學習情景二：軸類零件的加工

學習情境二：軸類零件的加工機械工程系·機制教研室1學習目標任務一：金屬切削加工知識的介紹任務二：金屬切削機床的認識任務三：軸類零件的加工工藝分析及工藝實施學習情境二：軸類零件的加工2項目描述軸類零件是機械加工中經(jīng)常遇到的典型零件之一，在機器中的功用主要是支承傳動零件、傳遞運動和扭矩。學習情境二：軸類零件的加工3項目描述例如：學習情境二：軸類零件的加工4項目描述學習情境二：軸類零件的加工5任務一分解學習情境1：切削運動基本常識的認識學習情境2：金屬切削刀具常識的認識學習情境3：金屬切削過程中的物理現(xiàn)象及規(guī)律的了解學習情境二：軸類零件的加工6任務二分解學習情境二：軸類零件的加工學習情境1：機床的認識學習情境2：機床的運動學習情境3：機床的組成學習情境4：機床的傳動學習情境5：車床的分析7任務三分解學習情境二：軸類零件的加工學習情境1：典型軸類零件認識學習情境2：傳動軸的結(jié)構(gòu)與工藝分析學習情境3：確定生產(chǎn)類型學習情境4：確定傳動軸的毛坯類型及其制造方法學習情境5：選擇定位基準和加工裝備學習情境6：擬定傳動軸機械加工工藝路線學習情境7：加工工序設計8任務一：金屬切削加工知識的介紹學習情境1：切削運動基本常識的認識主運動和進給運動是實現(xiàn)切削加工的基本運動，可以由刀具來完成，也可以由工件來完成；可以是直線運動（用T表示），也可以是回轉(zhuǎn)運動（用R表示）一、切削運動主運動

——切削速度最高，消耗功率最大，只有一個指直接切除工件上的余量形成加工表面的運動。主運動的速度即切削速度，用ν（m/s）表示。進給運動——速度較低，消耗功率較小，可有一個或多個，

也可不存在指為不斷把余量投入切削的運動。進給運動的速度用進給量（?—mm/r）或進給速度（ν?—mm/min）表示。9外圓表面加工方法任務一：金屬切削加工知識的介紹10二、工件加工表面任務一：金屬切削加工知識的介紹11三、切削用量切削用量是指切削速度νc、進給量?（或進給速度ν?）和背吃刀量ap，三者又稱為切削用量三要素。切削刃相對于工件的主運動速度稱為切削速度。切削速度vc式中n——主運動轉(zhuǎn)速（r/s）；

d——刀具或工件的最大直徑（mm）。若主運動為往復運動時，其平均速度為：式中nr——主運動每秒鐘往復次數(shù)（str/s）；

l——往復運動行程長度（mm）。任務一：金屬切削加工知識的介紹三、切削用量進給量?(v?)工件或刀具每轉(zhuǎn)一周時(或主運動一循環(huán)時)，兩者沿進給方向上相對移動的距離，單位為mm/r。對于多齒刀具還可用每齒進給量?z表示,單位為mm／min。若刀具齒數(shù)z為，則進給量與進給運動速度、每齒進給量的關系為：12任務一：金屬切削加工知識的介紹13三、切削用量13主刀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。

單位為mm。背吃刀量ap式中：dw——工件待加工表面的直徑；

dm——工件已加工表面的直徑。任務一：金屬切削加工知識的介紹14四、切削層參數(shù)任務一：金屬切削加工知識的介紹由切削刃正在切削的這一層金屬叫作切削層。切削層的截面尺寸稱為切削層參數(shù)。它決定了刀具切削部分所承受的負荷和切屑尺寸的大小，通常在基面Pr內(nèi)度量。切削厚度hD：指在同一瞬間的切削層橫截面積與其公稱切削層寬度之比，單位：mm切削面積AD：指在給定瞬間，切削層在切削層尺寸平面里的實際橫截面積，單位：mm2切削寬度bD：指在給定瞬間，在切削層尺寸平面中測量的作用主切削刃截形上兩個極點間的距離，單位：mm15切削厚度

切削寬度

任務一：金屬切削加工知識的介紹切削層面積16五、切削方式直角切削：λs＝0的切削，主切削刃與切削速度方向垂直斜角切削：λs≠0的切削，主切削刃與切削速度方向不垂直任務一：金屬切削加工知識的介紹17例題：車外圓時工件加工前直徑為62mm，加工后直徑為56mm，工件轉(zhuǎn)速為4r/s，刀具每秒鐘沿工件軸向移動2mm，工件加工長度為110mm，切入長度為3mm，求ν、?、ap。解：ν=πdn/1000=π·62·4/1000=0.779m/s?=ν?/n=2/4=0.5mm/rap=(dw-dm)/2=(62-56)/2=3mm任務一：金屬切削加工知識的介紹18學習情境2：金屬切削刀具常識的認識一、刀具結(jié)構(gòu)任務一：金屬切削加工知識的介紹刀具的組成刀具由切削部分和刀柄(或稱刀桿)兩部分組成，刀柄是刀具上用于夾持的部分；切削部分是由前刀面、后刀面和切削刃等組成的，起切削作用的部分。19車刀

外圓車刀是最基本、最典型的刀具，由刀頭和刀體組成。車刀的切削部分由3個刀面，即：前刀面、主后刀面和副后刀面，2個刀刃，即：主切削刃和副切削刃，1個刀尖組成。任務一：金屬切削加工知識的介紹20a）焊接式車刀b）整體式車刀c）機夾式車刀

車刀的結(jié)構(gòu)圖車刀任務一：金屬切削加工知識的介紹22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圖任務一：金屬切削加工知識的介紹23實際切削中確定角度的基準任務一：金屬切削加工知識的介紹二、刀具幾何角度刀具角度參考系刀具標注角度參考系刀具工作角度參考系設計制造測量角度時的基準由主運動方向確定由合成切削運動方向確定241）假定刀刃上的選定點：位于假定工件的軸平面內(nèi)，是刀具靜止參考系的原點；2）假設運動條件：假設不考慮進給運動的大小，以切削刃選點位于工件中心高時的主運動方向作為假定主運動方向，以切削刃選定點的進給運動方向作為假定進給運動方向。3）假設安裝條件：假設刀具安裝時刀尖與工件的軸線等高，刀桿與工件的軸線垂直。任務一：金屬切削加工知識的介紹刀具靜止參考系是在下列假定條件下建立的：25(1)正交平面參考系：pr、ps、po(2)法平面參考系：pr、ps、pn(3)背平面參考系：pr、ps、pp(4)進給平面參考系：pr、ps、pf刀具標注角度的參考系：任務一：金屬切削加工知識的介紹26刀具標注角度參考系（正交平面參考系）1）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。車刀主剖面參考系圖2）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。3）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。任務一：金屬切削加工知識的介紹主剖面Po切削平面Ps基面Pr法平面Pn法平面Pn:過切削刃上選定點并垂直于主切削刃或其切線的平面圖1-5刀具切削角度的示意圖圖1-6橫車的基面和切削平面331）前角γo

在主剖面內(nèi)測量，是前刀面與基面的夾角。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，刀具導熱體積減小，影響刀具壽命。Aκr′A向f

車刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsγ0刀具幾何角度標注

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°。任務一：金屬切削加工知識的介紹34后角αo在主剖面內(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，刀具導熱體積減小，反而會加快主后刀面的磨損。α0

