第二章 金屬切削加工的基礎(chǔ)知識

1、 “工件上已加工表面和待加工件上已加工表面和待加工表面之間的垂直距離工表面之間的垂直距離”。對于外圓車削：對于外圓車削：)(2mmddamwp“切削刃選定點(diǎn)相對與工件主運(yùn)動的瞬時(shí)速切削刃選定點(diǎn)相對與工件主運(yùn)動的瞬時(shí)速度度”。通常以最大線速度為準(zhǔn)。通常以最大線速度為準(zhǔn)。主運(yùn)動是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)：主運(yùn)動是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)：主運(yùn)動是直線運(yùn)動時(shí)：主運(yùn)動是直線運(yùn)動時(shí)：)/(601000)(smndvwc )/(6010002smnLvrc“工件或刀具每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，兩者沿進(jìn)工件或刀具每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，兩者沿進(jìn)給方向的相對位移給方向的相對位移”。f (mm/r), vf (mm/s), fz (mm/z)6060nzfnfvz

2、f切削運(yùn)動與切削要素切削運(yùn)動與切削要素切削運(yùn)動與切削要素切削運(yùn)動與切削要素切削厚度：切削厚度：hD“垂直于過渡表面度量的垂直于過渡表面度量的切削層尺寸切削層尺寸”hD=fsinr (mm)切削寬度：切削寬度：bD“沿著過渡表面度量的沿著過渡表面度量的切削層尺寸切削層尺寸”bD=ap/sinr (mm)切削面積：切削面積：ADAD=hDbD (mm2)對于外圓車削：對于外圓車削：AD=fap (mm2) ctgctgfRRfADmaxmax211.基面基面Pr：“通過主切削刃上選定通過主切削刃上選定點(diǎn)垂直于主運(yùn)動方向的點(diǎn)垂直于主運(yùn)動方向的平面平面”。對車刀通常平行于車刀對車刀通常平行于車刀的安裝

3、面。的安裝面。2.切削平面切削平面Ps：“通過主切削刃上選定通過主切削刃上選定點(diǎn)，與切削刃相切并垂點(diǎn)，與切削刃相切并垂直于基面的平面直于基面的平面”。3.正交平面（主剖面）正交平面（主剖面）Po：“通過主切削刃上選定點(diǎn)，通過主切削刃上選定點(diǎn)，并同時(shí)垂直于基面和切削平并同時(shí)垂直于基面和切削平面的平面面的平面”。法平面法平面Pn:“通過主切削刃上選定點(diǎn)，并垂通過主切削刃上選定點(diǎn)，并垂直于切削刃的平面直于切削刃的平面”。假定工作平面（進(jìn)給剖面）假定工作平面（進(jìn)給剖面）Pf：“通過主切削刃上選定點(diǎn)，通過主切削刃上選定點(diǎn)，平行于進(jìn)給方向并垂直于基平行于進(jìn)給方向并垂直于基面的平面面的平面”背平面（切深剖面

4、）背平面（切深剖面）Pp:“通過主切削刃上選定點(diǎn)，同通過主切削刃上選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于基面和假定工作平時(shí)垂直于基面和假定工作平面的平面面的平面”。在基面內(nèi)測量的角度：在基面內(nèi)測量的角度：主偏角：主偏角：“主切削刃在基面主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方上的投影與進(jìn)給方向的夾角向的夾角”。副偏角：副偏角：“副切削刃在基面副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)上的投影與進(jìn)給運(yùn)動反方向的夾角動反方向的夾角”。刀尖角：刀尖角：“主切削刃與副切削刃在基面上主切削刃與副切削刃在基面上的投影之間的夾角的投影之間的夾角”。r=180-(r+r)在正交平面內(nèi)測量的角度在正交平面內(nèi)測量的角度后角：后角：o o“后刀面與切削后刀

