2-04 金属切削加工的基础知识课件讲解

第九章金属切削加工的基础知识2金属切削加工是用刀具从金属材料（毛坯）上切去多余的金属层，从而获得几何形状、尺寸精度和表面质量都符合要求的机器零件的加工方法。分为钳工和机械加工两部分。机械加工是通过工人操作机床对工件进行切削加工，常见的加工方法有：车、钻、刨、铣、磨以及齿形加工等。概述车床主要用于加工各种回转表面和回转体的端面。如车削内外圆柱面、圆锥面、环槽及成形回转表面，车削端面及各种常用的螺纹，配有工艺装备还可加工各种特形面。在车床上还能做钻孔、扩孔、铰孔、滚花等工作。一、常见机床--车床具有广泛用途的通用性机床，可对零件进行钻孔、扩孔、铰孔、锪平面和攻螺纹等加工。一、常见机床--钻床一种用途广泛的机床，在铣床上可以加工平面（水平面、垂直面）、沟槽（键槽、T形槽、燕尾槽等）、分齿零件（齿轮、花键轴、链轮乖、螺旋形表面（螺纹、螺旋槽）及各种曲面。此外，还可用于对回转体表面、内孔加工及进行切断工作等。一、常见机床--铣床刨床主要用于加工各种平面（如水平面、垂直面和斜面及各种沟槽，如T形槽、燕尾槽、V形槽等）、直线成型表面。如果配有仿形装置，还可加工空间曲面，如汽轮机叶轮，螺旋槽等。这类机床的结构简单，回程时不切削，故生产率较低，一般用于单件小批量生产。一、常见机床--刨床用磨料磨具（砂轮、砂带、油石或研磨料等）作为工具对工件表面进行切削加工的机床，统称为磨床。磨床可加工各种表面，如内外圆柱面和圆锥面、平面、齿轮齿廊面、螺旋面及各种成型面等，工艺范围十分广泛。由于磨削加工容易得到高的加工精度和好的表面质量，所以磨床主要应用于零件精加工，尤其是淬硬钢件和高硬度特殊材料的精加工。一、常见机床--磨床镗床适用于机械加工车间对单件或小批量生产的零件进行平面铣削和孔系加工，主轴箱端部设计有平旋盘径向刀架，能精确镗削尺寸较大的孔和平面。此外还可进行钻、铰孔及螺纹加工。一、常见机床--镗床一、常见机床二、机床切削加工-切削运动切削加工时,为了获得各种形状的零件,刀具与工件必须具有一定的相对运动,我们将这种相对运动为切削运动。

切削运动按其所起的作用可分为：主运动进给运动

（1）主运动主运动是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实现切削的运动。主运动的特点速度最高，消耗的功率最大。（2）进给运动由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件间产生附加的相对运动，进给运动将使被切金属层不断地投入切削，以加工出具有所需几何特性的已加工表面。进给运动的特点速度慢，消耗的功率低。二、机床切削加工-切削运动思考：下面几幅动画中，主运动和进给运动分别是什么？二、机床切削加工-切削运动常见的切削运动二、机床切削加工-切削运动主运动的运动形式可以是旋转运动，也可以是直线运动；主运动可以由工件完成，也可以由刀具完成；主运动和进给运动可以同时进行，也可以间歇进行；主运动通常只有一个，而进给运动的数目可以有一个或几个。二、机床切削加工-切削运动

切削加工过程中，在切削运动的作用下，工件表面一层金属不断地被切下来变为切屑，从而加工出所需要的新的表面，在新表面形成的过程中，工件上有三个依次变化着的表面，它们分别是：待加工表面即将被切去金属层的表面；切削表面

