运动方向的相对位移。单位时间的进给量单位时间的进给量 进给速度（进给速度（v v

5、f f）nfvf（mm/s）d dm md dw wf fn3 3）背吃刀量背吃刀量（a ap p）（mm）2mwpdda（mm）2. 2. 切削层几何参数切削层几何参数切削层切削层 指工件上正在被切削刃切削的那一层金属。指工件上正在被切削刃切削的那一层金属。即两个相邻加工表面之间的那一层金属。即两个相邻加工表面之间的那一层金属。1 12 2f fa ap pKrKrf fa ap pKrKr1) 1)切削厚度（切削厚度（a ac c） （mmmm）两相邻加工表面之间的垂直距离。两相邻加工表面之间的垂直距离。a ac cf fa ap pKrKrrckfasin（mm）2)2)切削宽度（切削宽

6、度（a aww） （mmmm）沿主刀刃度量的切削层的长度。沿主刀刃度量的切削层的长度。a aw wrpwkaasin（mm）3)3)切削面积（切削面积（A AC C） （mmmm2 2）wcpCaaafA（mm2）2 2 金属切削刀具金属切削刀具一、刀具的组成一、刀具的组成切削部分切削部分（刀头）（刀头）夹持部分（刀体）夹持部分（刀体）前刀面：前刀面：主后刀面：主后刀面：副后刀面：副后刀面：主刀刃主刀刃副刀刃副刀刃刀尖刀尖切屑流出切屑流出所经过的表面。所经过的表面。刀具上与工件的加工表面相对的表面。刀具上与工件的加工表面相对的表面。刀具上与工件的已加工表面相对的表面。刀具上与工件的已加工表面相

7、对的表面。夹持部分夹持部分（刀体）（刀体）切削部分切削部分（刀头）（刀头）前刀面前刀面主后刀面主后刀面副后刀面副后刀面主刀刃主刀刃副刀刃副刀刃刀尖刀尖二、刀具材料二、刀具材料1. 1. 对刀具材料的基本要求对刀具材料的基本要求 较高的硬度。较高的硬度。 一般要求在一般要求在 HRC 60HRC 60以上。以上。 有足够的强度和韧性。有足够的强度和韧性。 有较好的耐磨性。有较好的耐磨性。 较高的耐热性。较高的耐热性。 有较好的工艺性。有较好的工艺性。2. 2. 常用刀具材料常用刀具材料 碳素工具钢碳素工具钢C= 0.71.4%C= 0.71.4%；T8T8、T10T10、T10AT10A、T12

8、T12等等HRC6165HRC6165特点特点a. a. 淬火后硬度高；淬火后硬度高；HRC6165HRC6165b. b. 价格低；价格低；. .耐热温度低；耐热温度低；. .淬火后应力、变形大。淬火后应力、变形大。250300250300应用：速度低、形状简单的手动工具。如锉刀、锯条等。应用：速度低、形状简单的手动工具。如锉刀、锯条等。 合金工具钢合金工具钢Me5% Me11影响切屑变形的因素：影响切屑变形的因素： 刀具角度：刀具角度： 0 0 切削速度：切削速度： v 材料塑性：材料塑性： 刀具与切屑之间的摩擦系数刀具与切屑之间的摩擦系数 ， 。 2. 2. 切屑的种类切屑的种类1) 1

9、) 带状切屑带状切屑特征：内表面光滑，外表面特征：内表面光滑，外表面呈毛茸状。呈毛茸状。形成条件：塑性材料、速度中等、较大的形成条件：塑性材料、速度中等、较大的 0 0 、较小的、较小的f f 和和a ap p。2)2) 节状切屑节状切屑特征：内表面有时有裂纹，特征：内表面有时有裂纹，外表面呈锯齿状。外表面呈锯齿状。形成条件：中等硬度的塑性材料、速度形成条件：中等硬度的塑性材料、速度较低、较小的较低、较小的 0 0 、较小的、较小的f f 和和a ap p。3) 3) 崩碎崩碎状切屑状切屑特征：不规则的碎块状。特征：不规则的碎块状。形成条件：脆性材料。形成条件：脆性材料。二、积屑瘤二、积屑瘤在

