金屬切削原理與刀具中國勞動社會保障出版社2006年第1版模塊一刀具材料與切削加工基本知識※

課題一

刀具材料的選用※

課題二

切削運(yùn)動和切削用量※

課題三刀具的組成及其主要角度※

課題四常用車刀的繪制及刃磨※課題五車刀的工作角度課題一刀具材料的選用※1.1刀具材料應(yīng)具備的性能和種類÷

1.2

工

具

鋼※

1.3

高

速

鋼※1.4

硬

質(zhì)

合

金※1.5

其他刀具材料1.1刀具材料應(yīng)具備的性能和種類※1.1.1刀具材料應(yīng)具備的性能刀具在切削過程中，和工件直接接觸的切削部分要承受極大的切削力，尤其是切削刃及緊鄰的前、后刀面，長期處

在切削高溫環(huán)境中工作。并且切削中的各種不均勻、不穩(wěn)定

因素，還將對刀具切削部分造成不同程度的沖擊和振動。如：

切削鋼材時(shí)，切屑對前刀面的擠壓應(yīng)力高達(dá)2

FPa～3FPa;高速切削鋼材時(shí)切屑與前刀面接觸區(qū)的溫度常保持在800℃~900℃,

中心區(qū)甚至超過1000℃。為了適應(yīng)如此繁重的切削負(fù)荷和惡劣的工作條件，刀具材料應(yīng)具備以下幾方

面

性

能。硬度是刀具材料應(yīng)具備的基本性能。刀具硬度應(yīng)高于工件材料的硬度，常溫硬度一般須在60HRC以上。耐磨性是指材料抵抗磨損的能力，它與材料硬度、強(qiáng)度和組織結(jié)構(gòu)有關(guān)。材料硬度越高，耐磨性越好；組織中碳化

物和氮化物等硬質(zhì)點(diǎn)的硬度越高、顆粒越小、數(shù)量越多且分

布越均勻，

則耐磨性越高?！?/p>

2.足夠的強(qiáng)度與韌性切削時(shí)刀具要承受較大的切削力、沖擊和振動，為避免崩刀和折斷，刀具材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和韌性。材料的強(qiáng)

度和韌性通常用抗彎強(qiáng)度和沖擊值

表

示

?！?.足夠的硬度和耐磨性※3.較高的耐熱性和傳熱性耐熱性：指刀具材料在高溫下保持足夠的硬度、耐磨性、強(qiáng)度和韌性、抗氧化性、抗黏結(jié)性和抗擴(kuò)散性的能力(亦稱為熱穩(wěn)定性

)。熱硬性：材料在高溫下仍保持高硬度的能力稱為熱硬性(亦稱高溫硬度、紅硬性),它是刀具材料保持切削性能的必備條件。刀具材料的高溫硬度越高，耐熱性越好，允許的切

削速度越高。刀具材料的傳熱系數(shù)大，有利于將切削區(qū)的熱量傳出，降低切削溫度。4.

較好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性為了便于刀具加工制造，刀具材料要有良好的工藝性能，如熱軋、鍛造、焊接、熱處理和機(jī)械加工等性能。注意：上述幾項(xiàng)性能之間可能相互矛盾(如硬度高的刀具材料，其強(qiáng)度和韌性較低)。沒有一種刀具材料能具備所有性能的最佳指標(biāo)，而是

各有所長。所以在選擇刀具材料時(shí)應(yīng)合理選用。各種刀具材料的主要物理力學(xué)性能見表2-1。2.1.2

刀具材料的分類刀具材料可分為工具鋼(包括碳素工具鋼、合金工具鋼)、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷和超硬材料(包括金剛石、立方氮化硼等)五大類。1.2

工

具

鋼1.2.1

碳素工具鋼碳素工具鋼是含碳量為0.65%～1.3%的優(yōu)質(zhì)碳素鋼，常用鋼號有T7A

、T8A

、T10A

、T12A等。特點(diǎn)：工藝性能良好，經(jīng)適當(dāng)熱處理，硬度可達(dá)60

HRC

~64HRC,

有較高的耐磨性，價(jià)格低廉。但熱硬性差，在200℃~300℃時(shí)硬度開始降低，故允許的切削速度較低(5m/min～10m/min)。應(yīng)用：用于制造手用刀具、低速及小進(jìn)給量的機(jī)用刀具?！?/p>

1.2.2

合金工具鋼特點(diǎn)：合金工具鋼是在碳素工具鋼中加入適當(dāng)?shù)暮辖鹪劂t(Cr)、硅(Si)、鎢(W)、

錳(Mn)、

釩(V)等煉制而成

的(合金元素總含量不超過3%～5%),提高了刀具材料的

韌性、耐磨性和耐熱性。其耐熱性達(dá)325℃~400℃

,所以切削速度(10m/min～15m/min)比碳素工具鋼提高了。應(yīng)用：用于制造細(xì)長的或截面積大、刃形復(fù)雜的刀具，如鉸刀、絲錐和板牙等?！咚黉撌歉缓琖、Cr、Mo

(鉬)、V

等合金元素的高合金工具鋼。在工廠中常稱為白鋼或鋒鋼。※

1.3.1

高速鋼的特點(diǎn)※與碳素工具鋼、合金工具鋼相比，高速鋼的熱硬性很高，在切削溫度高達(dá)500℃~650℃時(shí)，仍能保持60

HRC

的高硬

度，因此允許切削速度可提高l～2倍(25m/min～30m/min)。同時(shí)，高速鋼還具有較高的耐磨性以及較高的強(qiáng)度和韌性。1.3

高

速

鋼1.3

高

速

鋼與硬質(zhì)合金相比，其最大優(yōu)點(diǎn)是可加工性好并具有良好的綜合力學(xué)性能。其退火硬度為207HBS～255HBS

,與優(yōu)

質(zhì)中、高碳鋼的退火硬度相近，能夠用一般材料刀具順利切

削加工出各種復(fù)雜形狀；在加熱狀態(tài)下(900℃~1100℃)能

反復(fù)鍛打制成所需的毛坯；高速鋼的抗彎強(qiáng)度是硬質(zhì)合金的3～5

倍，沖擊韌性是硬質(zhì)合金的6～10倍；經(jīng)過仔細(xì)研磨，高速鋼刀具鈍圓半徑可小于，其鋒利性比硬質(zhì)合金優(yōu)良?！傊咚黉摰那邢餍阅鼙裙ぞ咪摵玫枚?，而可加工性能又比硬質(zhì)合金好得多?！?/p>

應(yīng)用：高速鋼仍是世界各國制造復(fù)雜、精密和成形刀具的基本材料，是應(yīng)用最廣泛的刀具材料之一。1.3.2常用高速鋼材料的分類與性能及應(yīng)用分類：普通高速鋼、高性能高速鋼和粉末冶金高速鋼。1.普通高速鋼特點(diǎn)：工藝性能好，具有較高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性和

韌性?？捎糜谥圃旄鞣N刃形復(fù)雜的刀具。切削普通鋼料時(shí)的

切削速度通常不高于40m/min～60m/min。普通高速鋼又分為鎢系高速鋼和鎢鉬系高速鋼兩類。(1)鎢系高速鋼。這類高速鋼的典型牌號為W18Cr4V(簡稱W18),

含C量為0.7%～0.8%,含W18%,Cr4%、V1%。此類高速鋼綜合性能較好，可制造各種復(fù)雜

刃型刀具。(2)鎢鉬系高速鋼。它是以Mo代替部分W發(fā)展起來的一種高速鋼，典型牌號是W6Mo5Cr4V2(簡稱M2),

含碳量為

0.8%～0.9%,含W6%、Mo5%、Cr4%、V2%。與W18Cr4V

相比，優(yōu)點(diǎn)是碳化物含量相應(yīng)減少，而且顆粒細(xì)小分布均勻，因此抗彎強(qiáng)度、塑性、韌性和耐磨性都略有提高，適于制造尺寸較大、承受沖擊力較大的刀具(如滾

刀、插刀);又因Mo的存在，使其熱塑性非常好，故特別適

于軋制或扭制鉆頭等熱成形刀具。其主要缺點(diǎn)是可磨削性略

低于W18Cr4V。高性能高速鋼是在普通高速鋼成分中再添加一些C

、V、Co

(鈷)、Al(鋁)等合金元素，進(jìn)一步提高耐熱性能和耐磨性。這類高速鋼刀具的耐用度為普通高速鋼的1.5～3倍。應(yīng)用：加工不銹鋼、耐熱鋼、鈦合金及高強(qiáng)度鋼等難加工材料。(1)鈷高速鋼(W2Mo9Cr4VCo8,

簡稱M42)

。這是一種含Co超硬高速鋼，常溫硬度達(dá)67HRC～69HRC

,具有良好的綜合性能。Co能提高高溫硬度，相應(yīng)地提高了切削速度，因V

含量不高，可磨性良好。2.

