金属切削基础知识.ppt

1、2020年8月13日，机械制造基础，第1章，金属切削基础知识，1.1切削运动分析和切削元件，1.2金属切削刀具，1.3切削过程中的物理现象，1.4工件材料的可加工性，1.5切削液，机械制造基础，2020年8月13日，机械制造基础，2，本章学习要求，(1 (2)掌握刀具角度和工作角度的概念，合理选择刀具角度，以及常用刀具材料的性能和选择；(3)掌握切削过程中的物理现象及其对加工过程的影响；(4)掌握切削液的功能，合理选择切削液。重点和难点：切削过程中的刀具角度和物理现象，切削加工基础知识，2020年8月13日，机械制造基础，3，切削运动和切削元件，1.1切削加工的运动分析和切削元件，旋转曲面：以

2、直线为母线旋转形成的曲面；成型方法：车削、钻孔、铰孔、镗孔、铰孔、磨削内外圆等。1.1.1零件表面的形成，平面：以直线为母线的直线运动形成的表面；成型方法：铣削、刨平、平面磨削等。曲面：以曲线为母线旋转或平移形成的表面；成形方法：铣削、成形磨削、数控铣削、电火花加工、激光加工等。2020/8/13，机械制造基础，4，1.1.2切削运动，l分类：1)主要运动：切屑切削所需的基本运动。三个特点：最快的速度；最大功耗；独一无二。概念：刀具和工件之间的相对运动，以切断多余的金属。2)进给运动：金属层被连续抛入被切割的运动中。三个特点：速度慢；低功耗；它可以是一个或多个。3)其它运动：分度运动，切削运动

3、和切削元件，2020年8月13日，机械制造基础，5，普通机床切削运动和切削元件，2020年8月13日，机械制造基础，6。被加工工件的表面分为：根据其状态加工的表面(过渡表面):切削刀具切削的表面。待加工表面：待加工表面。l加工表面，切削运动和切削元件，2020/8/13，机械制造基础，7，机械制造基础，8，1.1.3切削元件，l切削参数：切削速度vc:主运动线速度1)(周期性)进给f(mm/r):主运动一个周期2)进给速度vf(mm/min):每单位时间3)每齿进给af(mm/z):刀具每齿的切削运动和切削元件，以及反向进给(切削深度)ap(mm)，2020年8月13日，机械制造基础，第9期。

4、切削层：在一个主运动周期中，两个相邻加工表面(切削刃)之间的材料部分。切割层尺寸平面元素，切割层标称厚度hD(旧标准ac): hD=f sinKr切割层标称宽度bD(旧标准aw): bD=ap/sinKr切割层标称横截面积AD: AD: AD=ap f=bD hD剩余面积AD剩余面积高度：H=f/(H=f/(CtGkr CtGkr)r=0H=f 2/8r r0，切割运动和切割元素，2020年8月13日，机械制造基础，10，切割运动BD=H CTG KR DC=H CTG KR BD DC=F H=F/(ctgKr ctgKr)=F剩余面积高度：H=F/(CTG KR CTG 2020/8/13

5、，机械制造基础，11，切割运动和切割要点，H=BD=BE处的BE-DE，移动项目后两侧的正方形，忽略H2(H r):剩余面积高度：H=F2/8R，2020/8/13，机械制造基础，11根据功能：车刀、刀具、螺纹刀具、偏置刀具、尖刀、镗刀、成形刀具等。结构形式：整体式、焊接式、机械安装式(压板压制)、前刀面Ar、主切削刃S、后Aa、刀尖副、后Aa、辅助切削刃S、l切削件组成，2020年8月13日，机械制造基础，13，l刀具静态参考系统(PrPsPo正交平面参考系统)，(1刀杆方向与进给方向垂直。(2)辅助平面：切削平面Ps:通过切削刃上的一点并与加工表面相切的平面。基准面Pr:通过切削刃上相同点

