金屬切削原理與刀具課件

金屬切削原理與刀具第1章金屬切削原理與刀具2.1金屬切削過程2.1.1切削層與切削參數(shù)2.1.2切削過程2.1.3影響切削變形的因素2.2切削過程的基本規(guī)律2.2.1切削力2.2.2切削熱與切削溫度2.2.3刀具磨損和耐用度2.3切削參數(shù)的選擇2.3.1刀具幾何角度2.3.2刀具幾何參數(shù)的合理選擇2.3.3切削用量的選擇

？？？夾具的選用？？夾具的選用？？夾具的選用？夾具？夾具的選用？夾具l一長方形基礎(chǔ)板；2一方形支撐件；3一菱形定位盤；4一快換鉆套；5一叉形壓板；6一螺栓；7一手柄桿；8一分度合件？夾具的選用2.1金屬切削過程2.1.1切削層與切削參數(shù)金屬切削的過程：刀具與工件相互運(yùn)動、相互作用的過程。切削層：在切削過程中，刀具的刀刃在一次走刀中從工件待加工表面切下的金屬層。切削層參數(shù)：切削層的截面尺寸。切削用量切削速度（υc）：刀刃上選定點(diǎn)相對于工件的主運(yùn)動速度稱為切削速度。進(jìn)給量（f）：工件或刀具每轉(zhuǎn)或每一行程時(shí)，工件和刀具在進(jìn)給運(yùn)動方向的相對位移量。背吃刀量（ap）：它是在與主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動方向所組成的平面相垂直的方向上測量的工件上已加工表面和待加工表面間的垂直距離。如圖的外圓的車削運(yùn)動。υc為切削刃某點(diǎn)切削速度，υf為同一點(diǎn)的進(jìn)給運(yùn)動速度，υe為兩個(gè)運(yùn)動的合成速度。外圓車削的切削運(yùn)動與加工表面1．車削切削層參數(shù)（1）切削層公稱厚度hD：在主切削刃選定點(diǎn)的基面內(nèi)，垂直于過渡表面的切削層尺寸。切削層截面的切削厚度為：hD＝fsinκr

切削層公稱橫截面積AD：在主切削刃選定點(diǎn)的基面內(nèi)，切削層的截面面積。車削切削層公稱橫截面為：

AD＝hDbD＝fap2．銑削切削層參數(shù)（1）切削層公稱厚度hD：在基面內(nèi)度量的相鄰刀齒主切削刃運(yùn)動軌跡間的距離切削層厚度為：

hD＝ab=acsinΦ＝fzsinΦ（2）切削層公稱寬度bD：銑削的切削層公稱寬度是指主切削刃與工件切削面的接觸長度(近似值)。銑削的背吃刀量：平行于銑刀軸線方向度量的被切削層尺寸bD＝ap2.1.2切削過程金屬在加工過程中會發(fā)生剪切和滑移，圖2-4表示了金屬的滑移線和流動軌跡，其中橫向線是金屬流動軌跡線，縱向線是金屬的剪切滑移線。圖2-5表示了金屬的滑移過程。由圖可知，金屬切削過程的塑性變形通?？梢詣澐秩齻€(gè)變形區(qū)。1．金屬切削過程的變形（1）第一變形區(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。第一變形區(qū)是金屬切削變形過程中最大的變形區(qū)，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，金屬將產(chǎn)生大量的切削熱，并消耗大部分功率。此區(qū)域較窄，寬度僅0.02～0.2㎜。粘結(jié)現(xiàn)象時(shí)的摩擦狀況（3）第三變形區(qū)金屬切削層在已加工表面受刀具刀刃鈍圓部分的擠壓與摩擦而產(chǎn)生塑性變形部分的區(qū)域。

積屑瘤的成因：當(dāng)金屬切削層從終滑移面流出時(shí)，受到刀具前刀面的擠壓和摩擦，切屑與刀具前刀面接觸面溫度升高，擠壓力和溫度達(dá)到一定的程度時(shí)，就產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，也就是常說的“冷焊”。切屑流過與刀具粘附的底層時(shí)，產(chǎn)生內(nèi)摩擦，這時(shí)底層上面金屬出現(xiàn)加工硬化，并與底層粘附在一起，逐漸長大，成為積屑瘤，如圖2-9所示。積屑瘤的產(chǎn)生與不但與材料的加工硬化有關(guān)，而且也與刀刃前區(qū)的溫度和壓力有關(guān)。積屑瘤對金屬切削過程產(chǎn)生的影響：（1）實(shí)際刀具前角增大（2）實(shí)際切削厚度增大（3）加工后表面粗糙度增大（4）切削刀具的耐用度降低