高性能高速鋼(2)鋁高速鋼(W6Mo5Cr4V2Al,簡稱501)。鋁高速鋼是我國研制的無鈷高速鋼，是在W6Mo5Cr4V2

的基礎(chǔ)上增加鋁、

碳的含量，以提高鋼的耐熱性和耐磨性，并使其強(qiáng)度和韌性不降低。※3.粉末冶金高速鋼粉末冶金高速鋼：

是將熔煉的高速鋼液用高壓惰性氣體霧化成細(xì)小粉末，將粉末在高溫高壓下制成刀坯，或壓制成

鋼坯然后經(jīng)軋制(或鍛造)成材的一種刀具材料。特點(diǎn)：與熔煉高速鋼相比，由于碳化物細(xì)小，分布均勻，熱處理變形小，因此粉末冶金高速鋼耐磨性好和可磨削性均

得到顯著改善。應(yīng)用：適于制造切削難加工材料的刀具，特別適于制造各種精密刀具和形狀復(fù)雜的刀具。1.4

硬

質(zhì)

合

金※

1.4.1硬質(zhì)合金的組成與特點(diǎn)硬質(zhì)合金是將一些難熔的、高硬度的合金碳化物微米數(shù)量級粉末與金屬黏結(jié)劑按粉末冶金工藝制成的刀具材料。常

用的合金碳化物有WC、TiC、TaC、NbC等，常用的黏結(jié)劑有Co

以及Mo、Ni

等。硬質(zhì)合金具有高硬度、高熔點(diǎn)和化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。因此，硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性、耐熱性均超過高速鋼，其缺點(diǎn)是抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性差，;由于硬質(zhì)合金的常溫硬

度很高，很難采用切削加工方法制造出復(fù)雜的形狀結(jié)構(gòu)，故可加工性差。硬質(zhì)合金的性能取決于化學(xué)成分、碳化物粉末粗細(xì)及其燒結(jié)工藝。※

1.4.2常用硬質(zhì)合金的分類、性能及應(yīng)用硬質(zhì)合金按化學(xué)成分可分為四類：鎢鈷類(YG

類)、鎢鈷鈦類(YT類)、含添加劑的硬質(zhì)合金(YW

類)、TiC

基硬質(zhì)合

金(YN類)。其中前面三類的主要成分為WC

,可統(tǒng)稱為WC基硬質(zhì)合金。(1)鎢鈷類硬質(zhì)合金。YG3

、YG6X

和YG8等

。YG

代表鎢鈷類硬質(zhì)合金，后面數(shù)字表示Co

的含量，

細(xì)顆粒的硬質(zhì)合

金有較高的抗彎強(qiáng)度和耐磨性。應(yīng)用：加工形成短切屑的鑄鐵、有色金屬及非金屬等脆性材料。加工鑄鐵等脆性材料時(shí)，切屑呈崩碎狀，對切削刃

的沖擊較大，切削力與切削熱都集中在刀尖附近。

而YG類硬質(zhì)合金抗彎強(qiáng)度和韌性及導(dǎo)熱性較高，故可滿足要求。(2)鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金。Y

T5

、YT14

、YT15

、YT30等。YT表示鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金，數(shù)字表示TiC的含量。與YG類硬質(zhì)合金相比，YT類硬質(zhì)合金中由于含有硬度較高的TiC,故該類硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性和抗氧化能力較高，但其導(dǎo)熱性能、抗彎強(qiáng)度和韌性、可磨削性和可焊性卻有所降低。應(yīng)用：加工形成長屑的鋼材等塑性材料。注意：當(dāng)加工淬硬鋼、高強(qiáng)度鋼和奧氏體不銹鋼等難加工材料時(shí)，由于切削力大，且集中在切削刃附近，如選用YT類硬質(zhì)合金易造成崩刃，故選用YG類硬質(zhì)合金更為合適。2.4

硬質(zhì)合金(3)含添加劑的硬質(zhì)合金。是在YG類、YT

類硬質(zhì)合金的基礎(chǔ)上加入適當(dāng)?shù)奶砑觿?合金碳化物TaC

、NbC)

所形成的硬質(zhì)合金新品種。如：YA6

、YW1和YW2等幾種，其中YW類又稱為通用硬質(zhì)合金。特點(diǎn)：有更高的硬度、高溫硬度、韌性和耐磨性。應(yīng)用：用于鋼料和難加工材料的半精加工和精加工。(4)TiC

基硬質(zhì)合金。TiC基硬質(zhì)合金是以TiC為主體，

Ni與Mo

為黏結(jié)劑，并加入少量其他碳化物而形成的一種硬質(zhì)合金。如：YN10和YN05

。其具有比WC基硬質(zhì)合金更高的耐磨性、耐熱性和抗氧化能力，

但熱導(dǎo)率低和韌性較差。應(yīng)

用：適用于工具鋼的半精加工和精加工及淬硬鋼的加工。陶瓷材料是以氧化鋁為主要成分在高溫下燒結(jié)而成的。如：純Al?O?

陶

瓷

和TiC-Al?O?混合陶瓷兩種。優(yōu)點(diǎn)：有很高的硬度和耐磨性；有很好的耐熱性，在1200℃

高溫下仍能進(jìn)行切削；有很好的化學(xué)穩(wěn)定性和較低的摩擦因數(shù)，抗擴(kuò)散和抗黏結(jié)能力強(qiáng)。缺點(diǎn)：強(qiáng)度低、韌性差，抗彎強(qiáng)度僅為硬質(zhì)合金的1/3～1/2;導(dǎo)熱系數(shù)低，僅為硬質(zhì)合金的1/5～1/2。應(yīng)用：鋼、鑄鐵及塑性大的材料(如紫銅)的半精加工和

精加工，對于冷硬鑄鐵、淬硬鋼等高硬度材料加工特別有效；

但不適于機(jī)械沖擊和熱沖擊大的加工場合。1.5其他刀具材料※1.5.1陶瓷材料1.5.2

金剛石有三種：天然單晶金剛石刀具、人造聚晶金剛石刀具和

金剛石復(fù)合刀具。金剛石復(fù)合刀片是在硬質(zhì)合金基體上燒結(jié)上一層厚度約0.5mm

的金剛石，形成了金剛石與硬質(zhì)合金的復(fù)合刀片。特點(diǎn)：很好的耐磨性，用于加工硬質(zhì)合金、陶瓷和高鋁硅合金等高硬度、高耐磨材料，刀具耐用度比硬質(zhì)合金提高

幾倍甚至幾百倍；金剛石有非常鋒利的切削刃，能切下極薄

的切屑，加工冷硬現(xiàn)象較少；金剛石抗黏結(jié)能力強(qiáng)，不產(chǎn)生積屑瘤，很適于精密加工。但其耐熱性差，切削溫度不得超

過700℃~800℃;

強(qiáng)度低、脆性大，對振動很敏感，只宜

微量切削；與鐵的親合力很強(qiáng)，不適于加工黑色金屬材料。應(yīng)用：用于磨具及磨料，作為刀具多在高速下對有色金屬及非金屬材料進(jìn)行精細(xì)切削。立方氮化硼(CBN)是由六方氮化硼在高溫高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)變而成的，是20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的新材料，硬度高達(dá)

8000HV～9000HV,僅次于金剛石，耐熱性卻比金剛石好得

多，在高于1300℃時(shí)仍可切削，且立方氮化硼的化學(xué)惰性大，

與鐵系材料在1200℃~1300℃

高溫下也不易起化學(xué)作用。應(yīng)用：立方氮化硼作為一種新型超硬磨料和刀具材料，用于加工鋼鐵等黑色金屬，特別是加工高溫合金、淬火鋼和

冷硬鑄鐵等難加工材料，具有非常廣闊得發(fā)展前途。1.5.3

立方氮化硼1.5.4

涂層刀片涂層刀片是在韌性和強(qiáng)度較高的硬質(zhì)合金或高速鋼的

基體上，采用化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理化學(xué)氣相沉積(PVD)

