機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)§2

1、教案課題名稱第二章 金屬切削基本原理2-4刀具磨損與刀具耐用度、刀具幾何參數(shù)與切削用量的選擇課次第（5）次課課時(shí)2課型理論教學(xué)目標(biāo)了解刀具磨損與破損的區(qū)別、刀具磨損的原因、刀具合理幾何參數(shù)選擇應(yīng)考慮的因素；理解刀具磨損的形式和過程、刀具耐用度的定義、刀具合理幾何參數(shù)的基本內(nèi) 容；掌握切削用量對刀具耐用度的影響、刀具耐用度的選擇、刀具角度的選擇、選擇 切削用量的原則、切削用量的選擇方法。重點(diǎn)、難點(diǎn)及解決方法重點(diǎn)：切削用量對刀具耐用度的影響難點(diǎn)：選擇切削用量的原則、切削用量的選擇方法解決方法：通過具體的實(shí)例來說明切削用量對刀具耐用度的影響。同時(shí)，利用多媒體教學(xué)中的圖片及視頻使學(xué)生深刻理解選擇切削用

2、量的原則及方法。教學(xué)基本 內(nèi)容與教學(xué)設(shè)計(jì)1、 組織教學(xué) 學(xué)生考勤時(shí)間分配：3分鐘2、 提問上次課的重要內(nèi)容時(shí)間分配：7分鐘3、 刀具磨損與破損時(shí)間分配：10分鐘4、 刀具耐用度時(shí)間分配：10分鐘5、 切削用量對刀具耐用度的影響時(shí)間分配：30分鐘6、 選擇切削用量的原則、切削用量的選擇方法時(shí)間分配：20分鐘7、小結(jié)及本章小結(jié)時(shí)間分配：5分鐘&布置作業(yè)題時(shí)間分配：5分鐘9、布置課下預(yù)習(xí)內(nèi)容時(shí)間分配：機(jī)動(dòng)教學(xué)方法講授法；啟發(fā)式教學(xué)手段多媒體教學(xué)課外學(xué)習(xí)安排布置作業(yè)題、預(yù)習(xí)內(nèi)容參考資料機(jī)械制造技術(shù)李華主編，機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)周宏甫主編學(xué)習(xí)效果評測課外學(xué)習(xí) 指導(dǎo)安排教學(xué)后記教學(xué)內(nèi)容、刀具磨損、破損及使用壽

3、命刀具失效形式：磨損(正常工作時(shí)逐漸產(chǎn)生的損耗)破損(突發(fā)的破壞，隨機(jī)的)1 刀具的磨損形式(1) 前刀面磨損切塑性材料，v和ac較大時(shí)，在前刀面上形成月牙洼磨損，以 最大深度KT表示(2) 后刀面磨損切鑄鐵或v和ac較小切塑性材料時(shí)，主要發(fā)生這種磨損。FIT -33前翳隔能東A A印面圖1-34刀具磨損的測位宣后刀面磨損帶不均勻， 刀尖部分磨損嚴(yán)重， 最大值為VC;中間部 位磨損較均勻，平均磨損寬度以 VB表示；邊界處磨損嚴(yán)重，以VN表 示。(3) 邊界磨損切鋼料時(shí)，主刃、副刃與工件待加工表面或已加工表面接觸處磨 出溝紋，稱為邊界磨損。邊界處的加工硬化層、硬質(zhì)點(diǎn)、較大的應(yīng)力 梯度和溫度梯度所

4、造成。2刀具磨損的原因(1 )磨料磨損切屑或工件表面上的硬質(zhì)點(diǎn)(碳化物、氧化物等)對刀具表面刻劃作 用造成的機(jī)械磨損。低速切削時(shí)，磨料磨損是刀具磨損的主要原因 (HSS刀)。(2)粘結(jié)磨損刀具與切屑、工件間存在高溫高壓和強(qiáng)烈摩擦，達(dá)到原子間結(jié)合而產(chǎn) 生粘結(jié)現(xiàn)象，又稱為冷焊。相對運(yùn)動(dòng)使粘接點(diǎn)破裂而被工件材料帶走，造 成粘結(jié)磨損。中速切削形成不穩(wěn)定積屑瘤時(shí)，磨損嚴(yán)重；刀工材料硬 度比小親合力大時(shí)磨損嚴(yán)重；刀具刃磨質(zhì)量差磨損嚴(yán)重。教學(xué)內(nèi)谷(3) 擴(kuò)散磨損刀具與切屑、工件接觸處由于高溫作用，雙方化學(xué)元素在固態(tài)下互相 擴(kuò)散，使刀材成分、結(jié)構(gòu)改變造成磨損。切削溫度越高擴(kuò)散越快；刀工材 料親合力越大擴(kuò)散越快

