機修鉗工培訓

機修鉗工仲吉武第一部分：機修鉗工的基本操作第一章鉗工概述第二章金屬材料和熱處理概述第三章金屬切削的基本知識第四章機修鉗工的基本操作第五章金屬切削機床和夾具的基本知識第二部分：設備裝修工藝第六章設備裝配和修理的基本知識第七章固定連接及其裝修工藝第八章常見機構的裝配與修理第九章軸承和軸組的裝修工藝第十章典型設備修理目錄第一章鉗工概述一、鉗工的分類：1、鉗工的主要任務：加工工件、裝配、維修設備以及工具的制造和修理。2、鉗工分類：工具鉗工：使用鉗工工具及設備，進行刃具、量具、模具、夾具和索具等的加工和修理，并進行組合裝配、調試與修理。裝配鉗工：使用鉗工工具及設備，按技術要求對工件進行加工、維修和裝配。機修鉗工：使用工具、量具和輔助設備等，對各類設備的機械部分進行維護和修理。3、鉗工的基本操作：劃線、鏨削、鋸削、銼削、孔加工（鉆、擴、锪、鉸）、攻螺紋和套絲、矯正和彎形、鉚接、刮削和研磨、以及基本測量和簡單熱處理。二、機修鉗工專業(yè)技能知識范圍1、畫法幾何與機械制圖：三視圖、點線面的投影規(guī)律、截交和相貫、基本幾何體和組合體的投影、視圖的常用表達方法（剖視、斷面、局部移出和放大、簡化畫法）、軸測圖、機械零件圖、裝配圖、尺寸標注。2、互換性與技術測量：互換性和標準化、公差與配合、長度測量（尺寸、基準）、形狀位置檢測、表面粗糙度檢測。3、鉗工工藝：常用量具：標準量具：量塊、粗糙度對照塊、塞尺專用量具：卡規(guī)、塞規(guī)、通止規(guī)萬能量具：游標卡尺、千分尺、萬能角度尺、百分表鉗工基本操作：劃線、鏨鋸挫削、鉆擴锪鉸孔、攻套絲、刮削與研磨、矯正與彎形、焊接和粘接、簡單的熱處理。4、金屬切削原理與刀具：切削加工的基本概念：切削運動（主運動、進給運動）、切削加工在工件上形成的包面（待加工、加工、已加工）、工件成形運動（成形法、展成法）、切削用量三要素（v、af、ap）、切削力（理力和材力的基本概念）、切削熱和切削液、切屑和積屑瘤、加工表面質量。刀具知識：刀具組成和分類、刀具切削部分（三面、兩刃、一刀尖）、刀具角度、刀具的磨損和壽命、刀具材料、復雜刀具。5、機械零件（設計）和機械基礎：強度理論，零件（包括標準件）的參數和檢測、零件設計，配合（嚙合）傳動參數的檢測和設計；傳動簡圖（傳動符號）、螺紋連接和傳動、摩擦傳動、帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動、平面四桿機構、凸輪機構、棘輪和槽輪機構、聯(lián)軸器與離合器、軸組。6、金屬材料和熱處理：金屬材料的類型和牌號、鐵碳合金相圖、常用熱處理方法。7、金屬切削機床和夾具：機床的類型和型號、各類機床的加工工藝范圍、典型加工機床的結構原理、機床典型部件、機床的傳動分析和計算（轉速擬合圖）；機床設計、工件自由度和約束、六點定位、定位和卡緊元件、定位尺寸鏈和定位精度、通用和專用夾具及組合夾具。8、流體力學與液壓傳動、氣動技術：流體力學基礎：帕斯卡定律、伯努力方程液壓傳動：傳動參數、液壓元件（液壓元件符號）、典型回路、油路分析。氣體動力學：摩爾定律、熱力學方程氣動基礎：元件（符號）、典型氣動回路9、機械加工工藝學：金屬切削加工的方法、典型表面加工方案（經濟精度）、精密加工和特種加工、典型零件的加工工藝（軸類、盤套類、箱體類、底座和支架類）、機加工工藝過程（加工工藝規(guī)程制定、零件工藝分析、毛坯選擇、基準的選擇、工藝路線的擬定、加工余量的確定、工序尺寸的計算、加工生產率和工時、編寫工藝文件）。10、機修工藝學：機修鉗工常用設備：鉗工工作臺（臺虎鉗）、砂輪機、壓力機、千斤頂、軸承加熱器、鉆床、電動或風動工具、龍門吊架和手拉葫蘆。常用工具、量具和儀器：通用工具和專用修理工具、鉗工量具、水平儀（框式、合像、電子）、光學平直儀、自準直儀、轉速表、聲級計、測震儀、溫度測量儀、經緯儀（平行光管）、水準儀（或全站儀）、偏擺檢查儀、表面粗糙度檢測儀、萬能測齒儀、數字式萬能工具顯微鏡等（量具的測量精度和誤差原理）。設備修理基本知識：拆卸、修理、裝配。典型機構和部件的修理：固定連接的修理、傳動機構的修理與裝配、軸承和軸組的修理與裝配、機床導軌的修理。典型設備的修理。11、數控技術基礎：數控機床的類型、數控機床的組成和典型機械部件的結構、數控裝置的組成和特點、數控編程基礎。12、電工學、電力拖動、控制工程和測試技術。電路原理：電壓、電流、電阻、電容、電感、歐姆定律、基爾霍夫定律、電壓源、電流源、電路分析（電位、等效變換、節(jié)點電壓和支路電流、戴緯南與諾頓定理、非線性電路、暫態(tài)分析）。電子技術基礎：二極管、三極管、場效應管和基本放大電路、集成運算放大器、直流穩(wěn)壓電源、電力電子、門電路和組合邏輯電路。正弦交流電、三相電路、磁場和磁路、電機（交流電機、直流電機、控制電機）、電氣開關和控制元件（符號、動作原理、整定）、電工儀表。電力拖動：繼電控制（自保、互鎖、常開、常閉、得電延時、斷電延時、點動、連續(xù)、順序等基本概念）、PLC、、常見的交流電機控制電路、變頻調速、直流電機調速和控制。自動控制：開閉環(huán)、反饋、傳遞函數、線性微分方程、數學建模、時域與頻域分析、根軌跡法、采樣、拉氏變換和Z變換、非線性分析、最優(yōu)控制。測試技術：傳感器、信號采集、編碼和譯碼、調制與解調、A/D和D/A轉換、數據處理、頻譜分析。第二章金屬材料及熱處理概述課題一金屬材料的性能金屬材料的性能主要是指力學性能、物理性能、化學性能和工藝性能等。一、材料機械性能（力學性能）：金屬材料在各種外力作用下所表現(xiàn)出來的性能稱為機械性能。金屬的機械性能主要包括:強度、塑性、硬度、韌性及疲勞強度等。1、強度:強度是金屬材料在靜載荷作用下，抵抗變形和破斷的能力。A.彈性極限:材料在外力作用下只產生彈性變形時所能承受的最大應力稱為彈性極限，符號σe。B.屈服極限:材料產生屈服現(xiàn)象時的應力稱為屈服極限或屈服強度,符號σS。C.抗拉強度:材料在拉斷前所能承受的最大應力為抗拉強度或強度極限，符號σb。2、塑性:

金屬材料在斷裂前發(fā)生塑性變形的能力稱為塑性。延伸率(δ)和斷面收縮率(ψ)是衡量金屬材料塑性的指標。3、沖擊韌性:

金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力，稱為沖擊韌性。4、疲勞強度:

疲勞強度又稱疲勞極限。減少零件的應力集中，改善零件表面質量及使零件表面保留壓應力均能有效地提高零件的疲勞強度。5、硬度:

硬度即指材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力，它是各種零件和工具必須具備的性能指標之一，也是熱處理主要的質量檢驗標準。

(1).檢測方法:

就是用一定幾何形狀的壓頭，在一定載荷下，壓入被測金屬材料表面，根據被壓入程度來測定其硬度值。

(2).表示方法:

壓入硬度測定法(如布氏硬度、洛氏硬度等);回跳硬度測定法(如肖氏硬度、里氏硬度)等，而在現(xiàn)場生產中常用的是壓入硬度測定法，即布氏硬度、洛氏硬度等。A.布氏硬度(HB):

它是用一定直徑的球體(淬硬鋼球或硬質合金球)，以相應的試驗力壓入被測鋼料表面，經規(guī)定保持時間后卸除試驗力，用測量表面壓痕直徑來計算硬度的一種壓痕硬度方法。B.洛氏硬度(HRC):

洛氏硬度值是用洛氏硬度相應標尺刻度滿量程(100)與殘余壓痕深度增量之差計算硬度值，HRC值可直接從表盤顯示數字中得出。名稱代號含意計量單位強度抗拉強度抗彎強度抗壓強度δbδbbδbc金屬材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力當所受外力是拉力時所表現(xiàn)出米的抵抗能力當所受外力與材料的軸線相垂直，并在作用后使材料呈彎曲時所表現(xiàn)出來的抵抗能力當所受外力是壓力時所表現(xiàn)出來的抵抗能力MPa硬度布氏硬度洛氏硬度HBS(壓頭為硬質合金球時用HBW)HRCHRBHRA金屬材料抵抗更硬物體壓入表面的能力用一定直徑的淬硬鋼球或硬質合金球作為壓頭，在一定的壓力下，將壓頭壓入金屬材料的表面，測得壓痕的直徑，經過計算即得布氏硬度值用l470N的力將金剛石的圓錐壓頭壓入金屬材料的表面，以壓痕深度表示硬度的大小用980N的力和直徑1.59mm淬硬鋼球樂入金屬表面求得的硬度用580N的力和圓錐形金剛石壓入器求得的硬度塑性金屬在外力作用下，產生永久變形而不會被破壞的能力沖擊韌性值