切削刃正在切削而形成的表面,切削表面又称加工表面或过渡表面；已加工表面

已经切去多余金属层而形成的新表面。二、机床切削加工-工件表面二、机床切削加工-切削用量切削用量是用来表示切削加工中主运动和进给运动参数的数量。

切削用量包括：切削速度进给量背吃刀量（1）切削速度vc

在切削加工时，切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度，它表示在单位时间内工件和刀具沿主运动方向相对移动的距离,单位为m/min或m/s。主运动为旋转运动时,切削速度vc计算公式为:式中d－工件直径（mm）

n－工件或刀具每分(秒)钟转数(r/min或r/s)二、机床切削加工-切削用量二、机床切削加工-切削用量主运动为往复运动时,平均切削速度为：式中L一往复运动行程长度(mm)nr一主运动每分钟的往复次数(往复次数/min)。（1）切削速度vc

二、机床切削加工-切削用量（2）进给量进给量是刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述或度量。车削时进给量的单位是mm/r，即工件每转一圈,刀具沿进给运动方向移动的距离。刨削等主运动为往复直线运动,其间歇进给的进给量为mm/双行程，即每个往复行程刀具与工件之间的相对横向移动距离。二、机床切削加工-切削用量（3）背吃刀量（切削深度）待加工表面与已加工表面之间的垂直距离，单位为mm。

对于外圆车削，背吃刀量等于工件已加工表面和待加工表面之间的垂直距离,单位为mm。即：式中dw－待加工表面直径

dm－已加工表面直径三、金属切削刀具切削刀具种类很多,如车刀、刨刀、铣刀和钻头等。它们几何形状各异,复杂程度不等，但它们切削部分的结构和几何角度都具有许多共同的特征，其中车刀是最常用、最简单和最基本的切削工具，因而最具有代表性。其他刀具都可以看作是车刀的组合或变形。三、金属切削刀具-刀具结构车刀由切削部分、刀柄两部分组成。切削部分承担切削加工任务，刀柄用以装夹在机床刀架上。切削部分是由一些面、切削刃组成。三个刀面两个刀刃一个尖nf前刀面主切削刃副切削刃刀尖三、金属切削刀具-刀具材料性能

刀具切削部分的材料应具备以下基本条件：高硬度：常温硬度应在HRC60以上。耐磨性：耐磨性是硬度、组织及化学性能等的综合反映。强度和韧性：为了承受切削力、冲击和振动，刀具材料应具有足够的强度和韧性。耐热性：高温硬度、强度、耐磨性，抗氧化性、抗扩散粘结性等，是衡量刀具材料综合切削性能的主要指标。工艺性：为了便于刀具制造，包括锻、轧、焊接、切削加工、可磨削性和热处理特性等。三、金属切削刀具-刀具材料刀具材料性能特征刀具种类适用工件材料适用加工条件碳素工具钢Tl0A、T12AHRC61-65,高温强度低、淬火时易裂、变形。丝锥、锉刀、锯条、小钻头低强度、软材料、有色金属及塑性材料简单手动工具合金工具钢9SiCr,CrWMnHRC61-65,高温强度度比碳素钢稍好。拉刀、绞刀、钻头同上热处理变形小的低速工具高速钢HRC61-65,能耐600°C高温，热硬性尚好,耐磨性稍好。钻头、铣刀、齿轮刀具（低、中速）低、中强度和硬度的材料复杂刀具硬质合金HRC74-81,能耐1000°C高温，热硬性好,耐磨性好。车、铣、拉、刨钻头、绞刀（中高速）中等以上强度和硬度的材料各种刀具陶瓷材料HRA91-95，热硬性好，抗弯性差，易碎。车刀（高速）各种材料不可断续切削立方氮化硼HV73-9000，热硬性高，可耐1500°C，与铁素的亲和力小。车刀、铣刀（中高速）淬硬合金钢、高速钢、淬硬、冷硬铸铁、纯镍高温合金用于连续切削、避免冲击振动人造金刚石1000HV，热硬性好。车刀、铣刀、砂轮等硬质合金、陶瓷、玻璃、有色金属及合金不易加工的铁族金属碳素钢刀具三、金属切削刀具-刀具材料三、金属切削刀具-刀具材料高速钢刀具硬质合金刀块三、金属切削刀具-刀具材料四、切屑与积削瘤的形成弹性变形塑性变形挤裂切离切屑切削层的金属受到刀具前刀面的推挤后产生弹性变形随着切应力、切应变逐渐增大，达到其屈服强度时，产生塑性变形而滑移刀具继续切入时，材料内部的应力、应变继续增大，当切应力达到其断裂强度时，金属材料被挤裂沿刀具前刀面流出四、切屑与积削瘤的形成切屑分为带状切屑、节状切屑和崩碎切屑三类。四、切屑与积削瘤的形成在一定的切削速度下切削塑性材料时，常发现在刀具的前刀面上靠近刀尖的部位粘附着一小块很硬的金属，称为积屑瘤。一般认为，积屑瘤是由于切屑与前刀面在切削过程中剧烈的摩擦而形成的。四、切屑与积削瘤的形成有利方面保护刀具增加工作前角积屑瘤硬度很高可代替切削刃进行切屑，减少刀具的磨损积屑瘤的存在，使刀具的实际工作前角增大可减小切削变形和切削力，使切削轻快四、切屑与积削瘤的形成不利方面影响工件尺寸精度影响工件表面粗造度积屑瘤破裂后会划伤表面，加快刀具磨损会形成硬点和毛刺，使工件表面粗造度值增大时大时小，时有时无，使切削力产生波动而引起振动积屑瘤的顶端突出于切削刃之外，使实际的切削深度不断变化四、切屑与积削瘤的形成四、切削时的冷却与润滑（1）切削液的作用

