第2章-金屬切削原理與刀具

Chapter2Principleofmetalcuttingandcuttingtools主要學(xué)習(xí)內(nèi)容2.1金屬切削基礎(chǔ)知識2.2刀具的結(jié)構(gòu)2.3刀具的材料2.4金屬切削過程及切削參數(shù)的選擇2.5刀具的主要種類及應(yīng)用2.6影響金屬切削加工的主要因素及其控制2.1金屬切削基礎(chǔ)知識rudiments

About

metalcutting

2.1.1切削運動2.1.2工件上的切削表面2.1.3切削用量2.1.4切削層參數(shù)■金屬切削過程中所涉及的主要問題●工件材料及其切削加工性能●切削力、切削熱●刀具材料、角度●刀具變形、磨損●積屑瘤、殘余應(yīng)力●切屑控制∶

通過刀具從被加工表面切除多余材料而獲得預(yù)定的尺寸精度和形狀、位置精度的過程。■金屬切削過程2.1.1切削成形運動■主運動vc：速度最高，消耗功率最大。只有一個?！鲞M給運動vf：使待切金屬材料不斷被投入切削。有一個或幾個。■合成切削運動ve：主運動和進給運動的合成運動。2.1.2切削表面■待加工表面：工件上即將切除切削層的表面。

■已加工表面：工件上已經(jīng)切除切削層而形成的新表面。■過渡表面：工件上正在被切削的表面。2.1.3切削用量切削用量——切削時各種參數(shù)的總稱。包括：

●切削速度

●進給量

●背吃刀量（切削深度）切削三要素■切削速度vc

單位時間內(nèi)工件和刀具沿主運動方向的相對位移。切削速度的單位為m/s，用vc

表示。●主運動為回轉(zhuǎn)運動（R）時，●主運動為往復(fù)直線運動（T）時，n——主運動（工件或刀具）的轉(zhuǎn)速（r/min）d——工件或刀具接觸部位的最大直徑（mm）L——每次往復(fù)運動的行程長度（mm）；nr——主運動每分鐘的往復(fù)次數(shù)（str/min）n■進給量f

主運動一個循環(huán)（回轉(zhuǎn)一周或往復(fù)一次），工件與刀具沿進給方向上的相對位移。

進給量用f表示，單位是mm/r或mm/str。

每齒進給量fz

（對多點刀具）進給速度■背吃刀量（切削深度）ap

主切削刃與工件切削表面接觸長度在主運動方向及進給運動方向所組成的平面的法線方向上測量的值——已加工表面和待加工表面間的垂直距離，單位為mm。2.1.4切削層截面參數(shù)■切削層（公稱）寬度■切削層（公稱）厚度■切削層（公稱）面積acawac2.2刀具結(jié)構(gòu)structure

oftools

2.2.1刀具的組成2.2.2確定刀具角度的參考平面系2.2.3刀具標注角度2.2.4刀具工作角度●由刀頭和刀柄組成?！褴嚨兜那邢鞑糠钟?個刀面、2個刀刃和1個刀尖組成。副切削刃前刀面刀尖主切削刃副后刀面主后刀面2.2.1

刀具的組成外圓車刀是最基本、最典型的刀具刨刀、銑刀、鉆頭等其他刀具可視為車刀的演變或組合。各種刀具切削部分的形狀2.2.2刀具標注角度參考系（刀具靜止參考系）⑴基面Pr

：通過切削刃選定點與主運動方向垂直的平面?；媾c刀具底面平行。⑵切削平面Ps：通過切削刃選定點與主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。⑶主剖面Po：通過切削刃選定點垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。(也稱為正交平面)主切削刃主后刀面前刀面副切削刃主剖面PoA切削平面Ps基面Pr正交平面參考系其他：法平面參考系、假定工作平面參考系等。設(shè)計標注、刃磨、測量刀具角度的基準。2.2.3刀具標注角度在正交平面po內(nèi)測量，是前刀面與基面pr的夾角。通過選定點的基面位于刀頭實體之外時γo定為正值；位于刀頭實體之內(nèi)時γo定為負值。

