1、成形工藝基礎(chǔ)-切削1,1,金屬工藝學(xué)(下冊(cè))第五篇 切削工藝知識(shí),成形工藝基礎(chǔ)-切削1,2,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(jī)械加工 機(jī)械加工利用機(jī)械力對(duì)各種工件進(jìn)行加工的方法。 機(jī)械加工的方法許多：車、鉆、銑、刨和磨等多種，但它們?cè)谇邢鬟\(yùn)動(dòng)、切削刀具、切削過(guò)程的物理實(shí)質(zhì)等方面都有著共同的現(xiàn)象和規(guī)律。,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,3,第一章 金屬切削的基礎(chǔ)知識(shí) 1 切削運(yùn)動(dòng)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(nèi)圓面； 成形面：溝、槽、螺紋及齒面等 二、切削運(yùn)動(dòng) 1.三個(gè)表面,成形工藝

2、基礎(chǔ)-切削1,4,在切削加工過(guò)程中，工件上存在三個(gè)不斷變化的表面，即：已加工表面、待加工表面和過(guò)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(guò)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(guò)渡表面。,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,5,切削運(yùn)動(dòng)：刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 切削運(yùn)動(dòng)又分主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，其中： 1.主運(yùn)動(dòng) 由機(jī)床或人力提供的主要運(yùn)動(dòng)，它促使刀具和工件之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而使刀具前面接近工件。 2.進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 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(yùn)動(dòng)。,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,6,切

3、削過(guò)程中主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以有一個(gè)或幾個(gè)。 切削運(yùn)動(dòng)的形式有：旋轉(zhuǎn)或直線的。 實(shí)際的切削運(yùn)動(dòng)是一個(gè)合成切削運(yùn)動(dòng). 三、切削用量 一般，切削用量包括： 切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量。 常稱為切削三要素,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,7,m/s,1.切削速度 (以車削為例) 切削速度(m/s) 是主運(yùn)動(dòng)的線速度。,c=,式中：D為工件待加工表面的直徑(mm)； n為轉(zhuǎn)速(r/min)。 車削時(shí)指工件待加工表面最大直徑處線速度. 2.進(jìn)給量f(mm/r) 指(車)刀具相對(duì)于工件旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn),在進(jìn)給方向,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,8,的位移量。 單位為：mm/r或mm/str。 3.背吃力量ap(mm)指工件上

4、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(chǎn)中為提高效率一般對(duì)工件分粗、精加工階段，如粗加工時(shí)的選擇原則：,aP,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,9,“先定ap ,次選f , 最后定c”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(shí)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(guān)系： AD=bDhD mm2 在車削中可近似認(rèn)為： ADfap mm2,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,10,2 刀具材料與刀具構(gòu)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(duì)刀具材料的

5、基本要求 切削過(guò)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(yīng)具備以下性能： 1)高的硬度 一般刀具材料的硬度應(yīng)在60HRC以上。,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,11,2)足夠的強(qiáng)度和韌性 又稱堅(jiān)韌性，以承受切削中的沖擊力和振動(dòng)，減少刀具脆性斷裂和崩刃。 3)耐磨性好 即抵抗磨損的能力，使刀具使用耐久。 4)高的耐熱性 是指刀具在高溫下仍能保持硬度、強(qiáng)度、韌性和耐磨性等。 5)工藝性能要好,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,12,為了便于刀具本身的制造，刀具材料還應(yīng)具有一定的工藝性能,如: 切削性能、磨削性能、焊接性能及熱處理性能等。 2. 常用刀具材料 1)碳素工具鋼 T10

6、鋼(WC=1%)制手用鋼鋸條、簡(jiǎn)單冷作模; T12鋼用于制作鉸刀、銼刀、量具等 2)合金工具鋼 常用牌號(hào)如9SiCr、Cr12、CrMn、GCr15等，,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,13,主要用于制造刃具、模具、量具等工具 3)高速鋼 高速鋼是含W、Cr、V等合金元素較多的合金工具鋼. 其常用牌號(hào)有:W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等,廣泛用于制造形狀復(fù)雜的高速切削工具,如：麻花 鉆、銑刀、拉刀、齒輪刀具和其他成形刀具。 4)硬質(zhì)合金 根據(jù)GB/2075-1998規(guī)定，按被加工材料,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,14,分了三個(gè)大（類）組； 分別用字母P、M、K表示(這些字母完全是 習(xí)慣性，本身無(wú)其他含義

