专题一：绪论、金属切削原理与刀具

1专题一

金属切削原理与刀具2专题一金属切削原理与刀具一、切削变形二、切削过程的物理现象

切削力的产生、切削热的产生、积屑瘤的形成、表面变形强化与残余应力。Ⅰ--塑性变形和剪切滑移区域，也是切屑形成区。Ⅱ--前刀面与切屑底面摩擦变形区域，也是积屑瘤形成区域。Ⅲ--后刀面与已加工表面摩擦、挤压变形区，工件加工硬化及残余应力形成区域。3专题一金属切削原理与刀具4专题一金属切削原理与刀具产生原因

克服金属层的弹塑性变形及切削过程的各种摩擦。总切削力F可分解为：切削力-Fc进给力-Ff背向力-Fp

对工艺过程影响：产生振动、工件夹紧、工件变形等。

切削力5专题一金属切削原理与刀具影响切削力的因素

影响切削力的因素很多，凡是影响切削变形和摩擦系数的因素都会影响切削力。主要影响因素有：1.工件材料一般讲，材料的硬度越大、强度越高，则切削力越大。在强度、硬度相近的材料中，塑性、韧性大的，或加工硬化严重的材料，由于切削时产生的摩擦力较大，故切削力也大。所以，在同等条件下，脆性材料的切削力一般小于塑性材料。2.切削用量切削用量三要素中，背吃刀量ap和进给量f对切削力的影响较大，切削速度vc的影响相对较小。3.刀具几何参数4.其他因素刀具材料、刀具磨损等。同等条件陶瓷、硬质合金、高速钢刀具切削力依次变大。

6专题一切削加工工艺基础（一）切削热

切削热来自何处？

三个变形区Ⅰ－基本变形区：晶格

滑移、扭曲，材料

剪切变形;Ⅱ－切屑与前刀面摩擦

变形区;Ⅲ－工件已加工表面与

后刀面间的摩擦变

形区。

7专题一金属切削原理与刀具切削热的传散途径刀具、工件（此途径最有害）切屑介质（空气或切削液）不加切削液时，传热量排序：

切屑刀具工件介质。8专题一金属切削原理与刀具产生原因：塑性材料，中等切速（25-50m/min）(高速V≧100m/min

低速V≦5m/min）有利方面：加大前角，保护刀尖

不利方面：时生时灭，动态变化，影响尺寸精度和表面粗糙度

积屑瘤（光盘36秒）9专题一金属切削原理与刀具表面变形强化：加工塑性材料时，工件已加工表层的硬度提高，塑性下降的现象称为表面变形强化。残余应力：外力消失后，残存在材料内部保持总体平衡的内应力。强化—应力—变形。力、热的综合作用，同时产生变形强化和残余应力减少残余应力，必须减少切削力和切削热。表面变形强化与残余应力10专题一金属切削原理与刀具第二节金属切削刀具一、常用刀具种类按刀具用途分类切刀孔加工刀具拉刀铣刀螺纹刀具齿轮刀具磨具专题一金属切削原理与刀具按切削刃特点分类单刃刀具多刃刀具按结构特点分类整体式装配式12专题一金属切削原理与刀具按工艺特点分类通用刀具定尺寸刀具成形刀具13专题一金属切削原理与刀具二.刀具结构（以外圆车刀为例）

切削刀具的种类很多，形状复杂，但它们的切削部分的几何形状和参数都有共同的特征：切削部分的基本形态为楔形。车刀是最典型的楔形刀头的代表，其它刀具可以视为由车刀演变或组合而成。国际标准化组织（ISO）在确定金属切削刀具的工作部分几何形状的通用术语时，就是以车刀切削部分为基础的。为什么要以外圆车刀为例？

是因为：14专题一金属切削原理与刀具

刀具结构（以外圆车刀为例）刀体刀柄15专题一金属切削原理与刀具

副后刀面

主切削刃副切削刃主后刀面前刀

面刀尖一尖两刃三面刀具结构(以车刀为例)16三、车刀的结构类型专题一金属切削原理与刀具17专题一金属切削原理与刀具四、刀具的几何角度

1.确定刀具角度的静止参考系182.

