-金屬切削加工基礎知識-1

機器零件制造方法第一章金屬切削加工基礎知識

機械零件制造方法很多;鍛造、鑄造、焊接、沖壓、擠壓、電加工、電化學加工、切削加工等。但尺寸、形狀、位置精度以及表面質(zhì)量要求較高的零件，目前仍主要采用切削加工方法。金屬切削基礎知識

金屬切削基礎知識要求目的：理解金屬切削的概念、掌握切削運動和金屬切削刀具的基本知識、認識金屬切削過程的基本規(guī)律。了解切削運動、切削用量、刀具切削部分幾何形狀及材料的基本知識；重點、難點：切削運動和切削刀具。概念與分類金屬切削：利用刀具切除工件上多余的金屬層，從而獲得符合要求零件的加工方法。切削加工分為鉗工和機械加工兩部分。機械加工主要方式包括車削、銑削、刨削、磨削、鉆削和齒輪加工等。金屬:具有良好的導電性和導熱性，有一定的強度和塑性并具有光澤的物質(zhì)。切削運動概念切削運動；切削時，刀具與工件之間相對運動稱為切削運動。主運動：使工件與刀具產(chǎn)生相對運動已進行切削的最基本運動.它是切削運動中速度最高、消耗功率最多的運動。對任何加工，主運動只有一個。切削運動進給運動：為了保持切削的連續(xù)進行，以逐漸切削出整個工件表面所需的運動，稱為進給運動。1.1切削運動和切削要素車削時的工件表面與切削要素切削運動已加工表面：工件上經(jīng)刀具切削后所形成的表面。過渡表面（亦稱加工表面）：工件上被切削刃正在切削的表面，即待加工表面和已加工表面之間的過渡表面切削要素工件上的三個表面待加工表面：工件上即將被切削的表面。切削要素1.

切削速度vc：刀具切削刃上所選定點相對于工件待加工表面在主運動方向上的瞬時速度<主運動的線速度>稱為切削速度。切削用量三要素切削速度

式中：dW—待加工表面直徑（mm）

n—工件或刀具的轉(zhuǎn)速(r/min)切削要素2.進給量:主運動的一個工作循環(huán)<工件或刀具每轉(zhuǎn)或往復一次或刀具每轉(zhuǎn)過一齒>內(nèi)，刀具和工件之間沿進給方向的相對位移量。單位（mm/r）切削要素3.背吃刀量ap：亦稱切削深度。指工件上待加工表面和已加工表面之間的垂直距離。背吃刀量

式中:——待加工表面直徑（mm）——已加工表面直徑（mm）切削用量選擇(1)

背吃刀量的選擇

粗加工時，除留下精加工余量外，一次走刀盡可能切除全部余量。余量大也可分多次走刀。精加工時根據(jù)加工精度和表面粗糙度的要求選擇小些。精加工的背吃刀量取0.2～1.5mm。

(2)進給量的選擇

粗加工時，由于對工件的表面質(zhì)量沒有太高的要求，這時主要根據(jù)機床進給機構的強度和剛性、刀桿的強度和剛性、刀具材料、刀桿和工件尺寸以及已選定的背吃刀量等因素來選取進給量。（f可取大些）按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素來選取進給量。(f可取小些）

(3)

切削速度的確定選擇

切削速度vc可根據(jù)己經(jīng)選定的背吃刀量、進給量及刀具耐用度進行選取。實際加工過程中，也可根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和查表的方法來選取。粗加工或工件材料的加工性能較差時，宜選用較低的切削速度。精加工或刀具材料、工件材料的切削性能較好時，宜選用較高的切削速度。精加工時，則金屬切削刀具夾持部分傳遞運動和承受夾緊力，保證刀具安裝位置正確、夾緊可靠、裝卸方便負責切削，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率刀柄：刀具的夾持部分刀體：刀具上夾持或焊接刀條、刀片的部分，或由它形成切削刃的部分。1.2刀具構成切削部分1.2刀具構成刀具由切削部分刀頭和夾持部分刀柄組成。切削部分由“三面、兩刃、一尖”構成1.3.1

車刀的組成1.3刀具切削部分的幾何參數(shù)刀尖

是主、副切削刃相交的一點，實際上該點不可能磨得很尖，而是由一段折線或微小圓弧組成，微小圓弧的半徑稱為刀尖圓弧半徑。刀具幾何角度1.3刀具切削部分的幾何參數(shù)切削刀具種類很多，如車刀、刨刀、銑刀和鉆頭等。它們幾何形狀各異，復雜程度不等，但它們切削部分的結構和幾何角度都具有許多共同的特征，其中車刀是最常用、具有代表性。刀具角度是確定刀具切削部分幾何形狀的重要參數(shù)。各種刀具切割部分的形狀1.基面Pr:是過切削刃上某選定點與該點切削速度方向垂直的平面。車刀的基面平行于水平面2.切削平面Ps:是過切削刃某選定點與主切削刃相切并垂直于基面的平面。3.正交平面Po:是過主切削刃某選定點同時垂直于基面和切削平面的平面。基面、主切削平面、正交平面三個平面在空間相互垂直。刀具切削角度

