《机械制造工艺基础》课件-项目1：机械加工基础

机械制造工艺基础—切削运动与切削用量—目录\CONTENTS切削运动切削用量及其选用原则01021、切削运动的定义

切削运动——在切削加工中，为了切除多余的材料，刀具与工件之间的相对运动。包括主运动和进给运动。2．主运动和进给运动1—主运动2—进给运动主运动定义：使刀具和工件产生相对运动以进行切削的最基本的运动。特点：主运动的速度最高，所消耗的切削功率最大。进给运动定义：不断的把切削层投入切削，以便形成整个工件表面所需的运动。特点：进给运动一般速度较低，功率的消耗也较少。铣平面车外圆刨平面

钻孔磨外圆1—主运动2—进给运动3．切削时形成的三种表面待加工表面——工件上有待切除的表面已加工表面——工件上经刀具切削后形成的新表面过渡表面——切削刃正在工件上形成的表面。它将在刀具或工件的下一转或下一个切削行程中，被下一个切削刃切除目录\CONTENTS切削运动切削用量及其选择原则0201二、切削用量及其选择原则1.切削用量（1）切削速度（m/s或m/min)切削速度vc——切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度。当主运动是旋转运动时当主运动为往复直线运动时vc——切削速度，m/min。dw——工件的直径，mm。n——工件转速，r/min。进给量f——刀具在进给运动方向上相对工件的位移量背吃刀量ap——工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离。对于外圆切削指两平面间的距离

ap=(D-d)/2式中D——工件上待加工表面的直径，单位为mm;d——工件上已加工表面的直径，单位为mm。（2）进给量（mm/r、mm/str或mm/z)（3）背吃刀量（mm)2．切削用量的选择原则选择切削用量的原则是在保证加工质量、降低加工成本和提高生产率的前提下，使背吃刀量、进给量和切削速度的乘积最大。切削运动切削用量及其选用原则0102目录\CONTENTS总结感谢观看—切削运动与切削用量—部分图片、视频资料来源于网络，仅供教学使用机械制造工艺基础—金属切削刀具基础—目录\CONTENTS刀具的组成部分刀具切削部分的角度0201刀具的组成部分刀具切削部分的结构要素尽管金属切削刀具的种类繁多，但其切削部分的几何形状与参数都有共性，即不论刀具结构如何复杂，其切削部分的形状总是近似地以外圆车刀切削部分的形状为基本形态。刀具切削部分的结构为：

一尖：刀尖

二刃：主刀刃和副刀刃

三刀面：前刀面、主后刀面和副后刀面。刀具的组成部分(1)前刀面切屑沿其流出的表面(2)主后刀面与工件上过渡表面相对的刀具表面(3)副后刀面与工件已加工表面相对的刀具表面(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)刀尖主切削刃与副切削刃的交点刀具切削部分的角度刀具标注角度的参考系刀具要从工件上切除材料．就必须具有一定的切削角度。切削角度决定了刀具切削部分各表面之间的相对位置。为了确定和测量刀具的角度，必须引入一个由三个参考平面组成的空间坐标参考系。

刀具切削部分的角度(1)基面Pr通过主切削刃上某一指定点，并垂直于该点主运动方向的平面(2)切削平面Ps通过主切削刃上某一指定点，与主切削刃相切并垂直于该点基面的平面。(3)正交平面Po通过主切削刃上某一指定点，同时垂直于该点基面和切削平面的平面。根据定义可知，上述三个参考平面是互相垂直的，由它们组成的刀具标注角度参考系称为正交平面参考系。刀具切削部分的角度(1)前角γ0

是前刀面与基面之间的夹角(2)后角α0

是主后刀面与切削平面之间的夹角(3)主偏角κr

是主切削刃在基面上的投影与进给方向间的夹角(4)副偏角κr

是副切削刃在基面上的投影与背离进给方向间的夹角(5)刃倾角λs

是主切削刃与基面间的夹角刀具切削部分的角度主偏角对切削加工的影响刀具切削部分的角度主偏角对切削力的影响刀具切削部分的角度副偏角对残留面积的影响刀具切削部分的角度刃倾角对切削加工的影响感谢观看—金属切削刀具基础—部分图片、视频资料来源于网络，仅供教学使用机械制造工艺基础—刀具材料和涂层技术—目录\CONTENTS刀具材料涂层技术0201刀具材料一、普通刀具材料1、高速钢高速钢是富含W、Cr、Mo等合金元素的高合金工具钢。在工厂中常称为白钢或锋钢。（1）性质①高速钢具有良好的热稳定性②高速钢具有较高强度和韧性③高速钢具有一定的硬度和耐磨性