γo影響切削難易程度。增大前角可使刀具鋒利，切削輕快。但前角過大，刀刃和刀尖強度下降，刀具導(dǎo)熱體積減小，影響刀具壽命。

用硬質(zhì)合金車刀切削鋼件，γo取10～20°；切削灰鑄鐵，γo取5～15°；切削鋁及鋁臺金，γo取25～35°；切削高強度鋼，γo取-5～-10°。

前角Aκr′A向(ps-ps)f車刀的角度α′0α0κrεrλspo-po-+

后角αo在正交平面po內(nèi)測量，是主后刀面與切削平面的夾角。

后角的作用是為了減小主后刀面與工件加工表面之間的摩擦以及主后刀面的磨損。但后角過大，刀刃強度下降，刀具導(dǎo)熱體積減小，反而會加快主后刀面的磨損

粗加工和承受沖擊載荷的刀具，為了使刀刃有足夠強度，后角可選小些，一般為4°～6°；精加工時切深較小，為保證加工的表面質(zhì)量，后角可選大一些，一般為8°～12°。

后角αoAκr′A向f車刀的角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs(ps-ps)

主偏角κr

在基面pr內(nèi)測量，是主切削刃在基面上投影與進給方向的夾角。

κr的大小影響刀具壽命。減小主偏角，主刃參加切削的長度增加，負荷減輕，同時加強了刀尖，增大了散熱面積，使刀具壽命提高。κr的大小還影響切削分力。減小主偏角使吃刀抗力增大，當加工剛性較弱的工件時，易引起工件變形和振動。

主偏角應(yīng)根據(jù)加工對象正確選取，車刀常用的主偏角有45°、60°、75°、90°幾種。Aκr′A向f車刀的角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs(ps-ps)

副偏角κr′

κr′在基面pr內(nèi)測量，是副切削刃在基面上的投影與進給反方向的夾角。

副偏角的作用是為了減小副切削刃與工件已加工表面之間的摩擦，以防止切削時產(chǎn)生振動。副偏角的大小影響刀尖強度和表面粗糙度。

在切深、進給量和主偏角相同的情況下，減小副偏角可使殘留面積減小，表面粗糙度降低。κr′AA向f車刀的角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs(ps-ps)

刃傾角λs

切削平面ps內(nèi)測量，是主切削刃與基面pr的夾角。當?shù)都馐乔邢魅凶罡唿c時,λs定為正值；反之為負。

λs影響刀尖強度和切屑流動方向。粗加工時為增強刀尖強度，λs常取負值；精加工時為防止切屑劃傷已加工表面，λs常取正值或零。Aκr′A向f車刀的角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs(ps-ps)a）b）c）刃傾角對排屑方向的影響2.2.4刀具的工作角度α0e=α0-μγ0e=γ0+μ

μγ0μpspes橫切時的工作角度fxα0

進給運動對工作角度的影響●

橫切（車端面或切斷）μ——螺旋升角，即主運動方向與合成切削速度方向的夾角。

橫向進給運動使刀具的工作前角增大，工作后角減?。ㄉ踔翞樨摱鴮ぜ纬蓴D壓）?！?/p>

縱切（車外圓或螺紋）O—O縱切時的工作角度μffγoeαoeπd切μγooαμfoκrACAO

fB

C

B

f

O

d切αffeαγfγfe在主剖面內(nèi)：

縱向進給運動使基面和切削平面在空間偏轉(zhuǎn)一個角度μ，從而使刀具的工作前角增大，工作后角減小。刀具安裝位置對工作角度的影響刀具安裝高度對工作角度的影響γ0e=γ0α0e=α0a）●刀具安裝高度對工作角度的影響α

0e＜α0b）γ

0e＞γ0α

0e＞α0c）γre＜γr●刀桿軸線方向?qū)ぷ鹘嵌鹊挠绊慿rekrekr’ekr’e2.3刀具的材料

刀具材料一般是指切削部分的材料。2.3.1刀具材料應(yīng)具有的性能2.3.2常用刀具材料及其合理選用

刀具材料種類很多，常用的有工具鋼（包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼）、硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石（天然和人造）和立方氮化硼等。2.3.1刀具材料應(yīng)具有的性能高硬度高耐磨性高紅硬性足夠的強度和韌性良好的工藝性和經(jīng)濟性2.3.2常用刀具材料及其合理選用■碳素工具鋼和合金工具鋼碳素工具鋼和合金工具鋼目前主要用于形狀簡單，低速手工工具或切削速度較低的刀具。如T7、T10、T10A牌號的碳素工具鋼主要制做鋸條、銼刀；9CrSi、CrWMn低合金工具鋼用于制做絲錐、板牙；■高速鋼高速鋼是一種加入了較多的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼（如普通高速鋼W18Cr4V等）?！?/p>