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°。任務一：金屬切削加工知識的介紹2）后角αo35

主偏角應根據(jù)加工對象正確選取，車刀常用的主偏角有45°、60°、75°、90°幾種。在基面內(nèi)測量，是主切削刃在基面上投影與假定進給方向的夾角。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。Aκr′A向f車刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsκr任務一：金屬切削加工知識的介紹3）主偏角κr

36常用車刀主偏角的形式任務一：金屬切削加工知識的介紹37κr′AA向f車刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs4）副偏角κr′

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。κr′

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。任務一：金屬切削加工知識的介紹κr′在基面內(nèi)測量，是副切削刃在基面上的投影與假定進給反方向的夾角。38切削平面內(nèi)測量，是主切削刃與基面的夾角。當?shù)都馐乔邢魅凶罡唿c時,λs定為正值；反之位負。

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。任務一：金屬切削加工知識的介紹5）刃傾角λs刃傾角對排屑方向的影響39任務一：金屬切削加工知識的介紹40任務一：金屬切削加工知識的介紹41任務一：金屬切削加工知識的介紹圖1－14

45°彎頭車刀a）車外圓b）車端面c）車內(nèi)孔d）倒角四、切斷刀一金屬切削基礎知識麻花鉆的組成和切削部分

麻花鉆的構(gòu)造為了保證鉆頭必要的剛性和強度，工作部分的鉆心直徑向柄部方向遞增。刀柄：鉆頭的夾持部分，用來傳遞扭矩頸部：磨柄部時退砂輪用，打標記一、鉆孔2.高速鋼麻花鉆的結(jié)構(gòu)鉆頭切削部分5個刀刃6個刀面兩條主切削刃兩條副切削刃一條橫刃兩個螺旋形前刀面兩個經(jīng)刃磨獲得的后刀面兩個圓弧段的副后刀面1、麻花鉆結(jié)構(gòu)特點1）橫刃較長，橫刃處前角為負值切削阻力大，據(jù)實驗50%

的軸向力和15%的扭距。2）主切削刃上各點前角不同（靠近鉆心處前角為負值），切削性能差。3）鉆頭的副后角為零，摩擦力大。4）主切削刃外緣處刀尖角小，刀齒薄弱。5）主切削刃長，且全刀寬切削，排屑困難。特點圖示一、鉆孔3.鉆削用量1）背吃刀量asp

單位：mm一、鉆孔3.鉆削用量2）鉆削速度vc

單位：m/min3.鉆削用量3）鉆削進給量與進給速度：

f單位：mm/rfz單位：mm/zVf單位：mm/min

一、鉆孔62實際工作中，考慮合成運動和實際安裝情況，則假定的工作條件發(fā)生了變化，使靜止參考系中的各個坐標面和測量面的位置也隨之變化。因此，刀具切削加工時的實際幾何參數(shù)就要在工作參考系中測量。工作參考系中各坐標平面的定義與靜止參考系相同，只需用合成切削運動方向取代主運動方向。它們是工作基面Pre、工作切削平面Pse、工作正交平面Poa、工作法平面Pne（Pne=Pn）、工作平面Pfe、工作背平面Ppe等。刀具工作角度參考系及幾何參數(shù)任務一：金屬切削加工知識的介紹63刀具工作角度

式中μ角是主運動方向與合成切削速度方向間的夾角?！暨M給運動對工作角度的影響橫切任務一：金屬切削加工知識的介紹切斷刀的工作角度①當進給量?一定時，隨d值↓—μ值↑，接近中心αoe為負值。②當?↑—μ值↑橫車時?不宜過大，并應適當加大αo64

縱切

在進給剖面，有：將其換算到主剖面內(nèi)得到：在主剖面內(nèi)：任務一：金屬切削加工知識的介紹65刀具工作角度◆刀具安裝對工作角度的影響

車刀安裝高度對工作角度的影響任務一：金屬切削加工知識的介紹刀具安裝高低的影響67刀桿中心線與進給方向不垂直的影響任務一：金屬切削加工知識的介紹68三、刀具材料對刀具切削部分材料的要求1）高的硬度和耐磨性2）足夠的強度和韌性3）較好的熱硬性4）良好的工藝性5）經(jīng)濟性任務一：金屬切削加工知識的介紹刀具的切削性能決定于刀具結(jié)構(gòu)、切削部分的材料和幾何參數(shù)69

刀具材料的發(fā)展與切削加工高速化的關系切削速度（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）任務一：金屬切削加工知識的介紹刀具材料的發(fā)展70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任務一：金屬切削加工知識的介紹刀具材料的發(fā)展71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?！舾咚黉?/p>

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：1）強度高，抗彎強度為硬質(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。應用：常用于制造各種復雜刀具（如鉆頭、絲錐、拉刀、成型刀具、齒輪刀具等）。常用刀具材料任務一：金屬切削加工知識的介紹

（二）高速鋼的分類三、常用刀具材料73

常用高速鋼牌號及其應用范圍類別牌號主要用途普通高速鋼W18Cr4V用于鉆頭、絞刀、銑刀、絲錐、齒輪刀具等W6Mo5Cr4V2要求熱塑性好和受沖擊大的刀具，如軋制鉆頭等W14Cr4VmnRe要求熱塑性好和受沖擊大的刀具，如軋制鉆頭等高性能高速鋼高碳95W18Cr4V用于韌性要求不高，但對耐磨性要求較高的刀具高礬W12Cr4V4Mo用于制造形狀簡單，對耐磨性要求較高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al用于制造復雜刀具和難加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al耐磨性好，用于制造加工高強度耐熱鋼的刀具W6Mo5Cr4V5SiNbAl用于形狀簡單刀具，如加工鐵基高溫合金的鉆頭W12Cr4V3Mo3Co5Si耐磨性、耐熱性好，用于加工高強度鋼的刀具W2Mo9Cr4VCo8（M42）難加工材料刀具，磨削性好，價格昂貴任務一：金屬切削加工知識的介紹YT(P)類加工長切屑的黑色金屬WC+TiC+Co74◆硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金是用高硬度、高熔點的金屬碳化物（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。YW(M)類鋼材、鑄鐵等有色金屬非金屬WC+TiC+TaC+CoYG(K)類短切屑黑色金屬、有色金屬非金屬WC+Co分類任務一：金屬切削加工知識的介紹

1、鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金YG：

WC+Co①常用牌號：YG3、YG6、YG8（3、6、8、代表Co含量占3%、6%、8%）②應用：

主要用于加工鑄鐵、青銅等脆性材料，不適合加工鋼料，因為在640℃時發(fā)生嚴重粘結(jié)，使刀具磨損，耐用度下降。三、常用刀具材料（二）分類

2、鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金（YT）：硬質(zhì)相（WC+TiC）+粘結(jié)相（Co）①常用牌號：YT5、YT14、YT15、YT30（數(shù)字表示TiC的百分含量）②應用：

主要用于加工鋼材及有色金屬，一般不用與加工含Ti的材料,如1Cr15Ni9Ti,Ti與Ti的親合力較大，使刀具磨損較快。三、常用刀具材料3、添加稀有金屬硬質(zhì)合金鎢鉭（鈮）鈷類硬質(zhì)合金（YA）和鎢鈦鉭（鈮）鈷類硬質(zhì)合金（YW），是在鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金（YT）中加入TaC(NbC),可提高其抗彎強度、疲勞強度和沖擊韌性，提高和金的高溫硬度和高溫強度，提高抗氧化能力和耐磨性。這類合金可以用于加工鑄鐵及有色金屬，也可用于加工鋼材，因此常成為通用硬質(zhì)合金，他們主要用于加工難加工材料。4、碳化鈦基硬質(zhì)合金（YN）這種合金有很高的耐磨性，有較高的耐熱性和抗氧化能力，化學穩(wěn)定性好，與工件材料的親合力小，抗粘結(jié)能力較強。主要用于鋼材、鑄鐵的精加工、半精加工和粗加工。三、常用刀具材料

