第一章+金屬切削基礎(chǔ)知識(shí)

第1章金屬切削基礎(chǔ)知識(shí)刀具幾何角度切削層參數(shù)刀具材料切削運(yùn)動(dòng)與切削用量

1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量

第1章金屬切削基礎(chǔ)知識(shí)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)主運(yùn)動(dòng)

指直接切除工件上的余量形成加工表面的運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)的速度即切削速度，用v（m/s）表示。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

指為不斷把余量投入切削的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度用進(jìn)給量（f—mm/r）或進(jìn)給速度（vf—mm/min）表示。1.1.1切削運(yùn)動(dòng)工件在車(chē)削過(guò)程中有三個(gè)不斷變化著的表面：待加工表面已加工表面過(guò)渡表面圖外圓車(chē)削運(yùn)動(dòng)和加工表面1.1.2切削用量切削用量

切削速度vc式中n——主運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速（r/s）；d——刀具或工件的最大直徑（mm）。進(jìn)給量：工件或刀具每轉(zhuǎn)一周時(shí)(或主運(yùn)動(dòng)一循環(huán)時(shí))，兩者沿進(jìn)給方向上相對(duì)移動(dòng)的距離，單位為mm/r。背吃刀量：刀具切削刃與工件的接觸長(zhǎng)度在同時(shí)垂直于主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向上的投影值。外圓車(chē)削的背吃刀量（切削深度）就是工件已加工表面和待加工表面間的垂直距離1.2刀具角度

第1章金屬切削基礎(chǔ)知識(shí)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)1.2.1刀具切削部分的結(jié)構(gòu)要素圖外圓車(chē)刀切削部分的結(jié)構(gòu)要素刀具切削部分的結(jié)構(gòu)要素1.2.2刀具標(biāo)注角度

刀具標(biāo)注角度坐標(biāo)系（主剖面坐標(biāo)系）主切削刃主后刀面前刀面副切削刃主剖面PoA1）基面Pr：通過(guò)切削刃選定點(diǎn)與主運(yùn)動(dòng)方向垂直的平面?；媾c刀具底面平行。切削平面Ps基面Pr圖車(chē)刀主剖面坐標(biāo)系2）切削平面Ps：通過(guò)切削刃選定點(diǎn)與主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。3）主剖面Po：通過(guò)切削刃選定點(diǎn)垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。1）前角γo

在主剖面內(nèi)測(cè)量，是前刀面與基面的夾角。通過(guò)選定點(diǎn)的基面位于刀頭實(shí)體之外時(shí)γo定為正值；位于刀頭實(shí)體之內(nèi)時(shí)γo定為負(fù)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(guò)大，刀刃和刀尖強(qiáng)度下降，刀具導(dǎo)熱體積減小，影響刀具壽命。Aκr′A向f圖車(chē)刀在主剖面參考系中的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsγ01.2.2刀具標(biāo)注角度

刀具標(biāo)注角度Aκr′A向f圖車(chē)刀在主剖面參考系中的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs2）后角αo

后角αo在主剖面內(nèi)測(cè)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(guò)大，刀刃強(qiáng)度下降，刀具導(dǎo)熱體積減小，反而會(huì)加快主后刀面的磨損。α01.2.2刀具標(biāo)注角度

主偏角應(yīng)根據(jù)加工對(duì)象正確選取，車(chē)刀常用的主偏角有45°、60°、75°、90°幾種。3）主偏角κr

在基面內(nèi)測(cè)量，是主切削刃在基面上投影與假定進(jìn)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(zhǎng)度增加，負(fù)荷減輕，同時(shí)加強(qiáng)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(dāng)加工剛性較弱的工件時(shí)，易引起工件變形和振動(dòng)。1.2.2刀具標(biāo)注角度

Aκr′A向f圖車(chē)刀在主剖面參考系中的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsκrκr′AA向f圖車(chē)刀在主剖面參考系中的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs4）副偏角κr′

κr′在基面內(nèi)測(cè)量，是副切削刃在基面上的投影與假定進(jìn)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(shí)產(chǎn)生振動(dòng)。副偏角的大小影響刀尖強(qiáng)度和表面粗糙度。1.2.2刀具標(biāo)注角度

κr′在切深、進(jìn)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。a）b）c）圖刃傾角對(duì)排屑方向的影響1.2.2刀具標(biāo)注角度

5）刃傾角λs——切削平面內(nèi)測(cè)量，是主切削刃與基面的夾角。當(dāng)?shù)都馐乔邢魅凶罡唿c(diǎn)時(shí),λs定為正值；反之位負(fù)。

λs影響刀尖強(qiáng)度和切屑流動(dòng)方向。粗加工時(shí)為增強(qiáng)刀尖強(qiáng)度，λs常取負(fù)值；精加工時(shí)為防止切屑劃傷已加工表面，λs常取正值或零。橫向進(jìn)給車(chē)削①當(dāng)進(jìn)給量f一定時(shí)，隨d值↓—值↑，接近中心αoe為負(fù)值。②當(dāng)f↑—值↑橫車(chē)時(shí)f不宜過(guò)大，并應(yīng)適當(dāng)加大αo。1.2.3刀具工作角度圖橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)刀具工作角度的影響縱向進(jìn)給車(chē)削1.2.3刀具工作角度圖縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)刀具工作角度的影響車(chē)右螺紋時(shí)左側(cè)刃角度變化換算到主剖面內(nèi)：f↑或dw↓時(shí)，ηf、η均↑車(chē)削右螺紋時(shí)左側(cè)刃應(yīng)↑αo刀具安裝高低的影響1.2.3刀具工作角度圖刀具安裝高低對(duì)工作角度的影響假定車(chē)刀λs＝0,刀尖高于工件中心若刀尖低于工件中心，角度變化與上述相反。刀桿中心線(xiàn)與進(jìn)給方向不垂直的影響1.2.3刀具工作角度