特點：

◆強度高，抗彎強度為硬質(zhì)合金的2～3倍；

◆韌性高，比硬質(zhì)合金高幾十倍；

◆硬度HRC63以上，且有較好的耐熱性；

◆可加工性好，熱處理變形較小。分類：普通高速鋼：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。

適合于加工結(jié)構(gòu)鋼、鑄鐵和輕合金工件。

適合于制作拉刀、麻花鉆等刀具。高性能高速鋼：鈷高速鋼W2Mo9Cr4VCo8，簡稱M42。鋁高速鋼W6Mo5Cr4V2AI，簡稱501。

可用于加工不銹鋼、高強度鋼等難加工材料。粉末冶金高速鋼：材質(zhì)均勻，韌性和硬度較高，可磨削性有顯著改善，熱處理變形小，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，刀具使用壽命長，可以切削各種難加工材料，適合于制造各種精密刀具和形狀復(fù)雜的刀具。●應(yīng)用：硬質(zhì)合金因其切削性能優(yōu)良而被廣泛用來制作各種高速切削刀片。在我國，絕大多數(shù)車刀、面銑刀和深孔鉆都采用硬質(zhì)合金制造，目前，在一些較復(fù)雜的刀具上，如立銑刀、孔加工刀具等也開始應(yīng)用硬質(zhì)合金制造?！裉攸c：硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性、耐熱性都很高，允許的切削速度遠高于高速鋼，且能切削諸如淬火鋼等硬材料。硬質(zhì)合金的不足是與高速鋼相比，其抗彎強度較低、脆性較大，抗振動和沖擊性能也較差。●

成分：硬質(zhì)合金是用金屬碳化物，如WC、TiC等為基體，以金屬Co、Ni、Mo等為粘結(jié)劑，經(jīng)高壓成型后，用粉末冶金方法制成的一種合金?！鲇操|(zhì)合金分類：按其化學(xué)成分與使用性能分為鎢鈷類YG——適于加工鑄鐵、青銅等脆性材料的高速刀具.YG3鎢鈷鈦類YT——適于加工鋼件等塑性材料的高速刀具.YT5通用硬質(zhì)合金YW——萬能的，鋼件、鑄鐵均可加工.YW1表2-2常用硬質(zhì)合金性能及用途表2-1常用刀具材料的特性●陶瓷材料是以氧化鋁（Al2O3）、氮化硅（Si3N4）為基體，添加少量金屬高溫?zé)Y(jié)而成的。優(yōu)點：具有比硬質(zhì)合金更高的硬度和耐熱性，耐磨性和化學(xué)惰性好，摩擦系數(shù)小，抗粘結(jié)和擴散磨損能力強，因而能以更高的速度切削，并可切削難加工的高硬度材料。●

主要缺點：是性脆、抗沖擊韌性差，抗彎強度低?！鎏沾伞裉烊唤饎偸?/p>

是自然界最硬的材料（10000HV），耐磨性極好，刃口鋒利，切削刃的鈍圓半徑可達0.01μm，刀具壽命可達數(shù)百小時。因價格昂貴，主要用于高速、精密加工?！窬劬Ы饎偸山饎偸⒎墼诟邷馗邏合戮酆隙?，硬度比天然金剛石略低（6500~8000HV），價格便宜，焊接方便，可磨削性好，已成為金剛石刀具主要材料。注意：金剛石刀具不適于加工黑色金屬?！鼍劬Я⒎降穑–BN）

由單晶立方氮化硼微粉在高溫高壓下聚合而成。硬度可達3000~4500HV，耐熱性達1200℃，化學(xué)惰性很好，在1000℃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、耐熱合金及噴焊材料等。用于高精度銑削時可以代替磨削加工。■金剛石材料合金高速鋼硬質(zhì)合金陶瓷天然