10、一定的切削速度下切削塑性材料时，常发现在刀具前刀面在一定的切削速度下切削塑性材料时，常发现在刀具前刀面上靠近刀刃的部位粘附着一小块很硬的金属上靠近刀刃的部位粘附着一小块很硬的金属称为积屑瘤。称为积屑瘤。1. 1. 积屑瘤的形成积屑瘤的形成oM滞留层滞留层1) 1) 积屑瘤的形成过程积屑瘤的形成过程2) 2) 积屑瘤的形成条件积屑瘤的形成条件 工件材料：塑性材料；工件材料：塑性材料； 切削速度：中等（切削速度：中等（1050m/min1050m/min），温度约），温度约300300； 刀具角度：刀具角度： 0 0 偏小；偏小； 冷却条件：不加切削液。冷却条件：不加切削液。2. 2. 积屑瘤对加

11、工过程的影响积屑瘤对加工过程的影响有利有利 使使 0 0 增大，使切削过程变得轻快。增大，使切削过程变得轻快。 可代替主刀刃和前刀面进行切削，保护刀具。可代替主刀刃和前刀面进行切削，保护刀具。所以：粗加工时可以利用。所以：粗加工时可以利用。3. 3. 积屑瘤的抑制积屑瘤的抑制不利不利 积屑瘤不稳定，易引起振动，使积屑瘤不稳定，易引起振动，使 Ra Ra 增大。增大。 会引起会引起a ap p的变化，使加工精度降低。的变化，使加工精度降低。所以：精加工时应尽量避免。所以：精加工时应尽量避免。 利用利用切削液切削液； 控制切削速度；控制切削速度； 加大刀具前度加大刀具前度 0 0 ； 对工件进行正

12、火、调质处理，降低对工件进行正火、调质处理，降低 、a ak k。三、切削力和切削功率三、切削力和切削功率1. 1. 切削力切削力1) 1) 切削力的构成切削力的构成oM 材料的弹性变形和塑性抗力；材料的弹性变形和塑性抗力； 切屑、工件表面与刀具的摩擦力。切屑、工件表面与刀具的摩擦力。2) 2) 切削力的分解切削力的分解刀具切削工件时作用在刀具切削工件时作用在刀具或工件上的力。刀具或工件上的力。将将FrFr沿速度方向、轴向和径向三个相互垂直的沿速度方向、轴向和径向三个相互垂直的发现分解为发现分解为FzFz、FxFx、FyFy。F弹、塑F摩1F摩2Fr 主切削力（切向分力）主切削力（切向分力）F

13、zFzFz是是FrFr在切削速度方向上的分力。在切削速度方向上的分力。主切削力占总切削力的主切削力占总切削力的80%90%80%90%，消耗的功率占总功率的消耗的功率占总功率的95%95%以上。以上。是计算机床动力及主要传动零件强是计算机床动力及主要传动零件强度和刚度的依据。度和刚度的依据。 进给抗力（轴向分力）进给抗力（轴向分力）FxFxFx是是FrFr在进给方向上的分力。在进给方向上的分力。消耗的功率仅占总功率的消耗的功率仅占总功率的15%15%。是设计和计算。是设计和计算进给机构零件强度和刚度的依据。进给机构零件强度和刚度的依据。 切深抗力（径向分力）切深抗力（径向分力）FyFy是是Fr

14、Fr在切削深度方向上的分力。在切削深度方向上的分力。FrFzFxFyFX、Y3) 3) 影响影响切削力的因素切削力的因素工件材料：材料的强度、硬度越高，塑性韧性越好，工件材料：材料的强度、硬度越高，塑性韧性越好，FrFr越大。越大。 切削用量：切削用量：a ap p 、f f 增大，增大， FrFr越大。越大。 刀具角度：刀具角度： 增大增大 0 0 ，Fr Fr 减小；增大减小；增大krkr ，FyFy减小、减小、FzFz增大。增大。 冷却条件：加切削液，冷却条件：加切削液，Fr Fr 减小。减小。4) 4) 切削力的估算切削力的估算生产中常用单位切削力生产中常用单位切削力p p 估算切削力