ak金屬在沖擊載荷下，抵抗破壞的能力J／cm!二、物理性能：金屬材料的物理性能是指金屬的密度、熔點、熱膨脹、導熱性、導電性和磁性等三、化學性能：金屬在常溫或高溫時抵抗各種化學作用的能力稱為化學性能，如耐腐蝕性和熱穩(wěn)定性等四、工藝性能：金屬材料是否易于加工成形的性能稱為工藝性，如鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、可切削加工性能和熱處理工藝性能等，洛氏硬度與布氏硬度有下列近似關系：HRC≈1/10HBs洛氏硬度中的HRA與HRC有下列近似關系：HRA=HRC/2+52課題二金屬的晶體結構及結晶一、晶體結構晶體是指原子(或分子)按一定幾何形狀有規(guī)律地排列的固態(tài)物質。屬晶體的物質的有食鹽、天然金鋼石、鐵等，所有的固體金屬和合金都是晶體。晶體內部原子是有規(guī)則秩序地排列的。為了便于分析和描述金屬晶體中原子的排列情況，示意地將原子看成一個小球，(圖A是晶體中原子在空間作有規(guī)則排列的簡單模型)。用假想的線條將各原子的中心連接起來，這樣就得到一個抽象化了的空間格架(圖B)。這種用于描述原子在晶體排列形式的空間格架稱為結晶格子，簡稱晶格。晶胞就是在晶體中取出一個能完全代表晶體中原子排列特征的幾何單位。體心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格金屬的結晶過程就是晶核的形成及晶核長大兩個過程。每種金屬都有一定的晶格類型，但在不同溫度下，同一種金屬可能具有不同類型的晶格。金屬在固態(tài)下隨溫度的改變，由一種晶格轉變?yōu)榱硪痪Ц瘢@種現(xiàn)象稱為金屬的同素異構轉變。由同素異構轉變所得的不同晶體，稱為同素異構體。同素異構體一般用希臘字母α、β、γ、δ等表示。如純鐵的同素異構轉變表示:金屬的同素異構轉變與液態(tài)金屬的結晶有相似之處，即同素異構轉變有一定的轉變溫度；同樣遵循晶核形成和晶核長大的結晶規(guī)律；轉變時也有結晶潛熱的放出和過冷現(xiàn)象，所以同素異構轉變也是一個結晶過程，通常稱為重結晶。合金是由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元素熔合而成，具有金屬特性的物質。組成合金最基本的獨立的物質稱為組元。一般說來，組元是組成合金的元素。合金的結構可分為：固溶體、金屬化合物和多種晶體的機械混合物。固溶體:組成合金的組元在液態(tài)相互溶解，結晶時，以一組元為基體保持其原有的晶格類型，其它組元的原子均勻地分布在基體組元的晶格里，形成均勻一致的固體，此合金就稱為固溶體。根椐溶質原子在溶濟晶格中所占據的位置不同，可分為間隙固溶體和置換固溶體。金屬化合物:組成合金的各組元，按照一定的原子數量比，相互化合而成的一種完全不同于原組元晶格的固體物質，稱為金屬化合物。金屬化合物可用分子式表示，如Fe3C、CuAl2等。機械混合物:組成合金的組元既不是純組元，也不是固溶體或化合物，而是兩種或兩種以上的純組元、固溶體、化合物以彌散的混合物的形式組成在一起的固體物質，稱為機械混合物。二、Fe-Fe3C平衡相圖鐵碳合金的基本組織鐵素體:碳溶于α-Fe中的間隙固溶體，稱為鐵素體。用符號“F”表示。由于碳和鐵的原子直徑和晶格類型等存在著很大差異，所以當它們以固溶體形式存在時，只能是間隙固溶體，并且其固溶度是有限的。由于鐵素體的晶格類型是體心立主，處于立方體中心的原子使立方體的空隙分散，不利于碳原子的溶入。因此鐵素體所能溶入碳的數量很少，其最大固溶度為含0.0218%(727℃)。室溫時鐵素體中碳的固溶度只有0.0008%。鐵素體是鐵碳合金室溫下的主要組織，起著基體相的作用。奧氏體:碳溶于γ-Fe中的間隙固溶體，稱為奧氏體。用符號“A”表示。奧氏體的最大固溶度為含碳2.11%(1148℃)。奧氏體是鐵碳合金的高溫組織，在平衡條件下，它的最低存在溫度是727℃。在該溫度下奧氏體的成份是一固定值:含碳0.77%。滲碳體:滲碳體是鐵和碳形成的間隙化合物。用符號“Fe3C”表示。它的含碳量為69%，是一個固定值。滲碳體具有復雜的晶體結構，很硬、很脆、幾乎沒有塑性，它是鐵碳合金中的強化相。因此滲碳體的形態(tài)、大小、多少及分布對鐵碳合金的性能有直接影響。通過不同的熱處理方法，可以改變滲碳體在鐵碳合金中的形態(tài)、大小、多少及分布，從而改變材料的性能。這正是熱處理的重要原理之一。珠光體:珠光體是鐵素體和滲碳體的機械混合物。用符號“P”表示。珠光體是平衡條件下含碳量為0.77%的奧氏體在727℃進行共析轉變的產物，當珠光體中鐵素體和滲碳體是片層相間的形態(tài)時，稱片狀珠光體。經過一定的熱處理，可以得到鐵素體基體分布著顆粒狀的滲碳體，稱為粒狀珠光體。萊氏體:萊氏體是奧氏體與滲碳體的機械混合物，即碳的質量分數(含碳量)為4.3%的液態(tài)鐵碳合金。在727℃以上是奧氏體和滲碳體的機械混合物，稱為高溫萊氏體，用“Ld”表示;低于727℃則是珠光體和滲碳體的機械混合物，稱為低溫萊氏體，用“L`d”表示。課題三金屬材料的分類和牌號一、鋼鐵材料牌號表示方法：根據國家標準《鋼鐵產品牌號表示方法》的規(guī)定，我國鋼號表示方法的基本原則如下：(1)漢字牌號和漢語拼音字母牌號并用，其優(yōu)點是漢字牌號容易記憶和識別，漢語拼音字母牌號容易書寫和標記。(2)鋼號中化學元素采用國際化學符號或漢字表示，如Mn(錳)、Si(硅)、Cr(鉻)等，但稀土元素(總稱)用拉丁字母“RE”或漢字“稀土”表示。(3)鋼中碳和合金元素含量用數字表示，碳含量標在鋼號最前面，合金元素含量則標在相應元素符號的后面。合金鋼編號采用漢字(或漢語拼音字母)、化學元素符號和數字混合組成。

二、非鋼鐵材料(有色金屬)及合金的牌號表示方法我國非鋼鐵材料及合金產品的牌號表示是根據國家標準(GB340)的規(guī)定，采用漢字牌號和漢語拼音字母、國際化學元素符號、阿拉伯數字相結合的方法，其表示原則如下：(1)產品牌號以代號或元素符號、成分和順序號結合產品類別或組別名稱表示，(2)產品的統(tǒng)稱(如銅材、鋁材)、類別(如黃銅、青銅)以及產品標記中的品種(如板、管、棒、帶、箔)等均用漢字表示。(3)產品的狀態(tài)、加工方法和特性采用國家標準中規(guī)定的漢語拼音字母表示三、鑄造合金牌號表示方法鑄造合金包括鑄鐵、鑄鋼和鑄造非鐵合金。1、碳素鋼含碳量低于2．11％，并含有少量的磷、硫、硅、錳等雜質的鐵碳合金稱為碳素鋼，又名碳鋼。1）普通碳素結構鋼這種鋼內所含雜質較多，所以質量差些。根據國家標準規(guī)定，其中甲類鋼只保證力學性能而不保證化學成分。這種鋼多制成鋼筋、槽鋼、角鋼和棒料等。一般用于制造力學性能要求不高的零件，如螺釘、螺母、墊圈、銷、鉚釘等。乙類鋼只保證化學成分而不保證力學性能，其用途基本上與甲類鋼相同。特類鋼既保證化學成分，又保證力學性能。但使用不多，往往被優(yōu)質碳素結構鋼所代替。2）優(yōu)質碳素結構鋼這種鋼中的有害雜質磷和硫的含量比較少，鋼的質量好，它既保證化學成分又保證力學性能。一般用來制造力學性能要求較高的機器零件。3）低碳鋼一般含碳量小于O．25％。它的強度比較低，但塑性、韌性都比較好，容易沖壓。因此常用來制成各種板材，制造各種沖壓零件與容器。低碳鋼也常用來制造各種滲碳零件(經過淬火之后，鋼件表面硬度高、耐磨性好，而心部保持著一定的強度和韌性)，如齒輪、短軸、銷等。因此，這類鋼又稱滲碳鋼。常用的低碳鋼牌號有08、10、15、20和25鋼等。4）中碳鋼的含碳量一般在0．3％～0．6％之問。它具有較高的強度，但塑性和韌性差些。中碳鋼可用調質處理來提高強度和韌性，因此可用來制造各種軸類、桿件、套筒、螺栓和螺母等。如調質之后再經表面淬火，則可使表面硬而耐磨，可用來制造各種耐磨零件，如齒輪、花鍵軸等。這類鋼又稱調質鋼。常用的中碳鋼牌號有30、40、45和50鋼等。四、鋼材的分類2、合金鋼：在鋼材化學成分中添加入合金元素，用以保證一定的生產和加工工藝以及所需求的組織與性能的鐵基合金稱為合金鋼。淬硬性鋼材在正常淬火條件下，可能得到的最高硬度值的大小，是表示鋼淬火時獲得硬度高低的能力。淬透性指鋼淬火時得到淬硬層深度大小的能力。5）高碳鋼的含碳量一般大于0．6％。這種鋼的硬度和強度高，但塑性和韌性差。如經過淬火并中溫回火之后，不但具有較高的硬度，而且具有良好的彈性，因此可以用來制造對性能要求不太高的彈簧，如板彈簧、螺旋彈簧等。常用的高碳鋼牌號有65、70鋼等。6）碳素工具鋼在碳素工具鋼中，由于磷、硫含量較少，所以鋼的質量較好。碳素工具鋼具有較高的硬度、耐磨性和足夠的韌性，一般用來制造各種工具、模具、量具和切削刀具(低速)等。常用的碳素工具鋼牌號有優(yōu)質鋼T7、T8、…Tl3和高級優(yōu)質鋼T7A、T8A、…、Tl3A等兩大類。1）合金結構鋼：合金結構鋼分普通低合金鋼、滲碳鋼、調質鋼、彈簧鋼和滾動軸承鋼五種。普通低合金鋼在普通碳素結構鋼的基礎上加入少量合金元素，成為普通低合金鋼。普通低合金鋼的強度比普通碳素結構鋼高，且白重輕、韌性好、耐腐蝕。滲碳鋼這種鋼是指經滲碳、淬火和低溫回火后使用的鋼，主要用來制造表面承受強烈磨損，并承受沖擊載荷的零件調質鋼指經調質處理后使用的鋼，主要用于制造承受很大的交變載荷與沖擊載荷或各種復合應力下工作的零件。彈簧鋼指用于制造各種彈簧的鋼。滾動軸承鋼指用于制造各種滾動軸承內外套圈及滾動體的專用鋼種。2）合金工具鋼：合金工具鋼是指制造各種刃具、模具和量具的鋼。刃具鋼主要用于制造切削刀具，要求它具有足夠的硬度和耐熱性，并有一定的抗彎強度。常用的有碳素工具鋼、低合金工具鋼和高速鋼等。模具鋼主要用于制造冷沖模及冷擠壓模等，能承受壓力、摩擦或沖擊，因此要求它有較高硬度、高耐磨性及足夠的強度和韌性。根據模具鋼的工作條件可以將它分為兩大類，即使金屬在冷狀態(tài)下變形的冷作模具鋼和使金屬在熱狀態(tài)下變形的熱作模具鋼。