刀具标注角度（几何角度）专题一金属切削原理与刀具前角

－前刀面与基面的夹角，在正交平面中测量。背前角－前刀面与基面的夹角，在背平面中测量。后角－主后刀面与切削平面间的夹角,在正交平面中测量。背后角－主后刀面与切削平面间的夹角,在背平面中测量。主偏角－切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面内测量。副偏角－副切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面内测量。刃倾角－主切削刃与基面间的夹角，在切削平面中测量。192.

刀具标注角度（几何角度）--正交平面参考系专题一金属切削原理与刀具前角－前刀面与基面的夹角，在正交平面中测量。后角－主后刀面与切削平面间的夹角,在正交平面中测量。主偏角－切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面内测量。副偏角－副切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面内测量。刃倾角－主切削刃与基面间的夹角，在切削平面中测量。20专题一金属切削原理与刀具刀具标注角度示例21

3.刀具的工作角度

进给运动对工作前、后角的影响专题一金属切削原理与刀具22专题一金属切削原理与刀具车槽刀刀尖高低对工作前、后角的影响23专题一金属切削原理与刀具刀柄倾斜安装对工作主副偏角的影响244.刀具角度对切削加工的影响专题一金属切削原理与刀具25专题一金属切削原理与刀具26专题一金属切削原理与刀具27专题一金属切削原理与刀具285.切屑的种类专题一金属切削原理与刀具带状切屑崩碎切屑挤裂切屑29专题一金属切削原理与刀具还有两种分类法（参考）材料塑性材料脆性专题一金属切削原理与刀具五、刀具材料

1.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一定的工艺性其次，还需有良好的物理性能、稳定的化学性能和经济性。31专题一金属切削原理与刀具2.常用刀具材料种类（1）工具钢

包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢。碳素工具钢(如T10A、T12A)及合金工具钢(如9SiCr、CrWMn)，因耐热性较差通常仅用于手工工具和切削速度较低的刀具。高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。别名：风钢：良好的淬透性，空气中冷却就可得到高硬度。锋钢：刃容锋利。白钢：磨光后，表面光亮。32专题一金属切削原理与刀具

较高的热稳定性：切削温度高达500-650℃，与碳素工具钢，合金工具钢相比，切削速度提高1-3倍，耐用度提高10-40倍，可加工有色金属至高温合金，可加工的材料范围广。

高强度和韧性：抗弯强度为硬质合金的2-3倍数，是陶瓷的5-6倍，韧性比它们高几十倍。

一定的硬度（HRC63-70）：耐磨性好，适合各类切削刀具的要求，也可用于在刚性较差的机床上加工。

刀具制造工艺简单：能锻造，制作形状复杂刀具，大型成型刀具（这一点极为重要），如钻头、丝锥、成型刀具、拉刀、齿轮刀具。高速钢特点：33专题一金属切削原理与刀具

材料性能较硬质合金和陶瓷稳定，在自动机床上使用可靠。因此，尽管各种新型刀具材料不断出现，高速钢仍占现用刀具材料的一半以上。高速钢分：普通高速钢（通用型）、高性能高速钢和粉末冶金高速钢）高性能高速钢：再加入一些合金、性能高。粉末冶金高速钢：制造工艺不同，性能高。34专题一金属切削原理与刀具（2）硬质合金

硬质合金的分类、使用性能ISO（国际标准化组织）将切削用硬质合金分三类：即P、K、M三类。P类：用于加工长切屑的黑色金属，相当于旧国标YT类。

适宜加工长切屑的塑性金属材料，如普通碳钢、合金钢等。其牌号有P01、P10、P20、P30、P40、P50等，数字愈大耐磨性愈低而韧性愈高，所以，精加工可用P01，半精加工选用Pl0、P20，粗加工宜用P30。K类：适宜加工短切屑的脆性金属和有色金属材料，如灰铸铁、耐热合金、铜铝合金等短切屑的黑色金属、有色金属和非金属材料，相当于旧国标YG类。

