第13章 切削加工基礎(chǔ)知識

1、成形工藝基礎(chǔ)-切削11 。 切削加工切削加工= =鉗工鉗工+ +機械加工機械加工 機械加工的方法許多：機械加工的方法許多： 等多種，但它們在切削運動、切削刀具、切削過等多種，但它們在切削運動、切削刀具、切削過 程的物理實質(zhì)等方面都有著共同的現(xiàn)象和規(guī)律。程的物理實質(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12 切削加工特點切削加工特點 1 1）尺寸公差等級）尺寸公差等級IT12 IT3IT12 IT3； 粗糙度粗糙度RaRa值值 250.008m250.008m 2) 2) 零件形狀尺寸一般不受限制零件形狀尺寸一般不受限制 3 3）生產(chǎn)率高于其他加工方法）生產(chǎn)率高于其他加工方法 4 4

2、）刀具、工件必須有一定強度和剛度，刀具硬）刀具、工件必須有一定強度和剛度，刀具硬 度大于工件硬度度大于工件硬度 成形工藝基礎(chǔ)-切削13 1 1、零件表面的、零件表面的形成形成 零件表面的組成有：零件表面的組成有： 基本表面平面、外、內(nèi)圓面；基本表面平面、外、內(nèi)圓面； 成形面：溝、槽、螺紋及齒成形面：溝、槽、螺紋及齒面等面等 （1 1）三個表面）三個表面 成形工藝基礎(chǔ)-切削14 在切削加工過程中，工件上存在三個不斷變在切削加工過程中，工件上存在三個不斷變 化的表面，化的表面，即：即： 成形工藝基礎(chǔ)-切削15 。 成形工藝基礎(chǔ)-切削16 切削過程中切削過程中主運動只有一個主運動只有一個。 切削運動

3、的形式有：切削運動的形式有：旋轉(zhuǎn)或直線旋轉(zhuǎn)或直線的。的。 實際的切削運動是一個實際的切削運動是一個合成切削運動合成切削運動. . 輔助運動：輔助運動： 。 常稱為切削三要素常稱為切削三要素 成形工藝基礎(chǔ)-切削17 601000 Dn m/s 1. 1.切削速度切削速度 ( (以車削為例 以車削為例) ) 切削速度切削速度 (m/s (m/s) ) 是主運動的線速度。是主運動的線速度。 c= 式中：式中：D D為工件待加工表面的直徑為工件待加工表面的直徑(mm)(mm)； n n為轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速(r/min)(r/min)。 車削時指工件待加工表面最大直徑處線速度車削時指工件待加工表面最大直徑處線速

4、度. . 2. 2.進給量進給量 f f (mm/r)(mm/r) 指指( (車車) )刀具相對于工件旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)刀具相對于工件旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn), ,在進給方向在進給方向 成形工藝基礎(chǔ)-切削18 的的位移量位移量，單位為：，單位為：mm/rmm/r或或mm/strmm/str。 3. 3.背吃力量背吃力量a ap p(mm(mm) )指工件上已加工表面與待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：加工表面之間的垂直距離，單位為：mmmm。 式中：式中：d d 為已加工表面的直徑為已加工表面的直徑(mm) (mm) 工件分粗加工、精加工階段：工件分粗加工、精加工階段： aP 2 dD 成形工藝

5、基礎(chǔ)-切削19 切削層：切削層： 1. 1.切削層橫截面積切削層橫截面積A AD D 2. 2.切削層寬度切削層寬度b bD D ； 3. 3.切削層厚度切削層厚度h hD D A AD D=b=bD Dh hD D mm mm2 2 在車削中可近似認為：在車削中可近似認為： A AD Dffa ap p mm mm2 2 13.2.3 13.2.3 切削階段劃分切削階段劃分 表表13 13 1 1 成形工藝基礎(chǔ)-切削110 成形工藝基礎(chǔ)-切削111 刀具組成切削部分夾持部分刀具組成切削部分夾持部分 13.3.1 13.3.1 刀具材料刀具材料 ( (指切削部分指切削部分) ) 1.對刀具材料

