金属切削讲座第一讲

1、金属切削讲座第一讲第1页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一讲 基本定义与刀具材料主讲人：阎开印 研究员西 南 交 通 大 学 中国高校切削先进制造技术研究会第2页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一讲 基本定义与刀具材料金属切削加工发展历史基本定义刀具材料第3页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四金属切削加工发展历史石器时代周口店北京猿人遗址出土的砍砸器、刮削器、尖状器（距今5060万年）第4页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四金属切削加工发展历史石器时代新石器时代的石刀、石斧、石刃骨刀第5页，共66页

2、，2022年，5月20日，13点16分，星期四金属切削加工发展历史铜器时代春秋时代的青铜刀、锯、锉商代的青铜钻第6页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四金属切削加工发展历史铜器时代商代的铁刃铜钺第7页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四金属切削加工发展历史西汉时代的五铢钱（其外圆有车削或锉削的痕迹）第8页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四金属切削加工发展历史明代天文仪器上大铜环的加工（铣削）第9页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四金属切削加工发展历史明代天文仪器上大铜环的加工（磨削）第10页，共66页，2022

3、年，5月20日，13点16分，星期四金属切削加工发展历史明代铣刀的刃磨第11页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四金属切削加工发展历史近代 18世纪60年代，英国James Watt发明 了蒸汽机，1775年J.Wikinson研制了加工蒸汽机汽缸镗床。1818年美国Eli Whitney发明了铣床。1865年巴黎国际博览会前后，各式车床、镗床、刨床、插床、齿轮机床和螺纹机床等相继出现。第12页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四金属切削加工发展历史近代皮带传动的车床手动刨床第13页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四金属切削加工发展

4、历史近代第14页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四金属切削加工发展历史近代（1930年）第15页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四金属切削加工发展历史近代（立式镗铣床）第16页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四金属切削加工发展历史现代第17页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四金属切削加工发展历史金属切削的早期研究1851年法国Cocquilhat研究了钻削石头、铜、铁时所需的功。1864年法国Joessel研究了刀具几何形状对切削里的影响。18701877年俄国.A.TMe研究了切屑的形成和切屑的种类。19

5、061907年美国发表了“关于金属切削技术”及刀具耐用度与切削速度的关系式。第18页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四金属切削加工发展历史刀具材料的发展17801898年 碳素工具钢、合金工具钢 V=612m/min1898年 Taylor和White发明了高速钢，切削速度较前提高26倍1927年德国出现了硬质合金，切削速度较高速钢又提高25倍1938年氧化铝陶瓷，切削速度较高速钢又提高812倍第19页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四金属切削加工发展历史刀具材料的发展1957年出现立方氮化硼1965年出现人造金刚石，切削速度较高速钢提高25倍以上1

6、9681970年出现TiC或TiN涂层硬质合金第20页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一章 基本定义第一节 切削运动与切削用量一、切削运动 主运动使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本的运动。特征：速度最高，消耗功率最大。 进给运动使主运动能够继续切除工件上多余的金属，以变形成工件表面所需的运动（连续、间断进给运动）。特征：消耗功率比主运动小。第21页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一章 基本定义第一节 切削运动与切削用量第22页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一章 基本定义第一节 切削运动与切削用量第23页，共

7、66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一章 基本定义第一节 切削运动与切削用量第24页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一章 基本定义第一节 切削运动与切削用量第25页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一章 基本定义第一节 切削运动与切削用量第26页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一章 基本定义第一节 切削运动与切削用量第27页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一章 基本定义第一节 切削运动与切削用量二、工件上的加工表面待加工表面已加工表面过渡表面三、切削用量切削速度v进给量f背吃