(1)前角：前刀面與基面之間的夾角，它主要影響切削刃的鋒利及切屑變形程度；5度~25度(2)主后角：主后刀面與切削平面之間的夾角，改變主后刀面與工件間的摩擦狀況；3度~12度(3)楔角：前刀面與后刀面之間的夾角。它影響刀頭強度和散熱情況。（正交平面內(nèi)）(1)主偏角Kr：主切削刃在基面上的投影與進給運動方向的夾角。它能改變切削刃與刀頭的受力及散熱情況，45度—90度之間；(2)副偏角Kr`：副切削刃在基面上的投影與進給運動反方向的夾角。它可改變副切削刃與工件已加工面間的摩擦狀況，副偏角一般為正值取6度—8度左右；(3)刀尖角：主切削刃與副切削刃之間的夾角。它影響刀尖的強度及散熱情況.基面內(nèi)測量刃傾角λs

主切削刃與基面間的夾角。它影響刀尖的強度和控制切削流向。（切削平面內(nèi)）1.2刀具材料

刀具材料的性能常用刀具材料性能要求高硬度良好的工藝性高耐磨性高熱硬性足夠的強度和韌性1.2刀具材料1.高硬度：刀具材料必須具有高于工件材料的硬度，常溫硬度應在HRC60以上。2.耐磨性：耐磨性表示刀具抵抗磨損的能力，通常刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。3.強度和韌性：為了承受切削力、沖擊和振動，刀具材料應具有足夠的強度和韌性。(韌性：表示材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。）4.耐熱性：刀具材料應在高溫下保持較高的硬度、耐磨性、強度和韌性，并有良好的抗氧化的能力。這就是刀具材料的耐熱性，它是衡量刀具材料綜合切削性能的主要指標。5.工藝性：為了便于刀具制造，要求刀具材料有較好的可加工性，包括鍛、軋、焊接、切

削加工、可磨削性和熱處理特性等。4種常用的刀具材料碳素工具鋼合金工具鋼高速鋼

硬質(zhì)合金刀具材料刀具材料碳素工具鋼

碳含量范圍為0.65％～1.35％，淬火后硬度較高60～64HRC，刃磨性好，刃口鋒利，價格便宜，但溫度超過200℃硬度就顯著下降，耐磨性差淬透差，淬硬層薄。（T12A、T10A、T8）

T（“碳”）+兩位數(shù)字（表示鋼中平均碳的質(zhì)量分數(shù)的千分數(shù)）。T12A——

表示平均碳質(zhì)量分數(shù)為1.20%的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。

~

T8

——表示平均碳質(zhì)量分數(shù)為0.8%的碳素工具鋼。碳素工具鋼：常用制造各類手工工具，和低速工具等。合金工具鋼合金工具鋼:是在碳素工具鋼基礎上加入鉻、鉬、鎢、釩等合金元素以提高淬透性、韌性、耐磨性和耐熱性的一類鋼種。它主要用于制造量具、刃具、絲錐、板牙等形狀復雜刀具。

（9SiCr、CrWMn）在碳素工具鋼中加入硅Si、錳Mn、鎳Ni、鉻Cr、鎢W、鉬Mo、釩V等合金元素的鋼。加入Cr和Mn可以提高工具鋼的淬透性，可根據(jù)要求，有選擇地加入或同時加入其他元素(加入總量一般不超過5％)，即形成一系列的合金工具鋼。33合金工具鋼例：9SiCr、CrWMn（微變形鋼）