5、；高速切削時(shí)擴(kuò)散磨損是刀具磨損的主要原因。(4) 化學(xué)磨損一定溫度下，刀材與空氣中的氧、切削液中的硫、氯起化學(xué)作用，生 成較軟的化合物，造成刀具磨損?；瘜W(xué)磨損是邊界磨損原因之一；主要發(fā)生在較咼速切削條件下。(5)熱電磨損切削區(qū)高溫，在刀工間產(chǎn)生熱 電勢加快擴(kuò)散加劇刀具磨損。3 刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)(1刀具磨損過程 初期磨損階段與刀具刃磨質(zhì)初期1 / 1正常*J/;z量有關(guān) 正常磨損階段 VB與切削時(shí) 間近似正比斜率表示磨損強(qiáng)度時(shí)間圖1-35磨碩的典型曲線 急劇磨損階段切削力、溫度急升，刀具磨損加劇，之前換刀(2)刀具磨損標(biāo)準(zhǔn)刀具磨損到一定限度后就不能繼續(xù)使用，這個(gè)磨損限度稱為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。 小廠

6、、有經(jīng)驗(yàn)工人根據(jù)一些現(xiàn)象來判斷刀具是否磨鈍； ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以1/2 ap處的VB值作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)；在不同的加工條件下，磨鈍標(biāo)準(zhǔn)的具體數(shù)值是不同的。粗車碳素鋼0.60.8粗車鑄鐵0.81.2粗車合金鋼0.40.5精車碳鋼0.10.3系統(tǒng)剛性大、HSS , VB值較大；系統(tǒng)剛性小、Y合金，VB值較小 自動(dòng)化精加工刀具，以徑向磨損量NB作為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)4 刀具使用壽命及其與切削用量的關(guān)系(1)刀具耐用度T刀具刃磨后開始切削到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止的切削時(shí)間。刀具壽命：刀具從開始使用到報(bào)廢為止的總切削時(shí)間。刀具壽命=刀具耐用度X刃磨次數(shù)(2) 刀具耐用度與切削速度的關(guān)系工件、刀具材料和刀具幾何形狀確

7、定后，v對T影響最大。通過實(shí)驗(yàn)得經(jīng)驗(yàn)公式：vT m=C0指數(shù)m 表示v對T的影響程度，Y合金，m =0.20.4 ; HSS , m = 0.10.125。m 越小，則 v對 T的影響越大。系數(shù)C0，與刀具、工件材料和切削條件有關(guān)。(3) 刀具耐用度與切削用量的關(guān)系切削用量f, T 其中速度v對T影響最大，進(jìn)給 量f次之，背吃刀量 即影響最小，與對溫度 0影響一致。教學(xué)內(nèi)容、切削過程基本規(guī)律的應(yīng)用 切屑的類型及控制切塑性材料I % I F f%I I V t帶狀切屑擠裂切屑單元切屑t r( t It 11 I rtc切削平穩(wěn)，力波動(dòng)小滑移量較大，局部切削不平穩(wěn)，力披動(dòng)大加工面光潔，斷屑難剪應(yīng)力

8、達(dá)斷裂強(qiáng)度加丁表面粗糙 少見三、工件材料的切削加工性工件材料切削加工性指材料被加工成合格零件的難易程度是一個(gè)相對 的概念。1 衡量材料切削加工性的指標(biāo)以刀具使用壽命 T或切削速度vT來衡量相同切削條件比 T ; T 一 定，比速度vT或切除材料體積以切削力或切削溫度來衡量粗加工、機(jī)床剛性或功率不足用力或功率；導(dǎo)熱差用溫度以已加工表面質(zhì)量來衡量一般精加工，用Ra；精密零件，用加工硬化、殘余應(yīng)力以斷屑性能來衡量自動(dòng)機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)線等，斷屑性能是主 要指標(biāo)工件材料的相對加工性切削速度vT的含義：當(dāng)?shù)毒呤褂脡勖鼮?T (min)時(shí)切削某種材料所 允許的切削速度。vT越高，材料的切削加工性越好。通

