成形工藝基礎-切削11金屬工

藝學

(下冊)

第五篇

切削工藝知識成形工藝基礎-切削12

切削:利用切削工具從工件上切除多余材料的加工方法。

GB4863-85規(guī)定：切屑加工（定義同上）；

切削加工=鉗工+機械加工

機械加工—利用機械力對各種工件進行加工的方法。機械加工的方法許多：車、鉆、銑、刨和磨等多種，但它們在切削運動、切削刀具、切削過程的物理實質等方面都有著共同的現(xiàn)象和規(guī)律。成形工藝基礎-切削13第一章金屬切削的基礎知識

§1切削運動與切削要素

一、零件表面的形成零件表面的組成有：基本表面平面、外、內圓面；成形面：溝、槽、螺紋及齒面等

二、切削運動

1.三個表面成形工藝基礎-切削14

在切削加工過程中，工件上存在三個不斷變化的表面，即：已加工表面、待加工表面和過渡表面。

1)待加工表面工件上即將切去切屑的表面。

2)已加工表面工件上已切去切屑的表面。

3)過渡表面工件上由切削刃形成的那部分表面，即已加工表面和待加工表面之間的過渡表面。成形工藝基礎-切削15

切削運動：刀具與工件之間的相對運動。切削運動又分主運動和進給運動，其中：

1.主運動

由機床或人力提供的主要運動，它促使刀具和工件之間產生相對運動，從而使刀具前面接近工件。

2.進給運動是使待加工表面不斷地或連續(xù)地投入切削并得出所需幾何特性的已加工表面的運動。成形工藝基礎-切削16

切削過程中主運動只有一個；進給運動可以有一個或幾個。切削運動的形式有：旋轉或直線的。實際的切削運動是一個合成切削運動.

三、切削用量一般，切削用量包括：

切削速度、進給量和背吃刀量。常稱為切削三要素成形工藝基礎-切削17

m/s

1.切削速度

υｃ(以車削為例)

切削速度υｃ(m/s)是主運動的線速度。νc=式中：D—為工件待加工表面的直徑(mm)；

n—為轉速(r/min)。車削時指工件待加工表面最大直徑處線速度.

2.進給量f(mm/r)

指(車)刀具相對于工件旋轉一轉,在進給方向成形工藝基礎-切削18

的位移量。

單位為：mm/r或mm/str。

3.背吃力量ap(mm)指工件上已加工表面與待加工表面之間的垂直距離，單位為：mm。式中：d為已加工表面的直徑(mm)生產中為提高效率一般對工件分粗、精加工階段，如粗加工時的選擇原則：aP＝成形工藝基礎-切削19

“先定ap,次選f,最后定υc”c

四、切削層參數(shù)

1.切削層公稱橫截面積AD

在給定瞬間，切削層在切削層尺寸平面里的實際橫截面積，單位為mm2。

2.切削層公稱寬度bD

；

3.切削層公稱厚度hD

且三者間有關系：

AD=bDhDmm2

在車削中可近似認為：AD≈fapmm2成形工藝基礎-切削110§2刀具材料與刀具構造

刀具組成＝切削部分＋夾持部分

一、刀具材料(指切削部分)

