機(jī)械制造技術(shù)(濃縮版)-4-3

1、金屬切削原理金屬切削原理機(jī)械制造技術(shù)切削力影響切削力影響工件材料工件材料C工件材料對三個切削分力的影響系數(shù)；工件材料對三個切削分力的影響系數(shù)； 工件材料強(qiáng)度、硬度越高，切削力越大；工件材料強(qiáng)度、硬度越高，切削力越大； 脆性材料，切削力相對較小。脆性材料，切削力相對較小。切削力影響切削力影響切削用量切削用量x、y、n背吃刀量、進(jìn)給速度、切削速度對三個切削分力背吃刀量、進(jìn)給速度、切削速度對三個切削分力的影響系數(shù)；的影響系數(shù)； x接近接近1，y小于小于1，n為為0或負(fù)值，是影響程度不一樣；或負(fù)值，是影響程度不一樣； 同等情況，增加背吃刀量比增加進(jìn)給速度增添切削力更大。同等情況，增加背吃刀量比增加進(jìn)給

2、速度增添切削力更大。切削力影響切削力影響切削用量切削用量x、y、n背吃刀量、進(jìn)給速度、切削速度對三個切削分力背吃刀量、進(jìn)給速度、切削速度對三個切削分力的影響系數(shù)；的影響系數(shù)； 切削速度必須要考慮積屑瘤產(chǎn)生區(qū)間；切削速度必須要考慮積屑瘤產(chǎn)生區(qū)間； 無積屑瘤區(qū)間，速度越大，摩擦因數(shù)越小，切削力越小；無積屑瘤區(qū)間，速度越大，摩擦因數(shù)越小，切削力越小； 積屑瘤區(qū)內(nèi)，積屑瘤增長，前角增大，切削力減小。積屑瘤區(qū)內(nèi)，積屑瘤增長，前角增大，切削力減小。 切削脆性材料，切削速度影響不大。切削脆性材料，切削速度影響不大。切削力影響切削力影響刀具角度刀具角度 前角：前角增大，變形系數(shù)減小，切削力減小；脆性材料影響不

3、大。 主偏角：主偏角增大，背向力減小，進(jìn)給力增大；切削力影響切削力影響刀具磨損刀具磨損 后刀面磨損，后刀面法向力、摩擦力增大，切削力增大；切削力影響切削力影響切削液切削液 冷卻為主的影響不大； 潤滑為主的可減小切削力。切削熱切削熱機(jī)械制造技術(shù)金屬切削的實(shí)質(zhì)金屬切削的實(shí)質(zhì)彈性變形塑性變形擠裂切離切屑切削熱的產(chǎn)生切削熱的產(chǎn)生 切削熱來源于切削時消耗的變形和刀具與切削、刀具與工件間的摩擦功。剪切面區(qū)剪切面區(qū)切屑與前刀面接觸區(qū)切屑與前刀面接觸區(qū)后刀面與加工表面接觸區(qū)后刀面與加工表面接觸區(qū)切削熱的產(chǎn)生切削熱的產(chǎn)生 切削熱來源于：切屑的變形功和前、后刀面的摩擦功。 塑性材料變形和摩擦功都較大，切削熱量大；

4、脆性材料主要是刀具工件接觸區(qū)摩擦，發(fā)熱量較小； 切削過程中消耗的能量9899%都轉(zhuǎn)化為切削熱；切削熱影響因素切削熱影響因素 工件材料的導(dǎo)熱系數(shù) 刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù) 工件材料的導(dǎo)熱系數(shù)高，由切屑和工件傳導(dǎo)出去的熱量就多，切削區(qū)溫度低；刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù)高，切削區(qū)的熱量向刀具內(nèi)部傳導(dǎo)快，可以降低切削區(qū)的溫度； 周圍介質(zhì)：采用冷卻性能好的切削液能有效地降低切削區(qū)的溫度。切削熱的傳出切削熱的傳出 切屑大部分，超過50% 刀具次于切屑，不足40% 工件不到10% 周圍介質(zhì)極少部分，1%車削車削切削熱的傳出切削熱的傳出 切屑約28% 刀具約15% 工件超過50% 周圍介質(zhì)不足5%鉆削鉆削切削溫度切削溫度

5、指切削區(qū)的平均溫度。 是切削過程中產(chǎn)生的切削熱與切屑、工件、刀具和介質(zhì)傳出的熱兩者綜合后使切削區(qū)形成的溫度。afvCxyzpc分別為的分別為的 、 、 指數(shù)。指數(shù)。Cvcfapxyz,vcfap刀具與切屑接觸平均溫度（刀具與切屑接觸平均溫度（ ）；）；C切削溫度系數(shù)切削溫度系數(shù);切削速度（切削速度（m/min）;進(jìn)給量（進(jìn)給量（mm/r）;背吃刀量（背吃刀量（mm）;切削熱的計(jì)算切削熱的計(jì)算切削熱的測量切削熱的測量切削熱的測量切削熱的測量切削溫度的測量切削溫度的測量自然熱電偶法自然熱電偶法 利用工件材料和刀具材料化學(xué)成分不同組成熱電偶的兩極。 切削區(qū)形成熱電偶的熱端；刀具尾端及工件引出端保持室

