成形工艺基础切削工艺知识讲解

成形工艺基础-切削11金属工

艺学

(下册)

第五篇

切削工艺知识成形工艺基础-切削12

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13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14

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15

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16

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17

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18

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19

“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110§2刀具材料与刀具构造

刀具组成＝切削部分＋夹持部分

一、刀具材料(指切削部分)

1.对刀具材料的基本要求切削过程中，刀具的切削部分要承受很大的压力、摩擦、冲击和很高的温度，刀具切削部分的材料应具备以下性能：

1)高的硬度一般刀具材料的硬度应在60HRC以上。成形工工艺基基础-切削1112)足够的的强度度和韧韧性又称坚韧性性，以承承受切切削中中的冲冲击力力和振振动，，减少少刀具具脆性性断裂裂和崩崩刃。。3)耐磨性性好即抵抗抗磨损损的能能力，，使刀刀具使使用耐耐久。。4)高的耐耐热性性是指刀刀具在在高温温下仍仍能保保持硬硬度、、强度度、韧韧性和和耐磨磨性等等。5)工艺性性能要要好成形工工艺基基础-切削112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: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.常用刀刀具材材料1)碳素工工具钢钢T10钢(WC=1%)制手用用钢锯锯条、、简单单冷作作模;T12钢用于于制作作铰刀刀、锉锉刀、、量具具等2)合金工工具钢钢常用牌牌号如如9SiCr、Cr12、CrMn、GCr15等，成形工工艺基基础-切削113主要用用于制制造刃刃具、、模具具、量量具等等工具具3)高速钢钢高速钢钢是含含W、Cr、V等合金金元素素较多多的合合金工工具钢钢.其常用用牌号号有:W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等,广泛用用于制制造形形状复复杂的的高速速切削削工具具,如：麻麻花钻、铣铣刀、、拉刀刀、齿齿轮刀刀具和和其他他成形形刀具具。4)硬质合合金根据GB/2075-1998规定，，按被加工工材料料成形工工艺基基础-切削114分了三个大大（类类）组组；分别用用字母母P、M、K表示(这些字字母完完全是是习惯性性，本本身无无其他他含义义)。相应识识别颜颜色为为蓝、黄黄、或或红.具体应应用:1)P类(蓝色)相当于于旧牌号号YT类硬质合合金。。适宜加加工长长切屑屑的黑黑色金金属，如钢钢、铸铸钢等等。其其代号号P01、P10、P20、P30、P40、P50等，数字越越大，，耐磨磨性越越低而而韧性性越高高。如车削削时：：精车车用P01,半精车车用P10,P20；成形工工艺基基础-切削115粗车选选用P30。2)M类(黄色)相当于于旧牌牌号YW类硬质质合金金适宜加加工长长切屑屑或短短切屑屑的金金属材材料，，如钢钢、铸铸钢、、不锈锈钢、、灰铸铸铁、、有色色金属属等。。其代号号有M10、M20、M30、M40等，数数字越越大，，耐磨磨性低低而韧韧性大大。精车选选M10；半精精车用用M20；粗车车时可可用M30。3)K类(红色)相当于于旧牌牌号TG类硬质质合金金成形工工艺基基础-切削116适宜加加工短切屑屑的金金属或或非金金属材材料，，如淬硬硬钢、、铸铁铁、铜铜铝合合金、、塑料料等，，其代代号有有K01、K10、K20、K30、K40等，数数字大大，耐耐磨性性降而而韧性性大。。如车车削时时：精车选选K01；半精精车K10、K20；粗车车用K30。3.新型刀刀具材材料1)涂层刀刀具材材料是指通通过气气相沉沉积或或其他他技术术方法法，在在硬质质合金金或高高速钢钢的基基体上上涂覆覆一薄薄层高高硬耐耐磨的的成形工工艺基基础-切削117难熔金金属或或非金金属化化合物物而构构成的的。如在硬硬质合合金表表面上上涂厚厚4～9μm的涂层层时，，表面面硬度度可达达2500～4200HV，是实实现刀刀具要要求“面硬而而心韧韧”的有效效方法法之一一。