1.對刀具材料的基本要求切削過程中，刀具的切削部分要承受很大的壓力、摩擦、沖擊和很高的溫度，刀具切削部分的材料應具備以下性能：

1)高的硬度一般刀具材料的硬度應在60HRC以上。成形工藝基礎礎-切削削1112)足夠夠的的強強度度和和韌韌性性又稱稱堅韌韌性性，以以承承受受切切削削中中的的沖沖擊擊力力和和振振動動，，減減少少刀刀具具脆脆性性斷斷裂裂和和崩崩刃刃。。3)耐磨磨性性好好即抵抵抗抗磨磨損損的的能能力力，，使使刀刀具具使使用用耐耐久久。。4)高的的耐耐熱熱性性是指指刀刀具具在在高高溫溫下下仍仍能能保保持持硬硬度度、、強強度度、、韌韌性性和和耐耐磨磨性性等等。。5)工藝藝性性能能要要好好成形形工工藝藝基基礎礎-切削削112為了了便便于于刀刀具具本本身身的的制制造造，，刀刀具具材料料還還應應具具有有一一定定的的工工藝藝性性能能,如:切削削性性能能、、磨磨削削性性能能、、焊焊接接性性能能及及熱熱處處理理性性能能等等。2.常用用刀刀具具材材料料1)碳素工工具鋼鋼T10鋼(WC=1%)制手用用鋼鋸鋸條、、簡單單冷作作模;T12鋼用于于制作作鉸刀刀、銼銼刀、、量具具等2)合金工工具鋼鋼常用牌牌號如如9SiCr、Cr12、CrMn、GCr15等，成形工工藝基基礎-切削113主要用用于制制造刃刃具、、模具具、量量具等等工具具3)高速鋼鋼高速鋼鋼是含含W、Cr、V等合金金元素素較多多的合合金工工具鋼鋼.其常用用牌號號有:W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等,廣泛用用于制制造形形狀復復雜的的高速速切削削工具具,如：麻麻花鉆、銑銑刀、、拉刀刀、齒齒輪刀刀具和和其他他成形形刀具具。4)硬質合合金根據GB/2075-1998規(guī)定，，按被加工工材料料成形工工藝基基礎-切削114分了三個大大（類類）組組；分別用用字母母P、M、K表示(這些字字母完完全是是習慣性性，本本身無無其他他含義義)。相應識識別顏顏色為為藍、黃黃、或或紅.具體應應用:1)P類(藍色)相當于于舊牌號號YT類硬質合合金。。適宜加加工長長切屑屑的黑黑色金金屬，如鋼鋼、鑄鑄鋼等等。其其代號號P01、P10、P20、P30、P40、P50等，數(shù)字越越大，，耐磨磨性越越低而而韌性性越高高。如車削削時：：精車車用P01,半精車車用P10,P20；成形工工藝基基礎-切削115粗車選選用P30。2)M類(黃色)相當于于舊牌牌號YW類硬質質合金金適宜加加工長長切屑屑或短短切屑屑的金金屬材材料，，如鋼鋼、鑄鑄鋼、、不銹銹鋼、、灰鑄鑄鐵、、有色色金屬屬等。。其代號有M10、M20、M30、M40等，數(shù)字越越大，耐磨磨性低而韌韌性大。精車選M10；半精車用用M20；粗車時可可用M30。3)K類(紅色)相當于舊牌牌號TG類硬質合金金成形工藝基基礎-切削116適宜加工短切屑的金金屬或非金金屬材料，，如淬硬鋼、、鑄鐵、銅銅鋁合金、、塑料等，，其代號有有K01、K10、K20、K30、K40等，數(shù)字大大，耐磨性性降而韌性性大。如車車削時：精車選K01；半精車K10、K20；粗車用K30。3.新型刀具材材料1)涂層刀具材材料是指通過氣氣相沉積或或其他技術術方法，在在硬質合金金或高速鋼鋼的基體上上涂覆一薄薄層高硬耐耐磨的成形工藝基基礎-切削117難熔金屬或或非金屬化化合物而構構成的。如在硬質合合金表面上上涂厚4～9μm的涂層時，，表面硬度度可達2500～4200HV，是實現(xiàn)刀刀具要求“面硬而心韌韌”的有效方法法之一。