聚晶金剛石聚晶立方氮工具鋼W18Cr4VYG6Si3N4

金剛石

PCD

化硼PCBN硬度HRC65HRC66HRA90HRA93HV10000

HV7500

HV4000抗彎強度2.4GPa3.2GPa1.45GPa0.8GPa0.3GPa2.8GPa1.5GPa導(dǎo)熱系數(shù)40~50

20~30

70~100

30~40

146.5

100~12040~100熱穩(wěn)定性350℃620℃1000℃1400℃800℃

600~800℃＞1000℃化學(xué)惰性低惰性大惰性小惰性小惰性大耐磨性低低較高高最高最高很高一般精度Ra≤0.8高精度Ra=0.4~0.2加工質(zhì)量Ra≤0.8IT7~8Ra=0.1~0.05IT5~6IT7~8IT5~6可替代磨削刀具材料種類材料性能加工對象低速加工一般鋼材、鑄鐵一般鋼材、鑄鐵粗、精加工一般鋼材、鑄鐵粗、精加工高硬度鋼材精加工硬質(zhì)合金、銅、鋁有色金屬及其合金、陶瓷等高硬度材料淬火鋼、冷硬鑄鐵、高溫合金等難加工材料普通刀具材料與超硬刀具材料性能與用途對比2.4金屬切削過程及切削參數(shù)的選擇MetalCuttingProcessandCuttingParametersChoice

2.4.1切屑的形成2.4.2切屑類型2.4.3

積屑瘤2.4.4切削力和切削功率2.4.5切削熱和切削溫度■擠壓與切削

切屑的形成與切離過程，是切削層受到刀具前刀面的擠壓而產(chǎn)生以滑移為主的塑性變形過程。FABOM45°a）正擠壓FABOM45°b）偏擠壓OMFc）切削●正擠壓：金屬材料受擠壓時，最大剪應(yīng)力方向與作用力方向約成45°●偏擠壓：金屬材料一部分受擠壓時，OB線以下金屬由于母體阻礙，不能沿AB線滑移，而只能沿OM線滑移●切削：與偏擠壓情況類似。彈性變形→剪切應(yīng)力增大，達到屈服點→產(chǎn)生塑性變形，沿OM線滑移→剪切應(yīng)力與滑移量繼續(xù)增大，達到斷裂強度→切屑與母體脫離金屬擠壓與切削比較2.4.1切屑的形成切屑根部金相照片M刀具切屑OA終滑移線始滑移線：τ=τsΦ剪切角■金屬切削變形過程■金屬切削變形的三個變形區(qū)

●第Ⅰ變形區(qū)：即剪切（滑移）變形區(qū)，金屬剪切滑移，成為切屑。金屬切削過程的塑性變形主要集中于此區(qū)域。三個變形區(qū)ⅠⅢⅡ●第Ⅲ變形區(qū)：已加工面受到后刀面擠壓與摩擦，產(chǎn)生變形。此區(qū)變形是造成已加工面加工硬化和殘余應(yīng)力的主要原因?！竦冖蜃冃螀^(qū)：摩擦變形區(qū)?？拷暗睹嫣帲行寂懦鰰r受前刀面擠壓與摩擦。此變形區(qū)的變形是造成前刀面磨損和產(chǎn)生積屑瘤的主要原因。2.4.2切屑的類型帶狀切屑\節(jié)狀切屑\單元切屑\崩碎切屑帶狀切屑節(jié)狀切屑單元切屑崩碎切屑各類切屑形態(tài)帶狀切屑加工塑性較好的金屬材料時，在切削厚度較小，切削速度較高，刀具前角較大的情況下易形成帶狀切屑節(jié)狀切屑采用較大的切削厚度，較低的切削速度和前角較小的刀具，加工中等硬度塑性金屬時，易形成此類切屑單元切屑以較大的切削厚度，很低的切削速度很小的刀具前角，加工塑性較差的金屬材料時，形成梯形單元切屑。崩裂切屑加工脆性金屬材料時，材料塑性差，抗拉強度低，切屑在破碎前幾乎不產(chǎn)生塑性變形而突然崩裂，特別是當切削厚度較大時常得到這種切屑。形成條件影響名稱簡圖形態(tài)變形帶狀，底面光滑，背面呈毛茸狀節(jié)狀，底面光滑有裂紋，背面呈鋸齒狀粒狀不規(guī)則塊狀顆粒剪切滑移尚未達到斷裂程度局部剪切應(yīng)力達到斷裂強度剪切應(yīng)力完全達到斷裂強度未經(jīng)塑性變形即被擠裂加工塑性材料，切削速度較高，進給量較小，刀具前角較大加工塑性材料，切削速度較低，進給量較大，刀具前角較小工件材料硬度較高，韌性較低，切削速度較低加工硬脆材料，刀具前角較小切削過程平穩(wěn)，表面粗糙度小，妨礙切削工作，應(yīng)設(shè)法斷屑切削過程欠平穩(wěn)，表面粗糙度欠佳切削力波動較大，切削過程不平穩(wěn)，表面粗糙度不佳切削力波動大，有沖擊，表面粗糙度惡劣，易崩刀帶狀切屑擠裂切屑單元切屑崩碎切屑切屑類型及形成條件■切屑控制●為使切削過程正常進行和保證已加工表面質(zhì)量，應(yīng)使切屑卷曲和折斷?！袂行嫉木砬乔行蓟咀冃位蚪?jīng)過卷屑槽使之產(chǎn)生附加變形的結(jié)果。●斷屑是對已變形的切屑再加一次變形（常需有斷屑裝置）。斷屑槽切屑被斷成小的碎片不易纏繞使用新設(shè)計的斷屑槽BB-斷屑槽不帶斷屑槽切屑很容易纏繞在一起一種不帶斷屑槽的刀片切屑的卷曲●粘結(jié)區(qū)：高溫高壓使切屑底層軟化，粘嵌在前刀面高低不平的凹坑中，形成長度為lfi的粘接區(qū)。切屑的粘接層與上層金屬之間產(chǎn)生相對滑移，其間的摩擦屬于內(nèi)摩擦。切屑與前刀面的摩擦