6、并垂直于切削速度的平面。正交平面Po(主要部分):通过切削刃上相同点并垂直于切削平面和基面的平面。金属切削刀具，2020年8月13日，机械制造基础，14，前角的作用：前角的切屑变形，切削力，切削刃强度，前刀面磨损，热传导量，刀具前角的选择：塑料材料选择大前角，硬质材料选择负前角，断续切削选择小前角，刀具的标记角是指静态工程图中标注的刀具角度。(以车刀为例，下面介绍刀具的标记角度)1。刀具标记前角0:在正交平面上测量的前刀面和基面之间的夹角。前角的标记：l刀具标记角度的定义，金属切削刀具，2020年8月13日，机械制造基础，15，在正交平面上测量的后刀面和切削面之间的角度。离隙角的标记：离隙角的

7、影响：离隙面和加工面之间的摩擦；浮雕表面磨损；切削刃的强度；热传导体积；刀具后角的选择：选择小后角进行粗加工；选择大的后角；选择大前角时，选择小后角以增加切削刃强度；2.工具标记；注：凸角0:金属切削刀具，2020年8月13日，机械制造基础，16，主要偏转角功能：主要偏转角切削刃工作长度刀尖强度热传导体积径向分量刀具主要偏转角选择：一般3075加工细长工件采用9093，次要偏转角功能：次要偏转角副后方摩擦工件加工表面刀尖强度表面粗糙度刀具副偏转角选择：一般520特殊要求可采用Kr=0的修光刃，主要切削刃与进给方向之间的角度在基准面上测量。4.二次偏转角Kr:二次切削刃和相反进给方向之间的夹角，

8、在基准面上测量。大偏角和小偏角的标记。主偏角Kr:金属切削工具，2020年8月13日，机械制造基础，17。刀具刃倾角的选择：S 0用于精加工，S 0用于粗加工，S 0用于加工细长工件。刃倾角的作用：(1)影响排屑方向：S 0排至待加工表面；S 0被排放到加工表面；S=前刀面上的0旋度，在切削平面上测量，即主切削刃和基面之间的角度。刀片倾斜角度标记：5。刀片倾角s:(2)影响切入和切出的稳定性(3)影响反作用力的大小，金属切削刀具，2020年8月13日，机械制造基础，18，1)粗加工塑料材料时，选择大前角0，小前角0，小主偏转角Kr，小或负刀片加工脆性材料时，前角0可适当减小；加工高硬度、难加工

9、材料时，采用负前角(00)。2)精加工时，加工细长轴时，一般选择较大的后倾角0，较小的前倾角0，非负刃倾角(s0)，并选择较大的主偏转角Kr。l刀具角度的选择原则：金属切削刀具，2020年8月13日，机械制造基础，19，示例：下图为圆柱车削示意图，标在图上：(1)主运动、进给运动和反切削量；(2)加工表面、加工(过渡)表面和待加工表面；(3)基面、主断面和切面；(4)刀具角度015、06、Kr55、Kr45和s10。金属切削工具，2020年8月13日，Mec如普通车削、镗孔和铣削。当安装误差较大时，必须考虑其影响。如穿线、回切、钻孔等。刀具安装条件的变化也会导致参考系统的变化。刀具的工作角度也

10、称为刀具的切削角度：刀具在实际切削条件下的实际角度。工作基准系统与静态基准系统的区别：在工作条件下，复合切削速度是主运动和进给运动的复合速度；而合成速度与静态条件下的切割速度一致。金属切削刀具，2020年8月13日，机械制造基础，24，(3)当刀杆中心线不垂直于进给方向时，工作角发生变化，(2)刀尖安装高度对工作角的影响过高(过低):工作前角增大(较小)，工作前角减小(较大)；内孔钻尖高(低)安装：工作前角减小(大)，工作前角增大(小)。(1)进给对工作角的影响横向进给：纵向进给：0e=0 0e=0-工作前角增大，工作前角减小。金属切削刀具，2020年8月13日，机械制造基础，25，1.2.2