、真空濺射等方法，涂覆一薄層(5～12)顆粒極細(xì)的耐磨、難熔、耐氧化的硬化物(TiC

、TiN

、TiC-Al2O3)后

獲得的新型刀片。具有較高的綜合切削性能，能夠適應(yīng)多種材料的加工。

本章主要內(nèi)容是刀具材料應(yīng)具備的性能、常用刀具

材料的種類以及常用刀具的牌號、特點(diǎn)、性能和應(yīng)用。刀具材料應(yīng)具備的性能包括足夠的硬度和耐磨性、足夠的強(qiáng)度與韌性、較高的耐熱性、較好的工藝性、較好的傳熱性、經(jīng)濟(jì)性。工具鋼包括碳素工具鋼和合金工具鋼。碳素工具鋼

主要用于制造手用刀具、低速及小進(jìn)給量的機(jī)用刀具。合金工具鋼比碳素工具鋼有較高的淬透性、韌

性、耐磨性和耐熱性。主要用于制造細(xì)長刀具或截面積大、刃形復(fù)雜的刀具。小

結(jié)高速鋼按切削性能可分為普通高速鋼、高性能高速鋼和粉末冶金高速鋼。與碳素工具鋼、合金工具鋼相比，高速鋼還具有較高的硬度、耐磨性以及強(qiáng)度和

韌

性。與硬質(zhì)合金相比，高速鋼的最大優(yōu)點(diǎn)是可

加工性好并具有良好的綜合力學(xué)性能。高速鋼仍是主要用于制造形狀復(fù)雜的刀具。高性能高速鋼和粉末冶金高速鋼適于制造切削難加工材料的各種精密刀具和形狀復(fù)雜刀具。硬質(zhì)合金刀具材料有YG類、YT類、YW

類、YN類四種。具有高硬度、高耐磨性、高耐熱性、抗彎強(qiáng)度低、可加工工藝性差等特點(diǎn)。YG類硬質(zhì)合金主要

用于加工形成短切屑的鑄鐵、有色金屬及非金屬等脆性材料以及淬硬鋼、高強(qiáng)度鋼、奧氏體不銹鋼等難加工材料。

YT類硬度合金主要用于加工形成長屑的鋼材等塑性材料。

YW

類主要用途是加工鋼料和難加工材料的半精加工和精加工。陶瓷材料具有很高的硬度和耐磨性及耐熱性，抗擴(kuò)

散和抗粘結(jié)能力強(qiáng)。最大缺點(diǎn)是強(qiáng)度低、韌性差。

適用于鋼、鑄鐵及塑性大的材料的半精加工和精加

工，尤其對于冷硬鑄鐵、淬硬鋼等高硬度材料零件加工特別有效；但不適于機(jī)械沖擊和熱沖擊大的加工

場

合

。金鋼石和立方氮化硼屬于超硬刀具材料主要用于精

加工。金剛石目前主要用于磨具及磨料，作為刀具多在高速下對有色金屬及非金屬材料進(jìn)行精細(xì)車削及鏜孔，注意不能加工鐵等黑色金屬。立方氮化硼用于加工鋼鐵等黑色金屬，特別是加工高溫合金、淬火鋼、冷硬鑄鐵等難加工材料。涂層刀片有效解決了刀具的硬度、耐磨性與強(qiáng)度、韌性之間的矛盾，大大提高刀具的切削性能，且具有較好的通用性，但價(jià)格較高。課題二

切削運(yùn)動和切削用量一

、切削加工的基本條件※為了使切削加工過程能順利進(jìn)行，必須具備下述基本條件：※(1)刀具和工件間要有形成零件結(jié)構(gòu)要素所需的相對運(yùn)動。(2)刀具材料的性能能夠滿足切削加工的需

要。例如足夠的強(qiáng)度和剛度、高溫下的耐磨

性

等

?！?3)刀具必須具有一定的空間幾何結(jié)構(gòu)。工件上的加工表面 切削加工中，隨著切削層(加工余量)不斷被刀具切除，工件上有3個(gè)處于變動中的表面。(1)待加工表面。工件上行將被切除的表面。※(2)已加工表面。工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的新表面。※(3)過渡表面。工件上由切削刃正在切削著的表面，位于待加工表面和已加工表面之間，也稱作加工表面或切削表面?！?/p>

需

注

意

：在切削加工過程中，三個(gè)表面始終處于不斷的變

動之中。過渡表面主運(yùn)動

已加工表面待加工表面Vf進(jìn)給運(yùn)動過渡表面已加工表面主運(yùn)動Ve待加工表面Vf(g)

周

銑(h)

磨

外

圓(d)刨平面

(e)

鉆孔(a)車外圓

(b)

車端面進(jìn)給運(yùn)動(f)

立銑(c)車槽Ve三

、切削加工中的運(yùn)動及構(gòu)成※按作用的不同分為下列兩類：即切削運(yùn)動和輔助運(yùn)動?！?/p>

I.切削運(yùn)動直接完成切除加工余量任務(wù)，形成所需零件表面的運(yùn)動，稱為切削運(yùn)動。包括主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動?！?/p>

(1)主運(yùn)動。直接切除工件上的多余材料，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榍行?，從而形成工件新表面的運(yùn)動。主運(yùn)動通常只有一個(gè)，且速度

和消耗功率較大。例如，車床上工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；龍門刨床刨削時(shí)，工件的直線往復(fù)運(yùn)動；牛頭刨床刨刀的直線往復(fù)運(yùn)動等?！?/p>

(2)進(jìn)給運(yùn)動。將工件上的多余材料不斷投入切削區(qū)進(jìn)行切削以逐漸切削出零件所需整個(gè)表面的運(yùn)動。進(jìn)給運(yùn)動一般有一個(gè)，也可多于一個(gè)，且速度和消耗功率較小?！纾很囃鈭A時(shí)車刀縱向連續(xù)的直線運(yùn)動，在牛頭刨床上刨平面時(shí)工件橫向間斷的直線移動等。※無論是主運(yùn)動還是進(jìn)給運(yùn)動，其基本運(yùn)動形式均是連續(xù)的或間歇的直線運(yùn)動或回轉(zhuǎn)運(yùn)動，由兩者通過不同形式的組合，則可構(gòu)成多種符合需要的切削運(yùn)動；※

主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動可由刀具和工件分別完成(如車削和刨削),也可由刀具單獨(dú)完成(如鉆孔),但很少由工件單獨(dú)完成；※主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動可以同時(shí)進(jìn)行(如車削、鉆削),也可以交替進(jìn)行(如刨平面、插鍵槽);※2.輔助運(yùn)動※不直接參加切除多余材料，但卻是完成零件表面加工全過程必不可少的運(yùn)動?！?，控制切削刃切入工件表面深度的吃刀運(yùn)動，重復(fù)走刀前的退刀運(yùn)動，刨刀、插齒刀等回程時(shí)的讓刀運(yùn)動等。※在主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動同時(shí)進(jìn)行的切削加工中(如車外圓、鉆孔、銑平面等),常在選定點(diǎn)將兩者按矢量加法合成，稱為合成切削運(yùn)動。Ve

+f※四、切削用量※切削用量：指切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量。切削用量用來定量描述主運(yùn)動、進(jìn)給運(yùn)動和投入切削

的加工余量厚度。切削用量的選擇直接影響材料切除率，進(jìn)而影響生產(chǎn)效率?！?.切削速度

v※切削刃上選定點(diǎn)相對于工件的主運(yùn)動的瞬時(shí)速度稱為切削速度，單位為m/s或m/min?！街校篸——切削刃選定點(diǎn)處刀具或工件的直徑(mm);※n

——主運(yùn)動轉(zhuǎn)速(r/min或r/s)。切削刃上各點(diǎn)的切削速度有可能不同，考慮到刀具的磨損和工件的表面加工質(zhì)量，在計(jì)算時(shí)應(yīng)以切削刃上各點(diǎn)中的最大切削速度為準(zhǔn)。※當(dāng)主運(yùn)動為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)，可按下式計(jì)算πdn1000※主運(yùn)動的一個(gè)循環(huán)或單位時(shí)間內(nèi)刀具和工件沿進(jìn)給運(yùn)動方向的相對位移量稱為進(jìn)給量?！脝锡X刀具(如車刀、刨刀)進(jìn)行加工時(shí)，常用刀具或工件每轉(zhuǎn)或每行程刀具在進(jìn)給運(yùn)動方向上相對工件的位移量來度

量，稱為每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm/r)

或每行程進(jìn)給量(mm/str)?！鶎τ赯齒數(shù)為的多齒刀具(如鉆頭、銑刀)每轉(zhuǎn)或每行程中每齒相對于工件在進(jìn)給運(yùn)動方向上的位移量，稱為每齒進(jìn)給量，記作,f單位為毫米/齒。顯然J

z2.

