机械制造基础课件第三章：金属切削原理

1、第3章 金属切削原理,3.1 金属切削过程 3.1.1 切屑的形成过程,图3 -1 切削过程的剪切滑移与三个变形区,第3章 金属切削原理,3.1.2 切屑变形的表示方法 （1）相对滑移 （2）切削变形系数 （3）剪切角,图3-2 剪切变形,第3章 金属切削原理,3.1.3 前刀面的摩擦与积屑瘤及鳞刺 （1）前刀面的摩擦,图3-3 刀-屑接触面摩擦情况示意图 图3-4 积屑瘤,第3章 金属切削原理,3.1 .4 影响切削变形的因素 （1）工件材料,图3-5 材料强度与变形系数的关系,第3章 金属切削原理,（2）刀具几何角度,图3-6 前角与变形系数的关系,（3）切削用量,第3章 金属切削原理,图

2、3-8 进给量与变形系数的关系,图3-7 切削速度与变形系数的关系,第3章 金属切削原理,3.1.5 切屑类型与控制 （1）切屑类型 根据形成机理分,图3-9 切屑类型,第3章 金属切削原理,从切屑处理角度分,第3章 金属切削原理,图3-10 各种切屑形状,第3章 金属切削原理,（2）切屑的控制,图3-11 切屑的卷曲 图3-12 断屑器的断屑,第3章 金属切削原理,3.2 切削力 3.2.1 切削力的分析,图3 -13 切削力的合成与分力,第3章 金属切削原理,3.2.2 切削力与切削功率的计算 1. 切削力 经验公式法 单位切削面积法,第3章 金属切削原理,2. 功率,第3章 金属切削原理

3、,3.2.2 影响切削力的因素 1. 工件材料 2. 切削用量 3. 刀具几何参数 4. 其他因素,图3-14 切削速度对切削力的影响（45钢）,第3章 金属切削原理,图3-15 圆弧半径对切削力的影响,图3-16 负倒棱对切削力的影响,第3章 金属切削原理,3.3 切削热与切削温度 3.3.1 切削热的产生与传出,图3-17 切削热的产生与传出,第3章 金属切削原理,3.3.2 切削温度的影响因素 1. 切削用量,第3章 金属切削原理,2. 刀具几何角度 前角增大，使切屑变形程度减小，产生的切削热减少，切削温度下降。1820度时.其对切削温度的影响减小。 主偏角减小，使切削宽度增大，散热面积

4、增加，故切削温度下降。 3. 工件材料,第3章 金属切削原理,图3-18 不同切削速度下各种材料的切削温度,第3章 金属切削原理,4. 刀具磨损 刀具后刀面磨损量增大，切削温度升高；磨损量达到一定值后，对切削温度的影响加剧;切削速度愈高，刀具磨损对切削温度的影响就愈显著。 5. 切削液,3.3.3 切削温度的分布,第3章 金属切削原理,图3-19 切削温度分布,第3章 金属切削原理,3.4 刀具磨损与破损及使用寿命 3.4.1 刀具磨损形态 1. 前刀面磨损 2. 后刀面磨损 3. 边界磨损,图3-20 刀具磨损形态,第3章 金属切削原理,第3章 金属切削原理,图3-21 刀具磨损测量,第3章

5、 金属切削原理,3.4.2 刀具磨损的原因 1. 磨料磨损 2. 粘结磨损 3. 扩散磨损 4. 化学磨损 3.4.3 磨损过程与磨钝标准 1. 磨损过程 2. 磨钝标准,图3-22 刀具磨损过程,第3章 金属切削原理,3.4.2 刀具磨损的经验公式 1. 切削速度与耐用度关系 2. 进给量和背吃刀量与耐用度关系,第3章 金属切削原理,3.5 改善工件材料的切削加工性 3.5 .1 工件材料的切削加工性 1. 概述 工件材料的切削加工性是指材料被切削加工成合格零件的难易程度。某种材料加工的难易，不仅取决于材料本身，还取决于具体的加工要求及切削条件。 2. 衡量指标 （1）以刀具使用寿命来衡量；