6、的基本要求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：的材料應具備以下性能： 1)1)高的硬度高的硬度 一般刀具材料的硬度應在一般刀具材料的硬度應在60HRC60HRC以上。以上。 成形工藝基礎(chǔ)-切削112 2)2)足夠的強度和韌性足夠的強度和韌性 又稱又稱，以承受切削中的沖擊力和振動，以承受切削中的沖擊力和振動， 減少刀具脆性斷裂和崩刃。減少刀具脆性斷裂和崩刃。 3)3)耐磨性好耐磨性好 即抵抗磨損的能力，使刀具使用耐久。即抵抗磨

7、損的能力，使刀具使用耐久。 4)4)高的耐熱性高的耐熱性 是指刀具在高溫下仍能保持硬度、強度、韌是指刀具在高溫下仍能保持硬度、強度、韌 性和耐磨性等。性和耐磨性等。 5)5)工藝性能要好工藝性能要好 成形工藝基礎(chǔ)-切削113 為了便于刀具本身的制造，刀具材料還應具為了便于刀具本身的制造，刀具材料還應具 有一定的工藝性能有一定的工藝性能, ,如如: : 。 2. 2. 常用刀具材料常用刀具材料 1)1)碳素工具鋼碳素工具鋼 T10T10鋼鋼(W(WC C=1%)=1%)制手用鋼鋸條、簡單冷作模制手用鋼鋸條、簡單冷作模; ; T12 T12鋼用于制作鉸刀、銼刀、量具等鋼用于制作鉸刀、銼刀、量具等

8、2)2)合金工具鋼合金工具鋼 常用牌號如常用牌號如9SiCr9SiCr、Cr12Cr12、CrMnCrMn、GCr15GCr15等，等， 成形工藝基礎(chǔ)-切削114 主要用于制造刃具、模具、量具等工具主要用于制造刃具、模具、量具等工具 3)3)高速鋼高速鋼 高速鋼是含高速鋼是含WW、C Cr r、V V等合金元素較多的合等合金元素較多的合 金工具鋼金工具鋼. . 其常用牌號有其常用牌號有: :W18CW18Cr r4V4V、W6MW6Mo o5C5Cr r4V24V2等等, ,廣廣 泛用于制造形狀復雜的高速切削工具泛用于制造形狀復雜的高速切削工具, ,如：麻花如：麻花 鉆、銑刀、拉刀、齒輪刀具和

9、其他成形刀具。鉆、銑刀、拉刀、齒輪刀具和其他成形刀具。 4)4)硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金 根據(jù)根據(jù)GB/2075-1998GB/2075-1998規(guī)定，按規(guī)定，按 成形工藝基礎(chǔ)-切削115 分分三個大（類）組三個大（類）組： 分別用字母分別用字母表示表示( (習慣性習慣性) )。 1) P1) P類類(YT(YT類類) ) 適宜加工長切屑的黑色金屬適宜加工長切屑的黑色金屬，如鋼、鑄鋼等。，如鋼、鑄鋼等。 其代號其代號P01P01、P10P10、P20P20、P30P30、P40P40、P50P50等，等，數(shù)數(shù) 字越大，耐磨性越低而韌性越高字越大，耐磨性越低而韌性越高。 如車削時：精車用如車削時：精車用

10、P01,P01,半精車用半精車用P10,P20P10,P20； 粗車選用粗車選用P30P30。 成形工藝基礎(chǔ)-切削116 成形工藝基礎(chǔ)-切削117 成形工藝基礎(chǔ)-切削118 2) M2) M類類(YW(YW類類) ) 適宜加工長切屑或短切屑的金屬材料，如適宜加工長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。鋼、鑄鋼、不銹鋼、灰鑄鐵、有色金屬等。 其代號有其代號有M10M10、M20M20、M30M30、M40M40等，數(shù)字等，數(shù)字 越大，耐磨性低而韌性大。越大，耐磨性低而韌性大。 精車選精車選M10M10；半精車用；半精車用M20M20；粗車時可用；粗車時可用 M30M3