15、的大小。估算切削力的大小。单位切削力单位切削力切削单位面积所需要的切削力。切削单位面积所需要的切削力。单位：单位：N/MMN/MM2 2pafpAcpFz（N）2. 2. 切削功率（切削功率（PmPm）vFzPmvFxvFzPmf（W）（W）四、切削热和切削温度四、切削热和切削温度1. 1. 切削热的来源与传散切削热的来源与传散1) 1) 切削热的来源切削热的来源a . a . 切屑变形所产生的热；切屑变形所产生的热；b . b . 切屑与前刀面之间的摩擦；切屑与前刀面之间的摩擦；c . c . 工件与后刀面之间的摩擦。工件与后刀面之间的摩擦。切屑：切屑：介质：介质：工件：工件：刀具：刀具：5

16、080%1%4010%93%2) 2) 切削热的传散切削热的传散2. 2. 切削温度及其影响因素切削温度及其影响因素切削温度切削温度 切削区的平均温度。切削区的平均温度。切削区切削区 切屑、工件、刀具相接触的区域。切屑、工件、刀具相接触的区域。影响切削温度的因素：影响切削温度的因素： 工件材料：材料的强度、硬度越高，塑性、韧性越好，工件材料：材料的强度、硬度越高，塑性、韧性越好，切削温度越高；材料的导热性愈好，切削温度愈低。切削温度越高；材料的导热性愈好，切削温度愈低。 刀具刀具 冷却条件：加切削液，切削温度降低。冷却条件：加切削液，切削温度降低。刀具角度：刀具角度： 增大增大 0 0 ，切削

17、温度降低；减小，切削温度降低；减小krkr 、krkr，切削温度降低。切削温度降低。刀具材料：导热性愈好，切削温度愈低。刀具材料：导热性愈好，切削温度愈低。 切削用量：切削用量： 、 、 愈大，切削温度愈高。但愈大，切削温度愈高。但 的影响的影响最大最大 、 次之、次之、 最小。最小。vfpavfpa3. 3. 切削液切削液在切削过程中，正确的选择和使用切削液。对降低切削温度、在切削过程中，正确的选择和使用切削液。对降低切削温度、减小刀具磨损，提高生产率和加工质量有着重要的意义。减小刀具磨损，提高生产率和加工质量有着重要的意义。1) 1) 切削液的作用切削液的作用a . a . 冷却作用：冷却

18、作用：b . b . 润滑作用：润滑作用：c . c . 洗涤与排屑作用：洗涤与排屑作用：d . d . 防锈作用：防锈作用：2) 2) 切削液的种类切削液的种类 乳化液：乳化油乳化液：乳化油+ +水；呈乳白色。应用最广泛。水；呈乳白色。应用最广泛。 切削油：矿物油；润滑作用。切削油：矿物油；润滑作用。 水溶液：水水溶液：水+ +防锈剂等；呈透明状。防锈剂等；呈透明状。3) 3) 切削液的选用切削液的选用粗加工：以冷却为主。粗加工：以冷却为主。如水溶液、低浓度的乳化液等。如水溶液、低浓度的乳化液等。精加工：以润滑为主。精加工：以润滑为主。高浓度的乳化液、切削油等。高浓度的乳化液、切削油等。五、

19、刀具磨损和刀具耐用度五、刀具磨损和刀具耐用度1. 1. 刀具磨损刀具磨损1) 1) 刀具磨损形式刀具磨损形式 后刀面磨损：后刀面磨损：VB这种磨损一般发生在切削脆性材料或以较小的切这种磨损一般发生在切削脆性材料或以较小的切削厚度（削厚度（a ac c0.1mm0.5mm0.5mm）切削塑性材料的条件下。切削塑性材料的条件下。 前后刀面同时磨损：前后刀面同时磨损：KTVB这种磨损一般发生在以中等这种磨损一般发生在以中等切削厚（切削厚（a ac c=0.10.5mm=0.10.5mm）切削塑性材料的条件下。切削塑性材料的条件下。 由于多数情况下，后刀面都有磨损，它的由于多数情况下，后刀面都有磨损，