（三）涂層硬質(zhì)合金的選用涂層硬質(zhì)合金是采用韌性較好的基體（如硬質(zhì)合金刀片或高速鋼等），通過化學氣相沉積和真空濺射等方法，對硬質(zhì)合金表面涂層厚度為5～12μm的涂層材料以提高刀具的抗磨損能力。涂層材料為TiC、TiN、Al2O3等。適合于各種鋼材、鑄鐵的半精加工和精加工，也適合于負荷較小的精加工。三、常用刀具材料79

各種硬質(zhì)合金的應用范圍牌號應用范圍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)切削時的粗加工、半精加工，亦可用于斷續(xù)切削時的精加工YT14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度、韌性、進給量硬度、耐磨性、切削速度抗彎強度、韌性、進給量硬度、耐磨性、切削速度抗彎強度、韌性、進給量硬度、耐磨性、切削速度任務一：金屬切削加工知識的介紹80◆

陶瓷刀具材料

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。任務一：金屬切削加工知識的介紹81◆超硬刀具材料

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。

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1200℃，化學惰性很好，在1000℃的溫度下不與鐵、鎳和鈷等金屬發(fā)生化學反應。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。任務一：金屬切削加工知識的介紹82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W18Cr4VYG6Si3N4

金剛石

PCD

化硼

PCBN材料性能

硬度

HRC65HRC66HRA90HRA93HV10000

HV7500

HV4000抗彎強度

2.4GPa3.2GPa1.45GPa0.8GPa0.3GPa2.8GPa1.5GPa導熱系數(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任務一：金屬切削加工知識的介紹83四、刀具的種類（1）直頭外圓車刀；（2）彎頭車刀；（3）偏刀；（4）切槽或切斷刀；（5）鏜孔刀；（6）螺紋車刀；（7）成形車刀；車刀任務一：金屬切削加工知識的介紹84孔加工刀具任務一：金屬切削加工知識的介紹85（1）圓柱平面銑刀（2）端銑刀（3）盤銑刀單面刃、雙面刃、三面刃、錯齒三面刃（4）鋸片銑刀（5）立銑刀（6）鍵槽銑刀（7）角度銑刀（8）成形銑刀銑刀的種類任務一：金屬切削加工知識的介紹86任務一：金屬切削加工知識的介紹87磨削刀具——砂輪任務一：金屬切削加工知識的介紹88任務一：金屬切削加工知識的介紹拉刀種類按加工表面分為內(nèi)拉刀和外拉刀；按拉削方式分普通式、輪切式、及綜合式；按受力不同分拉刀和推刀。89任務一：金屬切削加工知識的介紹先進刀具高精度高效率高可靠性專業(yè)化90任務一：金屬切削加工知識的介紹整體式刀具完全用刀具材料制造，對貴重的刀具材料消耗較大，一般只用來制造小尺寸刀具或某些復雜刀具，如中心鉆、整體式立銑刀等。焊接式刀具大部分用碳鋼或低合金鋼制造，形成切削刃的小部分用刀具材料，如高速鋼和硬質(zhì)合金等制造。它用焊料焊接于在刀體上預先加工出的刀槽中，再進行刀具的制造和刃磨。焊接式刀具結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、剛性好，使用比較普遍。但硬質(zhì)合金刀片經(jīng)高溫焊接后切削性能有所下降。機夾重磨式刀具系采用普通刀片，用機械夾固方法夾持在刀體上使用的刀具。刀具磨損后，將刀片卸下，經(jīng)過刃磨又可裝上繼續(xù)使用。這類刀具有如下特點：刀片不經(jīng)高溫焊接，提高了刀具耐用度；刀體可以多次使用，刀片利用率高。機夾不重磨式刀具是采用標準的可轉(zhuǎn)位不重磨刀片，用機械夾固方法夾持在刀體上使用的刀具。刀具磨損后，將刀片轉(zhuǎn)過一個角度，使下一個切刃轉(zhuǎn)到使用位置。根據(jù)刀具材料的使用來劃分，刀具有以下幾種結(jié)構(gòu)：二、可轉(zhuǎn)位車刀1.可轉(zhuǎn)位車刀的結(jié)構(gòu)圖5-3

機夾刀具的結(jié)構(gòu)形式a)上壓式機夾車刀b)切削力自鎖車刀c)彈性加緊式切刀d)側(cè)壓力裝式車刀e)削扁銷機夾螺紋車刀f)彈性夾緊式刨刀

五車刀及成形車刀三夾車刀與可轉(zhuǎn)位車刀圖5-3機夾刀具的結(jié)構(gòu)形式a)上壓式機夾車刀b)切削力自鎖車刀c)彈性加緊式切刀d)側(cè)壓力裝式車刀e)削扁銷機夾螺紋車刀f)彈性夾緊式刨刀

五車刀及成形車刀三夾車刀與可轉(zhuǎn)位車刀可轉(zhuǎn)位車刀由刀片、刀墊、刀柄及緊元件等組成，如圖5-4所示。1-刀片2-刀墊3-卡簧4-杠桿5-彈簧6-螺絲7-刀柄圖5-4可轉(zhuǎn)位車刀的組合五車刀及成形車刀三夾車刀與可轉(zhuǎn)位車刀2.可轉(zhuǎn)位車刀刀片（1）刀片形狀、代號及其選擇五車刀及成形車刀三夾車刀與可轉(zhuǎn)位車刀（2）可轉(zhuǎn)位車刀幾何角度的計算圖5-5可轉(zhuǎn)位車刀幾何角度的形成刀具角度的刀片裝配到具有一定刀槽角度的刀桿上綜合形成的。五車刀及成形車刀三夾車刀與可轉(zhuǎn)位車刀在使用可轉(zhuǎn)位車刀時，選定的刀片角度和刀槽角度后，必須對所選刀片安裝在刀桿上所形成的綜合刀具角度進行驗算，確定其是否合理。驗算的公式如下五車刀及成形車刀三夾車刀與可轉(zhuǎn)位車刀3.可轉(zhuǎn)位車刀類型及加緊結(jié)構(gòu)的選擇圖5-6可轉(zhuǎn)位刀片夾緊結(jié)構(gòu)a)杠桿式b)杠銷式三夾車刀與可轉(zhuǎn)位車刀五車刀及成形車刀3.可轉(zhuǎn)位車刀類型及夾緊結(jié)構(gòu)的選擇圖5-6可轉(zhuǎn)位刀片夾緊結(jié)構(gòu)c)斜楔式d)上壓式e)偏心式三夾車刀與可轉(zhuǎn)位車刀五車刀及成形車刀99學習情境4：金屬切削過程中物理現(xiàn)象及規(guī)律的了解任務一：金屬切削加工知識的介紹切屑的形成與形狀切削力、切削熱、切削溫度切削液積屑瘤、殘余應力和加工硬化刀具磨損與刀具壽命刀具的幾何角度、切削用量的選擇切削過程中影響加工質(zhì)量的因素：第三章金屬切削過程

(TheCuttingProcess)一、金屬切削方式和模型二、金屬切削過程的理論分析三、切削力的產(chǎn)生與分析四、前刀面的摩擦與積屑瘤五、切屑形式及影響因素重點和難點：認識金屬切削層的變形過程，了解積屑瘤對切削過程的影響。第一節(jié)切削模型1、正壓力擠壓破壞模型Fττ在正壓力的作用下，金屬先后產(chǎn)生彈性變形、塑性變形，沿滑移面產(chǎn)生剪切破壞。