11、0。 成形工藝基礎(chǔ)-切削119 3) K3) K類類( (YGYG類類 ) ) 適宜加工適宜加工如淬硬鋼、如淬硬鋼、 鑄鐵、銅鋁合金、塑料等，其代號有鑄鐵、銅鋁合金、塑料等，其代號有K01K01、K10K10、K20K20、 K30K30、K40K40等，數(shù)字大，耐磨性降而韌性大。如車削時：等，數(shù)字大，耐磨性降而韌性大。如車削時： 精車選精車選K01K01；半精車；半精車K10K10、K20K20；粗車用；粗車用K30K30。 3. 3. 1)1)涂層刀具材料涂層刀具材料 成形工藝基礎(chǔ)-切削120 如在硬質(zhì)合金表面上涂厚如在硬質(zhì)合金表面上涂厚4 49m9m的涂層時，的涂層時， 表面硬度可達表面

12、硬度可達，是實現(xiàn)刀具要求，是實現(xiàn)刀具要求 “”的有效方法之一。的有效方法之一。 硬質(zhì)合硬質(zhì)合 金涂層，刀具壽命可比原來提高金涂層，刀具壽命可比原來提高1 13 3倍，倍，高速鋼高速鋼 涂層后壽命提高涂層后壽命提高2 21010倍倍，世界各國對涂層刀具，世界各國對涂層刀具 運用很廣泛。處于領(lǐng)先地位的瑞典，在車削中使運用很廣泛。處于領(lǐng)先地位的瑞典，在車削中使 用涂層硬質(zhì)合金刀片已達用涂層硬質(zhì)合金刀片已達70%70%80%80%。 成形工藝基礎(chǔ)-切削121 2)2) 按化學成分可分為按化學成分可分為Al Al2 2O O3 3基和基和Si Si3 3N N4 4基兩類?；鶅深?。 陶瓷刀具硬度高而耐磨

13、，允許切削速度達成陶瓷刀具硬度高而耐磨，允許切削速度達成 12.5m/s12.5m/s，耐熱性度可達，耐熱性度可達1200120014501450，其效率，其效率 比硬質(zhì)合金提高了比硬質(zhì)合金提高了1 14 4倍，可制成刀片。倍，可制成刀片。 用于半精和精加工高硬度、強度鋼及冷硬鑄用于半精和精加工高硬度、強度鋼及冷硬鑄 鐵等，缺點抗彎強度低，沖擊韌性差。鐵等，缺點抗彎強度低，沖擊韌性差。 3)3) 它包括它包括 成形工藝基礎(chǔ)-切削122 硬度極高硬度極高(5000HV(5000HV以上以上), ), 耐磨性極好，可切削硬的材料而長時間保持尺寸耐磨性極好，可切削硬的材料而長時間保持尺寸 的穩(wěn)定。的

14、穩(wěn)定。 刀具壽命比硬質(zhì)合金高幾十至三百倍，宜精刀具壽命比硬質(zhì)合金高幾十至三百倍，宜精 細加工。細加工。 立方氮化硼立方氮化硼(CBN)(CBN)的顯微硬度達的顯微硬度達 ，僅次于天然金剛石（，僅次于天然金剛石（），耐磨），耐磨 性很好，其耐熱性達性很好，其耐熱性達15001500，且與，且與 。 成形工藝基礎(chǔ)-切削123 刀具的種類相當繁多，但其切削部分的結(jié)構(gòu)刀具的種類相當繁多，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要素和幾何角度有著許多共同的特征, ,圖示圖示。 各種刀具就各種刀具就 成形工藝基礎(chǔ)-切削124 1. 1.） 刀具上切屑流經(jīng)的表面。刀具上切屑流經(jīng)的表面。 2. 2