9、常取T = 60 min , vT寫作v60 ;難加工材料，vT為v20。相對加工性 Kr :以正火狀態(tài)45鋼的v60作為基準(zhǔn)，寫作(v60 )j , 將某種材料的v60與其相比的比值，即Kr = v60 / (v60 )jKr僅反映不同材料對刀具使用壽命的影響程度，并未反映表面粗糙度和斷屑問題，僅對選擇切削速度有指導(dǎo)意義。若以某材料的Kr乘以45鋼的切削速度即得該材料的許用切削速度。教學(xué)內(nèi)容備注材料切剤加工性尊扯制工住竽球相黜擁工性Kr代 盤性 材 料L毎零易切刖曲料弓-$-5購10合全，斗4鋁幅合金.恫槎合金2曷切削館2- 57 0卑氏 1孔4 Jt = 0r373-*lGP自功忸鋼3-0

10、. OlGPa1.6-2-5正戎狛期鼻.僅441心嗣9GP&4昔通-般l07 &5聃雄切1H材聘XinPIM %=或,agfb 騎鋼旳=o捌mop.虛切劇林料較難切貳材料0- 50- 54SCr 埒窩 =1.03GPa開Mn 飼底 6呵.?3-0r 981GP70.150.5SOCtV jB 質(zhì)iGrllKiSTi,峯先就昔金8再難切IN材畀100 150150200250初J34)0350TM4OT4WW6J5HRCU24- B-號薦32. 3-36. 116- 1T*49抽50A和(GPhJA 仇 19$仇441C. 4410-亦0. 5SS-0-7840- 7B40- 9S-1. 171

11、, 1767 m1- 3丁念 |岡11. 5&01，W. ?49G1- M2- 452-45忡悵率代 %dglD1*1&2015.2330-35350W100曲擊和度弘CUM191392a?27朋588-78478*aw-1372137叫17641W21MZ24505029402S4C39Z0418-悶29 的f 1 帆 47167, 43r豳4783- 47 -貉8062.-41.?*1, *77乳S33- 5幽1|6r 751 ?5乩前8- 373 常用金屬材料的切削加工性（一）有色金屬普通鋁及鋁合金、銅及銅合金，強(qiáng)度硬度低，導(dǎo)熱性好，易切削。（二）鑄鐵白口鑄鐵硬度高（HBS600），難切

12、削；灰口鑄鐵硬度適中，強(qiáng)度塑性 小，切削力較小，但高硬度碳化物對刀具有擦傷，崩碎切屑，切削力熱集 中刀刃上且有波動(dòng)，刀具磨損率并不低，應(yīng)采用低于加工鋼的切削速度。 球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵的強(qiáng)度塑性比灰鐵高，切削性良好工件表面若有硬皮 應(yīng)進(jìn)行退火處理。（三）結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼切削加工性取決于含碳量。低碳鋼硬度低，塑韌性高，變 形大，斷屑難，粘屑，加工表面粗糙，加工性較差；高碳鋼硬度高，塑性教學(xué)內(nèi)容備注低，切削力大，溫度咼，刀具耐用度低，加工性差；中碳鋼性能適中，力口工性良好。合金結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度硬度提高，切削加工性變差。（四）難加工材料高強(qiáng)度硬度，高塑性韌性或高脆性，耐高溫，導(dǎo)熱性差。切削力大， 溫度高，刀

13、具磨損快，斷屑難，加工性差。4 改善切削加工性的途徑（一）改善材料切削加工性的途徑 調(diào)整材料的化學(xué)成分鋼中加硫、鉛等元素；鑄鐵中增加石墨成分 進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚淼?、中碳鋼宜選正火處理，均勻組織，調(diào)整硬度塑性；高碳鋼宜用球化退火，降低硬度，均勻組織，改善加工性；中碳以上的合金鋼硬度 較高，需退火以降低硬度；不銹鋼常要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，降低塑性，以 便加工；鑄鐵需進(jìn)行退火處理，降低表皮硬度，消除內(nèi)應(yīng)力（二）改善切削加工條件 選擇合適的刀具材料和切削用量難加工材料，導(dǎo)熱性差，選YG、YW合金或涂層刀片；刀具合理幾何參數(shù)，斷屑槽、卷屑槽，控制排屑；選擇合理切削用量等。 選用合適的設(shè)備和加工方法難加工材料加工