冷作模具鋼:這類模具在工作過程中，刃口受到強烈的摩擦和擠壓作用，有此模具還受到較大的沖擊力，因此冷作模具鋼應具備如下基本性能:高的硬度和耐磨性。高的強度和足夠的韌性。良好的工藝性能。熱作模具鋼:熱作模具是用來使熱態(tài)金屬或液態(tài)金屬獲得所需形狀的模具，這種模具往往反復的激冷激熱，容易形成熱疲勞裂紋(龜裂)，因此，對熱鍛模鋼的基本性能要求是:一定的硬度和足夠的耐磨性。在高溫下保持高強度和良好的沖擊韌性。高的淬透性，使模具整體得到均勻的機械性能。良好的導熱性。優(yōu)良的耐熱疲勞性。良好的工藝性能和抗氧化能力。壓鑄模具:壓鑄模是在高壓下熔融金屬壓鑄成形的模具。由于模具反復與液態(tài)金屬接觸，其受熱程度比熱鍛模要高，故壓鑄模表面易產生熱疲勞裂紋。此外，還受金屬液流的沖擊和腐蝕作用。因此對壓鑄模鋼提出以下性能要求。高淬透性。高的導熱性。良好的高溫機械性能。優(yōu)良的耐熱疲勞性。較好的耐腐蝕和抗氧化性，以及良好工藝性能。量具鋼主要用于制造量具，如游標尺、千分尺、塊規(guī)、樣板等。要求這種鋼經熱處理后具有較高的硬度、耐磨性和尺寸穩(wěn)定性。常用的量具鋼有50、55、60、65、T10A、T12A、CrWMn、GCr15、4Crl3、9Cr18等。3．特殊性能鋼特殊性能鋼具有特殊的物理或化學性能，用來制造除要求有一定的力學性能外，還要求有特殊性能的零件。常用的特殊性能鋼有不銹鋼、耐熱鋼和耐磨鋼等。1)不銹鋼能抵抗大氣腐蝕和在化學介質(如酸類)中抵抗腐蝕的鋼統(tǒng)稱為不銹鋼。不銹鋼分馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼三類，2)耐熱鋼具有良好耐熱性的鋼稱為耐熱鋼，它能在高溫下抗氧化，并有較高的高溫強度。耐熱鋼有抗氧化鋼和熱強鋼兩類，3)耐磨鋼它是指在強力沖擊載荷下才能發(fā)生硬化的高錳鋼，典型鋼號如ZGMn13。高錳鋼主要用于制造坦克、拖拉機履帶、破碎機顎板、防彈鋼板等。非鐵材料又稱有色金屬，它有銅、鋁、鎂、鈦及其合金等。常用的非鐵材料分四類：1)重金屬密度大于5g／cm2，如銅、鎳、鈷、鉛、鋅、錫等。2)輕金屬密度小于5g／cm2，如鋁、鎂、鈉、鈣、鉀等。3)貴金屬金、銀等。4)稀有金屬包括稀有輕金屬(鈦、鋰、鈹等)和稀有難熔金屬(鎢、鉬、鉭、鈮等)。含碳量大于2．11％的鐵碳合金稱為鑄鐵。工業(yè)上常用的鑄鐵一般含碳量是2．5％～4％。鑄鐵除含碳量較高之外，還有較高的含硅量，雜質元素硫和磷也較多。鑄鐵中含有石墨。石墨本身具有潤滑作用和吸油能力，因此它有良好的減摩性和切削加工性。此外，由于鑄鐵的含碳量較高，使它的熔點低，流動性好，因此易于鑄造。常用的鑄鐵有下面幾種：1)白口鑄鐵白口鑄鐵的斷口呈亮白色。它的硬度較高，脆性大，不易切削加工，因此工業(yè)上很少直接用它制造機械零件，而是用來作煉鋼原料。但也有用來制造軋輥、拉絲模、球磨機等零件的。2)灰口鑄鐵灰口鑄鐵的斷口呈灰色。它的硬度低，性質較軟，容易切削加工；抗拉強度小，抗壓強度大(與抗拉強度相比)，塑性差，不能進行壓力加工；熔點低，流動性好，冷卻凝固時收縮量小，因此其鑄造性能較好。但灰口鑄鐵中的石墨呈片狀，對基體有割裂作用，當鑄鐵受拉力或沖擊力作用時，容易破裂。3)可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵中的石墨呈團絮狀，對基體割裂作用小，所以它的強度、韌性和塑性都比灰口鑄鐵高，可鍛鑄鐵并不能鍛造，這個名稱僅表示它比一般鑄鐵具有較高的韌性和塑性。4)球墨鑄鐵球墨鑄鐵中的石墨呈球狀，對基體的割裂作用很小，所以它的力學性能與鋼相近。對于有些零件可以用球墨鑄鐵代替鋼，鑄造合金鑄造合金有鑄鐵、鑄鋼和鑄造非鐵合金三大類二十余種。課題四鋼的熱處理