15、.） 與過渡表面相對的表面。與過渡表面相對的表面。 3. 3.） 是與工件已加工表面相對的表面。是與工件已加工表面相對的表面。 成形工藝基礎(chǔ)-切削125 4. 4. 前刀面與主后刀面交線前刀面與主后刀面交線 5. 5. 前刀面與副后刀面交線前刀面與副后刀面交線 6. 6. 指主、副切削刃匯交的部位，它可以是指主、副切削刃匯交的部位，它可以是 ，或是一小段，或是一小段。 成形工藝基礎(chǔ)-切削126 （ 它是刀具設(shè)計時標注、刃磨和測量的基準，它是刀具設(shè)計時標注、刃磨和測量的基準， 用此定義的刀具角度稱用此定義的刀具角度稱； 靜止參考系靜止參考系，如圖如圖： 刀具角度是確定車刀各部分幾何形狀的重刀具角

16、度是確定車刀各部分幾何形狀的重 要參數(shù)，參考系有兩類：要參數(shù)，參考系有兩類： 成形工藝基礎(chǔ)-切削127 1. 1.基面基面 PrPr 2. 2.切削平面切削平面 PsPs 3. 3.正交平面正交平面 PoPo 過切削刃上選定點，并同時垂直于基面和切削平面的平面。過切削刃上選定點，并同時垂直于基面和切削平面的平面。 成形工藝基礎(chǔ)-切削128 由于刀具的參考系在切削刃上各點是變由于刀具的參考系在切削刃上各點是變 化的，因此化的，因此。在在 未指明時，一般指切削刃的基點或刀尖未指明時，一般指切削刃的基點或刀尖。 成形工藝基礎(chǔ)-切削129 主剖面內(nèi)測量的標注角度主剖面內(nèi)測量的標注角度見圖見圖 1. 1

17、. 前角前角0 0 。 根據(jù)前刀面與基面間的相對位置又分別根據(jù)前刀面與基面間的相對位置又分別規(guī)規(guī) 定為定為: : ： 成形工藝基礎(chǔ)-切削130 選擇原則：前角的數(shù)值大小與刀具切削部分的材選擇原則：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。料，被加工材料、工作條件等都有關(guān)系。 (1)(1)材料性脆、強度低時前角應取小值；材料性脆、強度低時前角應取小值； (2)(2)材料強度和硬度低時，取較大前角；材料強度和硬度低時，取較大前角； (3)(3)有沖擊的工作條件時，前角應取較小值，有沖擊的工作條件時，前角應取較小值， 甚至取負值。甚至取負值。 在保證刀具刃口強度的條件下，

18、盡量用大在保證刀具刃口強度的條件下，盡量用大 前角。前角。 成形工藝基礎(chǔ)-切削131 2. 2.后角后角o o 作用作用：減小后面與工件之間的摩擦，和前角：減小后面與工件之間的摩擦，和前角 一樣影響刃口的強度和鋒利程度。一樣影響刃口的強度和鋒利程度。 選擇原則選擇原則: : 作用：影響切削刃工作長度、背向力、刀尖作用：影響切削刃工作長度、背向力、刀尖 成形工藝基礎(chǔ)-切削132 強度和散熱條件；主偏角越小，背向力越大，強度和散熱條件；主偏角越小，背向力越大， 切削刃工作長度越大，散熱條件越好。切削刃工作長度越大，散熱條件越好。 選擇原則選擇原則：工件粗大：工件粗大, ,剛性好時取較小值剛性好時取

