成形工艺基础-金属工艺学下册第五篇切削工艺知识(一)

金属工

艺学

(下册)

第五篇

切削工艺知识成形工艺基础-切削11

切削:利用切削工具从工件上切除多余材料的加工方法。GB4863-85规定：切屑加工（定义同上）；

切削加工=钳工+机械加工

机械加工—利用机械力对各种工件进行加工的方法。机械加工的方法许多：车、钻、铣、刨和磨等多种，但它们在切削运动、切削刀具、切削过程的物理实质等方面都有着共同的现象和规律。成形工艺基础-切削12第一章金属切削的基础知识

§1切削运动与切削要素

一、零件表面的形成零件表面的组成有：基本表面平面、外、内圆面；成形面：沟、槽、螺纹及齿面等

二、切削运动

1.三个表面成形工艺基础-切削13

在切削加工过程中，工件上存在三个不断变化的表面，即：已加工表面、待加工表面和过渡表面。

1)待加工表面工件上即将切去切屑的表面。

2)已加工表面工件上已切去切屑的表面。

3)过渡表面工件上由切削刃形成的那部分表面，即已加工表面和待加工表面之间的过渡表面。成形工艺基础-切削14

切削运动：刀具与工件之间的相对运动。切削运动又分主运动和进给运动，其中：

1.主运动

由机床或人力提供的主要运动，它促使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具前面接近工件。

2.进给运动是使待加工表面不断地或连续地投入切削并得出所需几何特性的已加工表面的运动。成形工艺基础-切削15切削过程中主运动只有一个；进给运动可以有一个或几个。切削运动的形式有：旋转或直线的。实际的切削运动是一个合成切削运动.

三、切削用量一般，切削用量包括：

切削速度、进给量和背吃刀量。常称为切削三要素成形工艺基础-切削16

m/s

1.切削速度

υｃ(以车削为例)

切削速度υｃ(m/s)是主运动的线速度。νc=式中：D—为工件待加工表面的直径(mm)；n—为转速(r/min)。车削时指工件待加工表面最大直径处线速度.

2.进给量f(mm/r)指(车)刀具相对于工件旋转一转,在进给方向成形工艺基础-切削17

的位移量。

单位为：mm/r或mm/str。

3.背吃力量ap(mm)指工件上已加工表面与待加工表面之间的垂直距离，单位为：mm。式中：d为已加工表面的直径(mm)生产中为提高效率一般对工件分粗、精加工阶段，如粗加工时的选择原则：aP＝成形工艺基础-切削18