11、刀具材料，刀具材料的基本性能，高硬度，高耐热性，足够的强度和韧性，高耐磨性，良好的工艺性，五个基本性能是相互关联和相互制约的，所以我们应该注意主要性能，并根据具体的加工条件考虑其他性能。金属切削刀具，2020/8/13，机械制造基础，26，l常用刀具材料的类型和应用，金属切削刀具，2020/8/13，机械制造基础，27，1.3切削过程中的物理现象，1.3.1切削过程，l切屑的类型(不考虑切削刀具切屑的影响等)。)带状切屑：加工大0、高vc、小ap和f的塑料金属时产生的上表面有毛、下表面光滑的连续切屑。结节状(挤压)切屑：加工中硬度低vc、大ap的塑料金属时产生的上表面有锯齿、下表面光滑的连续切

12、屑。颗粒(单位)切屑：金刚石状的单位分离体，是在加工硬度较高、塑性较差的金属时，用较低的vc、较大的ap和f产生的。金属切削加工，2020年8月13日，机械制造基础，28，l切屑变形，(1)第一变形区(剪切区、塑性变形区):从塑性变形开始到颗粒剪切滑移基本完成。切屑收缩现象：变形系数越大，切削变形、切削力、功耗、切削温度和表面质量越大。金属切削工艺，2020/8/13，机械制造基础，29，停滞现象：切削塑料金属时，由于切屑和刀具之间的挤压和摩擦，切屑底部的金属流速变慢。积屑瘤：在一定的温度和压力条件下，滞止层与前刀面之间的摩擦力大于芯片底层晶粒之间的亲和力，滞止层中的部分金属结合在前刀面的芯片

13、边缘附近，形成硬质金属层(由于塑性变形，硬度比工件材料高23倍)，(2)第二变形区(摩擦区)， 金属切削过程，2020成形条件：塑性金属在中低速切削中的冷焊现象：挤压和摩擦产生高温高压，而摩擦带走杂质。 刀具表面的新鲜金属颗粒与切屑之间的亲和力和摩擦力之和大于切屑材料内部的颗粒之间的亲和力，因此一小块金属将从切屑上撕下并粘结到前刀面上，形成切屑堆积瘤。特点：大小开口周期对切割过程没有影响；保护刀片；使工作前角增大，刀具减小；切割稳定性差；影响加工精度和表面粗糙度。(2)第二变形区(摩擦区)，金属切削过程，2020年8月13日，机械制造基础，31，变形强化(加工硬化)原因：1)挤压塑性变形2)表

14、面相变对加工过程的影响：对后续加工的影响，对机械加工的影响，(3)第三变形区(挤压区)，金属切削工艺，2020/8/13，机械制造基础，32，1.3.2切削力和切削功率，l源和切削力的分解(1)切削力源：变形阻力和摩擦阻力切削力是所有切削力的合力，是空间交变力。(2)切削力的几何分量(以车削外圆为例)主切削力Fc(主运动方向上的正投影(分量)进给力Ff(进给方向上的正投影(分量)反作用力Fp(垂直于工作平面的分量)，金属切削工艺，2020年8月13日，机械制造基础，33，Kc是单位切削力。对于相同的材料，kc在某些切削条件下是恒定的。可以确定，(2)切削功率Pc=FcVc，金属切削行程，2020年8月13日，机械制造基础，34，l影响切削力的因素：(1)工件材料：材料成分、显微组织和切削性能是影响切削力的主要因素。强度、硬度、塑性和韧性越大，切削力越大；(2)切削参数：ap影响最大，其次是F，切削速度C最小，Fc和C为1: 1，F影响70.80%，C影响切屑堆积瘤的存在，有切屑堆积瘤时F明显降低。(3)刀具几何角度：0增大，导致刃口锋利，切削变形小，摩擦力小，切削力减小；o增加，摩擦力减小，切削力减小；Kr增加，Fp降低；正s时，Fp降低，Ff增加。(4)其他因素：切削液具有良好的润滑条件，刀具磨损后切削力减小，切削力急剧增加。金属切削过程，2020年8月13日，机