6、溫，形成熱電偶的冷端。切削溫度的測量切削溫度的測量人工熱電偶法人工熱電偶法 用兩種預(yù)先經(jīng)過標(biāo)定的金屬絲組成熱電偶，它的熱端焊接在測混點(diǎn)上，冷端接在毫伏表上。注意：注意：剪切面上各點(diǎn)溫度幾乎相同，說明剪切面上各點(diǎn)的應(yīng)力剪切面上各點(diǎn)溫度幾乎相同，說明剪切面上各點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律基本相同；應(yīng)變規(guī)律基本相同；前刀面上溫度最高點(diǎn)不在切削刃上，而是在離切削刃有前刀面上溫度最高點(diǎn)不在切削刃上，而是在離切削刃有一定距離的地方。一定距離的地方。afvCxyzpcz、y、x分別為的切削用量指數(shù)，一般情況下分別為的切削用量指數(shù)，一般情況下zyx；切削速度對切削溫度的影響作為顯著，前刀面摩擦熱切削速度對切削溫度的影響作

7、為顯著，前刀面摩擦熱來不及傳導(dǎo)；來不及傳導(dǎo)；進(jìn)給量次之，切屑便后，熱容量增大，切屑帶走熱量進(jìn)給量次之，切屑便后，熱容量增大，切屑帶走熱量增多；增多；背吃刀量最小，因背吃刀量增大，切削刃長度增大，背吃刀量最小，因背吃刀量增大，切削刃長度增大，散熱條件改善。散熱條件改善。影響切削熱影響切削熱切削用量切削用量影響切削熱影響切削熱前角前角 前角增大，切削熱下降；影響切削熱影響切削熱主偏角主偏角 主偏角減小，切削刃增長，切削熱下降；影響切削熱影響切削熱工件材料工件材料 工件材料強(qiáng)度、硬度高 ？ 工件材料導(dǎo)熱系數(shù)高 ？ 塑性材料、脆性材料 ？影響切削熱影響切削熱刀具磨損刀具磨損 刀具磨損 ？影響切削熱影響

8、切削熱切削液切削液 切削液 ？切削液切削液機(jī)械制造技術(shù)切削液作用與種類切削液作用與種類 潤滑、冷卻、清洗、防銹 水溶液水+防銹劑潤滑 乳化液切削油+礦物油或動植物油潤滑 切削油礦物油+乳化劑+乳化油冷卻與清洗切削液的選擇切削液的選擇耐熱性差的刀具耐熱性差的刀具 粗加工時，切削用量大，切削熱多，容易導(dǎo)致刀具磨損，應(yīng)選用以冷卻為主的切削液； 精加工時，主要是獲得較好的表面質(zhì)量，可選用潤滑性好的極壓切削油或高濃度極壓乳化液。切削液的選擇切削液的選擇耐熱性好的刀具耐熱性好的刀具 一般不用切削液，如必要，也可用低濃度乳化液或水溶液，但應(yīng)連續(xù)、充分地澆注，以免高溫下刀片冷熱不均， 產(chǎn)生熱應(yīng)力而導(dǎo)致裂紋、損

9、壞等。 切削液的選擇切削液的選擇摩擦嚴(yán)重摩擦嚴(yán)重 鉆孔、攻絲、鉸孔、拉削等，排屑方式為半封閉、封閉狀態(tài)，導(dǎo)向部、校正部與已加工表面的摩擦也嚴(yán)重，對硬度高、強(qiáng)度大、韌性大、冷硬嚴(yán)重的難切削材料尤為突出，宜用乳化液、極壓乳化液和極壓切削油；切削液的選擇切削液的選擇受力大受力大 成形刀具、 齒輪刀具等，要求保持形狀、尺寸精度等，應(yīng)采用潤滑性好的極壓切削油或高濃度極壓切削液； 切削液的選擇切削液的選擇防止生成化合物防止生成化合物 防止切削液與金屬能形成超過金屬本身強(qiáng)度的化合物，如切削銅時不宜用含硫的切削液，因?yàn)榱驎g銅；切鋁時就不宜用硫化切削油。 切削液的選擇切削液的選擇磨削加工磨削加工 磨削加工溫