特點：兩側(cè)是自由的，速度比較低。二、剪切過程的理論分析金屬切削過程就是工件的被切金屬層在刀具前刀面的推擠下，沿著剪切面（滑移面）產(chǎn)生剪切滑移變形并轉(zhuǎn)變?yōu)榍行嫉倪^程。1、三個變形區(qū)第一變形區(qū)：剪切滑移區(qū)域第二變形區(qū)：切屑形成和流出區(qū)第三變形區(qū)：已加工表面形成區(qū)切削層金屬從開始塑性變形到剪切滑移基本完成的過程區(qū)。OA與OM之間的區(qū)域就是第一變形區(qū)Ⅰ物理現(xiàn)象：產(chǎn)生切屑切屑沿前刀面排出時進一步受到前刀面的擠壓和摩擦，使靠近前刀面的金屬纖維化，基本與前刀面平行。物理現(xiàn)象：產(chǎn)生積屑瘤已加工表面受到切削刃鈍圓部分和后刀面的擠壓和摩擦，產(chǎn)生變形與回彈，造成纖維化和加工硬化。物理現(xiàn)象：產(chǎn)生加工硬化選定被切金屬層中的一個晶粒P來觀察其變形過程。OA—始剪切線OB—滑移線OC—滑移線OM—終剪切線OA—OM所形成的塑性變形區(qū)稱為第一變形區(qū)特征：沿滑移線的剪切變形；隨之產(chǎn)生的“加工硬化”現(xiàn)象。在一般切削速度下，OA與OM非常接近（0.02mm～0.2mm）。故用一個平面來表示這個變形區(qū)—剪切面。剪切面與切削速度方向的夾角—剪切角。在切削速度較高時，這一變形區(qū)較窄。三、表示變形程度的方法1、切屑變形系數(shù)ξ長度變形系數(shù)：切削層長度與切屑長度的比值。厚度變形系數(shù)：切屑厚度與切削層厚度的比值。變形系數(shù)ξ2、相對滑移量ε切削層滑移的距離與切削層距離的比值一、作用在切屑上的力Fr—切屑形成力第二節(jié)前刀面上的受力與摩擦摩擦角前角剪切角Ff－前刀面上的摩擦力Fn－前刀面上的正壓力Fns

－剪切面上的正壓力Fs

－剪切面上的剪切力因為所以切削運動方向的切削分力切削深度方向的切削分力Ac－切屑層的剖面積As－剪切面的剖面積τ－剪切面上的剪應力二、剪切角的計算（1）根據(jù)合力最小原理確定的剪切角令求得麥錢特公式（2）根據(jù)主應力方向與最大剪應力方向成45度原理確定的剪切角。即：李和謝弗公式前角增大時，剪切角隨之增大，變形減小；摩擦角增大，剪切角隨之減小，變形增大。因素切削層面積材料強度剪切角前角前刀面摩擦對切屑形成力的影響++--+各因素對切屑形成力的定性影響負號表示隨該因素增加，被影響因素有減少的趨勢（負相關）正號表示隨該因素增加，被影響因素有增加的趨勢（正相關）1、內(nèi)摩擦與外摩擦冷焊—切屑與前刀面壓力很大、高溫，可粘結(jié)現(xiàn)象。刀屑接觸面分兩個區(qū)域：

內(nèi)摩擦外摩擦前刀面平均摩擦系數(shù)：三、前刀面上的摩擦單位切向力分布曲線正應力分布曲線金屬切削時，由于刀屑接觸面之間存在這很大的壓力，切削液不易流入接觸界面。再加上幾百度的高溫，刀屑之間存在強烈的粘結(jié)現(xiàn)象。在粘結(jié)的情況下，相對滑移不是發(fā)生在接觸面上，而是發(fā)生在剪切強度較低的金屬內(nèi)部，既靠強度較低的金屬內(nèi)部的剪切滑移來實現(xiàn)相對滑動的。第四節(jié)積屑瘤的形成及其對切削過程的影響當?shù)缎奸g的接觸滿足形成冷焊的條件時，切屑底面上的金屬層就會冷焊粘結(jié)并層積在前刀面上，形成一個非常堅硬的金屬堆積物，稱為積屑瘤。一.積屑瘤現(xiàn)象及其產(chǎn)生條件二.切削速度不同，積屑瘤生長所能達到的高度不同Ⅰ區(qū)：切削速度低，形成粒狀或帶狀切屑，沒有積屑瘤生成；Ⅱ區(qū)：積屑瘤生長的基礎比較穩(wěn)定，可代替刀具；Ⅲ區(qū)：切削溫度升高，切屑底部開始軟化脫落；Ⅳ區(qū)：切削溫度較高而冷焊消失，無積屑瘤。三.積屑瘤對切削過程的影響及其控制1.保護刀具2.增大前角3.增大切削厚度4.增大已加工表面粗糙度粗加工時，對精度和表面質(zhì)量要求不高，利用其穩(wěn)定生長代替刀具切削，保護了刀具，減小了切削變形。精加工，絕對不允許有積屑瘤?？刂品e屑瘤的形成，實質(zhì)上就是控制刀屑界面處的摩擦系數(shù)。改善方法：改變切削速度；加注切削液，潤滑；增大前角，以減小刀屑接觸區(qū)壓力。第六節(jié)切屑的類型及其變化（1）帶狀切屑由于工件材料不同，切削條件不同，切削過程的變形也不同，所形成的切屑多種多樣（2）擠裂切屑(3)單元切屑（4）崩碎切屑由材料的應力—應變特性和塑性變形程度決定一.帶狀切屑

內(nèi)表面光滑，外表面是毛茸狀。當切削厚度小，切削速度較高，刀具前角較大時，易形成帶狀。其切削過程平穩(wěn)，切削力波動較小，已加工表面粗糙度較小。二.節(jié)狀切屑

外表面呈鋸齒形，內(nèi)表面有時有裂紋。切屑上各滑移面大部分被剪斷，尚有小部分相連。切削速度較低，切削厚度較大時，易形成節(jié)狀。切削過程不平穩(wěn)，切削力有波動，已加工表面粗糙度較大。三.單元切屑（粒狀切屑）

切屑沿剪切面完全斷開，因而切屑呈單元狀。切削塑性較差的材料時，在切削速度極低時產(chǎn)生。四.崩碎切屑

切削脆性材料時，被切金屬在前刀面的推擠下未經(jīng)塑性變形就在張應力狀態(tài)下脆斷。切削力幅度小，但波動大，加工表面凹凸不平。2.1.3影響切削變形的因素1．工件材料2．刀具幾何參數(shù)

