金属切削加工的基本知识 中级职称.ppt

1、第5章 金属切削加工的基本知识,5.1 概述 5.2 切削运动与切削用量 5.3 切削刀具 5.4 金属的切削过程 5.5 材料的切削加工性,5.1 概述,金属切削加工也叫冷加工，是利用刀具与工件之间的相对运动来切去金属，从而获得具有所需形状、尺寸和表面粗糙度的零件的加工方法。 由于切削加工可获得高精度的零件，且生产率较高，故具有一定尺寸精度和表面粗糙度要求的零件均采用切削加工方法来制造。 切削加工的方式很多。应根据被加工零件的材料、形状和精度要求等选用合适的切削加工方法。,5.2.1 切削运动,5.2 切削运动与切削用量,切削运动指在加工时刀具与工件之间的相对运动。 （1）主运动：切除金属所

2、必需的运动。主运动所消耗的功率是最大的。 （2）进给运动：使金属不断被投入切削所必需的运动。,5.2.2 切削用量,切削用量包括三个要素，即切削速度、进给量和背吃刀量。 （1）切削速度：指主运动的线速度。 （2）进给量：也称为走刀量。指工件（或刀具）每转一转时，刀具（或工件）沿进给方向移动的距离。 （3）背吃刀量：指工件的已加工表面与加工表面之间的垂直距离。,5.3 切削刀具,车刀的切削部分由三个刀面、两个刀刃和一个尖组成。,5.3.1 刀具切削部分的组成,5.3.2 刀具切削部分的几何角度,车刀的切削部分由三个刀面、两个刀刃和一个尖组成。为规定和测量车刀的几何角度，建立了三个互相垂直的辅助平

3、面。,（1）前角：前刀面与基面之间的夹角。前角越大，刀越锋利，切削越轻快，但刀具的强度下降，不利于刀具散热。,（2）后角：主后面与切削平面之间的夹角。后角的主要作用是减少后刀面与加工工件之间的摩擦和磨损。后角过大，会削弱切削刃和刀头的强度。,（3）主偏角：主切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角。主偏角影响三个切削分力的大小和比例关系，主偏角越大，进给抗力越大，切深抗力越小。,（4）刃倾角：主切削刃与基面之间的夹角。刃倾角影响刀尖的强度以及切屑的流向。,5.3.3 刀具材料,刀具材料应具有（1）较高的硬度，常温下60HRC以上，（2）足够的强度和韧性，（3）良好的耐磨性，（4）良好的耐热性，

4、（5）良好的工艺性。 常用刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金和非金属陶瓷材料。,碳素钢刀具,（1）碳素工具钢：含碳量在0.7-1.2%，淬火后硬度HRC61-65，价格低，耐热性不好，耐热温度200-250，切削速度8m/min（0.13m/s）用于制造切削速度低的简单手工工具，如锉刀、锯条、刮刀等。,（2）合金工具钢：淬火后硬度达RC61-65，耐热温度达300-400 ，比碳素工具钢允许的速度提高20%。常用于制造低速加工和要求热处理变形小的刀具，如铰刀，拉刀等。,（3）高速钢 ：含有较多的W、Cr等合金元素，硬度、耐热性和耐磨性都有显著提高，淬火硬度为HRC62-65，耐

5、热性可达600，允许的切削速度为30-50m/min（0.51.08m/s），热处理变形小，刃磨性能较硬质合金好，广泛用于制造各种复杂的刀具，如钻头，铣刀，拉刀和齿轮刀具等。,高速钢刀具,（4）硬质合金：硬度可达HRA89-91（相当于HRC74-78），耐热性可达850-1000，切削速度可达100-300m/min（1.75m/s），但抗弯强度、韧性，冲击韧性差。通常制成各种型式的刀片，将其焊接或夹固在刀体上使用。,硬质合金刀块,（5）人造金刚石：硬度极高，接近于HV10000（硬质合金为HV1300-1800），耐热温度700-800。可加工硬质合金、陶瓷、玻璃、有色金属及其合金等，不宜

6、加工钢铁材料。 （6）立方氮化硼：硬度达HV8000-9000，耐热温度1300-1500，强度低，焊接性差。适用于半精加工和精加工高硬度、高强度的淬火钢及耐热钢，也可用于精加工有色金属。,5.4 金属的切削过程,5.4.1 切屑的形成与种类,切屑的形成过程实质是一种金属受到挤压的过程。,1. 变形 2. 滑移 3. 挤裂 4. 切离,切削变形区,第一变形区：（基本变形区） OAOM之间的区域，是切削过程中的主要变形区，是切削力和切削热的主要来源。 主要特征： 剪切面的滑移变形,第二变形区： 切屑底层与前刀面之间的摩擦变形区。主要影响切屑的变形和积屑瘤的产生。,第三变形区,第二变形区,第一变形

7、区,第三变形区： 工件已加工表面与刀具后刀面之间的挤压、摩擦变形区域。 造成工件表面的纤维化与加工硬化。 该区域对工件表面的残余应力以及后刀面的磨损有很大的影响。,（1）带状切屑,5.2.2 切屑的种类,切削塑性材料、切削速度高、切削厚度较小且刀具锋利时产生带状切屑。切削力小且稳定，已加工表面光滑，但对生产安全有危害。,（2）节状切屑,切削塑性材料、切削速度中等、切削厚度较大且刀具较锋利时产生节状切屑。切削力波动较大，已加工表面较粗糙。,（3）蹦碎切屑,切削脆性材料时产生蹦碎切屑。切削力波动大，已加工表面粗糙。,5.2.3 积屑瘤,切削钢、球墨铸铁和铝合金等塑性金属时，切屑底层与前刀面嵌入式结

8、合发生冷焊现象，使一部分切屑粘结在前刀面上，形成积屑瘤。,积屑瘤可以代替刀刃进行切削，保护刀刃，且增大了前角；但积屑瘤形状不规则，频繁生长脱落，会影响尺寸精度和表面质量。 积屑瘤对粗加工有利，对精加工不利。因此在粗加工时可人为控制积屑瘤的生长，使积屑瘤能稳定存在；而在精加工时则应抑制积屑瘤的产生。,（1）切削力的来源,工件、切屑的变形抗力,刀具与切屑、工件与刀具之间的摩擦阻力,5.2.4 切削力,（2）切削力的分解,解决背向力不利影响的方法,5.2.5 切削热与切削温度,切削过程中所消耗的功绝大部分转变为切削热。切削热来源于切削层的弹性及塑性变形，以及切屑与前刀面，工件与后刀面的摩擦。 影响切

9、削温度的因素有工件材料、切削用量、刀具几何形状以及浇注切削液。 切削温度对机床精度、刀具磨损和加工质量都会产生影响。,5.2.6 刀具的磨损及使用寿命,刀具的使用寿命指刀具从开始切削一直到磨损量达到磨钝标准为止的总的切削时间。磨钝标准指后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的最大磨损尺寸。,刀具合理使用寿命的选择,最大生产率使用寿命：TP,“根据单件工序工时最短的原则来确定T”。,经济使用寿命：Tc,“根据单件工序成本最低的原则来确定T”。,式中：m：指数。 对于高速钢： m=0.10.125， 硬质合金： m=0.10.4， 陶瓷刀具： m=0.20.4 tct：换刀一次所需时间； Ct：刀具成本； M：该工序单位时间内机床折旧费及所分担的全厂开支。,5.5 材料的切削加工性,材料的切削加工性指对某种材料进行加工的难易程度。 切削加工性的衡量指标