在高溫高壓作用下，切屑底層與前刀面發(fā)生沾接，切屑與前刀面之間既有外摩擦，也有內(nèi)摩擦?！窕瑒訁^(qū)：切屑在脫離前刀面之前，與前刀面只在一些突出點接觸，切屑與前刀面之間（lfo段）的摩擦屬于外摩擦。lfolfi■切屑與前刀面兩個摩擦區(qū)2.4.3積屑瘤●成因與過程

一定溫度、壓力作用下，切屑底層與前刀面發(fā)生粘接。粘接金屬嚴重塑性變形，產(chǎn)生加工硬化。滯留→粘接→長大。積屑瘤切屑刀具積屑瘤■積屑瘤影響積屑瘤形成的因素切削速度積屑瘤高度Hb/mm塑性材料容易產(chǎn)生積屑瘤；脆性材料一般不產(chǎn)生積屑瘤；切削速度與積屑瘤的形成和高度有著密切關(guān)系?！駥η邢鬟^程的影響精加工時必須防止切屑瘤的產(chǎn)生！降低加工精度增大了前角增大了切削厚度增大了已加工表面的粗糙度值影響刀具壽命●控制積屑瘤的措施選擇適當?shù)那邢魉俣仍龃蟮毒咔敖?，減少進給量提高刀具刃磨質(zhì)量，降低刀具表面粗糙度值選擇與工件材料親和力小、摩擦因數(shù)小的刀具材料施加合理切削液以及采用熱處理降低工件的塑性、韌性

3個變形區(qū)產(chǎn)生的彈、塑性變形抗力以及切屑、工件與刀具間的摩擦力，它們作用在刀具上的合力稱為總切削力，簡稱切削力?！銮邢髁Φ膩碓?.4.4切削力和切削功率三個變形區(qū)ⅠⅢⅡ■切削力的分解κrFcFFpFf·pFfFf·pFf·pfv切削力的分解F切削合力Fc主切削力Fp吃刀抗力Ff進給抗力Fc—主切削力、切削力、切向力Fp—背向力、徑向力Ff—進給力、軸向力■切削功率——主切削力（N）；——主運動速度（m/s）?！鰴C床電機功率——機床的傳動效率?！銮邢髁?jīng)驗公式計算切削力的指數(shù)公式查切削用量手冊