5、面與切削平面的夾角平面的夾角”前角：前角：o o“前刀面與基面之間前刀面與基面之間的夾角的夾角”。刃傾角：刃傾角：S S“主切削刃與基主切削刃與基面之間的夾角面之間的夾角”刃傾角刃傾角s：當(dāng)主切削刃與基面平行時(shí)當(dāng)主切削刃與基面平行時(shí)s=0；當(dāng)?shù)都恻c(diǎn)相對基面處于主切削刃上當(dāng)?shù)都恻c(diǎn)相對基面處于主切削刃上的最高點(diǎn)時(shí)的最高點(diǎn)時(shí)s 0；反之反之s 0。 前角前角o 、后角、后角o當(dāng)?shù)毒咔懊婧颓邢髌矫娴膴A角大于當(dāng)?shù)毒咔懊婧颓邢髌矫娴膴A角大于90時(shí)時(shí)o為負(fù)值，為負(fù)值，反之為正；反之為正；當(dāng)?shù)毒吆竺婧突娴膴A角大于當(dāng)?shù)毒吆竺婧突娴膴A角大于90時(shí)時(shí)o為負(fù)值，為負(fù)值，反之為正；反之為正；dfndnfvvtgcf

6、ooeoe 01、進(jìn)給運(yùn)動對工作角度的影響、進(jìn)給運(yùn)動對工作角度的影響Ve2、刀具安裝高度對工作角度的影響、刀具安裝高度對工作角度的影響re=r0e=0a）b）c） rer rer車刀安裝高度對工作角度的影響車刀安裝高度對工作角度的影響Dhppppepppe2sin 鏜刀安裝高度對工作鏜刀安裝高度對工作角度的影響角度的影響3. 刀桿安裝偏斜對工作主、副偏角的影響刀桿安裝偏斜對工作主、副偏角的影響刀具材料的發(fā)展與切削加工高速化的關(guān)系切削速度（m/min）200010005002001005020101800 1850 1900 1950 2000 年代碳素工具鋼合金工具鋼WC系硬質(zhì)合金高速鋼WC-

7、TiC系硬質(zhì)合金涂層硬質(zhì)合金TiAlN涂層硬質(zhì)合金DLC涂層硬質(zhì)合金TiC-TiN金屬陶瓷聚晶立方氮化硼 （PCBN）陶瓷聚晶金剛石（PCD）天然金剛石PCBNPCD氧化物陶瓷氮化物陶瓷硬質(zhì)合金涂層WC硬質(zhì)合金涂層超細(xì)粒狀硬金屬涂層高速鋼TiN涂層高速鋼斷裂韌性耐磨性刀具材料的耐磨性與斷裂韌性常用高速鋼牌號及其應(yīng)用范圍常用高速鋼牌號及其應(yīng)用范圍類別牌 號主 要 用 途普通高速鋼W18Cr4V廣泛用于制造鉆頭、絞刀、銑刀、拉刀、絲錐、齒輪刀具等W6Mo5Cr4V2用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭等W14Cr4VMn-RE用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭

8、等高性能高速鋼高碳95W18 Cr4V用于制造對韌性要求不高，但對耐磨性要求較高的刀具高釩W12Cr4V4 Mo用于制造形狀簡單，對耐磨性要求較高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al（簡稱501）用于制造復(fù)雜刀具和難加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al耐磨性好，用于制造加工高強(qiáng)度耐熱鋼的刀具W6Mo5Cr4V5SiNbAl用于制造形狀簡單的刀具，如加工鐵基高溫合金的鉆頭W12Cr4V3 Mo3Co5Si耐磨性、耐熱性好，用于制造加工高強(qiáng)度鋼的刀具W2Mo9Cr4VCo8（M42）用作難加工材料的刀具，因其磨削性好可作復(fù)雜刀具，價(jià)格昂貴 成分：成分：WC+Co多用于加工短切屑的金屬或非金屬，