高速钢刀具材料一、普通刀具材料（2）分类

①普通高速钢A、钨系高速钢B、钨钼钢②高性能高速钢③粉末冶金高速钢刀具材料一、普通刀具材料2.硬质合金硬质合金是由难熔金属碳化物和金属粘结剂经粉末冶金方法制成。（1）特点优点：硬质合金中高熔点、高硬度碳化物含量高，热熔性好,热硬性好，切削速度高。缺点：脆性大，抗弯强度和抗冲击韧性不强。硬质合金刀具材料一、普通刀具材料（2）分类①钨钴类（WC+Co）②钨钛钴类（WC+TiC+Co）③钨钛钽（铌）钴类（WC+TiC+TaC（Nb）+Co）刀具材料二、特殊刀具材料1．陶瓷刀具（1）材料组成：主要由硬度和熔点都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物组成，另外还有少量的金属碳化物、氧化物等添加剂，通过粉末冶金工艺方法制粉，再压制烧结而成。

陶瓷刀具刀具材料二、特殊刀具材料1．陶瓷刀具

（2）常用种类：Al2O3基陶瓷Si3N4基陶瓷刀具材料二、特殊刀具材料2．金刚石刀具天然金刚石刀具人造聚晶金刚石刀具复合聚晶金刚石刀具金刚石刀具刀具材料二、特殊刀具材料3．立方氮化硼刀具立方氮化硼（简称CBN）是以六方氮化硼为原料在高温高压下合成。立方氮化硼刀具涂层技术一、涂层刀具

是在强度和韧性较好的硬质合金或高速钢(HSS)基体表面上，利用气相沉积方法涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物而获得的。涂层刀具涂层技术二、涂层方法1.物理气相沉积(PVD)法

沉积温度为500℃，涂层厚度为2~5μm2.化学气相沉积(CVD)法

沉积温度为900℃~1100℃，涂层厚度可达5~10μm，并且设备简单，涂层均匀涂层技术三、常用涂层刀具1.涂层高速钢刀具2.涂层硬质合金刀具3.陶瓷刀片涂层刀具4.超硬材料(金刚石或立方氮化硼)刀片上的涂层刀具涂层技术四、注意事项1.由于硬质合金的强度和韧性都低于未涂层刀片，因此涂层刀具不适于特别重负荷下的粗加工和冲击大的间断切削。2.涂层刀片不适宜加工高强度材料及带硬质夹杂物的材料

3.不适于进给量很小（如0.015mm）的精加工4.涂层刀片在低速切削时，容易产生剥落、崩碎等现象，故不适于低速切削范围作业1.高速钢的性质如何？2.使用涂层刀具是需要注意哪些问题？机械制造工艺基础—切屑的类型及积屑瘤—目录\CONTENTS切屑的类型与控制积屑瘤0201切屑的类型与控制

带状切屑节状切屑粒状切屑崩碎切屑

一、切屑的类型切屑的类型其内表面光滑，外表面毛茸。加工塑性金属材料（如碳素钢、合金钢、铜和铝合金），当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时，一般常得到这类切屑。它的切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙度较小。1.带状切屑切屑的类型与控制带状切屑这类切屑与带状切屑不同之处在外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹。这种切屑大多在切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时产生。2.节状切屑（挤裂切屑）切屑的类型与控制节状切屑如果在挤裂切屑的剪切面上，裂纹扩展到整个表面，则整个单元被切离，成为梯形的单元切屑。切削铅或用很低的速度切削钢时可得到这类切屑。3.粒状切屑（单元切削）切屑的类型与控制粒状切屑从切削过程来看，切屑在破裂前变形很小，和塑性材料的切屑形成机理也不同。它的脆断主要是由于材料所受应力超过了它的抗拉极限。加工脆硬材料，如高硅铸铁、白口铁、黄铜等，特别是当切削厚度较大时常得到这种切屑。4.崩碎切屑切屑的类型与控制崩碎切屑切屑的类型与控制二、切屑的控制

在现行切削加工中，切削速度与金属切除率达到了很高的水平，切削条件很恶劣，常常产生大量“不可接受”的切屑。

所谓切屑控制（又称切屑处理，工厂中一般简称为“断屑”），是指在切削加工中采取适当的措施来控制切屑的卷曲、流出与折断，使形成“可接受”的良好屑形。切屑的类型与控制1.调整切削用量

提高进给量，使切削厚度增大，利于断屑，但降低表面粗造度。降低切削速度，使切削变形增大，有利于断屑，但降低切削效率。切屑的类型与控制1.调整切削用量

提高进给量，使切削厚度增大，利于断屑，但降低表面粗造度。降低切削速度，使切削变形增大，有利于断屑，但降低切削效率。切屑的类型与控制2.改变刀具角度增大刀具主偏角，切削厚度变大，有利于断屑。减小刀具前角，使切屑变形增大，易于断屑。改变刃倾角可控制切削的流向，利用主后刀面或已加工表面断屑。切屑的类型与控制3.制出断屑槽

