机械制造基础第十章金属切削加工基础知识

机械制造基础

第十章金属切削加工基础知识

主讲：仝勖峰西安电子科技大学本章内容金属切削加工的工作原理及特点，切削运动和切削要素；切削刀具基础知识；金属切削过程中的物理现象。一、切削加工切削:利用切削工具从工件上切除多余材料的加工方法。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。二、切削运动与切削要素1、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

金属切削基础知识录像

1、零件表面的形成

2、切削运动2、切削运动1）三个表面在切削加工过程中，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。2、切削运动2、切削运动切削运动：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。2、切削运动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。2、切削运动

3、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。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。m/sνc=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3、切削用量2）进给量f(mm/r)指(车)刀具相对于工件旋转一转,在进给方向的位移量。单位为：mm/r或mm/str。3、切削用量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：“先定ap,次选f,最后定υc”aP＝4、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

三、切削刀具

刀具组成＝切削部分＋夹持部分1、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。1）对刀具材料的基本要求

(2)足够的强度和韧性又称坚韧性，以承受切削中的冲击力和振动，减少刀具脆性断裂和崩刃。(3)耐磨性好即抵抗磨损的能力，使刀具使用耐久。(4)高的耐热性是指刀具在高温下仍能保持硬度、强度、韧性和耐磨性等。(5)工艺性能要好为了便于刀具本身的制造，刀具材料还应具有一定的工艺性能,如:切削性能、磨削性能、焊接性能及热处理性能等。2）常用刀具材料（1）碳素工具钢T10钢(WC=1%)制手用钢锯条、简单冷作模;T12钢用于制作铰刀、锉刀、量具等（2）合金工具钢常用牌号如9SiCr、Cr12、CrMn、GCr15等。主要用于制造刃具、模具、量具等工具。2）常用刀具材料（3）高速钢高速钢是含W、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。其常用牌号有:W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等,广泛用于制造形状复杂的高速切削工具,如：麻花钻、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其他成形刀具。（4）硬质合金根据GB/2075-1998规定，按被加工材料分了三个大（类）组；分别用字母P、M、K表示(这些字母完全是习惯性，本身无其他含义)。3）新型刀具材料（1）涂层刀具材料是指通过气相沉积或其他技术方法，在硬质合金或高速钢的基体上涂覆一薄层高硬耐磨的难熔金属或非金属化合物而构成的。如在硬质合金表面上涂厚4～9μm的涂层时，表面硬度可达2500～4200HV，是实现刀具要求“面硬而心韧”的有效方法之一。常用的涂层材料有TiC、TiN、Al2O3等硬质合金涂层刀具寿命可比原来提高1～3倍，高速钢涂层后寿命提高2～10倍，世界各国对涂层刀具运用很广泛。处于领先地位的瑞典，在车削中使用涂层硬质合金刀片已达70%～80%。3）新型刀具材料（2）陶瓷刀具材料

按化学成分可分为Al2O3基和Si3N4基两类。陶瓷刀具硬度高而耐磨，允许切削速度达成12.5m/s，耐热性度可达1200～1450℃，其效率比硬质合金提高了1～4倍，可制成刀片。用于半精和精加工高硬度、强度钢及冷硬铸铁等，缺点抗弯强度低，冲击韧性差。3）新型刀具材料（3）超硬刀具材料它包括人造聚晶金刚石和立方氮化硼等人造聚晶金刚石刀具，硬度极高(5000HV以上),耐磨性极好，可切削硬的材料而长时间保持尺寸的稳定。刀具寿命比硬质合金高几十至三百倍，宜精细加工。立方氮化硼(CBN)的显微硬度达8000～9000HV，仅次于天然金刚石（10000HV），耐磨性很好，其耐热性达1500℃，且与铁族材料亲和作用小。2、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。

各种刀具就一个刀齿而言，都相当于车刀的刀头。2、刀具角度车刀切削部分的组成车刀切削部分有：“三面两刃一尖”。1）前刀面（简称前面）指刀具上切屑流经的表面。2）主后刀面（简称后面）是与工件上过渡表面相对的表面。3）副后刀面（简称副后面）是与工件已加工表面相对的表面。2、刀具角度车刀切削部分的组成车刀切削部分有：“三面两刃一尖”。

4）主切削刃前刀面与主后刀面的交线。5）副切削刃前刀面与副后刀面的交线。6）刀尖指主、副切削刃汇交的部位，它可以是圆弧，或是一小段直线。2、刀具角度3、刀具角度参考系