8、刀量ap第28页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一章 基本定义第二节 刀具的几何参数一、刀具切削部分的表面与刀刃前刀面（A）主后刀面（A）副后刀面（A）主切削刃副切削刃过渡刃第29页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一章 基本定义第二节 刀具的几何参数二、确定刀具切削角度的参考平面切削平面通过刀刃上选定点，切与工件过 渡表面的平面。 基面通过刀刃上选定点，垂直于该点合成 切削运动向量的平面。第30页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一章 基本定义第二节 刀具的几何参数三、刀具标注角度的参考系刀具标注角度制造和刃磨刀具所需

9、要的 ， 在刀具设计图上标注的角度。标注角度的切削平面Ps刀刃在其选定点的 切线与切削速度向量组成的平面。标注角度的基面Pr通过刀刃上的选定点垂 直于切削速度向量的平面。第31页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一章 基本定义第二节 刀具的几何参数测量平面一般用来标注前、后刀面角度。正交平面Po过主切削刃上选定点，垂直 于 切削平面和基面的平面。法平面Pn过主切削刃上选定点，垂直于 主切削刃或其切线的平面。背平面Pp过主切削刃上选定点，平行于 刀 杆轴线并垂直于基面的平面。假定工作平面Pf过主切削刃上选定点，同 时垂直于刀杆轴线和基面的平面。第32页，共66页，2022

10、年，5月20日，13点16分，星期四第一章 基本定义第二节 刀具的几何参数正交平面参考系基面、切削平面、正交平面法平面参考系基面、切削平面、法平面背平面和假定工作平面参考系基面、背平 面、假定工作平面第33页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一章 基本定义第二节 刀具的几何参数四、刀具的标注角度1、刀具在正交平面参考系中的标注角度主偏角r在基面上度量的主切削刃的投影与进给方向的夹角（切削平面与进给方向的夹角）。刃倾角s在切削平面上度量的主切削刃与基面的夹角。前角o过主切削刃上选定点的正交平面内度量的前刀面与基面之间的夹角。第34页，共66页，2022年，5月20日，13

11、点16分，星期四第一章 基本定义第二节 刀具的几何参数后角o在同一正交平面内度量的后刀面与切削平面之间的夹角。副偏角r在基面上度量的副切削刃的投影与进给方向的夹角。副后角o在副切削刃上选定点的副正交平面内 度量的副后刀面与副切削平面之间的夹角。第35页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一章 基本定义第二节 刀具的几何参数派生角度：楔角o刀尖角r余偏角 r第36页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一章 基本定义第二节 刀具的几何参数法前角n、法后角n背前角p、背后角p侧前角f、侧后角f第37页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四

12、第一章 基本定义第二节 刀具的几何参数五、刀具的工作角度所考虑的条件：1、进给运动的影响；2、刀具实际安装情况。第38页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一章 基本定义第二节 刀具的几何参数进给运动对刀具工作角度的影响：1、横向进给运动的影响第39页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一章 基本定义第二节 刀具的几何参数 进给运动对刀具工作角度的影响：2、纵向进给运动的影响第40页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一章 基本定义第二节 刀具的几何参数刀具安装位置对工作角度的影响：1、刀具安装高低的影响第41页，共66页，20

13、22年，5月20日，13点16分，星期四第一章 基本定义第二节 刀具的几何参数刀具安装位置对工作角度的影响：2、刀杆中心线与进给方向不垂直时的影响第42页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一章 基本定义第三节 刀具标注角度的换算1、法平面与正交平面内前、后角的关系第43页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一章 基本定义第三节 刀具标注角度的换算2、任意剖面与正交平面内前、后角的关系第44页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一章 基本定义第四节 切削层参数与切削方式一、切削层参数切削厚度ac切削宽度aw切削面积 Ac第45页

14、，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一章 基本定义第四节 切削层参数与切削方式二、切削方式自由切削在切削过程中，只有一条直线切削刃参加切削工作。特征：切削刃上各点切屑流出方向大致相同，可简化为二维切削模型。非自由切削第46页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第一章 基本定义第四节 切削层参数与切削方式二、切削方式直角切削主切削刃与切削速度方向成直角。斜角切削第47页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第二章 刀具材料第一节 刀具材料应具备的性能高的硬度和耐磨性足够的强度和韧性高的耐热性（高温硬度、化学稳定性）良好的热物理性能和耐热