19、較小值, ,車車 細長軸時為減少背向力細長軸時為減少背向力, ,以免工件彎曲以免工件彎曲, ,加工出腰加工出腰 鼓形鼓形, ,宜選取較大的值宜選取較大的值, ,常用為常用為間間。 4. 4.副偏角副偏角K Kr r 作用作用：影響已加工表面的粗糙度，減少副偏：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。角可使被加工表面粗糙值降低。 成形工藝基礎(chǔ)-切削133 選擇原則選擇原則：精加工時為提高加工表面的質(zhì)：精加工時為提高加工表面的質(zhì) 量，選取較小值，一般為量，選取較小值，一般為5 5 1010 在切削平面內(nèi)側(cè)量的角度有：在切削平面內(nèi)側(cè)量的角度有： 5. 5.刃傾角刃傾角 s s

20、作用作用：影響切屑流動方向和刀尖的強度。：影響切屑流動方向和刀尖的強度。 (1)(1)當當s s 為正值時，刀尖在主切削刃上的最為正值時，刀尖在主切削刃上的最 高點，切屑流向待加工表面；高點，切屑流向待加工表面； 成形工藝基礎(chǔ)-切削134 (2) (2)當當s s 為負值時，刀尖在主切削刃上為最為負值時，刀尖在主切削刃上為最 低點，切屑流向已加工表面；低點，切屑流向已加工表面； (3)(3)刃傾角為刃傾角為0 0 時，切屑垂直于過渡表面時，切屑垂直于過渡表面方向方向 流出流出。 在在 s s 時，切屑的壓力使刀頭及刃口易時，切屑的壓力使刀頭及刃口易 損壞，刀頭強度表現(xiàn)差；反之，則刀頭強度較好。

21、損壞，刀頭強度表現(xiàn)差；反之，則刀頭強度較好。 選擇原則選擇原則：精加工時取正值，粗加工時或有：精加工時取正值，粗加工時或有 沖擊時取負值，一般情況下為沖擊時取負值，一般情況下為0 0 5 5 。 成形工藝基礎(chǔ)-切削135 成形工藝基礎(chǔ)-切削136 2、刀柄中心線與進給方向不垂直 成形工藝基礎(chǔ)-切削137 3、進給運動對工作角度影響 成形工藝基礎(chǔ)-切削138 主偏角的選擇主偏角的選擇 ： 成形工藝基礎(chǔ)-切削139 成形工藝基礎(chǔ)-切削140 副偏角對殘留面積的影響：副偏角對殘留面積的影響： 成形工藝基礎(chǔ)-切削141 刃傾角的選擇刃傾角的選擇 ： 成形工藝基礎(chǔ)-切削142 成形工藝基礎(chǔ)-切削143

22、刀具結(jié)構(gòu)種類很多刀具結(jié)構(gòu)種類很多, ,以車刀為例介紹：以車刀為例介紹： 1. 1.整體車刀整體車刀 切削部分與刀桿為同一種材料，如高速鋼車切削部分與刀桿為同一種材料，如高速鋼車 刀刀( (白鋼刀白鋼刀), ),在有色金屬加工中應用較多。在有色金屬加工中應用較多。 2. 2.焊接車刀焊接車刀 切削部分與刀桿不同材料切削部分與刀桿不同材料, ,刀桿為中碳鋼鍛刀桿為中碳鋼鍛 造造, ,而切削部分為硬質(zhì)合金類刀片而切削部分為硬質(zhì)合金類刀片, ,運用硬釬焊連運用硬釬焊連 成形工藝基礎(chǔ)-切削144 接而成，方便靈活，尤其小刀具運用多。接而成，方便靈活，尤其小刀具運用多。 3. 3.機械夾固式車刀機械夾固式