7、)。 相應(yīng)識(shí)別顏色為藍(lán)、黃、或紅.具體應(yīng)用: 1)P類(藍(lán)色) 相當(dāng)于舊牌號(hào)YT類硬質(zhì)合金。 適宜加工長(zhǎng)切屑的黑色金屬，如鋼、鑄鋼等。其代號(hào)P01、P10、P20、P30、P40、P50等，數(shù)字越大，耐磨性越低而韌性越高。 如車削時(shí)：精車用P01,半精車用P10,P20；,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,15,粗車選用P30。 2)M類(黃色)相當(dāng)于舊牌號(hào)YW類硬質(zhì)合金 適宜加工長(zhǎng)切屑或短切屑的金屬材料，如鋼、鑄鋼、不銹鋼、灰鑄鐵、有色金屬等。 其代號(hào)有M10、M20、M30、M40等，數(shù)字越大，耐磨性低而韌性大。 精車選M10；半精車用M20；粗車時(shí)可用M30。 3)K類(紅色)相當(dāng)于舊牌號(hào)TG類硬質(zhì)

8、合金,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,16,適宜加工短切屑的金屬或非金屬材料，如淬硬鋼、鑄鐵、銅鋁合金、塑料等，其代號(hào)有K01、K10、K20、K30、K40等，數(shù)字大，耐磨性降而韌性大。如車削時(shí)： 精車選K01；半精車K10、K20；粗車用K30。 3.新型刀具材料 1)涂層刀具材料 是指通過(guò)氣相沉積或其他技術(shù)方法，在硬質(zhì)合金或高速鋼的基體上涂覆一薄層高硬耐磨的,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,17,難熔金屬或非金屬化合物而構(gòu)成的。 如在硬質(zhì)合金表面上涂厚49m的涂層時(shí)，表面硬度可達(dá)25004200HV，是實(shí)現(xiàn)刀具要求“面硬而心韌”的有效方法之一。 常用的涂層材料有TiC、TiN、Al2O3等硬質(zhì)合金涂層刀具壽

9、命可比原來(lái)提高13倍，高速鋼涂層后壽命提高210倍，世界各國(guó)對(duì)涂層刀具運(yùn)用很廣泛。處于領(lǐng)先地位的瑞典，在車削中使用涂層硬質(zhì)合金刀片已達(dá)70%80%。,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,18,2)陶瓷刀具材料 按化學(xué)成分可分為Al2O3基和Si3N4基兩類。 陶瓷刀具硬度高而耐磨，允許切削速度達(dá)成12.5m/s，耐熱性度可達(dá)12001450，其效率比硬質(zhì)合金提高了14倍，可制成刀片。 用于半精和精加工高硬度、強(qiáng)度鋼及冷硬鑄鐵等，缺點(diǎn)抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性差。 3)超硬刀具材料 它包括人造聚晶金剛石和立方氮化硼等,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,19,人造聚晶金剛石刀具，硬度極高(5000HV以上),耐磨性極好，可切削硬

10、的材料而長(zhǎng)時(shí)間保持尺寸的穩(wěn)定(不宜加工鐵族金屬,為什么？)。 刀具壽命比硬質(zhì)合金高幾十至三百倍，宜精細(xì)加工。 立方氮化硼(CBN)的顯微硬度達(dá)80009000HV，僅次于天然金剛石（10000HV），耐磨性很好，其耐熱性達(dá)1500，且與鐵族材料親和作用小。,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,20,適于加工高硬、難切材料。 注意刀具材料的使用性能，工藝性能和價(jià)格不同，各種切削條件對(duì)刀具要求也各異，應(yīng)綜合考慮，合理地選用刀具材料。 二、刀具角度 刀具的種類相當(dāng)繁多，但其切削部分的結(jié)構(gòu)要素和幾何角度有著許多共同的特征,圖示。 各種刀具就一個(gè)刀齒而言，都相當(dāng)于車刀的刀頭。,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,21,車刀切削部分

11、的組成 車刀切削部分有：“三面兩刃一尖”。 1.前刀面（簡(jiǎn)稱前面） 指刀具上切屑流經(jīng)的表面。 2.主后刀面（簡(jiǎn)稱后面） 是與工件上過(guò)渡表面相對(duì)的表面。 3.副后刀面（簡(jiǎn)稱副后面） 是與工件已加工表面相對(duì)的表面。,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,22,4.主切削刃 前刀面與主后刀面的交線。 5.副切削刃 前刀面與副后刀面的交線。 6.刀尖 指主、副切削刃匯交的部位，它可以是圓弧，或是一小段直線。 刀具角度參考系 刀具角度是確定車刀各部分幾何形狀的重要,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,23,參數(shù)，用于定義和規(guī)定刀具角度的各基準(zhǔn)坐標(biāo)平面稱為參考系。參考系有兩類： 一類為刀具靜止參考系,又稱標(biāo)注參考系; 它是刀具設(shè)計(jì)時(shí)標(biāo)