進(jìn)給量

f※對于主運(yùn)動為往復(fù)直線運(yùn)動的切削加工(如刨削、插削),一般不規(guī)定進(jìn)給速度，但規(guī)定每行程進(jìn)給量?！枚帻X刀具(如銑刀)加工時(shí)，也可用進(jìn)給運(yùn)動的瞬時(shí)速度即進(jìn)給速度來表述。切削刃上選定點(diǎn)相對工件的進(jìn)給運(yùn)動的于連續(xù)進(jìn)給的切削加工，可按下式計(jì)算V,=nf=nf?z,單位為mm/s

或mm/min

。對速度稱為進(jìn)給速度，記作*3.背吃刀量

ap※

過實(shí)際參加切削的切削刃上相距最遠(yuǎn)的兩點(diǎn)，且與、所確定的平面平行的兩平面間的距離稱為背吃刀量(或在通過切削刃上選定點(diǎn)并垂直于該點(diǎn)主運(yùn)動方向的切削層尺寸平面中，

垂直于進(jìn)給運(yùn)動方向測量的切削層尺寸。單位為mm?！囅骱团傧鲿r(shí)，背吃刀量就是工件上已加工表面和待加工表面間的距離(圖1.

1(b)、(c)、(e))?！?/p>

車削外圓、內(nèi)孔等回轉(zhuǎn)表面時(shí)式中：d

—

工件待加工表面直徑(mm);d.

——工件已加工表面直徑(mm)。2※由夾持部分(刀柄)和切削部分(刀頭)兩大部分組成?！鶌A持部分：為矩形(外圓車削)或圓形(鏜孔)※切削部分根據(jù)需要制造成多種

形

狀。安裝面※車刀切削部分的結(jié)構(gòu)要素：包括三個(gè)切削刀面、兩條切

削刃和一個(gè)刀尖。刀尖

Aa課題三刀具的組成及其主要角度※

1.切削刀面※

(1)前面

A,

,

又稱前刀面，即切屑流過的表面?！?2)后面A,又稱后刀面，即與工件上經(jīng)切削產(chǎn)生的表面相對的表面。分為主后面

A

和副后面

A′

。習(xí)慣上所說的后面是

指主后面。※

2.切削刃※(1)主切削刃S:

前面與后面的交線，承擔(dān)主要切削工作，它在工件上切出過渡表面?！?/p>

(2)副切削刃S'

:

前面與副后面的交線，配合主切削刃切除余量并形成已加工表面。※

3

.刀尖主副切削刃連接相當(dāng)少的一部分切削刃，它可能是主切削刃和副切削刃的實(shí)際交點(diǎn)，但大部分刀尖處都有一小段圓

弧刃(半徑為rβ)或直線刃(長度為bβ)。刀尖是刀具切削部分

工作條件最惡劣的部位?！?/p>

4.楔部在刀具切削部分由前面和后面所包圍的那部分實(shí)體成為楔部，任何切削刀具都是在這個(gè)楔部實(shí)體上演變出來的。1.2.2靜止參考系和刀具的幾何角度※

這些坐標(biāo)系分為兩類：一類稱為靜態(tài)參考系(或稱標(biāo)注參考系),它是刀具設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖標(biāo)注、制造刃磨及測量時(shí)用來確定切削刃、刀面空間幾何角度的定位基準(zhǔn)，用它定義的角度稱為靜態(tài)角度(或稱為標(biāo)注角度);另一類稱為動態(tài)參考系(或稱為工作參考系),它是確定刀具上切削刃、刀面相對于工件的幾何位置的基準(zhǔn)，用它定義

的角度稱為工作角度。區(qū)別：前者是在一定的假設(shè)條件下建立的，而后者是根據(jù)生產(chǎn)中的實(shí)際狀況建立的。(1)假定的運(yùn)動條件。(2)假定的安裝條件?！?.靜止參考系構(gòu)成靜止參考系的參考坐標(biāo)平面有以下幾種：(1)基面(P

):為過切削刃選定點(diǎn)而和該點(diǎn)假定

主運(yùn)動方向垂直的平面。(2)

切削平面

P

(P'):為過切削刃上選定點(diǎn)與切削

刃相切并垂直于基面的平面。選定點(diǎn)在主切削刃上者為

主切削平面，選定點(diǎn)在副切削刃上者為副切削平面。未特別說明，切削平面是指主切削平面。※1.建立靜止參考系的條件(3)正交平面

P

。(

p'):又稱正交剖面或主剖面，過切削刃上

選定點(diǎn)并同時(shí)垂直于基面和切削平面的平面(或過切削刃選定點(diǎn)并垂直于切削刃在基面上的投影的平面)。選定點(diǎn)在主

切削刃上者為主正交平面

P

。

,選定點(diǎn)在副切削刃上者為副

正交平面

P。'

。*(4)

法平面P:

又稱法剖面，過切削刃上選定點(diǎn)且垂直于

切削刃(若切削刃為曲線，則垂直于切削刃在該點(diǎn)的切線)的平

面

。※(5)

假定工作平面

P:

又稱橫向平(剖)面，它是過切削刃上

選定點(diǎn)，垂直于基面且與假定進(jìn)給運(yùn)動方向平行的平面。*(6)

背平面P

:

又稱縱向剖面，它是過切削刃上選定點(diǎn)而

同時(shí)垂直于基面和假定工作平面的平面。正交平面、法平面、假定工作平面和背平面又統(tǒng)稱為測量平面，用不同的測量平面分別與基面、切削平面組合就形成不同的參考坐標(biāo)系，包括正交平面參考系、法平面參考系、假定工作平面和背平面參考系。各參考坐標(biāo)平面的位置及相互關(guān)系如下頁圖所示。(a)正交平面與法平面參考系(b)

假定工作平面、背平面參考系刀具靜止參考系90°體系正交平面系法平面系假定工作平面及背平面系基本基面P切削平面P

(P

)正交

平

面P(

P'

)法平面

Pn假定工作平面、背平面PP相互(1)

P

V

(2)

在

P

面

內(nèi)(3)

P與主切削刃在選定點(diǎn)處相切(4)

P

⊥P(5)

PIP,P?！蚉(6P

。垂直于主切削刃在基面內(nèi)的投影(5)

P⊥P(6)

P-P

時(shí)

和

P

重合為同一平面(B、

P、P

組成

空間直角坐標(biāo)系(6

P⊥P時(shí)

，P與P

重合為同一平面表2-1

刀具靜止參考系的關(guān)系組成關(guān)系3.刀具幾何角度與標(biāo)注標(biāo)注角度必須指明切削刃上的選定點(diǎn)，凡未經(jīng)特殊注明的，均指切削刃上與刀尖毗連的那一點(diǎn)的角度。刀具角度是指在刀具靜止參考系中度量標(biāo)注的角度。

(1)

主偏角K,。主切削平面

P與假定工作平面間Pf

的夾角(或是主切削刃在基面

P

內(nèi)的投影與假定進(jìn)給運(yùn)動方向T的夾角),在基面P中度量標(biāo)注。(2)

副偏角k。副切削平面P′

與假定工作平面P?間的

夾角(或是副切削刃在基面P

內(nèi)的投影與假定進(jìn)給運(yùn)動副方

向的夾角),在基面P

中度量標(biāo)注。切削平面

P

中度量標(biāo)注。以過刀尖處的

P為基準(zhǔn)，當(dāng)

S

位于P

之上時(shí)(其時(shí)刀尖位置最低),規(guī)定λ

≤0°;當(dāng)

S位于

P

之下時(shí)(其時(shí)刀尖位置最高),規(guī)定

λ0°

;

當(dāng)

S

位于

P

內(nèi)，則

λ

=0°?？珊営洖椤疤ь^為正，低頭為負(fù)”。:

