郑州大学,金属切削原理 要点

1、金属切削原理要点讲解第一章：基本定义n切削运动：主运动和进给运动，主运动通常只 有一个 n工件上的加工表面 ：待加工表面、加工(过渡）表面、已加工表面n切削用量：切削速度v、进给量f、背吃刀量apn刀具几何参数及其标注刀具几何角度标注n刀具标注角度换算：tann=tano coss cotn=coto cossn切削层参数：切削厚度ac 、切削宽度aw、切削面积Ac。Ac= ac x aw=f x apn自由切削：只有一条直线切削刃参加切削工作。n直角切削：主切削刃刃倾角s=0。第二章：刀具材料1.1.刀具材料应具备的性能：刀具材料应具备的性能：n高的高的硬度硬度和和耐磨性耐磨性n足够的足够的

2、强度强度和和韧性韧性n高的高的耐热性耐热性n良好的良好的热物理性能热物理性能和和耐热冲击性能耐热冲击性能n良好的良好的工艺性工艺性n经济性经济性高速钢n它是一种加入较多它是一种加入较多钨、钼、铬、钒钨、钼、铬、钒等合金元素等合金元素的高合金钢。的高合金钢。n特点：热处理后硬度可达特点：热处理后硬度可达6266HRC, 抗弯强抗弯强度约度约3.3GPa，有较高的热稳定性、耐磨性，有较高的热稳定性、耐磨性 、耐热性。切削温度在耐热性。切削温度在500650时仍能进行时仍能进行切削。切削。n通用型高速钢通用型高速钢 1、钨钢： W18Cr4V。含W 18%、Cr 4%、V 1%。有较好的综合性能，

3、在600时其高温硬度为HRC48.5，刃磨和热处理工艺控制较方便，可以制造各种复杂刀具。2、钨钼钢 碳化物分布细小、均匀，机械性能良好，抗弯强度比W18Cr4V高10%15%，韧性高50%60%。可做尺寸较大、承受冲击力较大的刀具；热塑性特别好， 更适用于制造热轧钻头等；磨加工性也好n高性能高速钢高性能高速钢 在通用型高速钢的基础上再增加一些含碳量、 含钒量及添加钴、铝等合金元素。 在630650时仍可保持HRC 60的硬度，具有更好的切削性能，耐用度较通用型高速钢高1.53倍。 典型牌号有高碳高速钢9W18Cr4V、高钒高速钢W6Mo5Cr4V3、 钴高速钢W6MoCr4V2Co8、 超硬高

4、速钢W2Mo9Cr4VCo8等硬质合金n硬质合金由难熔金属碳化物(如WC、TiC)和金属粘结剂(如Co)经粉末冶金法制成。 n特点：硬质合金的硬度、耐磨性、 耐热性都很高。 硬度可达HRA 8993，在8001000还能承担切削， 耐用度较高速钢高几十倍。当耐用度相同时，切削速度可提高410倍。强度和韧性小于高速钢，仅为0.91.5 GPa(90150 kgfmm)、工艺性差，切削时不能承受大的振动和冲击负荷。硬质合金n1、WC-Co类硬质合金（类硬质合金（YG） K类类n由WC和Co组成。n牌号：YG6、 YG8、 YG3X、YG6X，含钴少时硬度高，耐热、耐磨性好，但脆性增加。反之抗弯强度

5、和冲击韧度高。n特点：细晶粒硬质合金在含钴量相同时比中晶粒的硬度、耐磨性要高些，但抗弯强度、韧性则低些。 n应用：较适于加工短切屑的硬、脆铸铁、有色金属和非金属材料。含钴量高的用于粗加工。2、WC-TiC-Co类硬质合金（类硬质合金（YT）P类类n除WC外，还含5%30%的TiC。硬度和耐磨性提高， 但抗弯强度，特别是冲击韧性显著降低。n牌号：有YT5、 YT14、YT15、YT30等，n特点：此类合金有较高的硬度和耐磨性，特别有高的耐热性，抗粘结扩散能力和抗氧化能力好；但抗弯强度、磨削性和导热系数下降，低温脆性大、韧性差。n应用：适于加工钢料。不宜用于加工不锈钢和钛合金。因YT中的钛元素和工