通过设置断屑槽对流动中的切屑施加一定的约束力，使切屑应变增大，卷曲半径减小。断屑槽的尺寸参数应与切削用量大小相适应，否则会影响断屑效果。常用的断屑槽截面形状有直线圆弧型、直线型、圆弧型三种，具体应用如下表所示切屑的类型与控制3.制出断屑槽断屑槽槽形组成对断屑的影响适用范围直线圆弧型一段直线和一段圆弧槽底圆半径R小时，切屑卷曲半径小，变形大，易断屑适用于切削碳素钢、合金结构钢等材料的刀具直线型两段直线槽底角θ小，则切屑卷曲半径小，变形大，易断屑中等背吃刀量时，一般槽底角θ=110°～120°圆弧型一段圆弧圆弧半径小，切屑卷曲半径小，变形大，易断屑适用于切削纯铜、不锈钢等高塑性材料的刀具断屑槽截面形状积屑瘤一、积屑瘤的形成

切削塑性金属材料时，在一定条件下，切屑沿前刀面流出时，由于切屑与前刀面之间的强烈挤压与摩擦，使切屑底层的一部分金属产生“滞流”现象，当滞流层与前刀面的摩擦力大于材料内部的结合力时，则使滞流层从切屑母体中分离，并牢固地黏结在靠近刀刃的前刀面上。逐渐累计便会形成一块很硬的楔状金属瘤，通常称为积屑瘤，也叫刀瘤积屑瘤二、积屑瘤的产生条件

当切削钢、球墨铸铁、铝合金等塑性金属时，在切削速度不高，而又能形成带状切屑的情况下生成积屑瘤。积屑瘤二、积屑瘤对切削过程的影响1.保护刀具2.增大前角3.增大切削厚度4.增大已加工表面的粗糙度5.加速刀具磨损积屑瘤四、避免积屑瘤产生的方法1.选择低速或高速加工，避开容易产生积屑瘤的切削速度区间。2.采用冷却性和润滑性好的切削液，减小刀具前刀面的粗糙度等3.增大刀具前角，减小前刀面上的正压力4.采用预先热处理，适当提高工件材料硬度、降低塑性，减小工件材料的加工硬化倾向作业1.简要描述一下切屑类型有哪些？2.试说明积屑瘤的形成过程？机械制造工艺基础—切削力与切削功率—目录\CONTENTS切削力切削功率0201切削力一、切削力的来源，切削合力及其分解1、切削力的来源

金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力，称为切削力。切削力来源于三个方面：(如图1所示)（1）克服被加工材料对弹性变形的抗力；

（2）克服被加工材料对塑性变形的抗力；

（3）克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面与已加工表面之间的摩擦力。切削力的来源切削力2.切削合力及其分解切削合力和分力（1）主切削力Fz（切向力）：主运动切削速度方向的分力。（2）切深抗力Fy（径向力）：切深方向的分力。（3）进给抗力Fx：进给方向的分力。切削力3.切削力的经验公式

通过切削力实验建立的车削力实验公式，其一般形式为：切削力的经验公式切削力3.切削力的经验公式

若已知ap和f，车削时Fc可用下面的近似公式计算：切削钢件时：

Fc=2000ap·f（N）

切削铸铁时：

Fc=1000ap·f（N）切削力二、影响切削力的因素

1.工件材料

材料的强度、硬度越高，变形抗力越大，切削力就越大。若材料的强度、硬度相近，塑性越大则切削力越大。2.切削用量（1）背吃刀量ap和进给量f背吃刀量ap和进给量f决定切削面积的大小，它们的增大均会使切削力增大，但其影响程度各不相同。切削力二、影响切削力的因素

（2）切削速度v切削速度v对切削力的影响与工件材料、积屑瘤有关。切削塑性金属时，切削速度v对切削力的影响主要因积屑瘤影响实际前角所造成。切削速度对切削力的影响切削力二、影响切削力的因素