(4)前角Y。。

前面

A,與基面

P

間的夾角，在正交平面P

。

中度量標(biāo)注。在正交平面

P中，當(dāng)A,

在P

之上時(shí)規(guī)定

Y。<0°;

當(dāng)

A,

在

P

之下時(shí)規(guī)定γ。>0°;當(dāng)

A,

和

P

重合時(shí)則γ。=0°?！?/p>

(3)

刃傾

角入、。主切削刃S

與基面P

間的夾角，在主后

角a

。。

后面

A

與切削平面

P

間的夾角，在正交平面

P

中度量標(biāo)注。副后面A′與副切削平面p′間的夾角0稱副后角，記作α',在副正交平面

P′中度量標(biāo)注。以主(副)切削平面為界，當(dāng)主(副)后面位于A。(A。)和工的過渡表面(已加工表面)相對的一側(cè)時(shí)，規(guī)定后角(或副后

角)為正，反之為負(fù)。后角均應(yīng)取正值，因副后角刀具無法工作?！?6)

法前角Yn

。前面

A,

與基面P

間的夾角，在法平面

P中度量標(biāo)注。

Yn的正、負(fù)規(guī)定與γ。相同。(7)

法后

角a

后面A與切削平面p之間的夾角，在法平面

P

中度量標(biāo)注。

α

的正、負(fù)規(guī)定與α。相同。*(8)

側(cè)前角yf。又稱進(jìn)給前角，它是前面A,與基面P

間的夾角，在假定工作平面

中度量標(biāo)注，其正、負(fù)規(guī)定與

相同。*(9)

側(cè)后角α,又稱進(jìn)給后角，它是后面A與切削平面間P的

夾角，在假定工作平面P中度量標(biāo)注。α的正、負(fù)規(guī)定與α。

相同

?！?10)背前角Yp

。又稱切深前角，它是前面A

與基面P間的夾角，在背平面P

中度量標(biāo)注，其正、負(fù)規(guī)定與γ。相同。(11)背后角α。

又稱切深后角，它是后面A與切削平面P之間的夾角，在背平面

P,中度量。其正、負(fù)規(guī)定與α。相同。※(12)

楔角β

。是前、后面間的夾角，在正交平面P。中度量標(biāo)注。由于

P⊥P

,故

有

Y。+β+a。=90°?！?/p>

(13)

刀尖角

E

。

主、副切削平面間的夾角，在

P中度量標(biāo)

注，顯然：K+8+K'=180°?！?/p>

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO

3002-1)已對車刀的標(biāo)注作了規(guī)定，如下頁圖所示：UF—F

剖面

R(P)2A,,O′-O′

剖面

V

P

ao(P')

P

與p

的交線

Yf+Aaα?

P?

與

P,

的交線

βfaA。2。P。與

P?的交線+0

-

0

剖

面(P。)Ps

A,Aa

、

P十

βoN—N剖面(Pn)ar

Pn

與

P?

的交線AaA,

βnS

視

圖(Ps)Pn切削刃上選定點(diǎn)kr8rP剖面P.

與

P?

的交線

PrR視

圖(P)Pn與P

的交線YnP?

一-YpP?NSP-P(Pp)RP.

sA,βpP?apS十課題四常用車刀的繪制及刃磨※

車刀(指整體車刀與焊接車刀)用鈍后重新刃磨是在砂輪機(jī)上刃磨的。磨高速鋼車刀用氧化鋁砂輪(白色),磨硬質(zhì)合金刀頭用碳化硅砂輪(綠色)?！?/p>

砂輪的特性由磨料、粒度、硬度、結(jié)合劑和組織5

個(gè)因素決定。1)磨料，常用的磨料有氧化物系、碳化物系和高硬磨料系3種。船上和工廣常用的是氧化鋁砂輪和

碳化硅砂輪。氧化鋁砂輪磨粒硬度低

(HV2000-HV2400)

、

韌性大，適用刃磨高速鋼車刀，其中白色的叫做白剛玉，灰褐色的叫做棕剛玉。碳化硅砂輪的磨粒硬度比氧化鋁砂輪的磨粒高(Hv2800

以上)。性脆而鋒利，并且具有良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，適用刃磨硬質(zhì)合金。其中常用的

是黑色和綠色的碳化硅砂輪。而綠色的碳化硅砂輪更適合刃磨硬質(zhì)合金車刀。1.

砂輪的選擇2)粒度：粒度表示磨粒大小的程度。以磨粒能通過每英寸長度上多少個(gè)孔眼的數(shù)字作為表示符號。例如60粒度是指磨粒剛可通過每英寸長度上有60個(gè)孔眼的篩網(wǎng)。因此，數(shù)字越大則表示磨粒

越

細(xì)。

粗磨車刀應(yīng)選磨粒號數(shù)小的砂輪，精磨車刀應(yīng)選號數(shù)大(即磨粒細(xì))的砂輪。船上常用的粒度為46號

—

臺0號的中軟

或中硬的砂輪。3)硬度：砂輪的硬度是反映磨粒在磨削力作用下，從砂輪表面上脫落的難易程度。砂輪硬，即表面磨粒難以脫落；砂輪軟，

表示磨粒容易脫落。砂輪的軟硬和磨粒的軟硬是兩個(gè)不同的概念，必須區(qū)分清楚。刃磨高速鋼車刀和硬質(zhì)合金車刀時(shí)應(yīng)選軟或中軟的砂輪.另外，在選擇砂輪時(shí)還應(yīng)考慮砂輪的結(jié)合劑和組織。船上和工

廠一般選用陶瓷結(jié)合劑(代號A)

和中等組織的砂輪。綜上所述，我們應(yīng)根據(jù)刀具材料正確選用砂輪。刃磨高速鋼車刀

時(shí)

，應(yīng)選用粒度為46號到60號的軟或中軟的氧化鋁砂輪。刃磨

硬質(zhì)合金車刀時(shí)，應(yīng)選用粒度為60號到80號的軟或中軟的碳化硅

砂

輪

，兩者不能搞錯(cuò)。(a)

(b)

(C)

(d)※

外圓車刀刃磨的步驟圖磨主后刀面，同時(shí)磨出主偏角及主后角，如上圖a)

所示；磨副后刀面，同時(shí)磨出副偏角及副后角，如上圖b

)所示；磨前面，同時(shí)磨出前角，如上圖c)所示；修磨各刀面及刀尖，如上圖d)所示。2.車刀刃磨的步驟如下：3.刃磨車刀的姿勢及方法是：※

(1)人站立在砂輪機(jī)的側(cè)面，以防砂輪碎裂時(shí)，碎片飛出傷人；(2

)兩手握刀的距離放開，兩肘夾緊腰部，以減

小磨刀時(shí)的抖動；(3)磨刀時(shí)，車刀要放在砂輪的水平中心，刀尖略向上翹約3°~8°,車刀接觸砂輪后應(yīng)作左右方向水平移動。當(dāng)車刀離開砂輪時(shí)，車刀需向上抬起，以防磨好的刀刃被砂輪碰傷；(4)磨后刀面時(shí)，刀桿尾部向左偏過一個(gè)主偏角

的角度；磨副后刀面時(shí)，刀桿尾部向右偏過一個(gè)副偏角的角度；(5)修磨刀尖圓弧時(shí)，通常以左手握車刀前端為支點(diǎn)，用右手轉(zhuǎn)動車刀的尾部。*

1)刃磨刀具前，應(yīng)首先檢查砂輪有無裂紋，砂輪軸螺母是否擰緊，并經(jīng)試轉(zhuǎn)后使用，以免砂輪碎裂或飛出傷人。2)刃磨刀具不能用力過大，否則會使手打滑而觸

及砂輪面，造成工傷事故。3)磨刀時(shí)應(yīng)戴防護(hù)眼鏡，以免砂礫和鐵屑飛入眼中。4)磨刀時(shí)不要正對砂輪的旋轉(zhuǎn)方向站立，以防意外。5)磨小刀頭時(shí)，必須把小刀頭裝入刀桿上。6)砂輪支架與砂輪的間隙不得大于3mm

,入

發(fā)

現(xiàn)過大，應(yīng)調(diào)整適當(dāng)。4.磨刀安全知識課題五

車刀的工作角度※如前所述，刀具的標(biāo)注角度是在忽略進(jìn)給速度的影響，且刀具安裝在理想工作位置的情況下確定的。當(dāng)?shù)毒哌M(jìn)入工作狀態(tài)后，選定點(diǎn)的實(shí)際切削速度的方向以及刀具的實(shí)際安裝位置相對于假定的理想狀態(tài)發(fā)生了變化，由此而建立的工作參考系(動態(tài)參考系)相對于標(biāo)注參考系(靜態(tài)參考系)在空間位置上也相應(yīng)改變，因此刀具的實(shí)際切削角度(即刀具的工作角度)和標(biāo)注角度不一樣?！?/p>

(1)縱向進(jìn)給的影響。如下頁圖示，縱向走刀車外圓時(shí)，主切削刃上選定點(diǎn)A

的合成切削速度

ve=V+V.

