成形工艺基础切削

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刀刀具材材料与刀刀具构造造刀具组成成＝切削削部分＋＋夹持部部分一、刀具具材料(指切削削部分)1.对刀具材材料的基基本要求求切削过程程中，刀刀具的切切削部分分要承受受很大的的压力、、摩擦、、冲击和和很高的的温度，，刀具切切削部分分的材料料应具备备以下性性能：1)高的的硬度一般刀具具材料的的硬度应应在60HRC以上。。成形工艺艺基础-切削1102)足够够的强度度和韧性性又称坚韧性，以承受受切削中中的冲击击力和振振动，减减少刀具具脆性断断裂和崩崩刃。3)耐磨磨性好即抵抗磨磨损的能能力，使使刀具使使用耐久久。4)高的的耐热性性是指刀具具在高温温下仍能能保持硬硬度、强强度、韧韧性和耐耐磨性等等。5)工艺艺性能要要好成形工艺艺基础-切削111为了便于于刀具本本身的制制造，刀刀具材料还应应具有一一定的工工艺性能能,如:切削性能能、磨削削性能、、焊接性性能及热热处理性性能等。2.常常用刀具具材料1)碳素素工具钢钢T10钢钢(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)高速钢高速钢是含W、Cr、V等合金元元素较多的合合金工具钢.其常用牌号有有:W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等,广泛用于于制造形状复复杂的高速切切削工具,如如：麻花钻、铣刀、拉拉刀、齿轮刀刀具和其他成成形刀具。4)硬质合金金根据GB/2075-1998规定定，按被加工材料成形工艺基础础-切削113分了三个大（类））组；分别用字母P、M、K表示(这些字字母完全是习惯性，本身身无其他含义义)。相应识别颜色色为蓝、黄、或红红.具体应用:1)P类(蓝蓝色)相当于旧牌号YT类类硬质合金。适宜加工长切切屑的黑色金金属，如钢、铸钢钢等。其代号号P01、P10、P20、P30、P40、、P50等，，数字越大，耐耐磨性越低而而韧性越高。如车削时：精精车用P01,半精车用用P10,P20；成形工艺基础础-切削114粗车选用P30。2)M类(黄黄色)相当于旧牌号号YW类硬质质合金适宜加工长切切屑或短切屑屑的金属材料料，如钢、铸铸钢、不锈钢钢、灰铸铁、、有色金属等等。其代号有M10、M20、M30、、M40等，，数字越大，，耐磨性低而而韧性大。精车选M10；半精车用用M20；粗粗车时可用M30。3)K类(红红色)相当于旧牌号号TG类硬质质合金成形工艺基础础-切削115适宜加工短切屑的金属属或非金属材材料，如淬硬钢、铸铸铁、铜铝合合金、塑料等等，其代号有有K01、K10、K20、K30、K40等等，数字大，，耐磨性降而而韧性大。如如车削时：精车选K01；半精车K10、K20；粗车用用K30。3.新型刀具材料料1)涂层刀具材料料是指通过气相相沉积或其他他技术方法，，在硬质合金金或高速钢的的基体上涂覆覆一薄层高硬硬耐磨的成形工艺基础础-切削116难熔金属或非非金属化合物物而构成的。。如在硬质合金金表面上涂厚厚4～9μm的涂层时，，表面硬度可可达2500～4200HV，是实现刀具具要求“面硬而心韧”的有效方法法之一。常用的涂层材材料有TiC、TiN、Al2O3等硬质合金涂层层刀具寿命可可比原来提高高1～3倍，，高速钢涂层后后寿命提高2～10倍，世界各国对对涂层刀具运运用很广泛。。处于领先地地位的瑞典，，在车削中使使用涂层硬质质合金刀片已已达70%～～80%。成形工艺基础础-切削1172)陶瓷刀具材料料按化学成分可可分为Al2O3基和Si3N4基两类。陶瓷刀具硬度度高而耐磨，，允许切削速速度达成12.5m/s，耐热性度度可达1200～1450℃，其效效率比硬质合合金提高了1～4倍，可可制成刀片。。用于半精和精精加工高硬度度、强度钢及及冷硬铸铁等等，缺点抗弯弯强度低，冲冲击韧性差。。3)超硬刀具材料料它包括人造聚晶金刚刚石和立方氮氮化硼等成形工艺基础础-切削118人造聚晶金刚刚石刀具，硬度极高(5000HV以上),耐耐磨性极好，，可切削硬的的材料而长时时间保持尺寸寸的稳定(不宜加工铁族族金属,为什什么？)。刀具寿命比硬硬质合金高几几十至三百倍倍，宜精细加加工。