把鋼件加熱到一定的溫度，進行必要的保溫后，以適當的速度冷卻到室溫，改變鋼件的內部組織，從而獲得所需要性能的工藝方法稱為熱處理。按加熱和冷卻方法不同，熱處理大致可分為以下幾種名稱熱處理過程目的退火將鋼件加熱到一定溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻到室溫(1)降低鋼的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷變形加工；(2)細化晶粒，均勻鋼的組織，改善鋼的性能及為以后的熱處理作準備；(3)消除鋼中的內應力，防止零件加工后變形及開裂退火完全退火將鋼件加熱到臨界溫度(不同鋼材臨界溫度也不同，一般是710～750℃，個別合金鋼的臨界溫度可達800～900℃)以上30～50℃，保溫一定時問，然后隨爐緩慢冷卻(或埋在沙中冷卻)細化晶粒，均勻組織，降低硬度，充分消除內應力。完全退火適用于含碳量在0.8％以下的鍛件或鑄鋼件類別球化退火將鋼件加熱到臨界溫度以上20～30℃，經過保溫以后，緩慢冷卻至500℃以下再出爐空冷降低鋼的硬度，改善切削性能，并為以后淬火作好準備，以減少淬火后變形和丌裂。球化退火適用于含碳量大于0.8％的碳素鋼和合金工具鋼名稱熱處理過程目的退火類別去應力將鋼件加熱到500～650℃，保溫一定時間，然后緩慢冷卻(一般采用隨爐冷卻)消除鋼件焊接和冷校直時產生的內應力，消除精密零件切削加工時產生的內應力，以防止以后加工和使用過程中發(fā)生變形。去應力退火適用于各種鑄件、鍛件、焊接件和冷擠壓件等正火將鋼件加熱到臨界溫度以上40～600C，保溫一定時問，然后在空氣中冷卻(1)改善組織結構和切削加工性能；(2)對力學性能要求不高的零件，常用正火作為最終熱處理；(3)消除內應力淬火將鋼件加熱到淬火溫度，保溫一段時問，然后在水、鹽水或油(個別材料在空氣中)中急速冷卻(J_)使鋼件獲得較高的硬度和耐磨性；(2)使鋼件在回火以后得到某種特殊性能，如較高的強度、彈性和單液洋火將鋼件加熱到淬火溫度，經過保溫以后，在一種淬火劑中冷卻。單液淬火只適用于形狀比較簡單，技術要求不太高的碳素鋼及合金鋼件。淬火時，對于直徑或厚度大于5～8rnzn的碳素鋼件，選用鹽水或水冷卻；合金鋼件選用油冷卻韌性等淬雙液淬火將鋼件加熱到淬火溫度，經過保溫以后，先在水中快速冷卻至300～400℃，然后移入油中冷卻火類別火焰表面洋火用乙炔和氧氣混合燃燒的火焰噴射到零件表面，使零件迅速加熱到淬火溫度，然后立即用水向零件表面噴射?；鹧姹砻娲慊疬m用于單件或小批生產、表面要求硬而耐磨，并能承受沖擊載荷的大型中碳鋼和中碳合金鋼件，如曲軸、齒輪和導軌等表面感應洋火將鋼件放在感應器中，感應器在一定頻率的交流電的作用下產生磁場，鋼件在磁場作用下產生感應電流，使鋼件表而迅速加熱(2～名稱熱處理過程目的淬火類別表面感應淬火10min)到淬火溫度，這時立即將水噴射到鋼件表面。經表面感應淬火的零什，表面硬而耐磨，而心部保持著較好的強度和韌性。表面感應淬火適用于中碳鋼和中等含碳量的合金鋼件回火將淬火后的鋼件加熱到臨界溫度以下，保溫一段時問，然后在空氣或油L卜I冷卻?；鼗鹗蔷o接著淬火以后進行的，也是熱處理的最后一道工序(1)扶得所需的力學性能。在通常情況下，零件淬火后的強度和硬度有很大提高，但塑性和韌性卻有明顯降低，而零件的實際工作條什要求有良好的強度和韌性。選擇適當的回火溫度進行回火后，可以獲得所需的力學性能；(2)穩(wěn)定組織，穩(wěn)定尺寸；(3)消除內應力低溫回火將淬硬的鋼件加熱到150～250℃，并在這個湍度保溫一定時問，然后在卒氣中冷卻。低溫回火多用于切削刀具、量具、模具、滾動軸承和滲碳零件等消除鋼件兇淬火而產生的內應力回火類中溫回火將淬火的鋼件加熱到350～450℃，經保溫一段時問冷卻下米。一般用于各類彈簧及熱沖模等零件使鋼件獲得較高的彈性、一定的韌性和硬度別高溫同火將淬火后的鋼什加熱到500～650℃，經過保溫以后冷卻。土要用丁要求高強度、高韌性的重要結構零件，如主軸、曲軸、凸輪、齒輪和連桿等使鋼什獲得較好的綜合力學性能，即較高的強度和韌性及足夠的硬度，消除鋼件兇淬火而產生的內應力調質將淬火后的鋼件進行高溫(500～600℃)回火。多用于重要的結構零件，如軸類、齒輪、連桿等。調質一般是在粗加工之后進行的細化晶粒，使鋼件獲得較高韌性和足夠的強度，使其具有良好的綜合力學性能名稱熱處理過程目的人工時效將經過淬火的鋼什加熱到100～160℃，經過長時問的保溫，隨后冷卻消除內應力，減少零什變形，穩(wěn)定尺寸，對精度要求較高的零件更為重要時效處理自然時效將鑄什放在露天；鋼什(如長軸、絲杠等)放在海水中或長期懸吊或輕輕敲打。要經自然時效的零件，最好先進行粗加工化-當丁執(zhí)處理將鋼件放到含有某些活性原子(如碳、氮、鉻等)的化學介質中，通過加熱、保溫、冷卻等方法，使介質中的某些原子滲入到鋼件的表層，從而達到改變鋼件表層的化學成分，使鋼件表層具有某種特殊的性能鋼的滲碳將碳原子滲入鋼件表層。常用丁耐磨并受沖擊的零件，如凸輪、齒輪、軸、活塞銷等使表面具有高的硬度(HRC60～65)和耐磨性，而中心仍保持高的韌件化學執(zhí)處理鋼的淬氮將氮原子滲入鋼件表層。常用于重要的螺栓、螺母、銷釘等零件提高鋼件表層的硬度、耐磨性、耐蝕性類別鋼的氰化將碳和氮原子同時滲入到鋼件表層。適用于低碳鋼、中碳鋼或合金鋼零什，也可用于高速鋼刀具提高鋼件表層的硬度和耐磨性發(fā)黑將金屬零件放在很濃的堿和氧化劑溶液中加熱氧化，使金屬零件表面生成一層帶有磁性的四氧化三鐵薄膜。常用丁低碳鋼、低碳合金工具鋼。由于材料和其他因素的影響，發(fā)黑層的薄膜顏色有藍黑色、黑色、紅棕色、棕褐色等，其厚度為0.6～0.8um防銹、增加金屬表面美觀和光澤，消除淬火過程中的應力第三章金屬切削加工的基本知識課題一切削加工的基本定義