Cc、Cp、Cf

——系數(shù)，與工件材料和切削條件有關(guān)；

xc、yc、nc、xp、yp、np、xf、yf、nf

——三個公式中背吃刀量、進給量、切削速度的指數(shù)；Kc、Kp、Kf——三個公式中，實際切削條件與經(jīng)驗公式條件不符時，各種因素對切削力修正系數(shù)的積。車削力公式中的系數(shù)和指數(shù)從表中數(shù)據(jù)分析可知：切削力Fc中切削速度v的指數(shù)nc幾乎全為0，這說明切削速度對切削力影響不明顯；背吃刀量ap的指數(shù)xc基本都是1，進給量f的指數(shù)yc絕大多數(shù)都是0.75，說明背吃刀量ap對切削力Fc的影響比進給量f大。由以上分析可見：

切削用量三要素對切削力Fc的影響由大到小的順序為：背吃刀量ap、進給量f、切削速度v。

切削力計算舉例：用YT15硬質(zhì)合金車刀外圓縱車加工的結(jié)構(gòu)鋼，車刀幾何參數(shù)為：、、。切削用量為：、、。查前表，由于所給條件與公式要求的相同，因此切削功率：其余系數(shù)、指數(shù)如下：按單位切削力計算切削力和切削功率

切除單位切削層面積的主切削力（根據(jù)實驗結(jié)果，令修正系數(shù)KFc

=1）稱為單位切削力。由于因此

若單位切削力已知（一般是通過實驗測定），則可根據(jù)上式求出切削力。

單位時間內(nèi)切除單位體積的金屬所消耗的功率稱為單位切削功率。由于

若單位切削力已知（一般是通過實驗測定），則可根據(jù)上式求出切削功率。因此■切削力的測量應(yīng)變式測力儀應(yīng)變式測力儀原理壓電式測力儀三維力傳感器電荷放大器2.4.5切削熱和切削溫度■切削熱的來源●切削過程變形和摩擦所消耗功，絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢鳠崆邢鳠嵊汕行?、工件、刀具和周圍介質(zhì)（切削液、空氣)等傳散出去工件切屑刀具切削熱的來源與傳出■切削熱傳導(dǎo)●主要來源式中，分別為切削層變形、前刀面摩擦、后刀面摩擦產(chǎn)生的熱量切削溫度及其分布●切削塑性材料——前刀面靠近刀尖處溫度最高?！袂邢鞔嘈圆牧稀蟮睹婵拷都馓帨囟茸罡摺！窦羟忻嫔细鼽c溫度幾乎相同750℃刀具二維切削中的溫度分布工件材料：低碳易切鋼；刀具：o=30，o=7；切削用量：ap=0.6mm，

vc

=0.38m/s；切削條件：干切削，預(yù)熱611C影響切削溫度的因素

●切削用量的影響

切削溫度經(jīng)驗公式刀具材料加工方法Ｃθxθyθzθ高速鋼車削140～1700.35～0.450.2～0.30.08～0.10銑削80鉆削150硬質(zhì)合金車削320f(mm/r)0.10.410.150.050.20.310.30.26切削溫度的系數(shù)及指數(shù)分析切削用量三要素對切削溫度的影響可知，切削速度vc對切削溫度影響最大，進給量f次之，背吃刀量ap對切削溫度影響最小。●刀具幾何參數(shù)的影響

vc（m/min）切削速度、工件材料對切削溫度的影響1—GH1312—1Cr18Ni9Ti3—45鋼(正火)4—HT200刀具材料：YT15；YG8刀具幾何參數(shù)：o=15，o=6~8，r=75，1=-10，s=0，b=0.1mm，r=0.2mm切削用量：ap=3mm，f=0.1mm/rθ（℃）103050709011013040060080010001243前角o↑→切削溫度↓主偏角r↓→切削溫度↓●工件材料的影響

工件材料機械性能↑→切削溫度↑工件材料導(dǎo)熱性↑→切削溫度↓●刀具磨損的影響

●

切削液的影響

切削液作用

切削液種類切削液對加工過程的影響

冷卻、潤滑、清洗、防銹水基切削液、乳化液、油類切削液從導(dǎo)熱性來看，水基切削液最好，乳化液次之，油類切削液最差。粗加工——主要要求冷卻，一般選水或低濃度的乳化液一般鋼材——選乳化液或硫化切削油有色金屬——不宜采用含硫化油的切削液，以免腐蝕脆性材料（鑄鐵、青銅、黃銅）——不用切削液低速精加工——采用煤油2.5刀具的主要種類及應(yīng)用2.5.1車刀2.5.2孔加工刀具2.5.3