。在假定工作

平面(進(jìn)給平面)Pf內(nèi)，Ve

相對于

v

偏轉(zhuǎn)角度μ,因此，選定點(diǎn)A處的工作側(cè)前角

和工作側(cè)后角分別為(1.7)※由切削運(yùn)動的合成知，刀具相對于工件的運(yùn)動軌跡為圓柱螺旋線，其螺旋升角即為1.進(jìn)給運(yùn)動的影響(1.8)縱向進(jìn)給運(yùn)動對工作角度的影響1.5A點(diǎn)假定工作平面內(nèi)前、后角的變化，可換算至正交平面內(nèi)，其變化量

為：A

點(diǎn)處的工作前角γ。和工作后角α。分別為：(1.11)※縱向車削時(shí)，主切削刃的工作前角比標(biāo)注前角增大，工作后角比標(biāo)注后角減小(副切削刃情況剛好相反)。※在縱車外圓時(shí)，由于工件進(jìn)給量相對于直徑很小，故因縱向進(jìn)給運(yùn)動而引起的刀具角度變化也很小，可忽略不計(jì)；※在車螺紋(尤其是車多頭螺紋)時(shí)，由于工件直徑相對于進(jìn)給量較大，縱向進(jìn)給運(yùn)動對刀具角度的影響就不容忽視，應(yīng)該適當(dāng)加大主切削刃后角和副切削刃前角，或者采用斜刀墊使刀具后面偏離工件過渡表面。1.2

刀具幾何結(jié)構(gòu)1.2

刀具幾何結(jié)構(gòu)※

(2)橫向進(jìn)給的影響。如圖1.6所示，橫向走刀車槽或切斷時(shí)，切削刃上選定點(diǎn)A的實(shí)際切削速度

ve=V+v,

。在假

定工作平面(進(jìn)給平面)內(nèi)，Ve

相

對

于v偏轉(zhuǎn)角度

μf;A點(diǎn)的運(yùn)動軌跡為阿基米德螺旋線，其螺旋傾角

μ(見式1

.

8)?！?/p>

由于e

方向的偏轉(zhuǎn)，故其工作前、后角分別為：(1.13)※

結(jié)

論

：在橫進(jìn)給車削中，當(dāng)進(jìn)給量一定時(shí)，隨著切削刃不斷趨近工件中心(即不斷減小),其工作前角不斷增大，工作后角不斷減小。當(dāng)?shù)都饨咏ぜ行臅r(shí)，工作后角迅速減小，最容易因后面和工件過渡表面劇烈摩擦而崩刃，應(yīng)當(dāng)引起充分重視。以橫進(jìn)給為主工作的刀具(如切斷刀、車槽刀和徑向成形車刀等),應(yīng)當(dāng)適當(dāng)加大標(biāo)注后角?！?dāng)?shù)毒叩陌惭b位置與假定的理想位置不符時(shí)，刀具的工作角度也將發(fā)生變化。(1)刀尖高低的影響。當(dāng)安裝位置高于(或低于)工件中心(如圖1.7所示為安裝位置偏高的情況，λ,=0°)時(shí)，即使不考慮進(jìn)給運(yùn)動的影響，該點(diǎn)主運(yùn)動速度方向也將在背平面內(nèi)

相對于工件中心高處偏轉(zhuǎn)角度θ,從而導(dǎo)致工作參考系相對于靜參考系在內(nèi)相應(yīng)偏轉(zhuǎn)角度θ,而或2.安裝位置的影響圖1.7刀具安裝偏高對工作角度的影響則選定點(diǎn)的工作背前角Ype

和工作背后角αpe為：注：當(dāng)安裝位置偏高時(shí)，用上邊符號；當(dāng)安裝位置偏低時(shí)，用下邊符號。選定點(diǎn)背平面內(nèi)的前、后角變化量轉(zhuǎn)換到起正交平面內(nèi)時(shí)，前、后角變化量為式中：H——刀桿高度(mm)。注

：當(dāng)安裝位置偏高時(shí)，用上邊符號；當(dāng)安裝位置偏低時(shí)，用下邊符號。在車、鏜內(nèi)孔時(shí)，切削刃上選定點(diǎn)安裝位置高低引起的工作角度變化和車外圓剛好相反，即安裝位置偏高時(shí)采用式(1.14)和式(1.16)中下邊的符號，安裝位置偏低時(shí)采用式(1.14)和式(1.16)中上邊的符號。則選定點(diǎn)的工作前角和工作后角為(1.16)※(

2)刀桿位置的影響。如圖1.8所示，則直接引起車刀的工作主

偏角和工作副偏角變化，即K?e=K,±GK'。=k'干G圖1.8刀桿安裝位置對工作角度的影響Kr模塊二

金屬切削加工中的主要現(xiàn)象及規(guī)律課題一切削中的變形課題二切屑的種類及斷屑課題三

積屑瘤課題四加工硬化課題五切削力與切削熱課題六刀具磨損與刀具耐用度1.第一變形區(qū)內(nèi)金屬的剪切變形(a)

(b)

(c)=0

,可

求出Fr為最小值時(shí)d?十

Y。2.

剪切角的計(jì)算1)麥錢特(M.E.Merchant)

公我tADsinbcos(φ+β-γ。)求

微

商

，并令φ

之值

。β2F?=φ

二π

4李和謝弗(Leeand

Shaffer)●也稱為切削第一定律，是根據(jù)主應(yīng)力方向與最大切應(yīng)力方向之間的夾角為45

°

的原理來計(jì)算剪切角。+β-)。=

4?！?/p>

(1)

當(dāng)前角γ。增大時(shí)，

φ角隨之增大，變

形減小?？梢娫诒ＷC切削刃強(qiáng)度的前提

下，增大刀具前角對改善切削過程是有利的。·

(2)

當(dāng)摩擦角β增大時(shí)，φ角

隨之減小，

變形增大。因此在低速切削時(shí)，采用切

削液以減小前刀面上的摩擦系數(shù)是很重要的。3.1.2

第一變形區(qū)的變形及其簡化D二

-β+y。π41.

第二變形區(qū)內(nèi)金屬的擠壓變形A

a2.

前刀面上的摩擦F

A

T4

y

σ

A

O1

—單位切向力分布曲線2

一正應(yīng)力分布曲線lf

一刀具一切屑接觸區(qū)長度lf1—粘結(jié)黏結(jié)區(qū)長度lf2—滑動區(qū)長度工件1.

相對滑移●

當(dāng)平行四邊形OHN

M

發(fā)生剪切變形

后，變?yōu)槠叫兴倪呅蜲GPM

,

在切

削過程中，

這個(gè)相對滑移，可以近

似地看成是發(fā)生在剪切面N

H

上。剪切面NH

被推移到PG

的位置，故有△s

NP

NK+KPε=cot?+tan(φ-y

。)●

可知在刀具的前角一定的情

況

下

，相對滑移僅與剪切

角φ有關(guān)。

工

件---

O

HE

=

4y

MK

MK2.

變形系數(shù)●切屑厚度hch與切削層厚度

hD

之比，稱為厚度變形系數(shù)A=

ch●

切削層長度D

與切屑長度h

之比，稱為長度變形系數(shù)切屑DchA

二工件●切削層變成切屑后寬度的變化很小，根據(jù)體積不變原理A=4?=A●

變形系數(shù)是大于1的數(shù)，它直觀地反映了切屑變形程度，并且比較容易測量。3.相對滑移與變形系數(shù)的關(guān)系A(chǔ)2-2Asiny

。+1E=Acosy。·

(1)變形系數(shù)并不等于相對滑移?！?/p>

(2)當(dāng)A

≥1.5

時(shí)，對于某一固定的前角，相對滑移與變形系數(shù)成正比。·

(3)

當(dāng)人

=1時(shí)

，即hD=hc

h,相對滑移并不等于零，

因此

，切

屑還是有變形的?！?/p>

(

4

)

當(dāng)yo=15°~30°,變形系數(shù)即使具有同一的數(shù)值，倘若前角不相同，相對滑移仍然不相等，前角愈小，E就愈大。·

(5)

當(dāng)人<1

.