1.3切削層參數(shù)第1章金屬切削基礎(chǔ)知識(shí)

機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)1.3切削層參數(shù)切削層參數(shù)

切削厚度

切削寬度

圖切削層參數(shù)bDhD=ffdwDmapa）ΚrhDbD

=apb）c）切削面積

1.4刀具材料第1章金屬切削基礎(chǔ)知識(shí)

機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)刀具材料應(yīng)具備的基本性能

1）高的硬度和耐磨性2）足夠的強(qiáng)度和韌性3）較好的熱硬性4）良好的導(dǎo)熱性和耐熱沖擊性能

5）良好的工藝性6）經(jīng)濟(jì)性1.4.1刀具材料應(yīng)具備的基本性能

切削速度（m/min）2000100050020010050201018001850190019502000年代碳素工具鋼合金工具鋼WC系硬質(zhì)合金高速鋼WC-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）刀具材料的發(fā)展1.4.1刀具材料應(yīng)具備的基本性能

刀具材料種類(lèi)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。碳素工具鋼和合金工具鋼，因其耐熱性很差，目前僅用于手工工具。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。特點(diǎn)：1）強(qiáng)度高，抗彎強(qiáng)度為硬質(zhì)合金的2～3倍；2）韌性高，比硬質(zhì)合金高幾十倍；3）硬度HRc63以上，且有較好的耐熱性；4）可加工性好，熱處理變形較小。應(yīng)用：常用于制造各種復(fù)雜刀具（如鉆頭、絲錐、拉刀、成型刀具、齒輪刀具等）。1.4.2常用刀具材料

高速鋼表常用高速鋼牌號(hào)及其應(yīng)用范圍類(lèi)別牌號(hào)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W14Cr4VmnRe用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭等高性能高速鋼高碳95W18Cr4V用于制造對(duì)韌性要求不高，但對(duì)耐磨性要求較高的刀具高礬W12Cr4V4Mo用于制造形狀簡(jiǎn)單，對(duì)耐磨性要求較高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al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(jiǎn)單的刀具，如加工鐵基高溫合金的鉆頭W12Cr4V3Mo3Co5Si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

1.4.2常用刀具材料

硬質(zhì)合金是用高硬度、高熔點(diǎn)的金屬碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC等）粉末和金屬粘結(jié)劑（如Co、Ni、Mo等）經(jīng)高壓成型后，再在高溫下燒結(jié)而成的粉末冶金制品。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(yuǎn)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(qiáng)度較低、脆性較大，抗振動(dòng)和沖擊性能也較差。硬質(zhì)合金因其切削性能優(yōu)良而被廣泛用來(lái)制作各種刀具。在我國(guó)，絕大多數(shù)車(chē)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(kāi)始應(yīng)用硬質(zhì)合金制造。1.4.2常用刀具材料

硬質(zhì)合金表常用硬質(zhì)合金牌號(hào)及應(yīng)用范圍牌號(hào)應(yīng)用范圍YG3硬度、抗彎耐磨強(qiáng)度、性、韌性、切削進(jìn)給速度量鑄鐵、有色金屬、高溫合金的精、半精加工，無(wú)沖擊YA6冷硬鑄鐵、淬硬鋼、有色金屬及合金的精、半精加工YG6X鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精、半精加工，YG6鑄鐵、有色金屬、高溫合金的半精加工和粗加工YG8鑄鐵、有色金屬、高溫合金粗加工，可用于斷續(xù)切削YT30硬度、抗彎耐磨強(qiáng)度、切削韌性、速度進(jìn)給碳素鋼、合金鋼的精加工YT15碳鋼、合金鋼連續(xù)切時(shí)粗、半精加工，斷續(xù)切精加工YT5碳素鋼、合金鋼的粗加工，可用于斷續(xù)切削YW1同上高強(qiáng)度鋼、碳鋼、鑄鐵、有色金屬等的精、半精加工YW2高強(qiáng)度鋼、碳鋼、鑄鐵、有色金屬等的半精與粗加工YN05同上碳鋼、合金鋼的高速精車(chē)，系統(tǒng)剛性好的細(xì)長(zhǎng)軸精車(chē)YN10碳鋼、合金鋼、淬硬鋼連續(xù)表面的精加工1.4.2常用刀具材料

陶瓷材料比硬質(zhì)合金具有更高的硬度（HRA91～95）和耐熱性，在1200℃的溫度下仍能切削，耐磨性和化學(xué)惰性好，摩擦系數(shù)小，抗粘結(jié)和擴(kuò)散磨損能力強(qiáng)，因而能以更高的速度切削，并可切削難加工的高硬度材料。1.4.3其他刀具材料

主要缺點(diǎn)是性脆、抗沖擊韌性差，抗彎強(qiáng)度低。陶瓷刀具材料

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)0.01μm，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。

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（HK6500～8000），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。

金剛石刀具不適于加工鋼及鑄鐵。

聚晶立方氮化硼（CBN）由單晶立方氮化硼微粉在高溫高壓下聚合而成。硬度為HV3000～4500，耐熱性達(dá)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(shí)可以代替磨削加工。1.4.3其他刀具材料

超硬刀具材料1.4刀具材料

刀具材料種類(lèi)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材料性能硬度HRC65HRC66HRA90HRA93HV10000

HV7500HV4000抗彎強(qiáng)度2.4GPa3.2GPa1.45GPa0.8GPa0.3GPa2.8GPa1.5GPa導(dǎo)熱系數(shù)40-5020-3070-10030-40146.5

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

600-800℃＞1000℃化學(xué)惰性