3.刀具几何角度刀具角度对切削力的影响4.刀具磨损

前、后刀面磨损会使摩擦力增大，当后角ao减小至0°时，刀具与工件产生剧烈摩擦，切削力会成倍增大，甚至无法正常切削。切削力二、影响切削力的因素

5.切削液

切削时浇注切削液，由于润滑作用，摩擦因数减小，切削力减小。如选用润滑效果较好的切削液，比干切削时的切削力小10%~20%。切削功率切削功率是切削分力消耗功率的总和。切削功率Pm的计算式为:式中：Fc—主切削力，N；

v—切削速度，m/s切削功率

实际应用中，通常根据切削功率Pm校核机床电动机功率PE，以判断是否超负荷切削。要求：

Pm≤PE·ηm式中

ηm——机床传动效率，一般取0.75~0.85。

若Pm>PE·ηm，则应考虑降低切削功率Pm

,此时应通过减小Fc或降低υ的方法来解决。作业1.切削力的来源有哪些？2.若加工过程中超负荷切削，该如何处理？机械制造工艺基础—

切削温度与切削液—目录\CONTENTS切削温度切削液0102一、切削温度1．切削热与切削温度切削热主要来源于切屑变形，切屑与前面的摩擦，工件与刀具后面的摩擦。切削过程中，切削区域的温度称为切削温度,在高速切削时仍可高达到1000℃以上。2．减少切削热和降低切削温度的工艺措施合理选择刀具材料和刀具几何角度合理选择切削用量适当选择和使用切削液123目录\CONTENTS切削温度切削液0201二、切削液1．切削液的作用冷却作用润滑作用清洗作用防锈作用2、切削液的种类水溶液主要成分是水及防锈剂、防霉剂等。为了提高清洗能力，可加入清洗剂；为具有一定的润滑性，还可加入油性添加剂乳化液水和乳化油经搅拌后形成的乳白色液体。乳化油是一种油膏，它由矿物油和表面活性乳化剂配制而成，并添加乳化稳定剂合成切削液由水、各种表面活性剂和化学添加剂组成切削油切削油主要起润滑作用。有10号机械油、20号机械油、轻柴油、煤油、豆油、菜籽油、蓖麻油等矿物油或动、植物油极压切削油极压切削油是在矿物油中添加氯、硫、磷等极压添加剂配制而成固体润滑剂二硫化钼（MoS2）石墨3、切削液的选用根据加工性质选用粗加工

选择以冷却作用为主的乳化液或合成切削液精加工

选用润滑性能较好的极压切削油或高浓度极压乳化液半封闭式加工

选用黏度较小的极压乳化液或极压切削油，并加大切削液的压力和流量根据工件材料选用钢件

粗加工时选乳化液；精加工时选硫化乳化液铸铁、铸铝

一般不用切削液。在精加工时，可选用润滑性好、黏度小的煤油或7%～10%的乳化液有色金属或铜合金

不宜采用含硫的切削液，以免腐蚀工件。加工镁合金时，不能用切削液，以免燃烧起火难加工材料(如不锈钢、耐热钢)选用

10%～15%的极压切削油或极压乳化液根据刀具材料选用高速钢刀具

粗加工选用乳化液；精加工钢件时，选用极压切削油或浓度较高的极压乳化液硬质合金刀具

为避免刀片因骤冷或骤热而产生崩裂，一般不使用冷却润滑液。如果要使用，必须连续充分4、使用切削液的注意事项（1）油状乳化油必须用水稀释后才能使用。乳化液会污染环境，尽量选用环保型切削液（2）切削液应浇注在过渡表面、切屑和前刀面接触的区域（3）用硬质合金车刀一般不加切削液。如果使用切削液，必须从开始就连续充分浇注（4）控制好切削液的流量（5）加注切削液可以采用浇注法和高压冷却法

高压冷却法浇注法切削温度切削液0201目录\CONTENTS总结感谢观看—

切削温度与切削液—机械制造工艺基础—刀具磨损和刀具寿命—目录\CONTENTS刀具磨损刀具寿命0201刀具磨损一、刀具磨损形态和磨损机制

切削过程中，随着切屑的不断产生和切除，刀具本身也要逐渐磨损或发生破损(如崩刃、碎断、剥落。裂纹等)。刀具磨损后，使工件加工精度降低，表面粗糙度增大，并导致切削力和切削温度升高，甚至产生振动使其不能继续正常工作。因此刀具磨损直接影响加工效率、加工质量和成本。

刀具磨损1.刀具磨损的形式

图1-5-1前刀面磨损后刀面磨损边界磨损刀具磨损2.刀具磨损的原因

由于工件材料、刀具材料种类很多，切削条件变化很大，因此刀具磨损的形式各不相同，其磨损的原因也很复杂。刀具在正常磨损的情况下，其主要原因包括：机械磨损、热磨损以及化学磨损。

刀具磨损2.刀具磨损的原因

具体可分为：

（1）硬质点磨损（2）粘结磨损（3）扩散磨损（4）化学磨损刀具磨损二、刀具磨损过程及磨钝标准

图1-5-2刀具磨损过程曲线1.刀具的磨损过程

对