板牙絲錐較好的紅硬性（250℃～300℃）熱處理：硬度可達61～65HRC高速鋼高速鋼是一種加入了鎢（W）、鉬（MO）、鉻（Cr）、釩（V）等合金元素的高合金工具鋼。高速鋼具有較高的強度、韌性和耐磨性，耐熱性為540—600℃。高速鋼是應用較廣泛的刀具材料，尤其是用于制造結構復雜的刀具，如成形車刀、銑刀、鉆頭、鉸刀、齒輪刀具、螺紋刀具等。高速鋼按其用途和性能可分為通用高速鋼和高性能高速鋼.兩類。通用高速鋼：是指加工一般金屬材料用的高速鋼例：W18Cr4V(鎢系高速鋼)其淬火后的硬度為63－66HRC、磨削性能好，耐熱性可達620oC，熱處理工藝控制方便。W6Mo5CrV2（鉬系高速鋼）與W18Cr4V相比，它的抗彎強度、沖擊韌性和高溫塑性較高，故可制造熱軋刀具，如麻花鉆等。高性能高速鋼：是在通用高速鋼中再加入一些合金元素，以進一步提高它的耐熱性和耐磨性這類高速鋼的切削速度可達50－100m/min，具有比通用高速鋼更高的生產(chǎn)率與刀具使用壽命同時還能切削不銹鋼、耐熱鋼、高強度鋼等難加工材料。硬度66～70HRC。例：高釩高速鋼W12Cr4V4Mo、高鈷高速鋼W2Mo9Cr4VCo8和高鋁高速鋼W6Mo5Cr4V2Ai硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是用粉末冶金法制造的合金材料，它是由硬度和熔點很高的碳化物（硬質(zhì)相）和金屬（稱粘結相）組成。切削溫度800～1000℃硬度仍可達74～80HRC。常制成刀片，焊接或緊固件鑲嵌在刀體上。如車刀、銑刀、鉸刀、鉆頭等，都可

以鑲嵌硬質(zhì)合

金刀

片。

按其化學成分與使用性能1．鎢鈷類：由硬質(zhì)相碳化鎢WC和粘結劑Co組成，其韌性、磨削性能和導熱性較好。主要適用于加工短切屑的脆性材料。如鑄鐵、有色金屬及非金屬材料。代號YG。2．鎢鈦鈷類：由硬質(zhì)相WC、碳化鈦TiC和粘結劑Co組成。主要適用于加工長切屑的塑性材料，如高速切削一般鋼材。代號YT。3.鎢鈦鉭鈷類：在鎢鈦鈷類合金中加入適量的碳化鉭

或碳化妮

等稀有難熔金屬碳化物，可提高合金的高溫硬度、強度耐磨性、抗粘結溫度和抗氧化性，同時，韌性也有所增加，所以具有較好的綜合切削性能，人們常稱它為“萬能合金”YW。主要用于加工難切削材料。注：當今，用得最多的刀具材料為高速鋼和硬質(zhì)合金。新型刀具材料簡單了解涂層硬質(zhì)合金：在硬質(zhì)合金材料基體上涂上一層幾微米厚的高硬度·高耐磨性的金屬化合物，使刀具即具有基體的韌性，又具有很高的硬度，顯著提高了刀具的切削性能和使用壽命。陶瓷：具有很高的硬度和很高的耐熱性（1200℃),摩擦系數(shù)小，化學穩(wěn)定性良好。但抗彎強度小.沖擊韌性差。主要用于各種金屬材料連續(xù)切削的精加工和半精加工。注：在加工一般材料時，仍以使用通用高速鋼與硬質(zhì)合金為宜，當加工難切削材料時，才有必要選用新牌號硬質(zhì)合金或高性能高速鋼。金屬切削過程

金屬切削過程是指通過切削運動，刀具從工件表面上切除多余金屬層，形成切屑和已加工表面的過程。在這個過程中將產(chǎn)生許多物理現(xiàn)象，如切削力、切削熱、刀具磨損等。研究和掌握切削過程中的基本規(guī)律，將有利于金屬切削技術的發(fā)展，對合理選擇切削用量，提高生產(chǎn)效率、工件的加工質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本都有重要的意義。一、切屑:切削過程中切削層的金屬是在前刀面和切削刃的不斷擠壓作用下，產(chǎn)生了彈性、塑性變形繼而剪切滑移金屬從工件上斷裂下來而成為切屑。

金屬切削過程的基本規(guī)律

切屑的種類：由于工件材料不同，切削條件各異，切削過程中生成的切屑形狀是多種多樣的。切屑的形狀主要分為帶狀、節(jié)狀、粒狀和崩碎四種類型，如圖:

（1）帶狀切屑：它的內(nèi)表面是光滑的，外表面呈毛茸狀。加工塑性金屬時，在切削厚度較小、切削速度較高、刀具前角較大的工況條件下常形成此類切屑。（切削：鋁或紫銅）（2）節(jié)狀切屑：它的外表面呈鋸齒形，內(nèi)表面有時有裂紋。在切削速度較低、切削厚度較大、刀具前角較小時常產(chǎn)生此類切屑。（切削：鋼及黃銅）（3）粒狀切屑又稱單元切屑。在切削速度很低，切削厚度很大情況下，由于剪切變形完全達到材料的破壞極限，形成粒狀切屑。（鋼）切屑的種類（4）崩碎切屑加工脆性材料，切削厚度越大越易得到這類切屑。（鑄鐵）前三種切屑是加工塑性金屬時常見的切屑類型。形成帶狀切屑時，切削過程最平穩(wěn)，切削力波動小，已加工表面粗糙度較小；形成粒狀切屑時切削過程中的切削力波動最大。前三種切屑類型可以隨切削條件變化而相互轉(zhuǎn)化。切屑的種類切削力

切削力：切削時刀具使工件變形成為切屑所需的力稱為切削力.