立方氮化硼(CBN)的的显微硬度达达8000～9000HV，仅次于天然然金刚石（10000HV），耐磨性很很好，其耐热热性达1500℃，且与与铁族材材料亲亲和作作用小小。成形工工艺基基础-切削削119适于加加工高高硬、、难切切材料料。注意刀刀具材材料的的使用用性能能，工工艺性性能和和价格格不同同，各各种切切削条条件对对刀具具要求求也各各异，，应综综合考考虑，，合理理地选选用刀刀具材材料。。二、刀刀具角角度刀具的的种类类相当当繁多多，但但其切切削部部分的的结构构要素素和几几何角角度有有着许许多共共同的的特征征,图示。各种刀刀具就就一个刀刀齿而而言，，都相相当于于车刀刀的刀刀头。。成形工工艺基基础-切削削120车刀切切削部部分的的组成成车刀切切削部分有有：“三面两两刃一一尖”。1.前刀面面（简称称前面）—指刀刀具上上切屑屑流经经的表表面。。2.主后刀刀面（简称称后面）—是与与工件件上过过渡表表面相相对的的表面面。3.副后刀刀面（简称称副后面面）—是与与工件件已加加工表表面相相对的的表面面。成形工工艺基基础-切削削1214.主切削削刃—前刀刀面与与主后后刀面面的交交线。。5.副切削削刃—前刀刀面与与副后后刀面面的交交线。。6.刀尖—指主主、副副切削削刃汇汇交的的部位位，它它可以以是圆弧，或是是一小小段直线。刀具角角度参参考系系刀具角角度是是确定定车刀刀各部部分几几何形形状的的重要要成形形工工艺艺基基础础-切切削削122参数数，，用用于于定义义和和规规定定刀刀具具角角度度的的各各基基准准坐坐标标平平面面称称为为参参考考系系。参参考考系系有有两两类类：：一类类为为刀具具静静止止参参考考系系,又又称称标注注参参考考系系;它是是刀刀具具设设计计时时标标注注、、刃刃磨磨和和测测量量的的基基准准，，用用此此定定义义的的刀刀具具角角度度称称刀具具标标注注角角度度；另一一类类刀刀具具工作作参参考考系系,又又称称为为动态态参参考考系系.组成成刀刀具具静止止参参考考系系的的平平面面，如图图，由由三平平面面组成成：：1.基基面面Pr成形形工工艺艺基基础础-切切削削123过切切削削刃刃选定定点点并垂直直于假假定定主主运运动动方方向向的的平平面面。。车刀刀基基面面可可理理解解为为平平行行于于刀刀具具底底面面的的水水平平面面.2.切削削平面Ps过切削刃刃上选定点与切削刃刃相切并并垂直于基面的的平面（主切削削平面以以Ps表表示，副副切削平平面以Ps，表示）。。3.正交交平面Po成形工艺艺基础-切削124过切削刃刃上选定定点，并并同时垂垂直于基基面和切切削平面面的平面面。4.假定工作作平面Pf过切削刃刃选定点点，垂直直于基面面并平行行与假定定进给运运动方向向的平面面。由于刀具具的参考考系在切切削刃上上各点是是变化的的，因此此角度的定定义也应应指明选定定点。在未指明明时，一一般指切切削刃的的基点或或刀尖。成形工工艺基基础-切削削125在正交交平面面内测测量的的标注注角度度见图1.前前角角r。。前刀面面与基基面间间的夹夹角。根据前前刀面面与基基面间间的相相对位位置又又分别别规定为为:正前角角、零零度前前角和和负前前角。作用：影响切切削刃刃锋利利程度度及强强度，，增加加前角角可使使刀刃刃锋利利，切切削力力减少少。切切削温温度降降低，，但过过大的的前角角会使使刃口口强度度降低低，容容易造造成刃刃口损损坏。。成形工工艺基基础-切削削126选择原原则：：前角角的数数值大大小与与刀具具切削削部分分的材材料，，被加加工材材料、、工作作条件件等都都有关关系。。(1)材料料性脆脆、强强度低低时前前角应应取小小值；；(2)材料料强度度和硬硬度低低时，，取较较大前前角；；(3)有冲冲击的的工作作条件件时，，前角角应取取较小小值，，甚至至取负负值。。在保证证刀具具刃口口强度度的条条件下下，尽尽量用用大前前角。。2.后后角ααo成形工工艺基基础-切削削127指主后后刀面面与切切削平平面之之间的的夹角。作用：减小小后面面与工工件之之间的的摩擦擦，和和前角角一样样影响响刃口口的强强度和和锋利利程度度。选择原则:与前角相似似,一般后角值为6°～8°。在基面内测量的角度度有3.主偏角角γ指主切削平平面与假定定工作平面面间夹角。作用：影响响切削刃工工作长度、、背向力、、刀尖成形工艺基基础-切削削128强度和散热热条件；主主偏差越小小，背向力力越大，切切削刃工作作长度越大，散热热条件越好好。