12、注、刃磨和測(cè)量的基準(zhǔn)，用此定義的刀具角度稱刀具標(biāo)注角度； 另一類刀具工作參考系,又稱為動(dòng)態(tài)參考系. 組成刀具靜止參考系的平面，如圖，由三平面組成： 1.基面 Pr,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,24,過(guò)切削刃選定點(diǎn)并垂直于假定主運(yùn)動(dòng)方向的平面。 車刀基面可理解為平行于刀具底面的水平面. 2.切削平面 Ps 過(guò)切削刃上選定點(diǎn)與切削刃相切并垂直于基面的平面（主切削平面以Ps表示，副切削平面以Ps，表示）。 3.正交平面 Po,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,25,過(guò)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。 4.假定工作平面 Pf 過(guò)切削刃選定點(diǎn)，垂直于基面并平行與假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的平面。 由于刀具的參考系

13、在切削刃上各點(diǎn)是變化的，因此角度的定義也應(yīng)指明選定點(diǎn)。在未指明時(shí)，一般指切削刃的基點(diǎn)或刀尖。,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,26,在正交平面內(nèi)測(cè)量的標(biāo)注角度見(jiàn)圖 1. 前角r。 前刀面與基面間的夾角。 根據(jù)前刀面與基面間的相對(duì)位置又分別規(guī)定為:正前角、零度前角和負(fù)前角。 作用：影響切削刃鋒利程度及強(qiáng)度，增加前角可使刀刃鋒利，切削力減少。切削溫度降低，但過(guò)大的前角會(huì)使刃口強(qiáng)度降低，容易造成刃口損壞。,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,27,選擇原則：前角的數(shù)值大小與刀具切削部分的材料，被加工材料、工作條件等都有關(guān)系。 (1)材料性脆、強(qiáng)度低時(shí)前角應(yīng)取小值； (2)材料強(qiáng)度和硬度低時(shí)，取較大前角； (3)有沖擊的工作

14、條件時(shí)，前角應(yīng)取較小值，甚至取負(fù)值。 在保證刀具刃口強(qiáng)度的條件下，盡量用大前角。 2.后角o,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,28,指主后刀面與切削平面之間的夾角。 作用：減小后面與工件之間的摩擦，和前角一樣影響刃口的強(qiáng)度和鋒利程度。 選擇原則:與前角相似,一般后角值為68。 在基面內(nèi)測(cè)量的角度有 3.主偏角 指主切削平面與假定工作平面間夾角。 作用：影響切削刃工作長(zhǎng)度、背向力、刀尖,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,29,強(qiáng)度和散熱條件；主偏差越小，背向力越大，切削刃工作長(zhǎng)度越大，散熱條件越好。 選擇原則：工件粗大,剛性好時(shí)取較小值,車細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)為減少背向力,以免工件彎曲,加工出腰鼓形,宜選取較大的值,常用為457

15、5o間。 4.副偏角 副切削平面與假定工作平面間的夾角 作用：影響已加工表面的粗糙度，減少副偏角可使被加工表面粗糙值降低。,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,30,選擇原則：精加工時(shí)為提高加工表面的質(zhì)量，選取較小值，一般為510 在切削平面內(nèi)側(cè)量的角度有： 5.刃傾角 s 指主切削刃與基面間的夾角，反映主切削刃對(duì)基面的傾斜程度。 作用：影響切屑流動(dòng)方向和刀尖的強(qiáng)度。 (1)當(dāng)s 為正值時(shí)，刀尖在主切削刃上的最高點(diǎn)，切屑流向待加工表面；,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,31,(2)當(dāng)s 為負(fù)值時(shí)，刀尖在主切削刃上為最低點(diǎn)，切屑流向已加工表面； (3)刃傾角為0時(shí)，切屑垂直于過(guò)渡表面方向流出。 在s 時(shí)，切屑的壓力使刀

16、頭及刃口易損壞，刀頭強(qiáng)度表現(xiàn)差；反之，則刀頭強(qiáng)度較好。 選擇原則：精加工時(shí)取正值，粗加工時(shí)或有沖擊時(shí)取負(fù)值，一般情況下為05。,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,32,三、刀具結(jié)構(gòu) 刀具結(jié)構(gòu)種類很多,以車刀為例介紹： 1.整體車刀 切削部分與刀桿為同一種材料，如高速鋼車刀(白鋼刀),在有色金屬加工中應(yīng)用較多。 2.焊接車刀 切削部分與刀桿不同材料,刀桿為中碳鋼鍛造,而切削部分為硬質(zhì)合金類刀片,運(yùn)用硬釬焊連,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,33,接而成，方便靈活，尤其小刀具運(yùn)用多。 3.機(jī)械夾固式車刀 按是否重磨又分機(jī)夾不重磨式和機(jī)夾重磨式兩種. 其中機(jī)夾不重磨時(shí),一刀刃用鈍后不需重磨.如圖示，只須將夾緊螺釘稍松，將