（1）實(shí)際刀具前角增大刀具前角γo指前刀面與基面之間的夾角，其概念將在后節(jié)詳細(xì)論述。如圖所示，由于積屑瘤的粘附，刀具前角增大了一個(gè)γb角度，如把切屑瘤看成是刀具一部分的話，無疑實(shí)際刀具前角增大,現(xiàn)為γo

＋γb

。刀具前角增大可減小切削力，對切削過程有積極的作用。而且，切削瘤的高度Hb越大，實(shí)際刀具前角也越大，切削更容易。（2）實(shí)際切削厚度增大由圖2-9可以看出，當(dāng)切削瘤存在時(shí)，實(shí)際的金屬切削層厚度比無切削瘤時(shí)增加了一個(gè)△hD，顯然，這對工件切削尺寸的控制是不利的。值得注意的是，這個(gè)厚度△hD的增加并不是固定的，因?yàn)榍邢髁鲈诓煌Ｗ兓?，它是一個(gè)產(chǎn)生，長大，最后脫落的周期性變化過程，這樣可能在加工中產(chǎn)生振動。（3）加工后表面粗糙度增大積屑瘤的變化不但是整體，而且積屑瘤本身也有一個(gè)變化過程。積屑瘤的底部一般比較穩(wěn)定，而它的頂部極不穩(wěn)定，經(jīng)常會破裂，然后再形成。破裂的一部分隨切屑排除，另一部分留在加工表面上，使加工表面變得非常粗糙?？梢钥闯?，如果想提高表面加工質(zhì)量，必須控制積屑瘤的發(fā)生。（4）切削刀具的耐用度降低從積屑瘤在刀具上的粘附來看，積屑瘤應(yīng)該對刀具有保護(hù)作用，它代替刀具切削，減少了刀具磨損。積屑瘤的粘附是不穩(wěn)定的，它會周期性的從刀具上脫落，當(dāng)它脫落時(shí)，可能使刀具表面金屬剝落，從而使刀具磨損加大。對于硬質(zhì)合金刀具這一點(diǎn)表現(xiàn)尤為明顯。問題某工廠車工師傅在粗加工一件零件時(shí)，他采用了在刀具上產(chǎn)生積屑瘤的加工方法，而在精加工時(shí)，他又努力避免積屑瘤的產(chǎn)生，請問這是為什么？在防止積屑瘤方面，你認(rèn)為能用哪些方法?；卮?、根據(jù)本節(jié)積屑瘤對加工的影響分析可知，積屑瘤能增大刀具實(shí)際前角，使切削更容易，所以這位師傅在粗加工時(shí)采用了利用積屑瘤的加工方法，2、積屑瘤很不穩(wěn)定，它會周期性地脫落，這就造成了刀具實(shí)際切削厚度在變化，影響零件的加工尺寸精度。3、積屑瘤的剝落和形狀的不規(guī)則又使零件加工表面變得非常粗糙，影響零件表面光潔度。所以在精加工階段，這位師傅又努力避免積屑瘤的發(fā)生。避免積屑瘤的發(fā)生的措施①、首先從加工前的熱處理工藝階段解決。通過熱處理，提高零件材料的硬度，降低材料的加工硬化。②、調(diào)整刀具角度，增大前角，從而減小切屑對刀具前刀面的壓力。③、調(diào)低切削速度，使切削層與刀具前刀面接觸面溫度降低，避免粘結(jié)現(xiàn)象的發(fā)生?；虿捎幂^高的切削速度，增加切削溫度，因?yàn)闇囟雀叩揭欢ǔ潭?，積屑瘤也不會發(fā)生。⑤、更換切削液，采用潤滑性能更好的切削液，減少切削摩擦。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(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)工件材料強(qiáng)度和切屑變形有密切的關(guān)系。從圖可以看出，隨著工件材料強(qiáng)度的增大，切屑的變形越來越小。圖2-10材料強(qiáng)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(dāng)?shù)毒咔敖铅肙增大時(shí)，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(yàn)也證明了這一點(diǎn)。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(gè)波峰，這實(shí)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(gè)段，一個(gè)是積屑瘤這一段，另一個(gè)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(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)，實(shí)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(shí)，材料變形將最大。在無積屑瘤段材料變形系數(shù)是隨著切削速度的增加而減小。主要是因?yàn)樗苄宰冃蔚膫鞑ニ俣缺葟椥宰冃蔚穆俣鹊蜁r(shí)，金屬始剪切面為OA，當(dāng)速度增大到一定值時(shí)，金屬流動速度大于塑性變形速度，在OA面金屬并未充分變形，相當(dāng)于始剪切面后移至OA`面（見圖2-12），終剪切面OM也后移至OM`，第一變形區(qū)后移，使得材料變形系數(shù)減小。另外，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(jìn)給量（即切削厚度）對切屑變形的影響。在無積屑瘤段，進(jìn)給量f越大，材料的變形系數(shù)ξ越小。第二章刀具材料內(nèi)容安排一、概述