常用的的涂层层材料料有TiC、TiN、Al2O3等硬质合合金涂涂层刀刀具寿寿命可可比原原来提提高1～3倍，高速钢钢涂层层后寿寿命提提高2～10倍，世界界各国国对涂涂层刀刀具运运用很很广泛泛。处处于领领先地地位的的瑞典典，在在车削削中使使用涂涂层硬硬质合合金刀刀片已已达70%～80%。成形工工艺基基础-切削1182)陶瓷刀刀具材材料按化学学成分分可分分为Al2O3基和Si3N4基两类类。陶瓷刀刀具硬硬度高高而耐耐磨，，允许许切削削速度度达成成12.5m/s，耐热热性度度可达达1200～1450℃℃，其效效率比比硬质质合金金提高高了1～4倍，可可制成成刀片片。用于半半精和和精加加工高高硬度度、强强度钢钢及冷冷硬铸铸铁等等，缺缺点抗抗弯强强度低低，冲冲击韧韧性差差。3)超硬刀刀具材材料它包括括人造聚聚晶金金刚石石和立立方氮氮化硼硼等成形工工艺基基础-切削119人造聚聚晶金金刚石石刀具具，硬度极极高(5000HV以上),耐磨性性极好好，可可切削削硬的的材料料而长长时间间保持持尺寸寸的稳稳定(不宜加加工铁铁族金金属,为什么么？)。刀具寿寿命比比硬质质合金金高几几十至至三百百倍，，宜精精细加加工。。立方氮氮化硼硼(CBN)的显微微硬度度达8000～9000HV，仅次次于天天然金金刚石石（10000HV），耐耐磨性性很好好，其其耐热热性达达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120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121车刀切切削部部分的的组成成车刀切切削部部分有有：“三面两两刃一一尖”。1.前刀面面（简称称前面）—指刀具具上切切屑流流经的的表面面。2.主后后刀刀面面（简简称称后面面）—是与与工工件件上上过过渡渡表表面面相相对对的的表表面面。。3.副后后刀刀面面（简简称称副后后面面）—是与与工工件件已已加加工工表表面面相相对对的的表表面面。。成形形工工艺艺基基础础-切削削1224.主切切削削刃刃—前刀刀面面与与主主后后刀刀面面的的交交线线。。5.副切切削削刃刃—前刀刀面面与与副副后后刀刀面面的的交交线线。。6.刀尖尖—指主主、、副副切切削削刃刃汇汇交交的的部部位位，，它它可可以以是是圆弧弧，或或是是一一小小段段直线线。刀具具角角度度参参考考系系刀具具角角度度是是确确定定车车刀刀各各部部分分几几何何形形状状的的重重要要成形形工工艺艺基基础础-切削削123参数数，，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，如如图图，，由由三平平面面组成成：：1.基面面Pr成形形工工艺艺基基础础-切削削124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.切削削平平面面Ps过切切削削刃刃上上选定定点点与切切削削刃刃相相切切并并垂直直于基基面面的的平平面面（主主切切削削平平面面以以Ps表示示，，副副切切削削平平面面以以Ps，表示示））。。3.正交交平平面面Po成形形工工艺艺基基础础-切削削125过切切削削刃刃上上选选定定点点，，并并同同时时垂垂直直于于基基面面和和切切削削平平面面的的平平面面。。4.假定定工工作作平平面面Pf过切切削削刃刃选选定定点点，，垂垂直直于于基基面面并并平平行行与与假假定定进进给给运运动动方方向向的的平平面面。。由于于刀刀具具的的参参考考系系在在切切削削刃刃上上各各点点是是变变化化的的，，因因此此角度度的的定定义义也也应应指明明选选定定点点。在未未指指明明时时，，一一般般指指切切削削刃刃的的基基点点或或刀刀尖尖。成形形工工艺艺基基础础-切削削126在正正交交平平面面内内测测量量的的标标注注角角度度见见图图1.前角角r。前刀刀面面与与基基面面间间的的夹夹角角。根据据前前刀刀面面与与基基面面间间的的相相对对位位置置又又分分别别规规定定为为:正前前角角、、零零度度前前角角和和负负前前角角。作用用：影响响切切削削刃刃锋锋利利程程度度及及强强度度，，增增加加前前角角可可使使刀刀刃刃锋锋利利，，切切削削力力减减少少。。切切削削温温度度降降低低，，但但过过大大的的前前角角会会使使刃刃口口强强度度降降低低，，容容易易造造成成刃刃口口损损坏坏。。成形形工工艺艺基基础础-切削削127选择择原原则则：：前前角角的的数数值值大大小小与与刀刀具具切切削削部部分分的的材材料料，，被被加加工工材材料料、、工工作作条条件件等等都都有有关关系系。。(1)材料料性性脆脆、、强强度度低低时时前前角角应应取取小小值值；；(2)材料料强强度度和和硬硬度度低低时时，，取取较较大大前前角角；；(3)有冲冲击击的的工工作作条条件件时时，，前前角角应应取取较较小小值值，，甚甚至至取取负负值值。。在保保证证刀刀具具刃刃口口强强度度的的条条件件下下，，尽尽量量用用大大前前角角。。2.后角角αo成形形工工艺艺基基础础-切削削128指主主后后刀刀面面与与切切削削平平面面之之间间的的夹夹角角。