6、件中的钛元素之间的亲合力会产生严重粘刀现象， 在高温切削及摩擦系数大的情况下会加剧刀具磨损。3、WC-TiC-TaCCo类硬质合金（类硬质合金（YW）M类类n在YT类中加入TaC(NbC)，可提高其抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、高温硬度和抗氧化能力、耐磨性等。n常用的牌号有YW1和YW2。n应用：既可用于加工铸铁及有色金属，也可加工钢。因而又有通用硬质合金之称。含钴量高时强度和冲击韧度高，可用于粗加工和断续切削；含钴量低，耐磨性、耐热性好，用于半精加工和精加工。4、TiC基硬质合金基硬质合金 （N）n以TiC为主要成分用Ni和Mo作粘结剂的TiCNiMo合金n特点：硬度高，高耐磨性，较高的耐热

7、性和抗氧化能力，化学稳定性好，抗粘结能力强，刀具耐用度高。n应用：可以加工钢和铸铁，主要用于钢连续表面的精加工和半精加工其他n涂层刀具（TiC 、 TiN等）n陶瓷刀具：以氧化铝（Al2O3）或以氮化硅（Si3N4）为基体n金刚石：不适于加工钢铁材料（C和铁有很强的化学亲和力，在高温下铁原子容易与碳原子作用而转化为石墨结构）n立方氮化硼第三章 金属切削变形过程n始滑移线始滑移线OA、终滑移线、终滑移线OMn剪切面与切削速度之夹角叫剪切面与切削速度之夹角叫剪切角剪切角，以，以 表示。表示。n切削变形程度表示方法：切削变形程度表示方法：剪切角剪切角 、剪应变剪应变 变形系数变形系数 n李和谢弗公式

8、：李和谢弗公式： 前角前角 o o 增大时，增大时， 增大，变形减小。增大，变形减小。 摩擦角摩擦角 增大时，增大时， 减小，变形增大。减小，变形增大。积屑瘤n产生原因： a.切削速度不高，切削钢料或塑性材料 b.达到一定的温度和压力 c.发生粘结，形成冷焊。n对切削过程的影响 a.实际前角增大 b.增大切削厚度 c.使工件表面粗糙度增大 d.对刀具耐用度的影响 n防止办法： a.降低切削速度，使温度降低，使粘结现象不易发生 b.采用高速切削 c.采用润滑性能好的切削液，减小摩擦 d.增大刀具前角，以减小刀屑接触区压力 f .适当提高工件材料硬度，减少加工硬化倾向n切屑类型：带状切屑、挤裂切屑

9、、单元切屑、崩碎切屑n卷屑槽形状：直线圆弧型、直线型、全圆弧型。第四章 切削力切除单位切削层面积的主切削力切除单位切削层面积的主切削力cwzpzczaaFfaFAFpn影响切削力的因素 1、被加工材料的影响（强度、硬度） 2、切削用量的影响（v、f、ap） 3、刀具几何参数的影响(前角、负倒楞、主偏角、刀尖圆弧半径、刃倾角) 4、刀具材料的影响（陶瓷硬质合金高速钢） 5、切削液的影响 6、刀具磨损的影响：前刀面上磨损前角增大力减小；后刀面磨损刀具工件接触面积增大力增大第五章 切削热和切削温度n切削温度：一般指前刀面与切屑接触区域的平均温度n影响切削温度的因素 1、切削用量的影响（v影响最大，f

10、次之，ap最小） 2、刀具几何参数的影响（前角、主偏角、负倒棱） 3、工件材料的影响 4、刀具磨损的影响 5、切削液的影响第六章 刀具磨损、破损和耐用度n刀具磨损形态：前刀面磨损、后刀面磨损、边界磨损n刀具磨损的原因：1、硬质点磨损： 各种切速下均存在，低速各种切速下均存在，低速 下刀具磨损主要原因下刀具磨损主要原因2、粘结磨损 ： 冷焊冷焊3、扩散磨损： 高温下发生高温下发生4、化学磨损n刀具磨损过程：初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧磨损阶段刀具磨损过程初期磨损后刀面磨损量VB正常磨损急剧磨损切削时间n刀具磨钝标准：刀具磨损到一定限度就不能继续使用，这个磨损限度成为磨钝标准。n国际标准ISO