切削力1、切向力（主切削力）Fz：作用于切削速度方向的分力，其大小約占總切削力的90%左右,是三個分力中最大的。消耗功率最多的分力，它是機床動力、刀具的強度和剛度設計和選擇切削用量的主要依據(jù)2、軸向力（進給力）Fx:

作用在進給方向上的分力，其大小約占總切削力的1～5%,它是設計和驗算機床進給機構必須的參數(shù)；切削力Fr可以沿三個方向分解為：3、徑向力（背向力）Fy:

總切削力在垂直工作平面上的分力，它作用在工件剛性較差的方向，容易使工件變形，同時引起振動，影響加工精度。所以加工（如細長軸）應該力求減少切削力。切削熱與切削溫度

切削熱:切削過程中金屬層的變形、分離及切屑、刀具和工件間的摩擦所產(chǎn)生的熱，稱為切削熱。切削熱對切削過程影響:切削熱是刀具磨損和影響加工精度的重要因素。切削熱傳入刀具后，溫度升高，當超過刀具材料所能承受的溫度時，刀具材料硬度降低，喪失切削性能，刀具磨損，壽命降低。切削熱傳入工件，導致工件膨脹或伸長，引起工件熱變形，影響工件的加工精度及表面質(zhì)量。控制刀具和工件溫度措施

（1）在刀具強度允許的情況下，適當增大刀具前角。（2）改善刀具的散熱條件，在機床、工件、刀具系統(tǒng)較好時，可盡可能減小主偏角。

(3)合理選擇切削用量，較小的切削速度。（4）提高刀具前、后面的刃磨質(zhì)量，減小摩擦。（5）合理選擇切削液。刀具壽命：刀具刃磨后，從開始切削到磨損量達到磨鈍標準為止的純切削時間。

影響刀具壽命的因素：（1）工件材料:工件材料強度、硬度越高，塑性越大時，刀具壽命降低。（2）切削用量：切削速度對刀具壽命的影響最大，進給量其次，背吃刀量的影響最小。刀具壽命（3）刀具幾何參數(shù)：增大前角，減小主偏角、副偏角，增大刀尖圓弧半徑可提高刀具強度，均能提高刀具壽命。（4）刀具材料的影響：合理選用刀具材料，采用涂層刀具材料和使用新型刀具材料，改善和提高刀具的切削性能，是提高刀具壽命和提高切削速度的重要途徑之一。（5)合理選擇切削液，也能延長刀具壽命。切削液切削液:為了提高切削加工效果(增加切削潤滑，降低切削區(qū)溫度)而使用的液體。

切削液一、切削液的作用：1.冷卻作用切削液能吸收和帶走切削時產(chǎn)生的大量切削熱。從而有效地降低切削溫度，提高生產(chǎn)效率。2.潤滑作用金屬切削加工液（簡稱切削液）在切削過程中的潤滑作用，可以減小前刀面與切屑，后刀面與已加工表面間的摩擦，形成部分潤滑膜，從而減小切削力、摩擦和功率消耗。

3.清洗作用在金屬切削過程中，利用澆注和高壓噴射切削液除去生成切屑、磨屑以及鐵粉、油污和砂粒，引導切屑流向防止機床和工件、刀具的沾污，使刀具或砂輪的切削刃口保持鋒利，不致影響切削效果。

4.防銹作用在金屬切削過程中，要求切削液有一定的防銹能力（加入防銹添加劑），防止環(huán)境介質(zhì)及殘存切削液中的油泥等腐蝕性物質(zhì)對金屬產(chǎn)生侵蝕。特別是在我國南方地區(qū)潮濕多雨季節(jié)，更應注意工序間防銹措施。種類主要組成性能及適用范圍水溶性切削液水溶性普通型

在水中添加亞硝酸鈉等水溶性防銹添加劑，加入碳酸鈉磷酸鈉，使水溶液微帶堿性。

冷卻、清洗性好，有一定的防銹性，但潤滑性差。適于粗磨、粗加工。防銹性

在水中除添水溶性防銹添加劑，再加入表面活性劑、油性添加劑。

冷卻、清洗性好、防銹性好，兼有一定的潤滑性，透明性較好。適用于對防銹性要求高的精加工。極壓型極壓型型添加劑

有一定的潤滑性。適于重切削和強力磨削。