常用的涂層層材料有TiC、TiN、Al2O3等硬質合金涂涂層刀具壽壽命可比原原來提高1～3倍，高速鋼涂層層后壽命提提高2～10倍，世界各國國對涂層刀刀具運用很很廣泛。處處于領先地地位的瑞典典，在車削削中使用涂涂層硬質合合金刀片已已達70%～80%。成形工藝基基礎-切削1182)陶瓷刀具材材料按化學成分分可分為Al2O3基和Si3N4基兩類。陶瓷刀具硬硬度高而耐耐磨，允許許切削速度度達成12.5m/s，耐熱性度度可達1200～1450℃℃，其效率比比硬質合金金提高了1～4倍，可制成成刀片。用于半精和和精加工高高硬度、強強度鋼及冷冷硬鑄鐵等等，缺點抗抗彎強度低低，沖擊韌韌性差。3)超硬刀具材材料它包括人造聚晶金金剛石和立立方氮化硼硼等成形工藝基基礎-切削119人造聚晶金金剛石刀具具，硬度極高(5000HV以上),耐磨性極好好，可切削削硬的材料料而長時間間保持尺寸寸的穩(wěn)定(不宜加工鐵鐵族金屬,為什么？)。刀具壽命比比硬質合金金高幾十至至三百倍，，宜精細加加工。立方氮化硼硼(CBN)的顯微硬度度達8000～9000HV，僅次于天天然金剛石石（10000HV），耐磨性性很好，其其耐熱性達達1500℃℃，且與鐵族材料親親和作用小小。成形工藝基基礎-切削120適于加工高高硬、難切切材料。注意刀具材材料的使用用性能，工工藝性能和和價格不同同，各種切切削條件對對刀具要求求也各異，，應綜合考考慮，合理理地選用刀刀具材料。。二、刀具角角度刀具的種類類相當繁多多，但其切切削部分的的結構要素素和幾何角角度有著許許多共同的的特征,圖示。各種刀具就就一個刀齒而而言，都相相當于車刀刀的刀頭。。成形工藝基基礎-切削121車刀切削部部分的組成成車刀切削部部分有：“三面兩刃一一尖”。1.前刀面（簡稱前面）—指刀具上切切屑流經的的表面。2.主后刀面（簡稱后面）—是與工件上上過渡表面面相對的表表面。3.副后刀面（簡稱副后面）—是與工件已已加工表面面相對的表表面。成形工藝基基礎-切削1224.主切削刃—前刀面與主主后刀面的的交線。5.副切削刃—前刀面與副副后刀面的的交線。6.刀尖—指主、副切切削刃匯交交的部位，，它可以是是圓弧，或是一小小段直線。刀具角度參參考系刀具角度是是確定車刀刀各部分幾幾何形狀的的重要成形工藝基基礎-切削123參數(shù)，用于于定義和規(guī)定定刀具角度度的各基準準坐標平面面稱為參考考系。參考系有有兩類：一類為刀具靜止參參考系,又稱標注參考系系;它是刀具設設計時標注注、刃磨和和測量的基基準，用此此定義的刀刀具角度稱稱刀具標注角角度；另一類刀具具工作參考系系,又稱為動態(tài)參考系系.組成刀具靜止參考系系的平面，如圖，由由三平面組成：1.基面Pr成形工藝基基礎-切削124過切削刃選定點并垂直于假定主運運動方向的的平面。車刀基面可可理解為平平行于刀具具底面的水水平面.2.切削平面Ps過切削刃上上選定點與切削刃相相切并垂直于基面的平平面（主切削平平面以Ps表示，副切切削平面以以Ps，表示）。3.正交平面Po成形工藝基基礎-切削125過切削刃上上選定點，，并同時垂垂直于基面面和切削平平面的平面面。4.假定工作平平面Pf過切削刃選選定點，垂垂直于基面面并平行與與假定進給給運動方向向的平面。。由于刀具的的參考系在在切削刃上上各點是變變化的，因因此角度的定義義也應指明選定點點。在未指明時時，一般指指切削刃的的基點或刀刀尖。成形工藝基基礎-切削126在正交平面面內測量的的標注角度度見圖1.前角r。前刀面與基基面間的夾夾角。根據前刀面面與基面間間的相對位位置又分別別規(guī)定為:正前角、零零度前角和和負前角。作用：影響切削刃刃鋒利程度度及強度，，增加前角角可使刀刃刃鋒利，切切削力減少少。