17、刀片再轉(zhuǎn)過(guò)一刃即可使用。 而機(jī)夾重磨式,類似焊接車刀,用鈍后可重磨.,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,34,3 金屬切削過(guò)程,一、切屑形成及種類 1.切屑形成 塑性材料的切屑過(guò)程是一個(gè)： 擠壓變形切離過(guò)程；經(jīng)歷了： 彈性變形、塑性變形、擠裂和切離四階段. 2.切屑的種類 帶狀切屑、節(jié)狀切屑、崩碎切屑,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,35,二、積屑瘤 1.產(chǎn)生（見(jiàn)錄像片） 2.對(duì)切削過(guò)程的影響優(yōu)點(diǎn)： 硬化刀刃保護(hù)刀具； 增大前角利切削； 粗加工時(shí)利用之。 不足： 時(shí)積時(shí)流使工件表面粗糙； 精加工時(shí)，予以限制。,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,36,三、切削力以車外圓時(shí)為例： 總切削力(F)分解為相互垂直的三個(gè)分力： 1.切削

18、力Fc F在主運(yùn)動(dòng)方向上的分力； 2.進(jìn)給力Ff F在進(jìn)給方向上的分力； 3.背向力Fp F在垂直于工作平面方向上的分力。 三個(gè)分力與總切削力有關(guān)系：,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,37,四、切削熱與切削溫度 1.切削熱產(chǎn)生、傳出與對(duì)加工的影響 2.切削溫度及其影響 影響切削溫度的主要因素： 工件材料 強(qiáng)而硬的材料生熱多； 切削用量 影響程度依次排序?yàn)椋?成形工藝基礎(chǔ)-切削1,38,切削速度、進(jìn)給量、背吃刀量。 刀具角度 前角大、主偏角小些都可使生熱減少。 3.切削液及其選用 降低切削熱的一個(gè)有效途徑是噴注切削液，可以降溫。 切削液的功能可以歸納為： 冷卻作用、潤(rùn)滑、清洗和防銹作用。 生產(chǎn)中常用的切削

19、液可分為三類：,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,39,1)水溶液 水為主，加有防銹液等添加劑。作用：冷卻為主。 2)乳化液 將乳化油加水稀釋。不僅冷卻而且兼有潤(rùn)滑作用。 3)切削油 礦物油為主。少數(shù)采用動(dòng)、植物油等，潤(rùn)滑為主。,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,40,五、刀具磨損和刀具耐用度 刀具在使用一段時(shí)間后，其切削刃變鈍，以致無(wú)法使用。為此要討論刀具磨損與耐用度。 1.刀具磨損形態(tài) 1)后刀面磨損 磨損以后刀面上的磨損寬度值VB表示。 2)前刀面磨損 在高切削速度，背吃刀量較大且不用切削,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,41,液情況下，切塑性材時(shí)，前刀面上出現(xiàn)月牙洼，前刀面的磨損量以最大深度值KT表示。 3)前后刀面同

20、時(shí)磨損 2.刀具磨損過(guò)程 刀具磨損過(guò)程有三階段，如圖所示。 3.刀具耐用度 刀具耐用度是指刀具從刃磨開(kāi)始使用，到刀具磨損量達(dá)到磨損限度的總切削時(shí)間（min）,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,42,以符號(hào)T表示. 刀具壽命刃磨后的刀具自開(kāi)始切削直到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所經(jīng)歷的實(shí)際切削時(shí)間。 一般說(shuō):高速鋼鉆頭的耐用度為80120min; 硬質(zhì)合金焊接車刀耐用度約為60min； 硬質(zhì)合金端銑刀的耐用度約為120180min。,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,43,4 材料的切削性,一、概述 材料的切削性： 是指材料用刀具進(jìn)行切削的難易程度。 二、常用材料的切削性 1.結(jié)構(gòu)鋼 1)低碳鋼 性軟而韌，易生鱗刺，經(jīng)正火處理后，可使切削性得以改善。,成形工藝基礎(chǔ)-切削1,44,2)中碳鋼 有較好綜合力學(xué)性能，切削性好。 3)高碳鋼 由于組織