15、冲击性能良好的工艺性能经济性第48页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第二章 刀具材料第二节 高速钢高速钢高合金工具钢。主要的合金元素有 W,Mo,Cr,V,Co,Al等，含碳量0.7 1.65%高速钢中合金元素的作用：W,Mo,Cr,V等均强烈地与碳化合，形成合金碳化物，这些碳化物具有很高的硬度，使高速钢具有优良的耐磨性。 第49页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第二章 刀具材料第二节 高速钢高速钢中合金元素的作用：W提高高温硬度的元素。存在于碳化物及马氏体中，使马氏体在600670才分解，才降低硬度。W的碳化物使钢耐磨，并阻碍加热时奥氏体晶粒长

16、大。 Mo与W的作用相似，1%的Mo相当1.5%2%W。 Mo钢韧性、热塑性好，但Mo易使钢加热时脱碳。第50页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第二章 刀具材料第二节 高速钢高速钢中合金元素的作用：Cr增加钢的淬透性。与碳形成Cr23C6，增加钢的高温硬度。一般4% Cr已足够。V能形成VC，使钢的耐磨性，同时提高钢的高温硬度，细化奥氏体晶粒。含V高时，钢的锻造和磨削性能较差。Co能提高钢的临界点，使W,Mo,Cr,V等的碳化物更多地溶于奥氏体中，充分发挥硬化作用。回火时Co能延缓碳化物的析出和凝聚，提高钢的高温硬度，但Co易使钢脱碳。第51页，共66页，2022年，5

17、月20日，13点16分，星期四第二章 刀具材料第二节 高速钢高速钢中合金元素的作用：Al能提高钢的淬火温度，使碳化物形成元素充分发挥作用，并细化晶粒，提高钢的硬度。第52页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第二章 刀具材料第二节 高速钢一、通用高速钢钨钢 W18Cr4V钨钼钢 W6Mo5Cr4V2二、高性能高速钢W2Mo9Cr4VCo8(M42)W6Mo5Cr4V2Al(501)三、粉末冶金高速钢四、涂层高速钢第53页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第二章 刀具材料第三节 硬质合金1927年德国出现硬质合金以来，硬质合金的品种和性能得到了长足的发展

18、。硬质合金由难熔金属碳化物（WC、TiC、TaC、NbC等）和金属粘结剂（Co、Ni等）经粉末冶金方法制成。第54页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第二章 刀具材料第三节 硬质合金WCCo(YG)类硬质合金WC TiCCo(YT)类硬质合金WC TiCTaC(NbC)Co(YW)类硬质合金TiC (N)基硬质合金(YN)超细晶粒的硬质合金钢结硬质合金第55页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第二章 刀具材料第三节 硬质合金涂层硬质合金第56页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第二章 刀具材料第四节 陶瓷一、陶瓷刀具的特点：1、

19、有很高的硬度和耐磨性 HRA9195 耐磨性为一般硬质合金的5倍 2、有很高的耐热性第57页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第二章 刀具材料第四节 陶瓷3、有很高的化学稳定性（与金属的亲和力 小，不易扩散、粘结）4、有较低的摩擦系数5、强度、韧性、抗热冲击能力差，导热率低第58页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第二章 刀具材料第四节 陶瓷二、加工领域1、高硬材料（如硬铸铁、淬火钢；HRC65）2、大件3、高精度零件第59页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第二章 刀具材料第四节 陶瓷三、陶瓷材料的类型1、氧化铝基陶瓷2、氮化硅基陶瓷3、复合氮化硅氧化铝基陶瓷(Sialon)第60页，共66页，2022年，5月20日，13点16分，星期四第二章 刀具材料第四节