9、如：多用于加工短切屑的金屬或非金屬，如：鑄鐵、青銅等。鑄鐵、青銅等。常用牌號：常用牌號：YG3(K01)、YG6(K20)、YG8(K40)等等 精加工精加工 粗加工粗加工成分：成分：WC+TiC+Co多用于加工長切屑的黑色金屬，如：鋼多用于加工長切屑的黑色金屬，如：鋼材等。材等。常用牌號：常用牌號：YT5(P30)、YT15(P20)、YT30(P10)等等 粗加工粗加工 精加工精加工成分：成分：WC+TiC+TaC(NbC)+Co 既可用于加工短切屑的鑄鐵，也可用于既可用于加工短切屑的鑄鐵，也可用于加工長切屑的鋼材。加工長切屑的鋼材。常用牌號：常用牌號：YW1(M10)、YW2(M20)、

10、YW3(M30)等等 精加工精加工 粗加工粗加工各種硬質(zhì)合金的應(yīng)用范圍各種硬質(zhì)合金的應(yīng)用范圍牌 號應(yīng) 用 范 圍YG3X鑄鐵、有色金屬及其合金精加工、半精加工，不能承受沖擊載荷YG3鑄鐵、有色金屬及其合金精加工、半精加工，不能承受沖擊載荷YG6X普通鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精加工、半精加工YG6鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工和粗加工YG8鑄鐵、有色金屬及合金、非金屬材料粗加工，也可用于斷續(xù)切削YG6A冷硬鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工，亦可用于高錳鋼、淬硬鋼的半精加工和精加工YT30碳素鋼、合金鋼的精加工YT15碳素鋼、合金鋼在連續(xù)切削時(shí)的粗加工、半精加工，亦可用于斷續(xù)切削時(shí)的精加工YT

11、14同YT15YT5碳素鋼、合金鋼的粗加工，也可以用于斷續(xù)切削YW1高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工和精加工YW2高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的粗加工和半精加工抗彎強(qiáng)度、韌性、進(jìn)給量 硬度、耐磨性、切削速度抗彎強(qiáng)度、韌性、進(jìn)給量 硬度、耐磨性、切削速度抗彎強(qiáng)度、韌性、進(jìn)給量 硬度、耐磨性、切削速度 “Al2O3或或Si3N4添加不同的金屬元素添加不同的金屬元素(Ni、Co、Mo、W)或金屬炭化物或金屬炭化物(TiC、WC)，采用熱壓和燒結(jié)的方法獲得采用熱壓和燒結(jié)的方法獲得”。特點(diǎn)：硬度高、耐磨性好。特點(diǎn)：

12、硬度高、耐磨性好。9195HRA 耐熱性高。耐熱性高。1200 切削速度高達(dá)切削速度高達(dá)100400 m/min 抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性較差?？箯潖?qiáng)度、沖擊韌性較差。主要用于冷硬鑄鐵、高硬鋼等精加工和主要用于冷硬鑄鐵、高硬鋼等精加工和半精加工。半精加工。“高溫下借助合金觸媒的作用，由石墨轉(zhuǎn)化而成高溫下借助合金觸媒的作用，由石墨轉(zhuǎn)化而成”。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 硬度高、耐磨性極好。硬度高、耐磨性極好。5000HV以上。以上。 耐熱性：耐熱性：700800 ，不能在高溫下切削，不能在高溫下切削 沖擊韌性、抗彎強(qiáng)度低。只有硬質(zhì)合金的沖擊韌性、抗彎強(qiáng)度低。只有硬質(zhì)合金的1/4。 與與Fe的親和力強(qiáng)，的親和力強(qiáng)，不