切削溫溫度降低，，但過大的的前角會使使刃口強度度降低，容容易造成刃刃口損壞。。成形工藝藝基礎-切削127選擇原則則：前角角的數(shù)值值大小與與刀具切切削部分分的材料料，被加加工材料料、工作作條件等等都有關關系。(1)材料性脆脆、強度度低時前前角應取取小值；；(2)材料強度度和硬度度低時，，取較大大前角；；(3)有沖擊的的工作條條件時，，前角應應取較小小值，甚甚至取負負值。在保證刀刀具刃口口強度的的條件下下，盡量量用大前前角。2.后角αo成形工藝藝基礎-切削128指主后刀刀面與切切削平面面之間的的夾角。作用：減小后后面與工工件之間間的摩擦擦，和前前角一樣樣影響刃刃口的強強度和鋒鋒利程度度。選擇原則則:與前角相相似,一般后角值為為6°～8°。在基面內測量的角角度有3.主偏角γ指主切削削平面與與假定工工作平面面間夾角角。作用：影影響切削削刃工作作長度、、背向力力、刀尖尖成形工藝藝基礎-切削129強度和散散熱條件件；主偏偏差越小小，背向向力越大大，切削削刃工作作長度越大，散散熱條件件越好。。選擇原則則：工件粗粗大,剛性好時時取較小小值,車細長軸軸時為減減少背向向力,以免工件件彎曲,加工出腰腰鼓形,宜選取較較大的值值,常用為45°～75o間。4.副偏角副切削平平面與假假定工作作平面間間的夾角角作用：影響已已加工表表面的粗粗糙度，，減少副副偏角可可使被加加工表面面粗糙值值降低。。成形工藝藝基礎-切削130選擇原則：精加工時為為提高加工表表面的質量，，選取較小值值，一般為5°～10°在切削削平面面內側側量的的角度度有：：5.刃傾角角λs指主切切削刃刃與基基面間間的夾夾角，，反映映主切切削刃刃對基基面的的傾斜斜程度度。作用：影響響切屑屑流動動方向向和刀刀尖的的強度度。(1)當λs為正值值時，，刀尖尖在主主切削削刃上上的最最高點點，切切屑流流向待待加工工表面面；成形工工藝基基礎-切削131(2)當λs為負值值時，，刀尖尖在主主切削削刃上上為最最低點點，切切屑流流向已已加工工表面面；(3)刃傾角角為0°時，切切屑垂垂直于于過渡渡表面面方向向流出出。在λs＝＋時時，切切屑的的壓力力使刀刀頭及及刃口口易損損壞，，刀頭頭強度度表現(xiàn)現(xiàn)差；；反之之，則則刀頭頭強度度較好好。選擇原原則：精加加工時時取正正值，，粗加加工時時或有有沖擊擊時取取負值值，一一般情情況下下為0°～5°。成形工工藝基基礎-切削132三、刀刀具結結構刀具結結構種種類很很多,以車刀刀為例例介紹紹：1.整體車車刀切削部部分與與刀桿桿為同同一種種材料料，如如高速速鋼車車刀(白鋼刀刀),在有色色金屬屬加工工中應應用較較多。。2.焊接車車刀切削部部分與與刀桿桿不同同材料料,刀桿為為中碳碳鋼鍛鍛造,而切削削部分分為硬硬質合合金類類刀片片,運用硬硬釬焊焊連成形工工藝基基礎-切削133接而成成，方方便靈靈活，，尤其其小刀刀具運運用多多。3.機械夾夾固式式車刀刀按是否否重磨磨又分機夾夾不重重磨式式和機夾重重磨式式兩種.其中機機夾不重磨磨時,一刀刃刃用鈍鈍后不不需重重磨.如圖示示，只只須將將夾緊緊螺釘釘稍松松，將將刀片片再轉轉過一一刃即即可使使用。。而機機夾夾重磨磨式,類似似焊焊接接車車刀刀,用鈍鈍后后可可重重磨磨.成形形工工藝藝基基礎礎-切削削134§3金屬屬切切削削過過程程一、、切切屑屑形形成成及及種種類類1.切屑屑形形成成塑性性材材料料的的切切屑屑過過程程是是一一個個：：擠壓壓變變形形切切離離過過程程；經經歷歷了了：：彈性性變變形形、、塑塑性性變變形形、、擠擠裂裂和和切切離離四階階段段.2.