3．切削速度4．切削厚度1．工件材料通過試驗，可以發(fā)現(xiàn)工件材料強度和切屑變形有密切的關系。從圖可以看出，隨著工件材料強度的增大，切屑的變形越來越小。圖2-10材料強度對變形系數(shù)的影響2．刀具幾何參數(shù)由圖2-7可以看到，當?shù)毒咔敖铅肙增大時，沿刀面流出的金屬切削層將比較平緩的流出，金屬切屑的變形也會變小。通過對高速鋼刀具所作的切削試驗也證明了這一點。在同樣的切削速度下，刀具前角γO愈大，材料變形系數(shù)愈小。刀尖圓弧半徑對切削變形也有影響，刀尖圓弧半徑越大，表明刀尖越鈍，對加工表面擠壓也越大，表面的切削變形也越大。3、切削速度由圖2-11可以看出，隨切削速度變化的材料變形系數(shù)曲線并不是一直遞減，而是在某一段有一個波峰，這實際是積屑瘤產(chǎn)生的影響。所以切削速度對材料變形的影響分為兩個段，一個是積屑瘤這一段，另一個是無積屑瘤段。積屑瘤段情況切削速度對切屑變形的影響主要是通過積屑瘤對切屑變形的影響來實現(xiàn)的。在積屑瘤增長階段，積屑瘤隨著切削速度的增大而增大，積屑瘤越大，實際刀具前角也越大，切屑的變形相對減少，所以在此階段，切削速度增加時，材料變形系數(shù)ξ也減少。隨著速度的增加，積屑瘤增大到一定程度又會消退，在消退階段，積屑瘤隨著切削速度的增加而減小，同時，實際刀具前角也減小，材料的變形將增大，在積屑瘤完全消退時，材料變形將最大。在無積屑瘤段速度越大，摩擦系數(shù)減小，材料變形系數(shù)也會減小。4．切削厚度如圖2-11所示，顯示了進給量（即切削厚度）對切屑變形的影響。在無積屑瘤段，進給量f越大，材料的變形系數(shù)ξ越小。133切屑類型任務一：金屬切削加工知識的介紹134任務一：金屬切削加工知識的介紹135二、切削力Fc—主切削力，與切削速度方向一致Ff—進給力，與進給方向平行，車外圓時稱為軸向力Fp—背向力(切深抗力)，與進給方向垂直，又稱徑向切削力的來源：被切削材料的彈性、塑性變形抗力；刀具與切屑、工件表面之間的摩擦力。將切削合力F分解為三個互相垂直的分力Fc、Ff、Fp任務一：金屬切削加工知識的介紹137任務一：金屬切削加工知識的介紹（3）切削功率概念：切削過程中所消耗的功率稱為切削功率Pc。背向力FP在力的方向無位移，不做功，因此切削功率為進給力Ff與切削力Fc所做的功。根據(jù)功率公式切削功率：

Pc

＝（Fcυc

＋Ffnf/1000）×10-3KW式中，F(xiàn)c切削力（N），υc切削速度（m/min），F(xiàn)f進給力（N），n工件轉(zhuǎn)速（r/s），f進給量（㎜）由于Ff消耗功率一般小于1％～2％，可以忽略不計，因此功率公式可簡化為：

Pc

＝Fcυc×10-3KW（2）切削功率切削過程中消耗的總功率為各分力所消耗功率的總和，稱為切削功率，用Pc表示。車削中，切深抗力Fy不消耗功率，F(xiàn)f遠小于Fz，υx遠小于υz，故計算切削功率時常忽略Fx所消耗的功率，故有式中Fz——主切削力；υ——切削速度。由此，可計算出機床主電機所需功率PE。

式中η——機床傳動效率，一般η=0.75~0.85。4.切削力理論公式２.切削力的計算：（1）指數(shù)公式指數(shù)公式應用較廣，它的形式如下：上式中，C、C、C

為被加工金屬的切削條件系數(shù)，

K、K、K

為當加工條件與經(jīng)驗公式條件不同時的修正系數(shù)。

144（1）工件材料的影響是系數(shù)CF

或單位切削力kc的體現(xiàn)，工件材料的強度、硬度、塑性和韌性越大，切削力越大。（2）切削用量的影響

ap↑→Ac成正比↑，kc不變，ap的指數(shù)約等于1；

因而切削力成正比增加?↑→Ac成正比↑，但kc略減小，?的指數(shù)小于1，因而切削力增加但與?不成正比。

速度ν對F的影響分為有積屑瘤和無積屑瘤兩種情況，在無積屑瘤階段，ν↑→變形程度↓→切削力減小。影響切削力的因素任務一：金屬切削加工知識的介紹145（3）刀具幾何參數(shù)的影響

1、前角γ0

的影響加工塑性材料時，γ0↑→Φ↑→變形程度↓→F↓加工脆性材料時，切削變形很小，γ0對F影響不顯著γ0

＞30°或高速切削時，γ0對F影響不顯著

2、主偏角κr的影響1）κr對Fc影響較小，影響程度不超過10%

κr在60°～75°之間時，F(xiàn)c最小。

2）κr對Fp、F?影響較大

Fp＝FDcos

κrF?＝FDsinκr

Fp隨κr

增大而減小，F(xiàn)?隨κr

增大而增大3、刃傾角λs的影響1）λs對Fc影響很小

2）λs對Fp、F?影響較大，

Fp隨λs增大而減小，F(xiàn)?隨λs增大而增大任務一：金屬切削加工知識的介紹1464、刀尖圓弧半徑rε的影響rε增大相當于κr減小的影響1）rε對Fc影響很小2）Fp隨rε增大而增大，F(xiàn)?隨rε增大而減小任務一：金屬切削加工知識的介紹147（4）刀具磨損的影響后刀面平均磨損帶寬度VB越大，摩擦越強烈，切削力也越大。VB對背向力Fp影響最顯著（5）切削液的影響切削液潤滑作用越好，力減小越顯著，低速時更突出。（6）刀具材料的影響按立方氮化硼、陶瓷、涂層、硬質(zhì)合金、高速鋼順序，切削力依次增大。任務一：金屬切削加工知識的介紹148三、切削熱和切削溫度切削熱產(chǎn)生于三個變形區(qū)，切削過程中消耗的能量約98%轉(zhuǎn)換為熱能切削熱來源切削熱傳出切削熱由切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)（切削液、空氣)等傳散出去任務一：金屬切削加工知識的介紹149切削溫度分布切削溫度θ：一般指前刀面與切屑接觸區(qū)內(nèi)的平均溫度剪切變形是切削熱的第一來源；摩擦是切削熱的又一來源。★切削塑性材料

前刀面靠近刀尖處溫度最高?！锴邢鞔嘈圆牧?/p>

后刀面靠近刀尖處溫度最高。任務一：金屬切削加工知識的介紹二、切削溫度

切削溫度一般指切屑與前面接觸區(qū)域的平均溫度。

三、影響切削溫度的主要因素工件材料對切削溫度的影響

(1)工件材料的硬度和強度越高，切削時所消耗的功就越多，產(chǎn)生的切削熱也多，切削溫度就越高。(2)合金結(jié)構(gòu)鋼的強度普遍高于45鋼，而導熱系數(shù)又一般均低于45鋼。所以切削合金結(jié)構(gòu)鋼時的切削溫度一般均高于切削45鋼時的切削溫度(3)不銹鋼lCrl8Ni9Ti和高溫合金GHl3l不但導熱系數(shù)低，而且在高溫下仍能保持較高的強度和硬度。所以切削這種類型的材料時，切削溫度比切削其他材料要高得多。(4)脆性金屬的抗拉強度和延伸率都較小，切削過程中切削區(qū)的塑性變形很小，切屑呈崩碎狀或脆性帶狀，與前刀面的摩擦也較小，所以產(chǎn)生的切削熱較少，切削溫度一般比切削鋼料時低。

（1）切削速度對切削溫度有顯著的影響。實驗證明，隨著切削速度的提高，切削溫度將明顯上升。（2）進給量f對切削溫度也有一定的影響。隨著進給量的增大，單位時間內(nèi)的金屬切除量增多，切削過程產(chǎn)生的切削熱也增多，使切削溫度上升。但切削溫度隨進給量增大而升高的幅度不如切削速度那樣顯著。（3）切削深度ap對切削溫度的影響很小。因為切削深度ap增大以后，切削區(qū)產(chǎn)生的熱量雖然成正比例地增多，但因改善了散熱條件，所以切削溫度的升高并不明顯。切削用量對切削溫度的影響刀具幾何參數(shù)對切削溫度的影響