13、能加工鐵族材料不能加工鐵族材料。適用于硬質(zhì)合金、玻璃等高硬材料的精加工適用于硬質(zhì)合金、玻璃等高硬材料的精加工與金剛石相比：與金剛石相比： 硬度：硬度：80009000HV。 耐熱性：耐熱性：13001500 與與Fe的親和力小，能加工鐵族材料。的親和力小，能加工鐵族材料。主要適用于淬硬鋼、耐磨鑄鐵、高溫合主要適用于淬硬鋼、耐磨鑄鐵、高溫合金等高硬鐵族材料的精加工或半精金等高硬鐵族材料的精加工或半精加工。加工。 天然金剛石是自然界最硬的材料，耐磨性極好，刃口鋒利，天然金剛石是自然界最硬的材料，耐磨性極好，刃口鋒利，切削刃的鈍圓半徑可達(dá)切削刃的鈍圓半徑可達(dá)0.01m0.01m，刀具壽命可達(dá)數(shù)百小時(shí)

14、。，刀具壽命可達(dá)數(shù)百小時(shí)。因價(jià)格昂貴，主要用于高速、精密加工。因價(jià)格昂貴，主要用于高速、精密加工。 聚晶金剛石由金剛石微粉在高溫高壓下聚合而成，硬度比聚晶金剛石由金剛石微粉在高溫高壓下聚合而成，硬度比天然金剛石略低（天然金剛石略低（HK6500HK650080008000），價(jià)格便宜，焊接方便，），價(jià)格便宜，焊接方便，可磨削性好，已成為金剛石刀具主要材料?？赡ハ餍院茫殉蔀榻饎偸毒咧饕牧?。 金剛石刀具不適于加工鋼及鑄鐵。金剛石刀具不適于加工鋼及鑄鐵。 聚晶立方氮化硼（聚晶立方氮化硼（CBNCBN）由單晶立方氮化硼微粉在高溫高）由單晶立方氮化硼微粉在高溫高壓下聚合而成。硬度為壓下聚合而成。硬

15、度為HV 3000HV 300045004500，耐熱性達(dá)，耐熱性達(dá)12001200，化學(xué)惰性很好，在化學(xué)惰性很好，在10001000的溫度下不與鐵、鎳和鈷等金屬的溫度下不與鐵、鎳和鈷等金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。主要用于加工淬硬工具鋼、冷硬鑄鐵、耐發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。主要用于加工淬硬工具鋼、冷硬鑄鐵、耐熱合金及噴焊材料等。用于高精度銑削時(shí)可以代替磨削加熱合金及噴焊材料等。用于高精度銑削時(shí)可以代替磨削加工。工。在韌牲較好的刀具基體上，涂覆一層耐磨性好的難熔金屬在韌牲較好的刀具基體上，涂覆一層耐磨性好的難熔金屬化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韌性。常用化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韌性

16、。常用的涂層材料有的涂層材料有TiC、TiN、Al203及其復(fù)合材料等及其復(fù)合材料等, 涂層厚度隨涂層厚度隨刀具材料不同而異。刀具材料不同而異。TiC涂層涂層硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削時(shí)能產(chǎn)生氧化鈦膜，減硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削時(shí)能產(chǎn)生氧化鈦膜，減小摩擦及刀具磨損。小摩擦及刀具磨損。TiN涂層涂層在高溫時(shí)能產(chǎn)生氧化膜，與鐵基材料摩擦系數(shù)較小，抗粘結(jié)性在高溫時(shí)能產(chǎn)生氧化膜，與鐵基材料摩擦系數(shù)較小，抗粘結(jié)性能好，并能有效降低切削溫度。能好，并能有效降低切削溫度。普通刀具材料與超硬刀具材料性能與用途對比普通刀具材料與超硬刀具材料性能與用途對比刀具材料種類 合金 高速鋼 硬質(zhì)合金 陶瓷 天然 聚晶金剛石 聚晶立方氮工具鋼 W18Cr4V YG6 Si3N4 金剛石 PCD 化硼 PCBN材料性能 硬度 HRC65 HRC66 HRA90 HRA93 HV10000 HV7500 HV4000抗彎強(qiáng)度 2.4GPa 3.2GPa 1.45GPa 0.8GPa 0.3GPa 2.8GPa 1.5GPa導(dǎo)熱系數(shù) 40-50 20-30 70-100 30-40 146.5 100-120 40-100熱穩(wěn)定性 350 620 1