切屑屑的的種種類類①帶帶狀狀切切屑屑、、②②節(jié)節(jié)狀狀切切屑屑、、③③崩崩碎碎切切屑屑成形形工工藝藝基基礎礎-切削削135二、、積積屑屑瘤瘤1.產生生（見錄錄像像片片）2.對切切削削過過程程的的影影響響優(yōu)點點：①硬硬化化刀刀刃刃保保護護刀刀具具；；②增增大大前前角角γ利切切削削；；③粗粗加加工工時時利利用用之之。。不足：時積時流流使工件表表面粗糙糙；精加工時時，予以以限制。。成形工藝藝基礎-切削136三、切削削力以車外圓圓時為例例：總切削力力(F)分解為相相互垂直直的三個分力力：1.切削力FcF在主運動動方向上上的分力力；2.進給力FfF在進給方方向上的的分力；；3.背向力FpF在垂直于于工作平平面方向向上的分分力。三個分力力與總切切削力有有關系：：成形工藝藝基礎-切削137四、切削削熱與切切削溫度度1.切削熱產產生、傳傳出與對對加工的的影響2.切削溫度度及其影影響影響切削削溫度的的主要因因素：①工件材材料強強而硬硬的材料料生熱多多；②切削用用量影影響程程度依次次排序為為：成形工藝藝基礎-切削138切削速度度、進給給量、背背吃刀量量。③刀具角角度前角大大、主主偏角角小些些都可可使生生熱減減少。。3.切削液液及其其選用用降低切切削熱熱的一一個有有效途途徑是是噴注注切削削液，，可以以降溫溫。切削液液的功功能可可以歸歸納為為：冷卻作作用、、潤滑滑、清清洗和和防銹銹作用用。生產中中常用用的切切削液液可分分為三三類：：成形工工藝基基礎-切削1391)水溶液液水為主主，加加有防防銹液液等添添加劑劑。作作用：：冷卻卻為主主。2)乳化液液將乳化化油加加水稀稀釋。。不僅僅冷卻卻而且且兼有有潤滑滑作用用。3)切削油油礦物油油為主主。少少數(shù)采采用動動、植植物油油等，，潤滑滑為主主。成形工工藝基基礎-切削140五、刀刀具磨磨損和和刀具具耐用用度刀具在在使用用一段段時間間后，，其切切削刃刃變鈍鈍，以以致無無法使使用。。為此此要討討論刀具磨損與耐用度。1.刀具磨損形形態(tài)1)后刀面磨損損磨損以后刀刀面上的磨磨損寬度值值VB表示。2)前刀面磨損損在高切削速速度，背吃吃刀量較大大且不用切切削成形工藝基基礎-切削141液情況下，，切塑性材材時，前刀刀面上出現(xiàn)現(xiàn)月牙洼，，前刀面的的磨損量以以最大深度度值KT表示。3)前后刀面同同時磨損2.刀具磨損過過程刀具磨損過過程有三階階段，如圖圖所示。3.刀具耐用度度刀具耐用度度是指刀具從刃刃磨開始使使用，到刀刀具磨損量量達到磨損損限度的總總切削時間間（min）,成形工藝基基礎-切削142以符號T表示.刀具壽命刃刃磨后的刀刀具自開始始切削直到到磨損量達達到磨鈍標標準所經歷歷的實際切切削時間。。一般說:高速鋼鉆頭頭的耐用度度為80～120min;硬質合金焊焊接車刀耐耐用度約為為60min；硬質合金端端銑刀的耐耐用度約為為120～180min。成形工藝基基礎-切削削143§4材料料的的切切削削性性一、、概概述述材料料的的切切削削性性：：是指指材材料料用用刀刀具具進進行行切切削削的的難難易易程程度度。。二、、常常用用材材料料的的切切削削性性1.結構構鋼鋼1)低碳碳鋼鋼性軟軟而而韌韌，，易易生生鱗鱗刺刺，，經經正正火火處處理理后后，，可可使使切切削削性性得得以以改改善善。。成形形工工藝藝基基礎礎-切削削1442)中碳碳鋼鋼有較較好好綜綜合合力力學學性性能能，，切切削削性性好好。。3)高碳碳鋼鋼由于于組組織織中中多多為為珠珠光光體體加加網網狀狀滲滲碳碳體體，，經經球球化化退退火火可可改改善善切切削削性性。。2.普通通灰灰口口鑄鑄鐵鐵易切切削削??！