6、 （2）以切削速度来衡量； （3）以切削力或切削温度来衡量； （4）以已加工表面质量来衡量； （5）以断屑性能来衡量。,第3章 金属切削原理,3. 相对切削加工性,表3-3 相对切削加工性等级,第3章 金属切削原理,4. 影响因素 （1）材料的物理力学性能 见表3-4 （2）材料的化学成分 碳 合金元素 （3）材料的金相组织 珠光体、马氏体（硬度高）,第3章 金属切削原理,表3-4 工件材料切削加工性分级表,第3章 金属切削原理,5. 常用金属材料的切削加工性 （1）有色金属 （2）铸铁 铸铁组织及其加工性见教材表2-3。 （3）结构钢 常用的结构钢的切削加工性见教材表2-4。 （4）难加工材

7、料 难加工材料的相对切削加工性表见教材表2-5。,第3章 金属切削原理,图3-23 影响切削加工性的因素及其相互关系,第3章 金属切削原理,3.5.2 改善切削加工性的途径 1. 改善材料切削加工性的途径 （1）调整材料的化学成分； （2）进行适当的热处理。 2. 改善切削加工条件 （1）选用合适的刀具材料及切削用量； （2）选用合适的设备、加工方法及辅助手段； （3）选择切削加工性好的材料状态。,第3章 金属切削原理,3.6 切削条件的合理选择 3.6 .1 刀具材料的合理选择,表3-5 常用的高速钢牌号及应用范围,第3章 金属切削原理,表3-6 常用的硬质合金牌号及应用范围,第3章 金属切

8、削原理,表3-7 几种典型刀具材料的切削性能,第3章 金属切削原理,3.6.2 刀具几何参数的合理选择 1. 前角的选择,图3-24 前角的合理范围,第3章 金属切削原理,表3-8 硬质合金车刀合理前角参考值,第3章 金属切削原理,2. 后角的选择,图3-25后角对刀具磨损的影响 图3-26后角对刀具重磨体积的影响,第3章 金属切削原理,表3-9 硬质合金车刀合理后角参考值,第3章 金属切削原理,3. 主偏角的选择,图3-27 三种常用车刀主偏角的形式,第3章 金属切削原理,4. 副偏角的选择,表 3-10 车刀合理偏角参考值,第3章 金属切削原理,5. 刃倾角的选择,图 3-28 刃倾角对刀

9、尖强度的影响,图 3-29 刃倾角对排屑方向的影响,第3章 金属切削原理,3.6.3 切削用量的合理选择 1. 粗加工选择的基本原则 2. 精加工选择的基本原则,第3章 金属切削原理,表 3-11 硬质合金粗车外圆的进给量,第3章 金属切削原理,表 3-12 硬质合金半精车外圆的进给量,第3章 金属切削原理,3.6.4 切削液的合理选择 1. 从工件材料方面考虑 2. 从刀具方面考虑 3. 从加工方法方面考虑 4. 从加工要求方面考虑,第3章 金属切削原理,表 3-13 切削液选用推荐表,第3章 金属切削原理,0-干切 1-润滑性不强的水溶液 2-润滑性较好的水溶液 3-普通乳化液 4-极压乳

10、化液 5-普通矿物油 6-煤油 7-含硫、氯等极压切削油 8-含硫氯、氯磷等的极压切削油,第3章 金属切削原理,3.6.5 刀具耐用度的合理选择 1. 最大生产率耐用度 2. 最低成本耐用度 3. 最大利润耐用度,第3章 金属切削原理,制定原则： （1）对于制造和刀磨都比较简单、成本不高的刀具，耐用度可订得低一些；反之应订得高些。 （2）对于装卡、调整比较复杂的刀具，刀具耐用度应订得高一些。 （3）切削大型工件时，为避免在切削过程中中途换刀，刀具耐用度应订得高一些。,第3章 金属切削原理,3.7 磨削 3.7.1 砂轮 1. 磨料 2. 粒度 3. 结合剂 4. 硬度 5. 组织,表 3-14

11、 常用磨料性能和适用范围,第3章 金属切削原理,表 3-15 磨料粒度号和基本尺寸,第3章 金属切削原理,表 3-16 结合剂的性能和适用范围,表 3-17 砂轮硬度等级及代号,第3章 金属切削原理,表 3-18 砂轮组织等级及选择,第3章 金属切削原理,6. 砂轮的形状 及标志,表3-19 砂轮的形状与代号,第3章 金属切削原理,标志,第3章 金属切削原理,3.7.1 磨削加工类型与磨削运动 1. 磨削加工类型,图 3-30 磨削加工类型,第3章 金属切削原理,2. 磨削运动,图 3- 31 磨削运动,第3章 金属切削原理,3.7.2 磨削加工的特点及砂轮修整 1. 磨削加工特点 （1）切削刃(磨粒)不