2時(shí)，

不能用人表示變形程度。原因是：當(dāng)入在1～1.2之間，入雖減小，

但E卻變化不大。工件材料σ?/MPaHBSh/mm0.10.140.180.22銅213550.780.760.750.7410鋼3621020.740.730.720.7210Cr4801250.730.720.720.711Cr18Ni9Ti6341700.710.700.680.67工件材料的強(qiáng)度和硬度增大，變

形系數(shù)減小。這是由于工件材料的強(qiáng)度和硬度增大，使前刀面上的法向應(yīng)力σav

增大，摩擦系數(shù)μ減小

，摩擦系數(shù)μ減

小，摩擦角β減小，剪切角φ增大，所

以變形系數(shù)減小。表3-1不同材料的摩擦系數(shù)p●

金屬切削過程是切削層金屬在刀具的前刀面推擠

下，發(fā)生以剪切滑移為主的塑性變形而形成切屑的過程。課題二切屑的種類及斷屑1.

切屑的形成

前刀面

Vc2.

切屑形成的力學(xué)模型在直角自由切削下，作用在切屑上的

力有：前刀面上的法向力Fn

和摩擦力F?,

在剪切面上也有一個(gè)正壓力F

n和剪切力F,

這兩對力的合力應(yīng)該互

相平衡。Fs←

Vcns●FF,=F,cos(φ+β-%

。)tA,cos(φ+β-y。)sinocos(φ+β-V。)F.=F,cos(β-γ

。)

Fp=F,sin(β-y

。)n1.

切屑的基本類型●

前三種切屑是切削塑性金屬時(shí)得到的。

最常見到的是帶狀切屑，

當(dāng)切削厚度大

時(shí)得到節(jié)狀切屑，單元切屑比較少見。在形成節(jié)狀切屑的情況下，進(jìn)一步減小

前角，

或加大切削厚度，就可以得到單

元切屑。

切屑的形態(tài)是可以隨切削條件而轉(zhuǎn)化的。帶狀切屑

節(jié)狀切屑粒狀切屑

崩碎切屑G

人鬼

AMAwwwwWuAMMwYmVwwe

M螺卷屑2.

切屑的控制·

1)

切屑的形狀153

益

13十

E(FLCEa

特

日

三E帶狀屑崩碎屑長緊卷屑發(fā)條狀卷屑寶塔狀卷屑C

形屑工件工件(a)圓弧形卷屑槽

(b)

直線型卷屑槽·

2)卷屑和斷屑(b)

發(fā)條狀切屑碰到工件折斷(C)C

形切屑碰到工件折斷(a)

碰到后刀面折斷工件工件●影響斷屑的因素還有工件材料、刀具角度、切削用量等。·

(1)

被切削材料的屈服極限愈小，則彈性恢復(fù)少，愈

容易折斷；·

(2)

被切削材料的彈性模量大時(shí)，也容易折斷；·

(3)

被切削材料塑性愈低，愈容易折斷；·

(4)

切削厚度ho

愈大，則應(yīng)變增大，容易斷屑，而

薄切屑則難斷；·

(5)

背吃刀量a

增加，則斷屑困難增大；●

(6)

切削速度v提高時(shí)，斷屑效果降低；·

(7)

刀具前角Y?

愈

小

，切屑變形愈大，容易折斷。課題三

積屑瘤●

切削鋼、球墨鑄鐵、和鋁合金等塑性金屬時(shí)，在切削速度不高，

而又能形成帶狀切屑的情況下，常常有一些從切屑和工件上來的金屬冷焊(黏結(jié))并層積在前刀面上，形成硬度很高的楔塊，它能夠代替刀面和切削刃進(jìn)行切削，這個(gè)楔塊稱為積屑瘤。積屑瘤的硬度可達(dá)工件材料硬度的2～

3.5倍。積屑瘤

切屑工件刀具●

在

I

區(qū)里形成粒狀切屑或節(jié)狀切屑，這時(shí)沒有積屑瘤出現(xiàn)?！?/p>

在Ⅱ區(qū)里形成帶狀切屑。有積屑瘤生

成；積屑瘤的高度隨著切削速度的提高而增大，同時(shí)積屑瘤前端越來越象

像楔子，越來越深入地楔入切削層與工件之間。

當(dāng)切削速度增大到Ⅱ區(qū)的

右邊界時(shí)，積屑瘤的高度達(dá)到最大值。VJ(m/s)IV一H,/mmIK●

在Ⅲ區(qū)里，積屑瘤的高度隨著切削速度的提高而減小，

而且積屑瘤的頂部越趨于與前刀面平行。

當(dāng)v

增大到Ⅲ

區(qū)右邊界之值時(shí)，積屑瘤便消失?！?/p>

在IV區(qū)里積屑瘤不再生成，此時(shí)切屑底層高度纖維化，纖維的方向幾乎與

前刀面平行。這樣的切屑底層稱為滯流

層

。工件●積屑瘤對加工的影響有以下幾個(gè)方面：●

(1)

穩(wěn)性的積屑瘤可以代替切削刃和前刀面進(jìn)行切削從而保護(hù)切削刃和前刀面，減少刀具的磨損；·

(2)

積屑瘤的存在使刀具在切削時(shí)具有更大的實(shí)際前用

，

成

小

J功肩

的

支

形

，

前

刀

下

降

；·

(3)

積屑瘤具有一定的高度，其前端伸出切削刃之外

使實(shí)際的切削厚度增大；·

(4)

在切削過程中積屑瘤是不斷的生長和破碎的，所以積屑瘤的高度也在不斷變化，導(dǎo)致了實(shí)際切削厚

度的地不斷變化，引起局部過切，使零件的表面粗

糙度增大。同時(shí)部分積屑瘤的碎片會嵌入已加工表面，影響零件表面質(zhì)量；·

(5)不穩(wěn)定的積屑瘤不斷地生長、破碎和脫落，積屑瘤脫落時(shí)會剝離前刀面上的刀具材料，造成刀具的磨

損

加

劇?！癖苊夥e屑瘤產(chǎn)生的常用的方法有：·

(1)

選擇低速或高速加工，避開容易產(chǎn)生積屑瘤的切

削速度區(qū)間。例如，高速鋼刀具采用低速寬刀加工，硬質(zhì)合金刀具采用高速精加工；·(2)

采用冷卻性和潤滑性好的切削液，減小刀具前

刀面的粗糙度等；·

(3)

增大刀具前角，減小前刀面上的正壓力；·

(4)

采用預(yù)先熱處理，適當(dāng)提高工件材料硬度、降低

塑性，減小工件材料的加工硬化傾向。刀具M(jìn)B課題四加工硬化

1.已加工表面形成過程2.

刃前區(qū)應(yīng)力分布1.

幾何方面的質(zhì)量●幾何方面的質(zhì)量是指工件最外層表面

與周圍環(huán)境之間界面的幾何形狀，通

常以表面粗糙度表示。2.

表面材質(zhì)●影響表面材質(zhì)的主要是加工變質(zhì)層?！褚鸭庸け砻尜|(zhì)量可以用下面四項(xiàng)內(nèi)容表示：·

(1)

表面粗糙度；·

(2)

表面層的加工硬化程度和硬化層深度；·

(3)表面層以及一定深度層的殘余應(yīng)力大小及分布；·

(4)

表面層金相組織的變化情況?！?/p>

其產(chǎn)生的原因可以歸納為兩個(gè)方面。·

(1)幾何因素產(chǎn)生的粗糙度，

也稱為

理論粗糙度，由切削運(yùn)動和刀具的幾

何形狀產(chǎn)生，主要取決于殘留面積的高度?！?/p>

(2)

切削過程中不穩(wěn)定因素所產(chǎn)生的

粗糙度，包括積屑瘤、鱗

刺、切削變

形

、刀具的邊界磨損、切削刃與工件相對位置變動等。1.