刀具角度是确定车刀各部分几何形状的重要参数，用于定义和规定刀具角度的各基准坐标平面称为参考系。参考系有两类：一类称为刀具静止参考系，又称标注参考系，它是刀具设计时标注、刃磨和测量的基准，用此定义的刀具角度称刀具标注角度；另一类是刀具工作参考系，又称为动态参考系。3、刀具角度参考系

组成刀具静止参考系的平面，如下所示，由以下三平面组成：1）基面Pr过切削刃选定点并垂直于假定主运动方向的平面。车刀的基面可理解为平行于刀具底面（水平面）的平面。2）切削平面Ps过切削刃上选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面（主切削平面以Ps表示，副切削平面以Ps，表示）。3）正交平面Po过切削刃上选定点，并同时垂直于基面和切削平面的平面。4）假定工作平面Pf过切削刃选定点，垂直于基面并平行与假定进给运动方向的平面。3、刀具角度参考系

4、车刀的几何角度及其作用

4、车刀的几何角度及其作用

1）前角r。前刀面与基面间的夹角。根据前刀面与基面间的相对位置又分别规定为正前角、零度前角和负前角。作用：影响切削刃锋利程度及强度，增加前角可使刀刃锋利，切削力减少。切削温度降低，但过大的前角会使刃口强度降低，容易造成刃口损坏。选择原则：前角的数值大小与刀具切削部分的材料，被加工材料、工作条件等都有关系。(1)刀具切削部分材料性脆、强度低时前角应取小值；(2)工件材料强度和硬度低时，可选取较大前角；(3)在重切削和有冲击的工作条件时，前角只能取较小值，有时甚至取负值。一般是在保证刀具刃口强度的条件下，尽量选用大前角。4、车刀的几何角度及其作用

2）后角αo指主后刀面与切削平面之间的夹角。作用：减小后刀面与工件之间的摩擦，它也和前角一样影响刃口的强度和锋利程度。选择原则：与前角相似，一般后角值为6～8度。3）主偏角γ指主切削平面与假定工作平面间夹角。作用：影响切削刃工作长度、背向力、刀尖强度和散热条件；主偏差越小，背向力越大，切削刃工作长度越大，散热条件越好。选择原则：工件粗大，刚性好时可取较小值，车细长轴时为了减少背向力以免工件弯曲加工出腰鼓形，宜选取较大的值，常用为45～75度间。4、车刀的几何角度及其作用

4）副偏角副切削平面与假定工作平面间的夹角。作用：影响已加工表面的粗糙度，减少副偏角可使加工表面粗糙值降低。选择原则：精加工为提高加工表面质量，选取较小值，一般为5～10度5）刃倾角s指主切削刃与基面间的夹角，反映主切削刃对基面的倾斜程度。作用：影响切屑流动方向和刀尖的强度。(1)当s为正值时，刀尖在主切削刃上的最高点，切屑流向得加工表面；(2)当s为负值时，刀尖在主切削刃上为最低点，切屑流向已加工表面；(3)刃倾角为0时，切屑垂直于过渡表面方向流出。4、车刀的几何角度及其作用

在s为正值时切屑对刀具的压力使刀头及刃口部分容易损坏，表现出刀头强度较差；反之则表示刀头强度较好。选择原则：精加工时取正值，粗加工时或有冲击时取负值，一般情况下为0～5度。5、刀具结构

刀具结构种类很多，以车刀为例介绍常见分类：1）整体车刀切削部分与刀杆为同一种材料，如高速钢车（白钢刀），在有色金属加工中应用较多。2）焊接车刀切削部分与刀杆不同材料，刀杆为中碳钢锻造，而切削部分为硬质合金类刀片，运用硬钎焊连接而成，方便灵活，尤其小刀具运用多。.3）机械夹固式车刀按是否重磨又分机夹不重磨式和机夹重磨式两种，其中机夹不重磨时，一刀刃用钝后不需重磨。如图所示，只须将夹紧螺钉稍松，将刀片再转过一刃即可使用。而机夹重磨式，类似焊接车刀，用钝后可重磨。