“先定ap,次选f,最后定υc”c四、切削层参数

1.切削层公称横截面积AD

在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面积，单位为mm2。

2.切削层公称宽度bD；

3.切削层公称厚度hD且三者间有关系：

AD=bDhDmm2

在车削中可近似认为：AD≈fapmm2成形工艺基础-切削19§2刀具具材料与刀具具构造刀具组成＝切切削部分＋夹夹持部分一、刀具材料料(指切削部分分)1.对刀具材料的的基本要求切削过程中，，刀具的切削削部分要承受受很大的压力力、摩擦、冲冲击和很高的的温度，刀具具切削部分的的材料应具备备以下性能：：1)高的硬度度一般刀具材料料的硬度应在在60HRC以上。成形工艺基础础-切削1102)足够的强强度和韧性又称坚韧性，以承受切削削中的冲击力力和振动，减减少刀具脆性性断裂和崩刃刃。3)耐磨性好好即抵抗磨损的的能力，使刀刀具使用耐久久。4)高的耐热热性是指刀具在高高温下仍能保保持硬度、强强度、韧性和和耐磨性等。。5)工工艺性性能要要好成形工工艺基基础-切削削111为了便便于刀刀具本本身的的制造造，刀刀具材料还还应具具有一一定的的工艺艺性能能,如如:切削性性能、、磨削削性能能、焊焊接性性能及及热处处理性性能等等。2.常常用用刀具具材料料1)碳碳素工工具钢钢T10钢(WC=1%)制手用用钢锯条条、简单单冷作模模;T12钢钢用于制制作铰刀刀、锉刀刀、量具具等2)合金金工具钢钢常用牌号号如9SiCr、Cr12、、CrMn、GCr15等，，成形工艺艺基础-切削112主要用于于制造刃刃具、模模具、量量具等工工具3)高速速钢高速钢是是含W、、Cr、V等合合金元素素较多的的合金工工具钢.其常用牌牌号有:W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等,广泛泛用于制制造形状状复杂的的高速切切削工具具,如：：麻花钻、铣刀刀、拉刀刀、齿轮轮刀具和和其他成成形刀具具。4)硬质质合金根据GB/2075-1998规定定，按被加工材材料成形工艺艺基础-切削113分了三个大（（类）组组；分别用字字母P、M、、K表示(这这些字母母完全是是习惯性，，本身无无其他含含义)。。相应识别别颜色为为蓝、黄、、或红.具体应应用:1)P类类(蓝色色)相当于旧牌号YT类硬质合金金。适宜加工工长切屑屑的黑色色金属，如钢、、铸钢等等。其代代号P01、P10、、P20、P30、P40、、P50等，数字越大大，耐磨磨性越低低而韧性性越高。如车削时时：精车车用P01,半半精车用用P10,P20；成形工艺艺基础-切削114粗车选用用P30。2)M类类(黄色色)相当于旧旧牌号YW类硬硬质合金金适宜加工工长切屑屑或短切切屑的金金属材料料，如钢钢、铸钢钢、不锈锈钢、灰灰铸铁、、有色金金属等。。其代号有有M10、M20、M30、、M40等，数数字越大大，耐磨磨性低而而韧性大大。精车选M10；；半精车车用M20；粗粗车时可可用M30。3)K类类(红色色)相当于旧旧牌号TG类硬硬质合金金成形工艺艺基础-切削115适宜加工工短切屑的的金属或或非金属属材料，，如淬硬钢钢、铸铁铁、铜铝铝合金、、塑料等等，其代代号有K01、、K10、K20、K30、、K40等，数数字大，，耐磨性性降而韧韧性大。。如车削削时：精车选K01；；半精车车K10、K20；粗粗车用K30。。3.新型刀具具材料1)涂层刀具具材料是指通过过气相沉沉积或其其他技术术方法，，在硬质质合金或或高速钢钢的基体体上涂覆覆一薄层层高硬耐耐磨的成形工艺艺基础-切削116难熔金属属或非金金属化合合物而构构成的。。如在硬质质合金表表面上涂涂厚4～～9μm的涂层层时，表表面硬度度可达2500～4200HV，是实现现刀具要要求“面硬而心心韧”的有效效方法之之一。常用的涂涂层材料料有TiC、、TiN、Al2O3等硬质合金金涂层刀刀具寿命命可比原原来提高高1～3倍，高速钢涂涂层后寿寿命提高高2～10倍，世界各各国对涂涂层刀具具运用很很广泛。。处于领领先地位位的瑞典典，在车车削中使使用涂层层硬质合合金刀片片已达70%～～80%。成形工艺艺基础-切削1172)陶瓷刀具具材料按化学成成分可分分为Al2O3基和Si3N4基两类。。陶瓷刀具具硬度高高而耐磨磨，允许许切削速速度达成成12.5m/s，耐耐热性度度可达1200～1450℃℃，其效效率比硬硬质合金金提高了了1～4倍，可可制成刀刀片。用于半精精和精加加工高硬硬度、强强度钢及及冷硬铸铸铁等，，缺点抗抗弯强度度低，冲冲击韧性性差。3)超硬刀具具材料它包括人造聚晶晶金刚石石和立方方氮化硼硼等成形工艺艺基础-切削118人造聚晶晶金刚石石刀具，，硬度极高高(5000HV以上上),耐耐磨性极极好，可可切削硬硬的材料料而长时时间保持持尺寸的的稳定(不宜加工工铁族金金属,为为什么？？)。刀具寿命命比硬质质合金高高几十至至三百倍倍，宜精精细加工工。立方氮化化硼(CBN)的显微微硬度达达8000～9000HV，仅次于天天然金刚石石（10000HV），耐磨性性很好，其其耐热性达达1500℃，且与与铁族材料亲亲和作用小小。成形工艺基基础-切削削119