1．前角：前角γ。的數(shù)值直接影響切削過程中的變形和摩擦，所以它對切削溫度有明顯的影響。前角大，產(chǎn)生的切削熱少，切削溫度低；前角小，切削溫度高。

2．主偏角：隨著主偏角的增大，切削溫度將逐漸升高。

3．負倒棱：負倒棱寬度bγ1在(0—2)f范圍內(nèi)變化，基本上不影響切削溫度。4．刀尖圓弧半徑：刀尖圓弧半徑rε在0—1.5mm范圍內(nèi)變化，基本上不影響平均切削溫度。

刀具磨損后切削刃變鈍，刃區(qū)前方的擠壓作用增大，使切削區(qū)金屬的塑性變形增加；同時，磨損后的刀具后角變成零度，使工件與后刀面的摩擦加大，兩者均使產(chǎn)生的切削熱增多。所以，刀具的磨損是影響切削溫度的重要因素。

刀具磨損對切削溫度的影響

四、切削溫度對切削變形的影響

對工件尺寸精度的影響：由于工件受熱膨脹，冷卻后尺寸變小，切削時產(chǎn)生的熱直接影響加工精度。對刀具材料的影響：對于硬質(zhì)合金，適當提高溫度可提高韌性，提高刀具耐用度。156切削溫度的產(chǎn)生有兩方面，即切削熱的產(chǎn)生與傳出，影響切削溫度的主要因素有以下幾方面。影響切削溫度的主要因素切削速度越高，切削溫度升高，切削速度對切削溫度影響最大。切削速度增加1倍時，切削溫度增高30％一40％。進給量增加時，切削溫度也增加，但對切削溫度的影響比切削速度的小。進給量增加l倍時，切削溫度增高15％一20％。背吃刀量增加時，雖然切削力增大，但參加切削工作的切削刃成正比增加，散熱體積增大，故對切削溫度影響最小。背吃刀量增加1倍時，切削溫度只增加5％一8％。（1）切削用量的影響任務一：金屬切削加工知識的介紹157（2）刀具幾何參數(shù)的影響1、

前角γ0

的影響γ0

↑→變形程度↓→F↓q↓→θ↓但γ0

＞20°時，因散熱面積↓，對θ的影響減小。2、主偏角κr的影響κr

↑，切削寬度aw

↓，散熱面積↓→θ↑3、負倒棱和刀尖圓弧半徑的影響（對θ影響很?。゜γ1

、rε↑，切屑變形程度↑→q↑同時散熱條件改善，兩者趨于平衡。任務一：金屬切削加工知識的介紹158后刀面磨損增大，切削溫度升高；VB達一定值影響加??；

ν越高刀磨損對θ影響越顯著。（3）工件材料的影響（4）刀具磨損的影響澆切削液對↓切削溫度↓刀具磨損↑加工質(zhì)量有明顯效果；熱導率比熱容和流量越大，本身溫度越低冷卻效果越顯著。（5）切削液的影響強度硬度、塑性和韌性越大，切削力越大，切削溫度升高；導熱率大，散熱快，溫度下降。任務一：金屬切削加工知識的介紹刀具在切削過程中將逐漸產(chǎn)生磨損。當?shù)毒吣p量達到一定程度時，可以明顯地發(fā)現(xiàn)切削力加大，切削溫度上升，切屑顏色改變，甚至產(chǎn)生振動。同時，工件尺寸可能會超出公差范圍，已加工表面質(zhì)量也明顯惡化。此時，必須對刀具進行重磨或更換新刀。3-4刀具磨損與刀具耐用度

第三節(jié)刀具的磨損和耐用度一、刀具磨損的形態(tài)切削時，刀具的前刀面與切屑、后刀面和工件接觸，產(chǎn)生劇烈摩擦，同時在接觸區(qū)內(nèi)有很高的溫度和壓力。因此，前刀面和后刀面都會發(fā)生磨損。切削塑性材料時，如果切削速度和切削厚度較大，在刀具前刀面上經(jīng)常會磨出一個月牙洼。1．前刀面磨損(月牙洼磨損)

月牙洼的位置發(fā)生在刀具前刀面上切削溫度最高的地方。月牙洼和切削刃之間有一條小棱邊。在磨損過程中，月牙洼的寬度、深度不斷增大，當月牙洼擴展到使棱邊很窄時，切削刃的強度大為削弱，極易導致崩刃。月牙洼磨損量以其最大深度KT表示。由于加工表面和刀具后刀面間存在著強烈的摩擦，后刀面上毗鄰切削刃的地方很快被磨出后角為零的小棱面，即為后刀面磨損。2．后刀面磨損加工脆性材料或在切削速度較低、切削厚度較小的情況下切削塑性材料時，主要發(fā)生后刀面磨損。后刀面磨損帶往往是不均勻的。在后刀面磨損帶中間部位(B區(qū))上，磨損比較均勻，平均磨損帶寬度以VB表示，而最大磨損帶寬度以VBmax表示。刀尖部分(C區(qū))強度較低，散熱條件又差，磨損比較嚴重，其最大值為VC。主切削刃靠近工件外表面處(N區(qū))，由于上道工序的加工硬化層或毛坯表面硬層的影響，被磨成較嚴重的深溝，以VN表示。切削鋼料時，常在主切削刃靠近工件外皮處以及副切削刃靠近刀尖處的后刀面上，磨出較深的溝紋，這就是邊界磨損。加工鑄、鍛等外皮粗糙的工件，也容易發(fā)生邊界磨損。3．邊界磨損二、刀具磨損的原因

切削過程中刀具的磨損與一般機械零件的磨損有顯著的不同：刀具與切屑、工件間的接觸表面經(jīng)常是新鮮表面；前、后刀面上的接觸壓力很大，有時超過被切材料的屈服強度；接觸面的溫度也很高，如硬質(zhì)合金加工鋼料時可達800～l00O℃。因此，刀具磨損是機械的、熱的和化學的三種作用的綜合結(jié)果。切削時，切屑、工件材料中含有的一些碳化物、氮化物和氧化物等硬質(zhì)點以及積屑瘤碎片等，可在刀具表面刻劃出溝紋，這就是硬質(zhì)點磨損。硬質(zhì)點磨損在各種切削速度下都存在，但它是低速刀具(如拉刀、板牙等)磨損的主要原因。因為此時切削溫度較低，其他形式的磨損還不顯著。高速鋼及工具鋼刀具的硬質(zhì)點磨損比較顯著；硬質(zhì)合金刀具硬度高，發(fā)生這種磨損較少。1．硬質(zhì)點磨損粘結(jié)磨損：當?shù)毒吆凸ぜ牧险辰Y(jié)在一起有相對運動時，刀具材料的整個晶粒、晶粒的一部分或晶粒群因受剪或受拉而被工件材料一點一點逐漸帶走的過程。一般發(fā)生在中等偏低的速度下。高速鋼的粘結(jié)比硬質(zhì)合金的要小。低溫下叫壓力粘結(jié)，高溫下叫溫度粘結(jié)。2．粘結(jié)磨損