殘留面積產(chǎn)生的粗糙度●

切削時(shí)，由于刀具與工件相對運(yùn)動以

及刀具幾何形狀的關(guān)系，有一小部分

金屬未被切削下來，殘留在已加工表

面上，稱為殘留面積，其高度直接影

響到已加工表面的橫向粗糙度。R

max2.切削過程中的不穩(wěn)定因素產(chǎn)生的粗糙度·

1)

積屑瘤·

2)

鱗刺·

3)切削過程中的變形·

4)刀具的邊界磨損·

5)切削刃與工件相對位置變動·

6)

切屑劃傷、

拉毛(b)Rmax●經(jīng)過切削后的表面，

其硬度往往是

基體硬度的120%～200%

,

即表

面發(fā)生了硬化，硬化層的深度從幾

個(gè)微米到幾百個(gè)微米，這種不經(jīng)過熱處理而由切削過程造成的硬化現(xiàn)象稱為加工硬化或冷作硬化?！?/p>

這種表面層的硬化可以使零件的耐磨性提高，

但是也增加了后續(xù)加工

的難度和刀具磨損。1.

加工硬化產(chǎn)生的原因●由于在切削過程中，

部分切削層的

金屬在刀具擠壓和摩擦下，發(fā)生了

強(qiáng)烈的變形形成了已加工表面。因

此已加工表面的金屬晶格發(fā)生了扭

曲，

晶粒被拉長、

破碎，阻礙了金

屬進(jìn)一步變形而使金屬強(qiáng)化，

硬度顯著提高。此外已加工表面還受到

切削溫度的影響，切削溫度低于相

變點(diǎn)時(shí)，金屬弱化，

硬度降低。切

削溫度高于相變點(diǎn)時(shí)則引起相變。所

以

，已加工表面的硬度是這些強(qiáng)

化、弱化和相變綜合作用的結(jié)果。2.

加工硬化的表示方法●

1)硬化程度●

硬化程度是指已加工表面的顯微硬

度增加值，對原始顯微硬度的百分比。N=H-H?

×100%

H?●

也可以用加工前、后的硬度值之比表

示。N=

×100%H

H·

2)

硬化層深度●

硬化層深度是指已加工表面至未硬化

處的垂直距離△h

,

單位為

μm。表3-12鋼件表面的硬化深度△h。和硬化程度N加

工

方

法

平均硬化深度△hμm

平均硬化程度N/%)高速車削

30～50

120～150精車20～60140～180鉆孔180～200160～170拉削20～75150～200滾(插)齒120～150160～200外圓磨削(未淬火)30～60140～160研磨3～7110～1173.

影響加工硬化的因素·

1)

工件材料●

工件材料的硬度越低、塑性越大、

熔點(diǎn)越高、強(qiáng)化就會越嚴(yán)重。就結(jié)

構(gòu)鋼而言，含C量少、

塑性變形大，

硬化嚴(yán)重。高錳鋼強(qiáng)化指數(shù)大，硬

化程度可達(dá)200

%以上。

有色金屬

熔點(diǎn)低，

容易弱化，所以硬化情況比結(jié)構(gòu)鋼小很多?！?/p>

2)刀具幾何參數(shù)與磨損·

(1)前角Y。越大，

金屬的塑性變形

越小，

△h

越

小

。500400300200100f=0.76mm/rf=0.5mm/rf=0.25mm/rf=0.12mm/r100

150

200

rn(μm)·(2)

后角α。越

大，

△ha

越小?！?/p>

(3)

切削刃鈍圓半徑r越大，擠

壓

與摩擦越嚴(yán)重，△h

越大。5.49

4.71

3.92

3.142.351.5710

50H(GPa)·

(4)刀具磨損量VB

越大，后刀面與

已加工表面的摩擦越大，△ha

越大。5001000.10.20.60.7VB(mm)400300200(un)PYD·

3)

切削用量與切削液·

(1)切削速度v

對加工硬化的影響是

多方面的，

通常認(rèn)為，

V

越高硬化

程度越小，但是增加到一定

值

后

，硬化深度又增大。140車削120100805

30

60

90

120

150180銑削210

240270V.(m/min)1101009080600

0.040.08

0.120.160.20

0.24

f?(mm/z)(2)

進(jìn)給量f的增加，將使硬化深度增

加

；△ha(μm)·

(3)

背吃刀量a

p的增加對硬化程度無顯著影響；·

(4)使用切削液，

能減輕加工硬化，

切削冷卻、

液潤滑效果越好，硬化情況越輕。110100908070|0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0ap(mm)45鋼2Cr13壓應(yīng)力有時(shí)能提高零件的疲勞強(qiáng)度，但拉應(yīng)力則會產(chǎn)生裂紋，使疲勞強(qiáng)度下降?！?/p>

應(yīng)力分布不均勻會使零件產(chǎn)生變形，

從而影響零件精度，對精密零件的正常工作極為不利?！?/p>

當(dāng)切削力的作用取消后，工件表面保持平衡而存在的應(yīng)力稱殘余應(yīng)力●

殘余應(yīng)力有壓應(yīng)力和拉應(yīng)力之分，1.

殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因1)

塑性變形引起的應(yīng)力金屬經(jīng)塑性變形后體積將脹大，由

于受到里層未變形金屬的牽制，故

表層呈殘余壓應(yīng)力，里層呈殘余拉

應(yīng)力。2)

切削溫度引起的熱應(yīng)力切削時(shí)，不均勻的溫度分布，使表層金屬產(chǎn)生熱應(yīng)力。超過材料屈服

極限時(shí)，使表層金屬產(chǎn)生壓縮塑性

變形。切削后冷卻至室溫，表層金屬體積的收縮又受到里層金屬的牽制，故而表層金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。·●·●·

3)

相變引起體積應(yīng)力●

切削時(shí)，若表層溫度高于相變溫度

則表層組織可能發(fā)生相變。

由于各

種金相組織的體積不同，

從而產(chǎn)生殘余應(yīng)力。2.

影響因素及控制措施·

1)工件材料●

塑性大的材料，通常會產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，

塑性越大，拉應(yīng)力越大。0.10-0.10-0.20-0.30050

100

150200距表面深度(μm)余

應(yīng)

力

o

(

G

P

a

)殘0.980.780.590.390.20-0.20-0.39-0.590

10

20

3040_50

60

70

8090100距表面深度(μm)·

2)

刀具·

(1)

前角Y?！?/p>

當(dāng)Y。由正值變?yōu)樨?fù)值時(shí)，表層殘余應(yīng)

力逐漸減小，但距表層深度加大。殘

余

應(yīng)

力

o

G

P

a

)0.590.200-0.29-0.59

0

10

20

3040

50

60

70距表面深度(μm)●

采用絕對值較大的負(fù)前角時(shí)，會使已加工表面呈現(xiàn)殘余壓應(yīng)力。0.98殘

余

應(yīng)

力

a(

G

P

a

)·

(2)

后刀面磨損量VB

.·

VB

值

增

加

，殘余應(yīng)力值加大，深

度

也加大。0

25

50

75

100

125

150

175

200

225距表面深度(μm)-0.34-0.690.690.34G

P

a

)殘

余

應(yīng)力

o

(·

3)

切削用量●

(1)切削速度v

越

大

，殘余拉應(yīng)力越

大。

Vc=213m/min-0.20□Vc=86m/min0.205-0.20Vc=7.7m/min0.20-0.2020

50

100150200250距表面深度(μm)殘

余

應(yīng)

力

o

(

GP

a

)·

(2)

進(jìn)給量f增大

，熱應(yīng)力引起的殘余

應(yīng)力占優(yōu)勢，故呈拉應(yīng)力增大的趨勢

且應(yīng)力層加深。0.400.20

0-0.20-0.200.400.20-0.20

050100150200250300350距表面深度(μm)0.2050.40應(yīng)

力

oP

a

)殘

余(

Gap=

0.8mm0.205-0.20ap=0.3mm-0.20050

100150200250距表面深度(μm)的

45

鋼時(shí)，

a

若增加，拉應(yīng)力稍有減

小

。

ap=

2.0mm0.209-0.20·

(3)加工淬火鋼時(shí)，

背吃刀量ap

對殘

余應(yīng)力影響不大。加工淬火后再回火殘

余

應(yīng)

力

o

G

Pa

)課題五切削力與切削熱返回目錄高速鋼加工方法車削銑削鉆削C?140～170801500.35～0.45y