銑刀2.5.4螺紋刀具刀具的分類●按切削刃的多少分：

單刃刀具、多刃刀具●按標準化程度分：標準刀具、非標準刀具●按尺寸規(guī)格的特點分：定尺寸刀具、非定尺寸刀具●按刀具的組成形式分：整體式刀具、裝配式刀具、復(fù)合式刀具等●按加工方式和具體用途分：

車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動線及數(shù)控機床刀具、磨具2.5.1車刀車刀的種類及工藝范圍a）焊接式車刀b）整體式車刀c）機夾式車刀車刀的結(jié)構(gòu)d）可轉(zhuǎn)位式車刀e）成形車刀車刀的結(jié)構(gòu)22.5.2孔加工刀具群鉆中心鉆深孔鉆切削液入口切削液入口切削液入口切削液入口擴孔鉆鉸刀鏜刀（雙刃浮動鏜刀）2.5.3銑刀常用銑刀(i)鋸片銑刀2.5.4螺紋刀具圓板牙結(jié)構(gòu)示意圖盤形螺紋銑刀結(jié)構(gòu)示意圖螺紋滾壓工具梳形螺紋銑刀絲錐結(jié)構(gòu)示意圖2.5.5齒輪刀具成形齒輪刀具成形齒輪刀具阿基米德蝸桿齒輪滾刀展成齒輪刀具滾齒原理插齒刀剃齒刀展成齒輪刀具選擇齒輪滾刀或插齒刀時，應(yīng)注意一下幾點：刀具基本參數(shù)，如模數(shù)、齒形角、齒頂高系數(shù)等應(yīng)與被加工齒輪相同；刀具精度等級應(yīng)與被加工齒輪要求的精度等級相同；刀具旋向應(yīng)盡可能與被加工齒輪的旋向相同。2.6影響金屬切削加工的主要因素及其控制Affectingamajorfactorinmetalcuttinganditscontrol2.6.1工件材料的切削加工性2.6.2刀具幾何參數(shù)的選擇2.6.3

切削用量的選擇原則2.6.4切削液工件材料的切削加工性是指材料在一定條件下被切削加工成合格零件的難易程度。2.6.1工件材料的切削加工性■材料切削加工性●在相同的切削條件下刀具有較高的使用壽命；或在一定的刀具使用壽命下，能夠采用較高的切削速度；——考慮生產(chǎn)率和耐用度表示方法●在相同的切削條件下，切削力或切削功率小，切削溫度低；

——考慮切削力或切削功率表示方法●容易獲得良好的表面加工質(zhì)量——考慮已加工表面質(zhì)量表示方法●容易控制切屑的形狀或斷屑。——考慮是否易于斷屑表示方法■良好的切削加工性包括的內(nèi)容■衡量工件材料切削加工性的主要指標●

一定刀具壽命下的切削速度vT：vT是指刀具耐用度為T（min）時，切削某種材料所允許的最高切削速度。vT越高，表示材料的切削加工性越好。通常取T＝60min，將vT寫作v60（對于一些特別難加工的材料，也可取T=30min，將vT寫作v60或v30

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：若以切削正火狀態(tài)45鋼的v60作為基準，寫作（v60）j

，而把其它各種材料的v60同它相比，這個比值Kr稱為材料的相對加工性。即：●常用材料的相對加工性Kr分為8個級別。加工性等級材料的相對加工性等級材料名稱及種類相對加工性Kr代表性材料1很易切削材料一般有色金屬＞3.0銅鋁合金，鋁銅合金，鋁鎂合金2容易切削材料易切削鋼2.5～3退火l5Cr，σb＝0.373～o.441GPa自動機鋼，σb＝0.393～0.491GPa3較易切削鋼1.6～2.5正火30鋼，σb＝0.441～0.549GPa4普通材料一般鋼、鑄鐵1.0～1.645鋼，灰鑄鐵5稍難切削材料0.65～1.02Crl3，調(diào)質(zhì)σb＝0.834GPa85，鋼σb＝0.883GPa6難加工材料0.5～0.6545Cr，調(diào)質(zhì)σb＝1.03GPa65Mn，調(diào)質(zhì)σb＝0.932～0.9817難切削材料0.15～0.550CrV,調(diào)質(zhì)；1Crl8Ni9Ti,鈦合金8很難切削材料＜0.15某些鈦合金，鑄造鎳基高溫合金較難切削材料■常用金屬材料的切削加工性（如鋁及鋁合金，銅及銅合金等）通常屬于易切削材料?！裼猩饘?/p>