高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、立方氮化硼和金剛石刀具都可能因粘結(jié)而發(fā)生磨損。硬質(zhì)合金刀具雖有較高的硬度，但在中等偏低的切削速度下切削塑性金屬時，粘結(jié)磨損比較嚴重。硬質(zhì)合金刀具在產(chǎn)生積屑瘤的情況下，很容易產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象。高速鋼刀具有較高的抗剪和抗拉強度，抗粘結(jié)磨損能力強，粘結(jié)磨損較慢。在切削高溫下，刀具表面與切出的工件、切屑新鮮表面接觸，刀具和工件、切屑雙方的化學元素互相擴散到對方去，改變了原來材料的成分與結(jié)構(gòu)，削弱了刀具材料的性能，加速磨損過程。3．擴散磨損

例如用硬質(zhì)合金刀具切鋼時，從800C開始，硬質(zhì)合金中的鈷便迅速地擴散到切屑、工件中去，碳化鎢分解為鎢和碳后擴散到鋼中；而切屑中的鐵會向硬質(zhì)合金中擴散，形成低硬度、高脆性的復合碳化物。由于鈷的擴散，降低了硬質(zhì)相碳化鎢、碳化鈦的粘結(jié)強度。所有這些，都使刀具磨損加劇。此外，隨著切削速度(溫度)的提高，元素的擴散速率增加，擴散磨損程度加劇。擴散磨損的快慢和程度與刀具材料中化學元素的擴散速率關系密切。如硬質(zhì)合金中，鈦元素的擴散速率遠低于鈷、鎢，故YT類合金的抗擴散磨損能力優(yōu)于YG類合金；YN類合金和涂層合金則更佳，硬質(zhì)合金中添加鉭、鈮后形成固溶體，更不易擴散，故具有良好的抗擴散磨損性能。在一定溫度下，刀具材料與某些周圍介質(zhì)(如空氣中的氧、切削液中的極壓添加劑硫、氯等)起化學作用，在刀具表面形成一層硬度較低的化合物，如四氧化三鈷、一氧化鈷、三氧化鎢和二氧化鈦等，被切屑或工件擦掉而形成磨損，這稱為化學磨損。一般，空氣不易進入刀屑接觸區(qū)，化學磨損中因氧化而引起的磨損最容易在主、副切削刃的工作邊界處形成，從而產(chǎn)生較深的磨損溝紋。4．化學磨損

由圖可見：在低速(低溫)區(qū)以硬質(zhì)點磨損和粘結(jié)磨損為主；在高速(高溫)區(qū)以擴散和化學磨損為主。此外，在某一切削速度下，刀具的磨損強度最低?？傊诓煌墓ぜ牧?、刀具材料和切削條件下，磨損原因和磨損強度是不同的。如圖所示為硬質(zhì)合金刀具加工鋼料時，在不同的切削速度(切削溫度)下各類磨損所占的比重。三、刀具磨損過程及磨鈍標準1．刀具磨損過程

隨著切削時間的延長，刀具的后刀面磨損量VB(或前刀面月牙洼磨損深度KT)隨之增加。如圖為典型的刀具磨損曲線。其磨損過程可分為三個階段：因為新刃磨的刀具切削刃較鋒利，其后刀面與加工表面接觸面積很小，壓應力較大，加之新刃磨的刀具的后刀面存在著微觀不平等缺陷，所以，這一階段的磨損很快。初期磨損階段一般初期磨損量為0.05～0.10mm，其大小與刀面刃磨質(zhì)量有很大關系。經(jīng)仔細研磨過的刀具，其初期磨損量較小。經(jīng)初期磨損后，刀具的粗糙表面已經(jīng)磨平，承壓面積增大，壓應力減小，從而使磨損速率明顯減小，刀具進入正常磨損階段。正常磨損階段這個階段的磨損比較緩慢均勻。后刀面磨損量隨切削時間延長而近似地成比例增加。這是刀具工作的有效階段。刀具經(jīng)過正常磨損階段后，切削刃變鈍，切削力、切削溫度迅速升高，磨損速度急劇增加，以致刀具損壞而失去切削能力。急劇磨損階段生產(chǎn)中應當避免達到這個磨損階段。要在這個階段到來之前，及時更換刀具。2．刀具的磨鈍標準刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用，這個磨損限度稱為磨鈍標準。一般刀具的后刀面上都有磨損，它對加工質(zhì)量和切削力、切削溫度的影響比前刀面磨損顯著，同時后刀面磨損量易于測量，因此在金屬切削的科學研究中多數(shù)按后刀面磨損寬度來制定磨鈍標準。規(guī)定磨鈍標準有兩種考慮：一種是充分利用正常磨損階段的磨損量，來充分利用刀具材料，減少換刀次數(shù)，它適用于粗加工和半精加工；另一種是根據(jù)加工精度和表面質(zhì)量要求確定磨鈍標準，此時，VB值應取較小值，稱為工藝磨鈍標準。當主后面磨損很不均勻時，以VBmax或VC值作磨鈍標準比較合理。國際標準ISO推薦硬質(zhì)合金外圓車刀耐用度的磨鈍標準，可以是下列任何一種：

VB＝0.3mm；如果主后面為無規(guī)則磨損，取VBmax＝0.6mm；前面磨損量KT=0.06+0.3f。自動化生產(chǎn)中用的精加工刀具，常以沿工件徑向的刀具磨損尺寸做為衡量刀具的磨鈍標準，稱為刀具徑向磨損量，以NB表示；在柔性加工設備上，經(jīng)常用切削力的數(shù)值作為刀具的磨鈍標準，從而實現(xiàn)對刀具磨損狀態(tài)的自動監(jiān)控。工藝系統(tǒng)剛性較差時應規(guī)定較小的磨鈍標準。因為當后刀面磨損后，切削力將增大，尤以徑向切削力Fy增大最為顯著。切削難加工材料時，切削溫度較高，一般應選用較小的磨鈍標準。四、刀具耐用度及其經(jīng)驗公式1．刀具耐用度的定義刃磨后的刀具自開始切削直到磨損量達到磨鈍標準為止的切削時間稱為刀具耐用度，以T表示。耐用度指凈切削時間，不包括用于對刀、測量、快進、回程等非切削時間。也可以用達到磨鈍標準時所走過的切削路程Lm來定義耐用度。Lm等于切削速度v和耐用度T的乘積，即在相同切削條件下切削某種工件材料時，可以用耐用度來比較不同刀具材料的切削性能；同一刀具材料切削各種工件材料，可以用耐用度來比較材料的切削加工性；還可以用耐用度來判斷刀具幾何參數(shù)是否合理。對于某一切削加工，當工件、刀具材料和刀具幾何形狀選定之后，切削用量是影響刀具耐用度的主要因素。刀具耐用度是一個重要參數(shù)。2．切削用量對刀具耐用度的影響切削速度與刀具耐用度的關系切削速度與刀具耐用度的關系是用實驗方法求得刀具T-v關系曲線。該直線的方程為關系式反映了切削速度與刀具耐用度之間的關系，是選擇切削速度的重要依據(jù)。指數(shù)m表示切削速度對刀具耐用度的影響程度。對于高速鋼刀具，一般m＝0.1～0.125；硬質(zhì)合金刀具，m＝0.2～0.3，陶瓷刀具m值約為0.4。m值較小，表示切削速度對刀具耐用度影響大；m值較大，表明切削速度對耐用度的影響小，即刀具材料的切削性能較好。進給量、背吃刀量與刀具耐用度的關系

按照求T-V關系式的方法，同樣可以求得T-f和T-ap關系式：

綜合得到切削用量三要素與耐用度的關系：一般，切削速度v對刀具耐用度的影響最大，進給量f次之，背吃刀量ap最小。這與三者對切削溫度的影響順序完全一致。這也反映出切削溫度對刀具磨損、耐用度有著最重要的影響。五、刀具耐用度的選擇