刀具材料是指刀具上參與切削部分的材料。刀具的切削部分不但要求具有一定的幾何形狀，還要求有相應(yīng)的刀具材料。目前廣泛應(yīng)用的刀具材料有高速鋼和硬質(zhì)合金。（一）高的硬度和良好的耐磨性（二）高的強(qiáng)度和韌性（三）高的耐熱性（四）良好的工藝性 總之，刀具應(yīng)具備的性能主要就這四個(gè)方面，當(dāng)然還有經(jīng)濟(jì)性、切削性能的可預(yù)測性等要求。

二、刀具材料應(yīng)具備的性能

三、常用刀具材料

目前在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金及陶瓷等。一）碳素工具鋼

碳素工具鋼是一種含C量較高的優(yōu)質(zhì)鋼（含C一般為0.65～1.35%）。

1、常用牌號有T7A、T8A……T13A等

2、主要性能淬火后硬度較高，可達(dá)HRC61～65；紅硬性為200℃～250℃，價(jià)格低廉，不耐高溫，切削速度因此而不能提高，允許切削速度VC≤10m/min,只能制作低速手用刀具，如板牙、鋸條、銼等。

二）合金工具鋼

在碳素工具鋼中加入一定量的鉻（Cr）、鎢（W）、錳（Mn）等合金元素，能夠提高材料的耐熱性、耐磨性和韌性，同時(shí)還可以減少熱處理時(shí)的變形。1、主要牌號有9SiCrCrWMn2、主要性能淬火后的硬度可達(dá)HRC61～65，紅硬性為300℃～400℃，允許切削速度Vc=10～15m/min,制作低速、形狀比較復(fù)雜、要求淬火后變形小的刀具。如板牙、拉刀、手用鉸刀（孔的精加工）等。三、常用刀具材料

三）高速鋼高速鋼是一種高合金工具鋼，鋼中含有W、Mo、Cr、V等合金元素。(一)高速鋼的性能

三、常用刀具材料

（二）高速鋼的分類三、常用刀具材料

四）硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金=硬質(zhì)相（TiC或WC）+粘結(jié)相（Co、Ni、Mo等，其中Co比較常用）（一）主要性能三、常用刀具材料

（二）分類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(yīng)用：

主要用于加工鑄鐵、青銅等脆性材料，不適合加工鋼料，因?yàn)樵?40℃時(shí)發(fā)生嚴(yán)重粘結(jié)，使刀具磨損，耐用度下降。三、常用刀具材料

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(yīng)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(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和沖擊韌性，提高和金的高溫硬度和高溫強(qiáng)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(xué)穩(wěn)定性好，與工件材料的親合力小，抗粘結(jié)能力較強(qiáng)。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(xué)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(fù)荷較小的精加工。三、常用刀具材料

（一）陶瓷材料陶瓷材料主要是以氧化鋁（Al2O3）或氮化硅（Si3N4）等為主要成分，經(jīng)壓制成型后燒結(jié)而成的刀具材料。陶瓷的硬度高，化學(xué)性能穩(wěn)定，耐氧化，所以被廣泛用于高速切削加工中。陶瓷刀具和傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀具相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：四、其他刀具材料（二）立方氮化硼

它是一種人工合成的新型刀具材料。它是立方氮化硼在高溫、其硬度很高，可達(dá)8000～9000HV,僅次于金剛石，并具