注意刀具材料的使用性能，工艺性能和价格不同，各种切削条件对刀具要求也各异，应综合考虑，合理地选用刀具材料。

二、刀具角度刀具的种类相当繁多，但其切削部分的结构要素和几何角度有着许多共同的特征,图示。各种刀具就一个刀齿而言，都相当于车刀的刀头。成形工艺基基础-切削削120车刀切削部部分的组成成车刀切削部分有：“三面两刃一一尖”。1.前刀面（简称前面）—指刀具上上切屑流经经的表面。。2.主后刀面（简称后面）—是与工件件上过渡表表面相对的的表面。3.副后刀面（简称副后面）—是与工件件已加工表表面相对的的表面。成形工艺基基础-切削削1214.主切削刃—前刀面与与主后刀面面的交线。。5.副切削刃—前刀面与与副后刀面面的交线。。6.刀尖—指主、副副切削刃汇汇交的部位位，它可以以是圆弧，或是一小小段直线。刀具角度参参考系刀具角度是是确定车刀刀各部分几几何形状的的重要成形工艺基基础-切削削122参数，用于于定义和规定定刀具角度度的各基准准坐标平面面称为参考考系。参考系有有两类：一类为刀具静止参参考系,又称标注参考系系;它是刀具设设计时标注注、刃磨和和测量的基基准，用此此定义的刀刀具角度称称刀具标注角角度；另一类刀具具工作参考系系,又称为动态参考系系.组成刀具静止参考系系的平面，如图，由三平面组成：1.基面Pr成形工艺基基础-切削削123过切削刃选定点并垂直于假定主运运动方向的的平面。车刀基面可可理解为平平行于刀具具底面的水水平面.2.切削平平面Ps过切削刃上上选定点与切削刃相相切并垂直于基面的平平面（主切削平平面以Ps表示，副副切削平面面以Ps，表示）。3.正交平平面Po成形工艺基基础-切削削124过切削刃上上选定点，，并同时垂垂直于基面面和切削平平面的平面面。4.假定工作平平面Pf过切削刃选选定点，垂垂直于基面面并平行与与假定进给给运动方向向的平面。。由于刀具的的参考系在在切削刃上上各点是变变化的，因因此角度的定义义也应指明选定点点。在未指明时时，一般指指切削刃的的基点或刀刀尖。成形工艺基基础-切削削125在正交平面面内测量的的标注角度度见图1.前角角r。前刀面与基基面间的夹夹角。根据前刀面面与基面间间的相对位位置又分别别规定为:正前角、零零度前角和和负前角。作用：影响切削刃刃锋利程度度及强度，，增加前角角可使刀刃刃锋利，切切削力减少少。切削温温度降低，，但过大的的前角会使使刃口强度度降低，容容易造成刃刃口损坏。。成形工艺基基础-切削削126选择原则：：前角的数数值大小与与刀具切削削部分的材材料，被加加工材料、、工作条件件等都有关关系。(1)材料料性脆、强强度低时前前角应取小小值；(2)材料料强度和硬硬度低时，，取较大前前角；(3)有冲冲击的工作作条件时，，前角应取取较小值，，甚至取负负值。在保证刀具具刃口强度度的条件下下，尽量用用大前角。。2.后角αo成形工艺基础础-切削127指主后刀面与与切削平面之之间的夹角。作用：减小后面与与工件之间的的摩擦，和前前角一样影响响刃口的强度度和锋利程度度。选择原则:与前角相似,一般后角值为6°～8°。在基面内测量的角度有有3.主偏角γγ指主切削平面面与假定工作作平面间夹角。作用：影响切切削刃工作长长度、背向力力、刀尖成形工艺基础础-切削128强度度和和散散热热条条件件；；主主偏偏差差越越小小，，背背向向力力越越大大，，切切削削刃刃工工作作长长度度越大大，，散散热热条条件件越越好好。。选择择原原则则：工工件件粗粗大大,刚刚性性好好时时取取较较小小值值,车车细细长长轴轴时时为为减减少少背背向向力力,以以免免工工件件弯弯曲曲,加加工工出出腰腰鼓鼓形形,宜宜选选取取较较大大的的值值,常用用为为45°～75o间。4.副副偏偏角角副切切削削平平面面与与假假定定工工作作平平面面间间的的夹角角作用用：影影响响已已加加工工表表面面的的粗粗糙糙度度，，减减少少副副偏偏角角可可使使被被加加工工表表面面粗粗糙糙值值降降低低。。成形形工工艺艺基基础础-切切削削129选择择原原则则：精精加加工工时时为为提提高高加加工工表表面面的的质质量量，，选选取取较较小小值值，，一一般般为为5°～10°在切切削削平平面面内内侧侧量量的的角角度度有有：：5.刃倾倾角λλs指主切削削刃与基基面间的的夹角，，反映主主切削刃刃对基面面的倾斜斜程度。。作用：影响切切屑流动动方向和和刀尖的的强度。。(1)当当λs为正值时时，刀尖尖在主切切削刃上上的最高高点，切切屑流向向待加工工表面；；成形工艺艺基础-切削130(2)当当λs为负值时时，刀尖尖在主切切削刃上上为最低低点，切切屑流向向已加工工表面；；(3)刃倾倾角为为0°时，切切屑垂垂直于于过渡渡表面面方向流流出。