10、度很高，且細(xì)小的磨屑會破壞工件表面質(zhì)量，要求切削液具有較好的冷卻性能和清洗性能，常用半透明的水溶液和普通乳化液； 磨削不銹鋼、高溫合金宜用潤滑性能較好的水溶液和極壓乳化液。 切削液的選擇切削液的選擇不同材料不同材料 加工鋼等塑性材料時，需用切削液； 加工鑄鐵等脆性材料時，一般則不用，原因是作用不如鋼明顯，又易污染機(jī)床、工作地； 對于高強(qiáng)度鋼、高溫合金等， 加工時均處于極壓潤滑摩擦狀態(tài)，應(yīng)選用極壓切削油或極壓乳化液；切削液的使用方法切削液的使用方法 1、 澆注法 最普通的使用方法，但流量小、壓力低，難以直接滲透到切削刃最高溫度處，效果較差。切削時應(yīng)盡量澆注到切削區(qū)，從后刀面噴射比在前刀面澆注好，

11、刀具耐用度可提高一倍以上。 切削液的使用方法切削液的使用方法 2、高壓冷卻法 適于深孔加工，將工作壓力約110 MPa，流量約50150 Lmin的切削液直接噴射到切削區(qū)，并可將碎斷的切屑驅(qū)出，但飛濺嚴(yán)重，需加護(hù)罩。切削液的使用方法切削液的使用方法 3、噴霧冷卻法 以壓縮空氣及噴霧裝置使切削液霧化，從噴嘴中高速噴射到切削區(qū)。霧化的切削液滲透到切削區(qū)，在高溫下迅速汽化，吸收大量熱量，達(dá)到較好的冷卻效果。刀具材料刀具材料機(jī)械制造技術(shù)刀具材料刀具材料 機(jī)床與刀具材料交替進(jìn)展 金屬切削的發(fā)展史可歸結(jié)為刀具材料的發(fā)展史刀具應(yīng)具備的性能刀具應(yīng)具備的性能硬度和耐磨性強(qiáng)度和韌性耐熱性熱物理性能和耐熱沖擊性能工

12、藝性經(jīng)濟(jì)性注意：性能中有些是相互矛盾的（如注意：性能中有些是相互矛盾的（如硬度越高，耐磨性越好的材料的韌硬度越高，耐磨性越好的材料的韌性和抗破損能力就越差，耐熱性好性和抗破損能力就越差，耐熱性好的材料韌性也較差）的材料韌性也較差）常用刀具材料常用刀具材料 工具鋼：碳素工具鋼、合金工具鋼； 高速鋼：高速工具鋼； 硬質(zhì)合金：普通硬質(zhì)合金、細(xì)顆粒硬質(zhì)合金 、微顆粒硬質(zhì)合金；有鎢鈷類硬質(zhì)合金、鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金和鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金； 陶瓷：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷； 超硬材料：立方氮化硼、金剛石。碳素工具鋼碳素工具鋼 淬火后具有較高的硬度HRC61-65 ，價格低廉； 耐熱性較差250-300 ； 淬

13、火時容易產(chǎn)生變形和裂紋。注意：耐熱性差，常用于制造手工工注意：耐熱性差，常用于制造手工工具和一些形狀較簡單的低速刀具具和一些形狀較簡單的低速刀具（如拉刀、絲錐、扳牙）。（如拉刀、絲錐、扳牙）。合金工具鋼合金工具鋼 在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上，加入適量的合金元素（如Cr，Si，W，Mn等）； 與碳素工具鋼相比，其熱處理變形有所減少，耐熱性提高至350-400。注意：耐熱性差，常用于制造手工工注意：耐熱性差，常用于制造手工工具和一些形狀較簡單的低速刀具具和一些形狀較簡單的低速刀具（如拉刀、絲錐、扳牙）。（如拉刀、絲錐、扳牙）。高速鋼（高速工具鋼）高速鋼（高速工具鋼） 加入較多鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高

14、合金鋼； 熱處理后硬度可達(dá)6266HRC, 抗彎強(qiáng)度約3.3GPa； 有較高的熱穩(wěn)定性、耐磨性 、耐熱性，切削溫度在500650C時仍能進(jìn)行切削。注意：熱處理變形小、能鍛易磨，適合于制注意：熱處理變形小、能鍛易磨，適合于制造結(jié)構(gòu)和刃型復(fù)雜的刀具，如成形車刀、造結(jié)構(gòu)和刃型復(fù)雜的刀具，如成形車刀、銑刀、鉆頭、切齒刀、螺紋刀具和拉刀等。銑刀、鉆頭、切齒刀、螺紋刀具和拉刀等。高速鋼（高速工具鋼）高速鋼（高速工具鋼） 按切削性能分普通高速鋼和高性能高速鋼兩種； 按制造工藝方法分熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼兩種。粉末冶金高速鋼粉末冶金高速鋼 用高壓氬氣或純氮?dú)忪F化熔融的高速鋼鋼水而得到細(xì)小的高速鋼粉末，然后