一、切削運動、加工表面和切削用量三要素用金屬切削刀具切除工件上多余的(或預留的)金屬，從而使工件的形狀、尺寸精度及表面質量都合乎預定要求，這樣的加工稱為金屬切削加工。由刀具切除的多余金屬變?yōu)榍行级烹x工件。在切削加工過程中，刀具同工件之間必須有相對的切削運動，它可以通過人手或金屬切削機床的作用來實現(xiàn)。機床、夾具、刀具和工件，構成金屬切削加工的工藝系統(tǒng)，切削過程的各種現(xiàn)象和規(guī)律，都要在這個工藝系統(tǒng)的運動狀態(tài)中去考察研究。1、車削運動和工件上的加工表面車削加工是一種最常見的、典型的切削加工方法。如圖所示，普通外圓車削加工中的切削運動是由兩種運動單元組合而成的：其一是工件的回轉運動，它是切除多余金屬以形成工件新表面的基本運動；其二是車刀的縱向進給運動，它保證了切削工作的連續(xù)進行。在這兩個運動合成的切削運動作用下，工件表而的一層金屬不斷地被車刀切下來并轉變?yōu)榍行?，從而加工出所需要的工件新表面。在新表面的形成過程中。工件上有三個依次變化著的表面；待加工表面、過渡表面和已加工表面。(1)待加工表面：加工時即將被切除的工件表面。(2)已加工表面：已被切去多余金屬面形成符合要求的工件新表面。(3)過渡表而(或稱切削表面)：加工時由切削刃在工件上正在形成的那個表面。它是待加工表而和已加工表而之問的表面。上述車削運動和加工表而的分析認識，也適用于其他切削加工。2、各種切削加工的切削運動動和加工表面金屬切削加工的種類很多。各種切削加工的目的都是為了形成臺乎要求的工件表面，因此，表而形成問題是切削加工的基本問題。從這個意義上來說，切削刃相對于工件的運動過程，就是表面形成過程。在這個過程中，切削刃相對于工件運動的軌跡面就是工件上的過渡表面和已加工表面。這里有兩個要素，一是切削刃，二是切削運動。不同形狀的切削刃加上不同切削運動的組合，即可形成各種加工表面。3、主運動、進給運動與合成切削運動各種切削加工中的運動單元，按照它們在切削過程中所起的作用，可以分為主運動和進給運動兩種。這兩個運動的向量和，稱為合成切削運動。所有切削運動的速度及方向都是相對于工件定義的。（1）主運動由機床或手動提供的刀具與工件之間主要的相對運動，它使刀具切削刃及其毗鄰的刀具表面切入工件材料，使被切削層轉變?yōu)榍行?，從而形成工件新表而。如圖l_2所示，在車削時，工件的回轉運動是主運動。在鉆削、銑削和磨削時，刀具或砂輪的回轉運動是主運動。在刨削時，刀具或工作臺的往復直線運動是主運動。由于切削刃上各點的運動情況不一定相同，在研究問題時，應選取切削刃上某一適宜點，這一為便于研究問題所選取的適宜點，稱為切削刃選定點。研究清楚該點的運動情況，再研究整個切削刃就比較容易了。主運動方向：切削刃上選定點相對于工件的瞬時主運動方向。切削速度：切削刃上選定點相對于工件的主運動的瞬時速度。（2）進給運動由機床或手動傳給刀具或工件的運動，它配合主運動依次地或連續(xù)不斷地切除切屑，同時形成具有所需幾何特性的已加工表面。進給運動可以是間歇的，也可以是連續(xù)進行的。進給運動方向：切削刃選定點相對于工件的瞬時進給運動的方向。進給速度：切削刃選定點相對于工件的進給運動的瞬時速度。對于間歇的進給運動，例如刨削加工，可不規(guī)定進給速度．（3）合成切削運動由同時進行的主運動和進給運動合成的運動。合成切削運動方向：切削刃選定點相對于工件的瞬時合成切削運動的方向。合成切削速度：切削刃選定點相對于工件的合成切削運動的瞬時速度。進給運動角：在同一瞬間的主運動方向和進給運動方向之間的夾角。對于龍門刨、牛頭刨的刨削和拉削之類的加工，這個角度不作規(guī)定。合成切削速度角：主運動方向與合成切削方向之間的夾角。4、切削用量三要素在切削加工過程中，需要針對不同的工件材料、刀具材料和其他技術經濟要求來選定適宜的切削速度V0，進給量f或進給速度Vf，還要選定適宜的切削深度ap值。V0、f、ap稱之為切削用量三要素。（1）切削速度V0大多數切削加工的主運動采用回轉運動。圓轉體(刀具或工件)上外圓或內孔某-點的切削速度計算公式如下：式中：d：工件或刀具上某一點的回轉直徑，mm。n：工件或刀具的轉速，r/s或r／min。在當前生產中，磨削速度單位用米／秒(m／s)，其他加工的切削速度單位尚習慣用米每分鐘(m／min)。即使轉速一定，而切削刃上各點由于工件直徑不同，切削速度也就不相同?？紤]到：切削速度對刀具磨損和已加工質量有影響，在計算時，應取最大的切削速度；如外圓車削時計算待加工表面上的速度，內孔車削時計算已如工表面上的速度，鉆削時計算鉆頭外徑處的速度。（2）進給速度Vf、進給量f和每齒進給量fz進給速度Vf是單位時間的進給量，單位是mm／s(或mm／min)。進給量是工件或刀具每回轉一周時兩者沿進給運動方向的相對位移，單位是mm／r對于刨削、插削等主運動為往復直線運動的加工，雖然可以不規(guī)定進給速度，卻需要規(guī)定間歇進給的進給量，其單位為mm／d·str(毫米／雙行程)。在銑刀、鉸刀、拉刀、齒輪滾刀等多刃切削工具進行切削時，還應規(guī)定每一個刀齒的進給量fz，即后一個刀齒相對于前一個刀齒的進給量，單位是mm／z(毫米／齒)。（3）切削深度ap。對于車削和刨削來說，切削深度ap為工件上已加工表面和待加工表面間的垂直距離，單位為mm。外圓柱表面車削時的切削深度可用下式計算：對于鉆削：dw——已加工表面直徑，mm；dm——待加工表面直徑，mm。二、刀具切削部分的基本定義