5、刀具结构

5、刀具结构

5、刀具结构

切削过程录像四、金属切削过程

1、切屑形成及种类1）切屑形成塑性材料的切屑过程是一个：挤压变形切离过程；经历了：弹性变形、塑性变形、挤裂和切离四个阶段。2）切屑的种类①带状切屑②节状切屑③崩碎切屑2、积屑瘤2、积屑瘤对切削过程的影响优点：①硬化刀刃保护刀具；②增大前角γ利切削；③粗加工时利用之。不足：时积时流使工件表面粗糙；精加工时，予以限制。3、切削力3、切削力以车外圆时为例：总切削力F分解为相互垂直的三个分力：1）切削力FcF在主运动方向上的分力；2）进给力FfF在进给方向上的分力；3）背向力FpF在垂直于工作平面方向上的分力。4、切削热与切削温度4、切削热与切削温度1）切削热的产生、传出及对加工的影响（见录像片）2）切削温度及其影响影响切削温度的主要因素：①工件材料强而硬的材料生热多；②切削用量影响程度依次排序为：切削速度、进给量、背吃刀量。③刀具角度前角大点、主偏角小些都可使生热少些。4、切削热与切削温度3）切削液及其选用降低切削热的一个有效途径是喷注切削液，可以降温。其实切削液还可以起：冷却作用、润滑、清洗和防锈作用。生产中常用的切削液可分为三类：（1）水溶液水为主，加有防锈液等添加剂。作用：冷却为主。（2）乳化液将乳化油加水稀释而成。不仅冷却且兼润滑作用。（3）切削油矿物油为主。少数采用动、植物油等，润滑为主5、刀具磨损和刀具耐用度刀具在使用一段时间后，其切削刃变钝，以致无法使用。为此要讨论刀具磨损与耐用度。1）刀具磨损形态（1）后刀面磨损，磨损以后刀面上的磨损宽度值VB表示。（2）前刀面磨损在高切削速度，背吃刀量较大且不用切削液情况下，切塑性材时，前刀面上出现月牙洼，前刀面的磨损量以最大深度值KT表示。（3）前后刀面同时磨损5、刀具磨损和刀具耐用度

五、常用材料切削性能1、结构钢1）低碳钢

性软而韧，易生鳞刺，经正火处理后，可使切削性得以改善。2）中碳钢

有较好综合力学性能，切削性好。3）高碳钢

组织中多为珠光体加网状渗碳体，经球化退火可改善切削性。五、常用材料切削性能2、普通灰口铸铁：易切削！（为什么？）3、不锈钢(1)不锈钢的塑性高，切削抗力大；(2)切削温度高，刀具易磨损；(3)易生积屑瘤；(4)切屑不易卷曲和折断等原因不锈钢切削性较差。4、铝、镁合金：铝、镁合金由于硬度低导热性好易切削。5、工程塑料：一般易切削；但要注意其力学性能比金属差些；有的脆性大，易开裂。6、工程陶瓷：陶瓷多硬度高、耐磨和耐热等特点，传统用金刚石砂轮磨削。本章思考题1、切削用量有哪些？2、积屑瘤的产生过程和作用是什么？3、常见的刀具材料有哪些？4、简述常见金属材料的切削性能。谢谢观看/欢迎下载BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BYFAITHIBYFAITHEXECUTIONNEW202X/01总经理执行力提升训练xxxx企业管理咨询有限公司主讲：01.关于执行——综述点击此处添加正文。03.保障制度体系的高效运行点击此处添加正文。05.提升管理者的执行力点击此处添加正文。02.建立执行型的企业文化点击此处添加正文。04.选拔执行型人才点击此处添加正文。目录企业缺乏执行力的后果一、关于执行——综述缺乏执行力，战略变形缺乏执行力，制度纸上谈兵缺乏执行力，计划打折或偏向缺乏执行力，企业丧失机会缺乏执行力，组织失去生命力一、关于执行——综述为什么执行难？有无数的人拥有卓越的智慧，但只有那些懂得如何执行的人获得成功。无数的企业拥有伟大的构想，但只有那些懂得如何执行的公司获得成功。一、关于执行——综述执行：一个被长期忽视的主题■破落贵族之后刘备，通过广施仁德，远播贤名，使得文有卧龙、凤雏辅佐，武有关、张、赵云鼎力相助，逐步实施三分天下的战略方针，最终以一介织席贩履的庶民成为开创蜀国大业的一代君王。战略：得人心者得天下失人心着失天下执行：文：三顾茅庐武：三结义一、关于执行——综述执行是什么？为什么一介织席贩履的庶民会成为一代君王？■有人作过统计：在世界五百强里面，美国西点军校毕业出来的懂事长有一千多名，副的也有二千多名，总经理然后董事一级以上的是五千多名。■任何一个商学院都没有培养出来这么多！一、关于执行——综述执行是什么？为什么任何一个商学院都没有西点军校培育的这么多优秀人才准时、守纪、严格、正直、刚毅，正是企业优秀员工必备的素质。一、关于执行——综述西点军校对学生的要求海尔如何从一个集体小厂成为中国家电巨头？战略：服务支撑品牌执行：服务队伍超一流的执行能力一、关于执行——综述执行是什么？为什么张瑞敏能够将海尔从一个集团小厂建成中国家电巨头？■在我们从事的每一个行业都成为第一名或第二名，我们将通过革命性的变革，使之既具有大公司的强势又具有小公司灵活精干。因为GE拥有这样一个制度化的高效系统，GE可以做到所有的重大战略举措一经提出，在一个月内就能够完全进入操作状态，而且总是可以在第一个循环就能在财务上获得很好的效果。——GE2001年年报一、关于执行——综述执行是什么？为什么GE夸口：所有的重大战略举措一经提出，在一个月内就能够完全进入操作状态■重要的是你能够做到多少好点子，而不只是想到多少好点子一、关于执行——综述GE管理基本理念：管理简单化（Managinglessismanagingbetter）一、关于执行——综述中国企业为什么普遍缺乏核心竞争力?——执行力太差