(為什什么么？？)3.不銹銹鋼鋼1)鉻不不銹銹鋼鋼成形形工工藝藝基基礎礎-切削削145馬氏氏體體型型不不銹銹鋼鋼，，其其牌牌號號有有：：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr132.鉻鎳不銹鋼奧氏體型不銹銹鋼，其牌號號：1Cr18Ni9（Ti）、0Cr18Ni93.鐵素體不銹鋼鋼1Cr17—容器，日用品品。由于:1)不銹鋼的塑性性高，切削抗抗力大；成形工藝基礎礎-切削1462)切削溫度高，，刀具易磨損損；3)易生積屑瘤；；4)切屑不易卷曲曲和折斷等原原因不銹鋼切切削性較差.4.鋁、鎂合金鋁、鎂合金由由于硬度低、、導熱性好，，易切削。5.工程塑料成形工藝基礎礎-切削147一般易切削；；但要注意其其力學性能比比金屬差些；；有的脆性大大，易開裂。。6.工程陶瓷陶瓷多硬度高高、耐磨和耐耐熱等特點，，傳統(tǒng)用金剛剛石砂輪磨削削。作業(yè)：每人列一張表表，將本章內內容要點歸納納出來。成形工藝基礎礎-切削148成形工藝基礎礎-切削149成形工藝基礎礎-切削150成形工藝基礎礎-切削151成形工藝基礎礎-切削152成形工藝基礎礎-切削153成形工藝基礎礎-切削154成形工藝基礎礎-切削155成形工藝基礎礎-切削1562829成形工藝基礎礎-切削157成形工藝基礎礎-切削158成形工藝基礎礎-切削159成形工藝基礎礎-切削160成形工藝基礎礎-切削161成形工藝基礎礎-切削162成形工藝基礎礎-切削163成形工藝基礎礎-切削164成形工藝基礎礎-切削165成形工藝基礎礎-切削1669、靜夜夜四無無鄰，，荒居居舊業(yè)業(yè)貧。。。12月月-2212月月-22Wednesday,December28,202210、雨中黃葉葉樹，燈下下白頭人。。。21:56:4221:56:4221:5612/28/20229:56:42PM11、以以我我獨獨沈沈久久，，愧愧君君相相見見頻頻。。。。12月月-2221:56:4221:56Dec-2228-Dec-2212、故人江江海別，，幾度隔隔山川。。。21:56:4221:56:4221:56Wednesday,December28,202213、乍見翻翻疑夢，，相悲各各問年。。。12月-2212月-2221:56:4221:56:42December28,202214、他鄉(xiāng)生白發(fā)發(fā)，舊國見青青山。。28十二月月20229:56:42下午21:56:4212月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月229:56下下午午12月月-2221:56December28,202216、行動出成果果，工作出財財富。。2022/12/2821:56:4221:56:4228December202217、做前，能能夠環(huán)視四四周；做時時，你只能能或者最好好沿著以腳腳為起點的的射線向前前。。9:56:42下下午9:56下下午21:56:4212月-229、沒有有失敗敗，只只有暫暫時停停止成成功??！。12月月-2212月月-22Wednesday,December28,202210、很多事事情努力力了未必必有結果果，但是是不努力力卻什么么改變也也沒有。。。21:56:4221:56:4221:5612/28/20229:56:42PM11、成功就是是日復一日日那一點點點小小努力力的積累。。。12月-2221:56:4221:56Dec-2228-Dec-2212、世間間成事事，不不求其其絕對對