切削液的主要作用如下：冷却作用：切削液能从切削区域带走大量切削热，从而降低切削温度。润滑作用：切削液能渗入到刀具与切屑和加工表面之间，形成一层润滑膜或化学吸附膜，以减小它们之间的摩擦。清洗作用：切削液大量的流动，可以冲走切削区域和机床上的细碎切屑和脱落的磨粒。防锈作用：在切削液中加入防锈剂，可在金属表面形成一层保护膜，对工件、机床、刀具和夹具等都能起到防锈作用。四、切削时的冷却与润滑四、切削时的冷却与润滑（2）常用切削液的种类与选用水溶液：它的主要成分是水，其中加入了少量的有防锈和润滑作用的添加剂。水溶液的冷却效果良好，多用于普通磨削和其它精加工。乳化液：它是将乳化油(由矿物油、表面活性剂和其它添加剂配成)用水稀释而成，用途广泛。低浓度的乳化液冷却效果较好，主要用于磨削、粗车、钻孔加工等。高浓度的乳化液润滑效果较好，主要用于精车、攻丝、饺孔、插齿加工等。切削油：它主要是矿物油(如机械油、轻柴油、煤油等)，少数采用动植物油或复合油。普通车削、攻丝时，可选用机油。精加工有色金属或铸铁时，可选用煤油。加工螺纹时，可选用植物油。在矿物油中加入一定量的油性添加剂和极压添加剂，能提高其高温、高压下的润滑性能，可用于精铣、铰孔、攻丝及齿轮加工。四、切削时的冷却与润滑（3）切削液添加剂

为改善切削液的各种性能常在其中加入添加剂。常用的添加剂有以下几种：

油性添加剂：它含有极性分子，能在金属表面形成牢固的吸附膜，在较低的切削速度下起到较好的润滑作用。常用的油性添加剂有动物油、植物油、脂肪酸、胶类、醇类和脂类等。极压添加剂：它是含有硫、磷、氯、腆等元素的有机化合物，在高温下与金属表面起化学反应，形成耐较高温度和压力的化学吸附膜，能防止金属界面直接接触，从而减小摩擦。表面活性剂：它是使矿物油和水乳化，形成稳定乳化液的添加剂。表面活性剂还能吸附在金属表面上，形成润滑膜，起油性添加剂的润滑作用。常用的表面活性剂有石油磺酸钠、油酸钠皂等。防锈添加剂：它是一种极性很强的化合物，与金属表面有很强的附着力，吸附在金属表面上形成保护膜，或与金属表面化合形成钝化膜，起到防锈作用。常用的防锈添加剂有碳酸钠、三乙醇胺、石油磺酸钡等。

①高速钢刀具切削时,防止刀具因热硬性较差而受损,一般要用较大流量的乳化液进行冷却和润滑。②硬质合