在λs＝＋时时，切切屑的的压力力使刀刀头及及刃口口易损损坏，，刀头头强度度表现现差；；反之之，则则刀头头强度度较好好。选择原原则：精加加工时时取正正值，，粗加加工时时或有有冲击击时取取负值值，一一般情情况下下为0°～5°。成形工工艺基基础-切削削131三、刀刀具结结构刀具结结构种种类很很多,以车车刀为为例介介绍：：1.整整体车车刀切削部部分与与刀杆杆为同同一种种材料料，如如高速速钢车车刀(白钢钢刀),在在有色色金属属加工工中应应用较较多。。2.焊焊接车车刀切削部部分与与刀杆杆不同同材料料,刀刀杆为为中碳碳钢锻锻造,而切切削部部分为为硬质质合金金类刀刀片,运用用硬钎钎焊连连成形工工艺基基础-切削削132接而成成，方方便灵灵活，，尤其其小刀刀具运运用多多。3.机机械夹夹固式式车刀刀按是否否重磨磨又分机夹夹不重重磨式式和机夹重重磨式式两种.其中机机夹不重磨磨时,一刀刃刃用钝后不不需重磨.如图示，只须将夹夹紧螺钉稍稍松，将刀刀片再转过过一刃即可可使用。而机夹重磨式,类似焊焊接车刀,用钝后可重磨.成形工艺基基础-切削削133§3金属属切削过程程一、切屑形成成及种类1.切屑形成成塑性材料的切切屑过程是一一个：挤压变形切离离过程；经历了：弹性变形、塑塑性变形、挤挤裂和切离四阶段.2.切屑的种种类①带状切屑、、②节状切屑屑、③崩碎切切屑成形工艺基础础-切削134二、积屑瘤1.产生（见录像片）2.对切削过过程的影响优点：①硬化刀刃保保护刀具；②增大前角γγ利切削；③粗加工时利利用之。不足：时积时流使工件表面粗粗糙；精加工时，予予以限制。成形工艺基础础-切削135三、切削力以车外圆时为为例：总切削力(F)分解为相相互垂直的三个分力：1.切切削力力FcF在主主运动动方向向上的的分力力；2.进进给力力FfF在进进给方方向上上的分分力；；3.背背向力力FpF在垂垂直于于工作作平面面方向向上的分力力。三个分分力与与总切切削力力有关关系：：成形工工艺基基础-切削削136四、切切削热热与切切削温温度1.切削热热产生生、传传出与与对加加工的的影响响2.切削温温度及及其影影响影响切切削温温度的的主要要因素素：①工件件材料料强强而而硬的的材料料生热热多；；②切削削用量量影影响响程度度依次次排序序为：成形工工艺基基础-切削削137切削速速度、、进给给量、、背吃吃刀量量。③刀具角角度前角大大、主主偏角角小些些都可可使生生热减减少。。3.切切削液液及其其选用用降低切切削热热的一一个有有效途途径是是喷注注切削削液，，可以以降温温。切削液液的功功能可可以归归纳为为：冷却作作用、、润滑滑、清清洗和和防锈锈作用用。生产中中常用用的切切削液液可分分为三三类：：成形工工艺基基础-切削削1381)水水溶液液水为主主，加加有防防锈液液等添添加剂剂。作作用：：冷却却为主主。2)乳乳化液液将乳化化油加加水稀稀释。。不仅仅冷却却而且且兼有有润滑滑作用用。3)切切削油油矿物油油为主主。少少数采采用动动、植植物油油等，，润滑滑为主主。成形工工艺基基础-切削削139五、刀刀具磨磨损和和刀具具耐用用度刀具在在使用用一段段时间间后，，其切切削刃刃变钝钝，以以致无无法使使用。。为此此要讨讨论刀具磨磨损与耐用度度。1.刀刀具磨磨损形形态1)后后刀面面磨损损磨损以以后刀刀面上上的磨磨损宽宽度值值VB表示。2)前前刀面面磨损损在高切切削速速度，，背吃吃刀量量较大大且不不用切切削成形工工艺基基础-切削削140液情况况下，，切塑塑性材材时，，前刀刀面上上出现现月牙牙洼，，前刀刀面的的磨损损量以以最大大深度度值KT表表示。。3)前前后刀刀面同同时磨磨损2.刀刀具磨磨损过过程刀具磨磨损过过程有有三阶阶段，，如图所所示。3.刀刀具耐耐用度度刀具耐耐用度度是指刀具具从刃刃磨开开始使使用，，到刀刀具磨磨损量量达到到磨损损限度度的总总切削削时间间（min）,成形工工艺基基础-切削削141以符符号号T表表示示.刀具具寿寿命命刃刃磨磨后后的的刀刀具具自自开开始始切切削削直直到到磨磨损损量量达达到到磨磨钝钝标标准准所所经经历历的的实实际际切切削削时时间间。。一般般说说:高高速速钢钢钻钻头头的的耐耐用用度度为为80～～120min;硬质质合合金金焊焊接接车车刀刀耐耐用用度度约约为为60min；；硬质质合合金金端端铣铣刀刀的的耐耐用用度度约约为为120～～180min。。成形形工工艺艺基基础础-切切削削142§4材材料料的的切切削削性性一、、概概述述材料料的的切切削削性性：：是指指材材料料用用刀刀具具进进行行切切削削的的难难易易程程度