11、统一规定：以1/2背吃刀量处后刀面测定的磨损带宽度VB作为磨钝标准。n刀具耐用度：由刃磨后开始切削，一直到磨损量达到刀具磨钝标准所经过的总切削时间。n合理的耐用度选用原则。第七章 工件材料切削加工性n切削加工性：指在一定切削条件下，对工件材料进行切削加工的难易程度。 切削加工性是相对的 常以b0.637GPa(60 kgfmin)的45钢的V60作为基准，写作(V60)j，其它被切材料的V60与之相比，则得相对加工性Kv为 j)(6060VVKvn影响工件切削加工性的因素a.工件材料硬度的影响b.工件材料强度c.工件材料塑性韧性d.工件材料导热系数e.化学成分f.金相组织g.切削条件n改善切削

12、加工性的途径 调整工件材料的化学成分 通过热处理改变工件材料金相组织和力学性能第八章 切削液n切削液主要作用：润滑、冷却、洗涤、防锈n切削液添加剂： 油性添加剂、极压添加剂、表面活性剂第九章 已加工表面质量n1、已加工表面质量的内容及评定加工质量的标志：表面粗糙度、表面层的加工硬化程度及硬化层深度、表面层金属组织的变化情况、残余应力的大小及性质.n2、表面粗糙度产生的原因：残留面积高度、积屑瘤、鳞刺、切削过程中的变形、刀具的边界磨损、刀刃与工件相对位置变动。n3、加工硬化的产生及度量：硬化程度N及硬化层深度hdn4、残余应力的产生原因：机械应力、热应力、相变第十章 刀具合理几何参数的选择n前角

13、的功用：前角的大小决定着切削刃的锋利程度和强固程度n前角的选择：1.刀具材料的强度及韧性较高时可选择较大的前角2.加工塑性材料时大前角，脆性材料时小前角。3.工件材料强度硬度小时选大前角，强度硬度大时取小前角4.硬质合金加工轻度很大的钢料时，取负前角5.粗加工时小前角，精加工时大前角 n后角作用：1.减小切削过程中后刀面与加工表面之间的摩擦 2.影响刀具耐用度n后角选择：1.切削厚度小时，取大后角，切削厚度大时取小后角。2.工件材料强度硬度高时，取小后角。3.工艺系统刚性差时减小后角。4.尺寸精度要求高的刀具选小后角。n刃倾角的作用：1.控制切屑流出方向2.影响刀头强度及断续切削时切削刃上受冲

14、击的位置3.影响切削刃锋利程度4.影响切削分力的大小。第十一章 切削用量的制定n从刀具耐用度出发：首先采用最大的背吃刀量，再选用大的进给量，然后根据确定的刀具耐用度选择切削速度。第十二章 磨削n砂轮磨料的粒度：磨料颗粒的尺寸大小。粒度号越大，砂轮磨料的粒度：磨料颗粒的尺寸大小。粒度号越大，颗粒尺寸越小。颗粒尺寸越小。n砂轮粒度的选择原则：砂轮粒度的选择原则：1、精磨时，选用磨粒粒度号较大或颗粒直径较小的砂、精磨时，选用磨粒粒度号较大或颗粒直径较小的砂轮，以减小已加工表面粗糙度。轮，以减小已加工表面粗糙度。2、粗磨时，选用磨粒粒度号较小或颗粒较粗的砂轮，、粗磨时，选用磨粒粒度号较小或颗粒较粗的砂轮，以提高磨削生产率。以提高磨削生产率。3、砂轮速度较高时，砂轮与工件接触面积大时，选用、砂轮速度较高时，砂轮与工件接触面积大时，选用颗粒较粗的砂轮。颗粒较粗的砂轮。4、磨削软而韧的金属时，用粗砂轮；磨削硬而脆的金、磨削软而韧的金属时，用粗砂轮；磨削硬而脆的金属时，选用细砂轮。属时，选用细砂轮。n砂轮硬度的选择原则：砂轮硬度的选择原则：1、工件材料越硬，应选用越