一、关于执行——综述执行力问题是由三大原因造成的——文化原因：由于文化导致的执行问题制度原因：由于制度导致的执行问题人员原因：由于管理水平导致的执行问题1、中国是一个人治社会，我们讲究“用人不疑，疑人不用”，能人第一，制度第二，而现代企业制度讲究的是“用人要疑”，制度第一，能人第二。2、中国是一种清淡文化，我们讲究“大道无术”，缺乏量化管理传统，而现代企业管理讲究“大道有术”—量化管理。3、中国是一种面子文化，我们讲究“以情理服人”，情在前，理在后，而现代企业是一种利益文化，讲究“以理情服人”，理在前，情在后。一、关于执行——综述文化原因导致的执行问题：制度变形，结果是再好的制度也执行不下去；熟人环境里永远实现不了职业化自己做（能人体制）执行就是做事别人做（法治体制）一、关于执行——综述制度原因导致的执行问题：1、真正的执行的根本出路在于对原则的始终追求，世界上所有伟大的执行人才心中都有一个伟大的原则，所以执行是一种战略，是一种对实现原则的不断选择的过程。2、员工是最大的资产，执行力问题的真相实际上是，如果没有执行，那么公司就会是负债，就必然导致公司的衰亡，执行就是将人力资产负债转化为赢利。（与财务并不完全一致）3、优秀的执行人才是免费的，平庸的人才是昂贵的，当领导人缺乏勇气与任人唯亲时，这就意味着企业最大的资产被浪费了。一、关于执行——综述人的原因导致的执行问题：管理者的基本职业认知提升执行力需要职业化管理是什么？管理就是运用手中的资源去达到目标计划组织领导控制人财物技讯时管理者应努力追求个人成就绩效管理就是监督和控制业务与管理的轻重管事与管人注重过程与注重结果管理者主要是对他们的上级领导负责管理者的六大雾区中层管理者的角色功能承上承担单位职责达成组织目标执行上司的指示启下做好组织的管理带领团队达成任务使各项资源充分有效发挥平行间协调公关中层管理者的角色功能

描述你心中所期待的上级描述你心中所希望的部属小组汇总课堂活动

中层管理者的角色功能一：下属作为下属的角色——职务代理人作为下属的四项职业准则作为下属职业经理常见的角色错位准则一你的职权基础是来自于上司的委托或任命准则二你是上司的代表，你的言行是一种职务行为准则四在职权范围内做事（不要错位）服从并坚决地执行上司的决定（不论对与错）职业准则作为下属的四项职业准则

准则三作为下属职业经理常见的角色错位错位一：民意代表错位二：领主（善意的；无意的；有意的）错位三：向上错位错位四：自然人（同情；沉默；反对；支持）我们的使命，主要是为了实现和上级的目标，或者是为了完成组织的目标中层管理者的角色功能二：同事职业经理之间是“内部客户关系”不能把对方看成客户的原因分析内部客户的原则和理念内部客户服务的四个特性实现内部客户服务的保障职业经理之间是内部客户关系良好的客户服务的特征是：充分了解客户的需求及时、周到让客户满意您是我的客户！职业经理之间是内部客户关系