作用用：减减小小后后面面与与工工件件之之间间的的摩摩擦擦，，和和前前角角一一样样影影响响刃刃口口的的强强度度和和锋锋利利程程度度。。选择择原原则则:与前前角角相相似似,一般般后角角值值为为6°～8°。在基面面内内测量量的的角角度度有有3.主偏偏角角γ指主主切切削削平平面面与与假假定定工工作作平平面面间间夹夹角角。。作用用：：影影响响切切削削刃刃工工作作长长度度、、背背向向力力、、刀刀尖尖成形工艺艺基础-切削129强度和散散热条件件；主偏偏差越小小，背向向力越大大，切削削刃工作作长度越大，散散热条件件越好。。选择原则则：工件粗粗大,刚性好时时取较小小值,车细长轴轴时为减减少背向向力,以免工件件弯曲,加工出腰腰鼓形,宜选取较较大的值值,常用为45°～75o间。4.副偏角副切削平平面与假假定工作作平面间间的夹角角作用：影响已已加工表表面的粗粗糙度，，减少副副偏角可可使被加加工表面面粗糙值值降低。。成形工艺艺基础-切削130选择原则则：精加工工时为提提高加工工表面的的质量，，选取较较小值，，一般为为5°～10°在切削平平面内侧侧量的角角度有：：5.刃倾角λs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131(2)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)刃倾角为为0°时，切屑屑垂直于于过渡表表面方向向流出。。在λs＝＋时，，切屑的的压力使使刀头及及刃口易易损坏，，刀头强强度表现现差；反反之，则则刀头强强度较好好。选择原则则：精加工工时取正正值，粗粗加工时时或有冲冲击时取取负值，，一般情情况下为为0°～5°。成形工艺艺基础-切削132三、刀具具结构刀具结构构种类很很多,以车刀为为例介绍绍：1.整体车刀刀切削部分分与刀杆杆为同一一种材料料，如高高速钢车车刀(白钢刀),在有色金金属加工工中应用用较多。。2.焊接车刀刀切削部分分与刀杆杆不同材材料,刀杆为中中碳钢锻锻造,而切削部部分为硬硬质合金金类刀片片,运用硬钎钎焊连成形工艺艺基础-切削133接而成，，方便灵灵活，尤尤其小刀刀具运用用多。3.机械夹固固式车刀刀按是否重重磨又分机夹不不重磨式式和机夹重磨磨式两种.其中机夹夹不重磨时,一刀刃用用钝后不不需重磨磨.如图示，，只须将将夹紧螺螺钉稍松松，将刀刀片再转转过一刃刃即可使使用。而机夹重磨式,类似焊接接车刀,用钝后可可重磨.成形工艺艺基础-切削134§3金属切削削过程一、切屑屑形成及及种类1.切屑形成成塑性材料料的切屑屑过程是是一个：：挤压变形形切离过过程；经历了了：弹性变形形、塑性性变形、、挤裂和和切离四阶段.2.切屑的种种类①带状切切屑、②②节状切切屑、③③崩碎切切屑成形工艺艺基础-切削135二、积屑屑瘤1.产生（见录像片片）2.对切削过过程的影影响优点：①硬化刀刀刃保护护刀具；；②增大前前角γ利切削；；③粗加工工时利用用之。不足：时积时流流使工件表表面粗糙糙；精加工时时，予以以限制。。成形工艺艺基础-切削136三、切削削力以车外圆圆时为例例：总切削力力(F)分解为相相互垂直直的三个分力力：1.切削力FcF在主运动动方向上上的分力力；2.进给力FfF在进给方方向上的的分力；；3.背向力FpF在垂直于于工作平平面方向向上的分分力。三个分力力与总切切削力有有关系：：成形工艺艺基础-切削137四、切削削热与切切削温度度1.切削热产产生、传传出与对对加工的的影响2.切削温度度及其影影响影响切削削温度的的主要因因素：①工件材材料强强而硬硬的材料料生热多多；②切削用用量影影响程程度依次次排序为为：成形工艺艺基础-切削138切削速度度、进给给量、背背吃刀量量。③刀具角度度前角大、、主偏角角小些都都可使生生热减少少。3.切削液及及其选用用降低切削削热的一一个有效效途径是是喷注切切削液，，可以降降温。切削液的的功能可可以归纳纳为：冷却作用用、润滑滑、清洗洗和防锈锈作用。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1391)水溶液水为主，，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140五、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.刀具磨损损形态1)后刀面磨磨损磨损以后后刀面上上的磨损损宽度值值VB表示。2)前刀面磨磨损在高切削削速度，，背吃刀刀量较大大且不用用切削成形工艺艺基础-切削141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表示。3)前后刀面面同时磨磨损2.刀具磨损损过程刀具磨损损过程有有三阶段段，如图图所示。。3.刀具耐用用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（