其牌号有K01、K10、K20、K30、K40等,数字愈大耐磨性愈低而韧性愈高，所以精加工可用K01,半精加工选用K10、k20,粗加工宜用K30。35专题一金属切削原理与刀具

M类：用于加工长或短切屑的黑色金属和有色金属，具

有较好的综合切削性能，如普通碳钢、铸钢、冷硬铸铁、耐热钢、高锰钢、有色金属等。其牌号有M10、M20、M30、M40相当于旧国标YW类。数字愈大耐磨性愈低而韧性愈高，所以，精加工可用M10、半精加工选用M20、粗加工宜用M30。现代加工材料中90～95%可用P和K类硬质合金加工，5～10%可用M类硬质合金加工。(3)涂层刀具材料在硬质合金或高速钢基体上，涂敷一层几微米厚的高硬度、高耐磨性的金属化合物(如碳化钛、氮化钛、氧化铝等)而制成的。涂层硬质合金的刀具寿命至少可提高l～3倍，涂层高速钢的刀具寿命可提高2～10倍。36专题一金属切削原理与刀具（4）超硬刀具材料

包括陶瓷、立方氮化硼和人造聚晶金刚石。

陶瓷：陶瓷刀是以纯AL2O3或以AL2O3为主要成份添加一定量的金属元素或金属碳化物，在高温下烧结而成的一种刀具材料。硬度：91～95HRA,耐磨性很好。红硬温度：1200度。切削速度：常用100～400m/min.最高750m/min。切削效率：比硬质合金提高1～4倍。缺点：抗弯强度低，冲击韧性差。主要应用：冷硬铸铁、高硬钢和高强钢等难加工材料的半精加工和精加工。

37专题一金属切削原理与刀具金刚石是目前世界上已发现的最硬的一种材料。金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性等性能，近年来，由于数控机床的普及和数控加工技术的高速发展，可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具的应用日渐普及。金刚石刀具现在和将来都是数控加工中不可缺少的重要刀具。

硬度：人造5000HV,天然10000HV，耐磨性及好。红硬温度：700至800度。切削速度：最高可达2400m/min。耐用度：比硬质合金高几十至300倍。缺点：抗弯强度和冲击韧性很差。与铁的亲和力很强，不宜加工黑色金属。主要应用：在有色金属和非金属加工中得到广泛的应用，尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中，如轿车发动机缸体、缸盖、变速箱和各种活塞等的加工中，金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具。38专题一金属切削原理与刀具立方氮化硼是氮化硼的同素异构体，其结构与金刚石相似，硬度高达8000至9000HV,耐热度达1400℃，耐磨性好。近年来开发的多晶立方氮化硼（PCBN）是在高温高压下将微细的CBN颗粒通过结合相烧结在一起的多晶材料，既能胜任淬硬钢（45至65HRC

）、轴承钢（60至64HRC）、高速钢（63至66HRC）、冷硬铸铁的粗车和精车，又能胜任高温合金、热喷涂材料、硬质合金及其他难加工材料的高速切削加工。

（超硬刀具录像20分33秒）

39专题一金属切削原理与刀具六、刀具的磨损及刀具耐用度

１．刀具的磨损形式及过程刀具的磨损形式:前刀面磨损；后刀面磨损；前、后刀面同时磨损.40专题一金属切削原理与刀具刀具的磨损过程:初期磨损阶段正常磨损阶段急剧磨损阶段刃磨后的刀具前、后刀面上的高低不平，受到切屑的冲击和摩擦时，将“凸峰”很快磨去，时间很短刀具上的高低不平已被磨去，磨损量增加缓慢且比较稳定切削刃变钝，刀具与工件之间的摩擦变大，切削力增大，切削温度上升，磨损加剧，刀具失去正常的切削能力41专题一金属切削原理与刀具42专题一金属切削原理与刀具七、磨具

grindingtools

1．磨具：砂轮、油石