23、車刀 按是否重磨又按是否重磨又分機夾不重磨式分機夾不重磨式和和機夾重磨式機夾重磨式 兩種兩種. . 其中機夾其中機夾不重磨不重磨時時, ,一刀刃用鈍后不需重磨一刀刃用鈍后不需重磨. . 如如圖示圖示，只須將夾緊螺釘稍松，將刀片再轉(zhuǎn)過一，只須將夾緊螺釘稍松，將刀片再轉(zhuǎn)過一 刃即可使用。刃即可使用。 而機夾而機夾重磨重磨式式, ,類似焊接車刀類似焊接車刀, ,用鈍用鈍后后可重磨可重磨. . 成形工藝基礎(chǔ)-切削145 1. 1.切屑形成切屑形成 塑性材料的切屑過程是一個：塑性材料的切屑過程是一個： ；經(jīng)歷了：；經(jīng)歷了： 四階段四階段. . 2. 2.切屑的種類切屑的種類 帶狀切屑、帶狀切屑、節(jié)狀切屑

24、、節(jié)狀切屑、崩碎切屑崩碎切屑 成形工藝基礎(chǔ)-切削146 成形工藝基礎(chǔ)-切削147 成形工藝基礎(chǔ)-切削148 1. 1.產(chǎn)生：切削塑性材料。產(chǎn)生：切削塑性材料。 圖圖 2. 2.對切削過程的影響對切削過程的影響 不足：不足： 時積時流時積時流使工件表面粗糙；使工件表面粗糙； 精加工時，予以限制。精加工時，予以限制。 成形工藝基礎(chǔ)-切削149 成形工藝基礎(chǔ)-切削150 （車外圓）（車外圓） 總切削力總切削力(F)(F)分解為相互垂直的分解為相互垂直的三個分力三個分力： 222 pfc FFFF 成形工藝基礎(chǔ)-切削151 成形工藝基礎(chǔ)-切削152 1. 1. 2. 2. 影響切削溫度的主要因素：影響

25、切削溫度的主要因素： 工件材料工件材料 強而硬的材料生熱多；強而硬的材料生熱多； 切削用量切削用量 影響程度依次排序為影響程度依次排序為： 成形工藝基礎(chǔ)-切削153 成形工藝基礎(chǔ)-切削154 成形工藝基礎(chǔ)-切削155 刀具在使用一段時間后，其切削刃變鈍，以刀具在使用一段時間后，其切削刃變鈍，以 致無法使用。為此要討論致無法使用。為此要討論刀具磨損刀具磨損與與耐用度耐用度。 1. 1.刀具磨損形態(tài)刀具磨損形態(tài) 1)1)后刀面磨損后刀面磨損 磨損以后刀面上的磨損寬度值磨損以后刀面上的磨損寬度值VBVB表示表示。 2)2)前刀面磨損前刀面磨損 在高切削速度，背吃刀量較大且不用切削在高切削速度，背吃刀

26、量較大且不用切削 成形工藝基礎(chǔ)-切削156 液情況下，切塑性材時，前刀面上出現(xiàn)月牙洼，液情況下，切塑性材時，前刀面上出現(xiàn)月牙洼， 前刀面的磨損量以最大深度值前刀面的磨損量以最大深度值KTKT表示。表示。 3)3)前后刀面同時磨損前后刀面同時磨損 2. 2.刀具磨損過程刀具磨損過程 刀具磨損過程有三階段，刀具磨損過程有三階段，如圖所示如圖所示。 刀具耐用度是刀具耐用度是指刀具從刃磨開始使用，到刀指刀具從刃磨開始使用，到刀 具磨損量達到磨損限度的總切削時間（具磨損量達到磨損限度的總切削時間（minmin）, , 成形工藝基礎(chǔ)-切削157 以符號以符號T T表示表示. . 一般說一般說: :高速鋼鉆頭的耐用度為高速鋼鉆頭的耐用度為8080120min;120min; 硬質(zhì)合金焊接車刀耐用度約為硬質(zhì)合金焊接車刀耐用度約為60min60min； 硬質(zhì)合金端銑刀的耐用度約為硬質(zhì)合金端銑刀的耐用度約為120120180min180min。 成形工藝基礎(chǔ)-切削158 1)1) 性軟而韌，易生鱗刺，經(jīng)正火處理性軟而韌，易生鱗刺，經(jīng)正火處理 后，可使切削性得以改善。