14、，機(jī)床要有足夠的功率和剛性；選擇合適的切削液，供給充足；高硬度材料加工采用磨削加工更容易； 選擇切削加工性好的材料狀態(tài)低碳鋼選冷拔狀態(tài)；中碳鋼選熱軋狀態(tài)四、切削用量的合理選擇1切削用量的選擇原則粗加工時(shí)，應(yīng)在保證必要的刀具使用壽命的前提下，以盡可能提高生 產(chǎn)率和降低成本為目的。根據(jù)刀具使用壽命與切削用量的關(guān)系式，切削用 量f, T其中速度 v對T影響最大，進(jìn)給量 f次之，背吃刀量 ap影響最小。粗加工中選擇切削用量時(shí)，應(yīng)首先選擇盡可能大的背吃刀量即，其次在工藝條件允許下選擇較大的進(jìn)給量f，最后根據(jù)合理的刀具使用壽命，用計(jì)算法或查表法確疋切削速度v。這樣使v、f、ap的乘積最大，以獲得最大的生產(chǎn)

15、率精加工時(shí)則主要按表面粗糙度和加工精度要求確定切削用量。2切削用量制訂的步驟（以車削為例）（1 ）背吃刀量ap的選擇粗加工時(shí)，ap由加工余量和工藝系統(tǒng)的剛度決定，盡可能一次走刀 切除全部加工余量。半精加工時(shí)，ap可取0.52 mm。精加工時(shí)，ap取為0.10.4 mm。在加工余量過大或系統(tǒng)剛性不足情況下，粗加工可分幾次走刀。若分兩次走刀，第一次走刀的ap取大些，可占全部余量的2/33/4, 而第二次走刀的ap取小些，以使精加工工序具有較高的刀具壽命和加工質(zhì) 量。切削有硬皮的鑄、鍛件或不銹鋼等加工硬化嚴(yán)重的材料時(shí)，應(yīng)盡量使教學(xué)內(nèi)容備注ap超過硬皮或冷硬層厚度，以避免刀尖過早磨損。（2）進(jìn)給量f的

16、選擇粗加工時(shí)，f的大小主要受機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度、刀具的強(qiáng)度與剛性、工件的裝夾剛度等因素的限制。精加工時(shí)，f的大小主要受加工精度和表面粗糙度的限制。生產(chǎn)實(shí)際中常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或查表法確定f。粗加工時(shí)根據(jù)工件材料、車刀刀桿尺寸、工件直徑及以確定的背吃刀量按表3-6來選擇f。在半精加工和精加工時(shí)，則按加工表面粗糙度要求，根據(jù)工件材料、刀尖圓弧半徑、切削速度按表3-7來選擇f。（3 ）切削速度的確定根據(jù)已經(jīng)選定的背吃刀量 ap、進(jìn)給量f及刀具使用壽命 T,切削速度v可按下式計(jì)算求得v=嚴(yán)嚇八/式中各系數(shù)和指數(shù)可查閱切削用量手冊。切削速度值也可查表3-8來選定。生產(chǎn)中選擇切削速度的一般原則是：1）粗車時(shí)，ap和

17、f均較大，故選擇較低的切削速度 v ；精車時(shí)，ap和f均較小，故選擇較咼的切削速度v。2）工件材料強(qiáng)度、硬度高時(shí)，應(yīng)選較低的切削速度v ;反之，選較高的切削速度v。3）刀具材料性能越好，切削速度v選得越高。4）精加工時(shí)應(yīng)盡量避免積屑瘤和鱗刺產(chǎn)生的區(qū)域；5）斷續(xù)切削時(shí)為減小沖擊和熱應(yīng)力，宜適當(dāng)降低v ;6）在易發(fā)生振動(dòng)的情況下，v應(yīng)避開自激振動(dòng)的臨界速度；7）加工大件、細(xì)長件和薄壁件或加工帶外皮的工件時(shí)，應(yīng)適當(dāng)較低v。切削用量三要素選定之后，還應(yīng)校核機(jī)床功率。切削液的合理選用1切削液的分類水溶液水+添加劑冷卻粗加工乳化液乳化油+水切削油礦物油+添加劑潤滑精加工2.切削液的作用機(jī)理冷卻J摩擦J熱的產(chǎn)生；將熱量帶走。本身導(dǎo)熱系數(shù)、