选择原则：工件粗大大,刚性好好时取较小小值,车细细长轴时为为减少背向向力,以免免工件弯曲曲,加工出出腰鼓形,宜选取较较大的值,常用为45°～75o间。4.副偏角角副切削平面面与假定工工作平面间间的夹角作用：影响已加加工表面的的粗糙度，，减少副偏偏角可使被被加工表面面粗糙值降降低。成形工艺基基础-切削削129选择原则：精加工时时为提高加加工表面的的质量，选选取较小值值，一般为为5°～10°在切削平面面内侧量的的角度有：：5.刃倾角角λs指主切削刃刃与基面间间的夹角，，反映主切切削刃对基基面的倾斜斜程度。作用：影响切屑屑流动方向向和刀尖的的强度。(1)当λλs为正值时，，刀尖在主主切削刃上上的最高点点，切屑流流向待加工工表面；成形工艺基础础-切削130(2)当λs为负值时，刀刀尖在主切削削刃上为最低低点，切屑流流向已加工表表面；(3)刃倾角角为0°时，切屑垂直直于过渡表面面方向流出。在λs＝＋时，切屑屑的压力使刀刀头及刃口易易损坏，刀头头强度表现差差；反之，则则刀头强度较较好。选择原则：精加工时取取正值，粗加加工时或有冲冲击时取负值值，一般情况况下为0°～5°。成形工艺基础础-切削131三、刀具结构构刀具结构种类类很多,以车车刀为例介绍绍：1.整体车刀刀切削部分与刀刀杆为同一种种材料，如高高速钢车刀(白钢刀),在有色金属属加工中应用用较多。2.焊接车刀刀切削部分与刀刀杆不同材料料,刀杆为中中碳钢锻造,而切削部分分为硬质合金金类刀片,运运用硬钎焊连连成形工艺基础础-切削132接而成，方便便灵活，尤其其小刀具运用用多。3.机械夹固固式车刀按是否重磨又又分机夹不重磨磨式和机夹重磨式两种.其中机夹不重磨时,一刀刃用用钝后不需重重磨.如图示，只须将夹紧紧螺钉稍松，，将刀片再转转过一刃即可可使用。而机夹重磨式,类似焊接接车刀,用钝钝后可重磨.成形工艺基础础-切削133§3金属切切削过程一、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.切削力FcF在主运动方方向上的分力力；2.进给力FfF在进给方向向上的分力；；3.背向力FpF在垂直于工工作平面方向向上的分力。三个分力与总总切削力有关关系：成形工艺基础础-切削136四、切削热与与切削温度1.切削热产生、、传出与对加加工的影响2.切削温度及其其影响影响切削温度度的主要因素素：①工件材料强强而硬的的材料生热多多；②切削用量影影响程度度依次排序为为：成形工艺基础础-切削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。生产中常常用的切切削液可可分为三三类：成形工艺艺基础-切削1381)水溶溶液水为主，，加有防防锈液等等添加剂剂。作用用：冷却却为主。。2)乳化化液将乳化油油加水稀稀释。不不仅冷却却而且兼兼有润滑滑作用。。3)切削削油矿物油为为主。少少数采用用动、植植物油等等，润滑滑为主。。成形工艺艺基础-切削139五、刀具具磨损和和刀具耐耐用度刀具在使使用一段段时间后后，其切切削刃变变钝，以以致无法法使用。。为此要要讨论刀具磨损损与耐用度。1.刀具具磨损形形态1)后刀刀面磨损损磨损以后后刀面上上的磨损损宽度值值VB表示。2)前刀刀面磨损损在高切削削速度，，背吃刀刀量较大大且不用用切削成形工艺艺基础-切削140液情况下下，切塑塑性材时时，前刀刀面上出出现月牙牙洼，前前刀面的的磨损量量以最大大深度值值KT表表示。3)前后后刀面同同时磨损损2.刀具具磨损过过程刀具磨损损过程有有三阶段段，如图所示示。3.刀具具耐用度度刀具耐用用度是指刀具从从刃磨开开始使用用，到刀刀具磨损损量达到到磨损限限度的总总切削时时间（min））,成形工艺艺基础-切削141以符号T表示.刀具寿命命刃磨后后的刀具具自开始始切削直直到磨损损量达到到磨钝标标准所经经历的实实际切削削时间。。一般说:高速钢钢钻头的的耐用度度为80～120min;硬质合金金焊接车车刀耐用用度约为为60min；；硬质合金金端铣刀刀的耐用用度约为为120～180min。成形工艺艺基础-切削142§4材材料的切切削性一、概述述材料的切削削性：是指材料用用刀具进行行切削的难难易程度。。二、常用材材料的切削削性1.结构钢钢1)低碳钢性软而韧，，易生鳞