在實際生產(chǎn)中，刀具耐用度同生產(chǎn)效率和加工成本之間存在著較復雜的關系。刀具耐用度并不是越高越好，如果把刀具耐用度選得過高，則切削用量勢必被限制在很低的水平，雖然此時刀具的消耗及其費用較少，但過低的加工效率也會使經(jīng)濟效果變得很差。

若刀具耐用度選得過低，雖可采用較高的切削用量使金屬切除量增多，但由于刀具磨損加快而使換刀、刃磨的工時和費用顯著增加，同樣達不到高效率、低成本的要求。因此，住生產(chǎn)實際中就存在著最大生產(chǎn)率耐用度和最低成本耐用度，以及與它們相適應的切削速度。常用刀具耐用度的參考值如下：硬質(zhì)合金焊接車刀的耐用度為3600s(60min)；高速鋼鉆頭的耐用度為4800～7200s(80～120min)；硬質(zhì)合金端銑刀的耐用度為7200～10800s(120～180min)；齒輪刀具的耐用度為1200O～18000s(200～300min)。在選擇刀具耐用度時，還應考慮以下幾點:

刀具的復雜程度和制造、重磨的費用。簡單的刀具如車刀、鉆頭等，耐用度選得低些；結(jié)構(gòu)復雜和精度高的刀具，如拉刀、齒輪刀具等，耐用度選得高些。同一類刀具，尺寸大的，制造和刃磨成本均較高，耐用度規(guī)定得高些。高速鋼鉆頭的耐用度為4800～7200s(80～120min)。裝卡、調(diào)整比較復雜的刀具，如多刀車床上的車刀，組合機床上的鉆頭、絲錐、銑刀以及自動機及自動線上的刀具，耐用度應選得高一些，一般為通用機床上同類刀具的2～4倍。生產(chǎn)線上的刀具耐用度應規(guī)定為一個班或兩個班，以便能在換班時間內(nèi)換刀。如有特殊快速換刀裝置時，可將刀具耐用度減少到正常數(shù)值。精加工尺寸很大的工件時，刀具耐用度應按零件精度和表面粗糙度要求決定。為避免在加工同一表面時中途換刀，耐用度應規(guī)定得至少能完成一次走刀。六、刀具的破損

刀具破損和磨損一樣，也是刀具主要失效形式之一。特別是用陶瓷、超硬刀具材料制成的刀具進行斷續(xù)切削，或者加工高硬度材料時，刀具的脆性破損就更加嚴重。刀具破損的形式很多，主要分為脆性破損和塑性破損兩類。1．刀具的脆性破損崩刃指在切削刃上產(chǎn)生小的缺口。一般缺口尺寸與進給量相當或稍大一點時，刀刃還能繼續(xù)切削。但在繼續(xù)切削過程中，刃區(qū)崩損部分會迅速擴大，可能使刀具完全失效。用陶瓷刀具切削時，最常發(fā)生這種崩刃；用硬質(zhì)合金刀具斷續(xù)切削時，也常出現(xiàn)這種崩刃。碎斷指在切削刃上發(fā)生小塊碎裂或大塊斷裂，不能繼續(xù)正常切削。硬質(zhì)合金和陶瓷刀具斷續(xù)切削時常出現(xiàn)這種碎斷。剝落指在前、后刀面上幾乎平行于切削刃而剝下一層碎片，經(jīng)常連切削刃一起剝落，有時也在離切削刃一小段距離處剝落。用陶瓷刀具端銑時常見到這種破損。裂紋破損指在較長時間連續(xù)切削后，由于疲勞而引起裂紋的一種破損。有因熱沖擊引起的熱裂紋；也有因機械沖擊而發(fā)生的機械疲勞裂紋。當這些裂紋不斷擴展合并，就會引起切削刃的碎裂或斷裂。2．刀具的塑性破損切削時，由于高溫和高壓的作用，有時在前、后刀面和切屑、工件的接觸層上，刀具表層材料發(fā)生塑性流動而喪失切削能力。這就是刀具的塑性破損。刀具塑性破損直接與刀具材料和工件材料的硬度比有關。硬度比越高，越不容易發(fā)生塑性破損。硬質(zhì)合金、陶瓷刀具的高溫硬度高，一般不容易發(fā)生這種破損，高速鋼刀具因其耐熱性較差，就易出現(xiàn)塑性破損。3．防止刀具破損的措施

為了防止或減少刀具破損，在提高刀具材料的強度和抗熱震性能的基礎上，可以采取以下的措施：合理選擇刀具材料的牌號。如斷續(xù)切削刀具，必須具有較高的沖擊韌度、疲勞強度和熱疲勞抗力。如銑削專用的硬質(zhì)合金刀片YTM30，就具有較好的抗破損能力。選擇合理的刀具角度。通過調(diào)整前角、后角、刃傾角和主、副偏角，增加切削刃和刀尖的強度；在主切削刃上磨出倒棱，可以有效地防止崩刃。選擇合適的切削用量。硬質(zhì)合金較脆，耍避免切削速度過低時切削力過大而崩刃；也要防止切削速度過高，因溫度太高而產(chǎn)生熱裂紋。盡量采用可轉(zhuǎn)位刀具；采用焊接刀具時，要避免焊接、刃磨不當所產(chǎn)生的各種弊病。要盡可能地保證工藝系統(tǒng)有較好的剛性，以減小切削時的振動。199四、切削磨損切鑄鐵或v和ac較小切塑性材料時，主要發(fā)生這種磨損刀具失效形式：

磨損（正常工作時逐漸產(chǎn)生的損耗）破損（突發(fā)的破壞，隨機的）刀具磨損形式（1）前刀面磨損切塑性材料，v和ac較大時，在前刀面上形成月牙洼磨損，以最大深度KT表示。（2）后刀面磨損任務一：金屬切削加工知識的介紹200切削區(qū)高溫，在刀工間產(chǎn)生熱電勢加快擴散加劇刀具磨損。刀具磨損的原因（1）磨料磨損低速切削時，磨料磨損是刀具磨損的主要原因。（2）粘結(jié)磨損中速切削形成不穩(wěn)定積屑瘤時，磨損嚴重；刀工材料硬度比小親合力大時磨損嚴重；刀具刃磨質(zhì)量差磨損嚴重。（3）擴散磨損切削溫度越高擴散越快；刀工材料親合力越大擴散越快；高速切削時擴散磨損是刀具磨損的主要原因。（4）化學磨損化學磨損是邊界磨損原因之一；主要發(fā)生在較高速切削條件下。（5）熱電磨損任務一：金屬切削加工知識的介紹201A.小廠、有經(jīng)驗工人根據(jù)一些現(xiàn)象來判斷刀具是否磨鈍；B.ISO標準規(guī)定以1/2ap處的VB值作為刀具的磨鈍標準；在不同的加工條件下，磨鈍標準的具體數(shù)值是不同的。粗車碳素鋼0.6～0.8粗車鑄鐵0.8～1.2粗車合金鋼0.4～0.5精車碳鋼0.1～0.3系統(tǒng)剛性大、HSS，VB值較大；系統(tǒng)剛性小、Y合金，VB值較小C.自動化精加工刀具，以徑向磨損量NB作為磨鈍標準（2）刀具磨鈍標準刀具磨損到一定限度后就不能繼續(xù)使用，這個磨損限度稱為磨鈍標準。任務一：金屬切削加工知識的介紹202工件、刀具材料和刀具幾何形狀確定后，ν對T影響最大。