15、再熱壓鍛軋制成，得到細(xì)小均勻的結(jié)晶組織； 強(qiáng)度和韌性分別是熔煉高速鋼的2倍和2.53倍；磨削加工性好；物理、機(jī)械性能高度各向同性，淬火變形??；耐磨性提高20%30%。 適用于制造精密刀具、大尺寸(滾刀、插齒刀)刀具、復(fù)雜成形刀具、拉刀等。硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金由難熔金屬碳化物（如WC、 TiC）和金屬粘結(jié)劑（如Co）經(jīng)粉末冶金法制成。 硬度、耐磨性、 耐熱性都很高，硬度可達(dá)HRA 8993，在8001000還能承擔(dān)切削， 耐用度較高速鋼高幾十倍；當(dāng)耐用度相同時，切削速度可提高410倍； 強(qiáng)度和韌性小于高速鋼，僅為0.91.5 GPa（90150 kgfmm）、工藝性差，切削時不能承受大的振

16、動和沖擊負(fù)荷； 適于制造高速切削刀具，大多數(shù)車刀、端銑刀等均由硬質(zhì)合金制造；注意：不是合金鋼注意：不是合金鋼注意：切削用注意：切削用WC基硬質(zhì)合金分為三類基硬質(zhì)合金分為三類（P類、類、K類、類、M類）類） K類（類（YG）：）：WC-Co鎢鈷類硬質(zhì)合金鎢鈷類硬質(zhì)合金 牌號：YG6、 YG8、 YG3X、YG6X 較適于加工鑄鐵、有色金屬和非金屬材料； 數(shù)字是含鈷量的百分?jǐn)?shù)，X代表細(xì)晶粒。P類（類（YT）：）： WC-TiC-Co鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金 牌號：有YT5、 YT14、YT15、YT30等； 適于加工鋼料； 不宜用于加工不銹鋼和鈦合金，因YT中的鈦元素和工件中的鈦元素之間的

17、親合力會產(chǎn)生嚴(yán)重粘刀現(xiàn)象； 除WC外，還含5%30%的TiC，數(shù)字為TiC的含量百分?jǐn)?shù)，TiC含量提高，Co含量降低。M類（類（YW）：）： WC-TiC-TaCCo類硬質(zhì)合金類硬質(zhì)合金 牌號有YW1和YW2； 可用于加工鑄鐵、鋼、有色金屬，號稱通用硬質(zhì)合金； 在YT類中加入TaC（碳化鉭）。涂層刀具涂層刀具 在韌性較好的硬質(zhì)合金基體或高速鋼刀具基體上，涂覆一薄層耐磨性高的難熔金屬化合物而制成的； 涂層硬質(zhì)合金刀具耐用度提高13倍，涂層高速鋼耐用度提高210倍； 常用的涂層材料有TiC、TiN、Al2O3等； 涂層厚度：硬質(zhì)合金為45 m，表層硬度可達(dá)HV25004200； 高速鋼為2 m，

18、表層硬度可達(dá)HRC 80。陶瓷陶瓷 以氧化鋁（Al2O3）或以氮化硅（Si3N4）為基體添加少量金屬，在高溫下燒結(jié)； 可用于高硬鋼、鑄鐵類等難加工材料零件的車削、銑削加工。陶瓷陶瓷 優(yōu)點(diǎn)：硬度高，耐磨，耐高溫，有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性，與金屬的親合力小、抗粘結(jié)和抗擴(kuò)散能力強(qiáng)； 缺點(diǎn)：脆性大、抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性差，易崩刃，所以使用范圍受到限制。金剛石金剛石 碳的同素異形體，目前人工制造出的最堅(jiān)硬物質(zhì)。 主要用于磨具及磨料，可用于加工硬質(zhì)合金、陶瓷、高硅鋁合金及耐磨塑料等高硬度、高耐磨的材料，也可用于加工高硬度的非金屬材料與有色金屬。 用作刀具材料時，多用于高速精車或鏜削有色金屬及非金屬材料。金剛石金剛石 優(yōu)點(diǎn)：硬度高，耐磨性好，刀具耐用度比硬質(zhì)合金可提高幾倍到幾百倍。切削刃口鋒利，刃部表面摩擦系數(shù)較小，不易產(chǎn)生粘結(jié)或積屑瘤，加工冷硬現(xiàn)象較少，很適于精密加工。 缺點(diǎn)：熱穩(wěn)定性差，切削溫度不宜超過700800；強(qiáng)度低、脆性大，對振動敏感，只宜微量切削，與鐵有強(qiáng)烈的化學(xué)親合力，不能用于加工鋼鐵材料。立方氮