20、它的磨损对加工质量的影响较大，而且测量相对磨损对加工质量的影响较大，而且测量相对方便，所以一般都用后刀面的磨损高度方便，所以一般都用后刀面的磨损高度VBVB来来表示刀具的磨损程度。表示刀具的磨损程度。2) 2) 刀具的磨损过程刀具的磨损过程VBtOABC初期磨损阶段初期磨损阶段正常磨损阶段正常磨损阶段急剧磨急剧磨损阶段损阶段 初期磨损阶段初期磨损阶段(OA) :(OA) :磨合阶段磨合阶段 正常磨损阶段正常磨损阶段(AB) :(AB) : 急剧磨损阶段急剧磨损阶段(BC) :(BC) :所以：应在刀具正常磨损阶段后期，急剧磨损阶所以：应在刀具正常磨损阶段后期，急剧磨损阶段之前刃磨刀具。段之前刃

21、磨刀具。判断刀具钝化的方法：判断刀具钝化的方法： 观察法：观察法： 测定（限定）刀具后刀面的磨损高度测定（限定）刀具后刀面的磨损高度VBVB：精加工：精加工：VB = 0.10.3mmVB = 0.10.3mm粗加工粗加工粗车中碳钢：粗车中碳钢：VB = 0.60.8mmVB = 0.60.8mm粗车合金钢：粗车合金钢：VB = 0.40.5mmVB = 0.40.5mm但但VBVB的测量的测量a.a.须经验丰富；须经验丰富；b.b.影响生产率。影响生产率。所以：在数控机车、加工中心得到广泛应用。所以：在数控机车、加工中心得到广泛应用。 规定刀具使用时间：规定刀具使用时间： 刀具耐用度。刀具耐

22、用度。2. 2. 刀具耐用度（刀具耐用度（T T）指刀具由开始切削到磨钝为止的实际切削总时间。指刀具由开始切削到磨钝为止的实际切削总时间。刀具在两次刃磨之间的实际切削总时间。刀具在两次刃磨之间的实际切削总时间。如粗加工：如粗加工： 硬质合金车刀：硬质合金车刀：T = 60minT = 60min高速钢钻头：高速钢钻头：T = 60120minT = 60120min3. 3.影响影响刀具磨损与刀具耐用度的因素刀具磨损与刀具耐用度的因素75. 05 . 25pTafvGT 切削用量：切削用量： 、 、 愈大，愈大， 刀具磨损加剧。但刀具磨损加剧。但 的影响最的影响最大大 、 次之、次之、 最小。

23、最小。vvfpafpa 工件材料：材料的强度、硬度越高，温度越高；材料的工件材料：材料的强度、硬度越高，温度越高；材料的 导热性愈差，刀具磨损愈快，降低刀具耐用度。导热性愈差，刀具磨损愈快，降低刀具耐用度。 刀具刀具 冷却条件：合理使用切削液，可降低切削温度降低、减小冷却条件：合理使用切削液，可降低切削温度降低、减小 摩擦，提高刀具耐用度。摩擦，提高刀具耐用度。a.a. 刀具角度：刀具角度： 增大增大 0 0 、 0 0，可减小切屑变形、减，可减小切屑变形、减 小摩擦，从而减小刀具磨损，提高刀具耐用度。小摩擦，从而减小刀具磨损，提高刀具耐用度。b.b.刀具材料：耐磨性、耐热性愈好，刀具耐用度愈

24、高。刀具材料：耐磨性、耐热性愈好，刀具耐用度愈高。4 4 材料的切削加工性材料的切削加工性60vTvTv材料的切削加工性是指材料被切削加工的难易程度。材料的切削加工性是指材料被切削加工的难易程度。一、衡量材料切削加工性的指标一、衡量材料切削加工性的指标2. 2.相对加工性相对加工性 kr1. 1.一定一定刀具耐用度下的切削速度刀具耐用度下的切削速度当刀具的耐用度为当刀具的耐用度为T T时，切削某种材料所允许的切削速度。时，切削某种材料所允许的切削速度。材料的切削加工性越好。材料的切削加工性越好。Tv若T = 60minT = 60min，则，则60v60v各种材料各种材料与与4545钢（正火态）钢（正火态）之比值。之比值。60vjv)(60若把若把4545钢的钢的 作为基准，写为作为基准，写为jrvvk)(60601rk1rk材料具有良好的切削加工性。材料具有良好的切削加工性。材料的切削加工性较差。材料的切削加工性较差。常用材料的切削加工性分为八级常用材料的切削加工性分为八级P27，表1-113. 3.已加工表面质量已加工表面质量5. 5.切削力切削力4. 4.切