如果公司里的全体经理，都能够以对方为客户，都将对方的满意视为自己职责履行好坏的标准，根据对方实现工作目标所需要的相应支持安排自己的工作。那么，这将是一个不可战胜的、高绩效的团队，一个“梦之队”、一个“胜利之师”。不能把对方看成客户的原因分析外部客户是我们的“衣食父母”，得罪不起。而内部却没有这样的意识；通常情况下人们比较认同“管”与“被管”的角色；都认为自己职责的价值最大；对职责理解的偏差。内部客户的原则和理念其他经理与我之间是客户关系，他是客户，我是供应商；同事是我的衣食父母；将同事当作是外部客户（虚拟各部门为独立的公司）；克服“客户陷阱”；从以职责为中心，向内部客户的需求为中心转变；让内部客户满意实现内部客户服务的保障在内部，以内部客户为中心建立工作流程和工作目标；建立以内部客户满意为导向的绩效考核体制；建立相应的奖惩和淘汰机制。持续的训练，所有经理都能养成一种正确的行为习惯。中层管理者的角色功能三：上司经理人角色的七大变化在工作内容上，从做业务到做管理；在实现方式上，从野牛型到野雁型；在工作方式上，从个性化到组织化；在人际关系上，从感情关系到事业关系；在目标上，从个人目标到团队目标；在工作力度上，从守成到变革；在管理方式上，从指挥到授权角色认知管理能力业务能力业务员型精英型堕落型官僚型高阶方针先见力创造美天好人情变革权放心人性化中阶方法计划力改善善人恶人理应变责操心合理化基层行动实行力维持真地戆人法不变利安心标准化中层的角色企业执行力执行综述建立执行型的企业文化保障制度运行选拔执行型人才管理者的执行能力企业执行力的系统模型01.关于执行——综述点击此处添加正文。03.保障制度体系的高效运行点击此处添加正文。05.提升管理者的执行力点击此处添加正文。02.建立执行型的企业文化点击此处添加正文。04.选拔执行型人才点击此处添加正文。目录二、建立执行型的企业文化一曲“敖包相会”使得内蒙古的敖包名声远扬。去过内蒙你就会知道，原来此“敖包”并非是蒙古包，而是一种由大小石块堆积而成的圆形的实心的包状“建筑”。在敖包上面，竖立有木幡杆，上面还挂有一些五色彩带。在蒙古语中，敖包就是“堆”的意思。它通常建在山顶、湖畔或者滩中醒目之处。据说在敖包旁绕三圈，然后再拣三块石头丢到包上，这样就会得到神灵的庇佑；并且，每年阴历六月举行的“祭敖包”的宗教活动也是蒙古人最隆重的仪式之一。然而经过考证，敖包先于神学的意义却是一种草原中的导航标志。按理说，建造路标是人人得益的事情，并且，牧民每每遇到路标时奉献几块石头也不是什么难事，然而，放牧时还要留意石块并且一路要携带直到遇到路标，的确是件辛苦的活。更何况有那多人贡献，某个人的几块石头也就无足轻重了。但是如果大家都这么想，那么路标的建设成本的分担就变得棘手了，谁都需要路标，但是谁都有让别人去添砖加瓦自己却坐享其成的心态，最终好事难成。

聪明的蒙古人的解决方案让人拍案叫绝，他们赋予了功能性的路标以宗教的意义，让路过的每个人，都自觉地对发挥路标功能的敖包进行建设，在祈福中，完成了自己的贡献。并非虚构的故事——敖包的故事告诉我们：没有信仰，制度就形同虚设；没有信仰，就不会产生执行力。二、建立执行型的企业文化企业文化——企业的社会运行机制二、建立执行型的企业文化企业文化——企业的核心价值体系，企业的社会运营机制企业运行系统分析：

企业运行的基本硬件系统：——战略、组织结构、流程、制度等

企业运行的基本软件系统：——文化，以及由此产生的人的信念、理念与行为习惯操作层制度层理念层企业文化建设的关键：由文化理念转化为行为习惯执行型文化的基本作用模式二、建立执行型的企业文化执行型文化的基本要素责任结果导向客户第一务实精神速度高标准团队协作问题分析：国企、民企、外企执行文化的差异二、建立执行型的企业文化二、建立执行型的企业文化企业文化就是老板文化？在外企里，员工喜欢把自己的上司称为老板，在民企或国企里员工通常把企业的创始人或出资人称为老板，而自己的上司称为领导。“BOSS”的另一释义：“有支配权的人”。在外企里你的上司绝对是可以决定你是否在这个职位继续工作的人，所以在外企里你的上级既是领导也是老板，而在中国的民企或国企里却未必如此，这就是老板文化的差异从转变观