●鑄鐵鑄鐵的加工性一般較碳鋼好。比較各種鑄鐵加工性的好壞，主要取決于石墨的存在形式、基體組織狀態(tài)、金屬組織成分和熱處理的影響。例如：灰鑄鐵，可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵中，石墨分別呈片狀、團絮狀和球狀，因此它們的強度依次提高，加工性隨之變差?！裉妓劁?/p>

普通碳素鋼的切削加工性主要取決于鋼中碳的含量。低碳鋼硬度低、塑性和韌性高，切削變形大，切削溫度高，斷屑困難，故加工性較差。高碳鋼的硬度高、塑性低、導(dǎo)熱性差，故切削力大，切削溫度高，刀具耐用度低，加工性也差。相對而言，中碳鋼的切削加工性較好。

●合金工具鋼在碳素鋼中加入一定合金元素，如Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti等，使鋼的機械性能提高，但加工性也隨著變差?！龈纳撇牧锨邢骷庸ば缘拇胧裾{(diào)整材料的化學(xué)成分●加工前對材料進行適當?shù)臒崽幚怼襁x加工性好的材料狀態(tài)●

其他選用合適的刀具材料、選擇合理的刀具幾何參數(shù)、合理選用切削用量、切削液等選擇含碳量適當?shù)奶妓劁撛阡撝屑尤脒m量的硫、硒、鉛、銅、磷等元素對低碳鋼進行正火可細化晶粒，降低塑性、提高硬度對高碳鋼進行球化退火可降低硬度不銹鋼調(diào)質(zhì)到HRC28為宜

白口鑄鐵可在910~950℃經(jīng)10~20h退火變成可鍛鑄鐵對低碳鋼進行冷拉等2.6.2刀具幾何參數(shù)的選擇■刀具前角

增大前角可以減小切削變形，降低切削力、切削溫度，減小刀具磨損、抑制積屑瘤和鱗刺的生成，改善加工表面質(zhì)量。

前角過大會使刀具溫度升高，加劇其磨損。

工件材料的強度、硬度較低時，前角應(yīng)取大些；加工塑性金屬材料取較大前角；加工脆性材料取較小前角；精加工取較大前角；粗加工時取小前角。

■前刀面的型式正前角平面型

常用于精加工、加工有色金屬、復(fù)雜刀具上帶倒棱型提高刀具強度和壽命，大前角時效果更為顯著負前角常用于受沖擊載荷的刀具，加工高硬度、高強度材料的刀具和擠壓切削刀具上。負前角雙面型適用于前、后刀面同時磨損的刀具曲面型前刀面

主要用于粗加工塑性金屬和孔加工刀具上，如鉆頭、銑刀、拉刀和部分螺紋刀具上均具有曲面前面。γoγo1-γo-γoγoγo曲面型負前角面型正前角平面型帶倒棱型刀具后角αo增大后角能減少的摩擦，有利于提高加工表面質(zhì)量和刀具壽命。粗加工時，取小后角，精加工取大值；工件材料的強度、硬度越大，后角越應(yīng)小。副后角的作用主要是減少刀具與已加工表面的摩擦，其大小一般與后角相同。主、副偏角的選擇主偏角小，刀具強度增高，散熱條件好，工件表面粗糙度值小；主偏角大時，背向力減小，切削刃的工作長度長，易于斷屑。krK’r

粗加工時應(yīng)選較大主偏角（Kr=60o~75o）；工藝系統(tǒng)剛性不足時，應(yīng)選用較大主偏角。如車細長軸時，取Kr=90o~93o；加工強度、硬度高的材料，應(yīng)取較小主偏角，改善刀頭散熱條件，延長刀具壽命。

副偏角是影響表面粗糙度的主要角度，它的大小會影響刀具強度，在不影