1、刀具切削部分的結構要素金屬切削刀具的種類雖然很多，但它們的切削部分的幾何形狀與參數都有著共性，即不論刀具結構如何復雜，它們的切削部分總是近似地以外圓車刀的切削部分為基本形態(tài)。前刀面Aγ前刀面Aγ是切屑流過的表面。如果前刀面是由幾個相互傾斜表面組成的，則可從切削刃開始，依次把它們稱為第一前刀面Aγ1(有時稱為倒棱)、笫二前刀面Aγ2等。還可以根據前刀面與主、副切削刃相毗鄰的情況區(qū)分：與主切削刃毗鄰韻稱為主前刀面，與副切削刃毗鄰的稱為副前刀面。后刀面Aa后刀面Aa是與工件上新形成的過渡表面相對的刀具表面。同樣，也可以分為第一后刀面Aa1(有時稱為刃帶)、第二后刀面Aa2等。與副切削刃毗鄰的與工件上已加工表面相對的刀面，稱為副后刀面Aa′，伺樣，也可分為第一副后刀面Aa′1第二副后刀面Aa′2等。切削刃S切削刃是前露面上直接進行切削的邊鋒。有主切削刃S和副切削刃S′之分。連接主副兩條切削刃之間的一小段切削刃，可以是直線，也可以是圓弧，它常稱過渡刃。刀尖刀尖是指主切削刃與副切削刃的連接處相當短的一部分切削刃。常用力尖有三種：交點(點狀)刀尖、圓弧(修圓)刀尖和倒棱(倒角)刀尖。2、刀具角度的參考系刀具切削部分必須具有合理的幾何形狀，才能保證切削加工的順利進行和獲得預期的加工質量。刀具切削部分的幾何形狀主要是由一些刀面和刀刃的方位角度來表示。為了確定刀具的這些角度，必須將刀具置于相應的參考系里。按構造參考系時所依據的切削運動的差異，參考系可分為：刀具標注角度參考系和刀具工作角度參考系。前者由主運動方向確定，而后者則由合成切削運動方向確定。（1）刀具標注角度的參考系：構成刀具標注角度參考系的參考平面，通常有基平面、切削平面、主剖面、切削刃法剖面、進給剖面和切深剖面。a、基平面(簡稱基面)Pr：通過切削刃選定點，垂直于主運動方向的平面。通常，基面應平行或垂直于刀具上制造、刃磨和測量時的某一安裝定位平面或軸線。普通車刀、刨刀的基面Pf，它平行于刀具底面。要做到這一點，必須假設切削刃選定點與工件旋轉軸線同高(以刀具底面為測量基準)。鉆頭、銑刀和絲錐等旋轉類刀具，其切削刃各點的主運動（即旋轉運動)方向都垂直于通過該點并包含刀具旋轉軸線的平面，故其基面Pr就是這些刀具的軸向剖面。b、切削平面Ps：通過切削刃選定點，與切削刃S相切，并垂直于基面Pr的平面。也就是切削刃S與切削速度方向構成的平面?；婧颓邢髌矫媸种匾?。這兩個平面加上以下所講的任一剖面，便構成各種不同的刀具標注角度參考系。C、主剖面Po和主剖面參考系：主剖面是通過切削刃選定點，同時垂直于基面Pr，和切削平面Ps的平面。由此可知，主剖面垂直于主切削刃在基面上的投影。Pr-Ps-Po組成一個正交的主剖面參考系。這是目前生產中最常用的刀具標注角度參考系。d、切削刃法剖面Pn和法剖面參考系：法剖而Pn是通過切削刃選定點，垂直于切削刃的平面。Pr-Ps一Pn組成一個法剖面參考系。e、進給剖面Pf和切深剖面Pp及其組成的進給、切深剖面參考系：進給剖面Pf是通過切削刃選定點，平行于進給運動方向，并垂直于基面Pr的平面。通常，它也平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和測量的某一安裝定位平面或軸線。例如，普通車刀和刨刀的Pf垂直于刀柄底面，鉆頭、拉刀、端面車刀、切斷刀等的Pf平行于刀具軸線，銑刀的Pf則垂直于銑刀軸線。切深剖面Pp是通過切削刃選定點，同時垂直于Pr和Pf的平面。由Pr-Pf-Pp組成一個進給、切探剖面參考系。（2)刀具工作角度參考系：上述刀具標注角度參考系，在定義基面時，都是只考慮主運動，不考慮進給運動，卻在假定運動條件下確定的參考系。但刀具在實際使用時，這樣的參考系所確定的刀具角度，往往不能確切地反映切削加工的真實情形。只有用合成切削運動方向來確定參考系，才符合切削如工的實際。刀具工作角度參考系同標往角度參考系的唯一區(qū)別是構造參考系時，前者以合成切削方向為依據，后者以主運動方向為依據。3、刀具的標注角度在刀具標注角度參考系中確定的切削刃與各刀面的方位角度，稱為刀具標注角度。由于刀具角度的參考系沿切削刃各點可能是變化的，故所定義的刀具角度均應指明是切削刃選定點處的角度；凡未特殊注明者，則指切削刃上與刀尖毗鄰的那一點的角度。在切削刃是曲線或者前、后刀面是曲面的情況下，定義刀具角度對，應該用通過切削刃選定點的切線或切平面代替曲刃或曲面。（1）主剖面參考系的標注角度將主剖面參考系中的參考平面Pr、Po、Ps按工程制圖規(guī)則移置在一平面上，便可得到R向(Pr)、S向(Ps)視圖和O-0剖面翻(Po)。在Pr、Ps、Po內有如下一些標注角度：在主剖面Po內的標注角度：①前角γo在主剖面內度量的基面Pr與前刀面Aγ的夾角。②后角αo在主剖面內度量的后刀面Aα與切削平面Ps的夾角。③楔角βo在主剖面內度量的后刀面Aα與前刀面Aγ的夾角。在切削平面Ps內的標注角度：刃傾角λs：在切削平面內度量的主切削刃S與基面Pr的夾角。在基面Pr內的標注角度：①主偏角Kr：在基面Pr內度量的切削平面Ps與進給平面Pf的夾角。它也是主切削刃S在基面上投影與進給運動方向的夾角。②余偏角ψr：在基面Pr內度量的切削平面Ps與切深剖面Pp的夾角。也是主偏角Kr的余角。ψr=900-Kr在主剖面參考系里，前角γo、后角αo、刃傾角λs、主偏角Kr為四個基本角度。若給定這四個獨立的角度，那么這把刀切削部分的主切削刃的幾何形狀便被確定。具有主切削刃S和副切削刃S′的刀具，還得給定與副切削刃有關的四個獨立角度：副偏角Kr′、副刃傾角λs′、副前角γo′和副后角αo′，這把刀切削部分的幾何形狀才能確定。這些冠以“副”字的角度，須在副剖面參考系中加以定義。副剖面參考系的建立和角度的定義，可以仿照主剖面參考系的辦法去做。③刀尖角εr：在基面內度量的切削平面Ps和副切削平面Ps′的夾角?？梢远x為刀尖角εr是主切削刃S和副切削刃S′在基面上投影的夾角。前角γo、后角αo、刃傾角λs是有正負號的。γo正負號判定：在主剖面Po里，若前刀面Aγ在基面Pr的下方，γo取正號，反之便取負號。αo正負號作如下規(guī)定：當后刀面Aγ在切削平面Ps的右邊時，αo取正號，在左邊時取負號。λs正負號作如下趣定：當刀具底面處于水平位置，如果刀尖處在切削刃最高位置，λs取正號，倘若刀尖處于切削刃的最低位置，則λs取負號。也可以仿照判定前角正負號的辦法來判定λs，即切削刃S處在基面Pr下方時，λs取正號，切削刃處在基面上方時，λs則取負號。（2）法剖面參考系的標注角度法剖面參考系和主剖面參考系的差別足在于剖面的不同。以法剖面Pn代替主剖面Po，主剖面參考系便變?yōu)榉ㄆ拭鎱⒖枷?。因此只有法剖面的標法角度和主剖面的注角度不相同，其余角度是對應相同的?1)法前角γn：在法削面內度量的前刀面與基面的夾角。(2)法后角αn：在法剖面內度量的切削平面與后刀面九的夾角。(3)法楔角βn：在法剖面內測量的前刀而與后刀面的夾角。（3）進給、切深剖面參考系及其標注角度進給、切深參考系由基面Pr進給剖面Pf和切深剖面Pp構成。Pr的定義同前述主剖面參考系。其他待定的有：進給剖面Pf：過切削刃上選定點平行于進給運動方向并垂直于基面Pr的平面。切深剖面Pp：過切削刃上選定點垂直于基面Pr和進給剖面Pf的平面。將進給、切深剖面參考系的參考平面按工程制圖規(guī)則移置到一平面內，便可得到R向視圖Pr、F-F(Pf)和P—P(Pp)剖面圖。本參考系基面內的標注角度與主剖面參考系基面內的標注角度相同。進給剖面Pf內的標注角度有進給前角γf、進給后角αf和進給楔角βf；切深剖面Pp內的標注角度有切深前角γp、切深后角αp和切深楔角βp。這些角度可以參照給主剖面參考系標注角度下定義的方法加以定義。三、刀具角度的換算

在設計和制造刀具時，需要對不同參考系內的標注角度進行換算，也就是主剖面、法剖面、切深剖面、進給剖面之間的角度換算。1、主剖面與法剖面內的角度換算在刀具設計、制造、刃磨和檢驗中，常常需要知道法剖面內的角度；許多斜角切削刀具，特別是大刃傾角刀具，必須標注法剖面角度。法剖面內的角度一般是從主剖面內的角度換算得來。換算公式如下：以前角計算為例，公式推導如下2、主剖面與其他剖面內的角度換算AGBE為通過主切削刃上A點的基面，Po(AEF)在主剖面上，Pf和Pp分別為切深剖面、進給剖面，Pθ(ABG)為垂直于基面的任意剖面，它與主切削刃AH在基面上投影AG間的夾角為θ；AHCF在前刀面上。求解任意剖面Pθ內的前角γθ：最大前角所在剖面同主切削刃在基面上投影之間夾角θrmax為：同理，可求出任意剖面內的后角αθ：四、刀具工作角度以上所講的是在假定運動條件和安裝條件下的標注角度，如果考慮合成運動和實際安裝情形，則刀具的參考系將發(fā)生變化。按照切削工作的實際情況，在刀具工作角度的參考系中所確定的角度，稱為工作角度。由于通常的進給速度遠小于主運動速度，所以在一般的安裝條件下，刀具的工作角度近似地等于標注角度，這樣，在大多數場合下(如普通車削、鏜削，端銑、周銑)不必考慮工作角度。只有在角度變化值較大時(如車螺紋或絲杠、鏟背和鉆孔時，研究鉆心附近的切削條件以及刀具特殊安裝時)，才需要計算工作角度。1、進給運動對工作角度的影響a、橫車以切斷車刀為倒，在不考慮進給運動時，車刀主切削刃選定點相對于工件的運動軌跡為一圓周，切削平面Ps為通過切削刃上該點切于圓周的平面，基面Pr為平行于刀桿底面同時垂直于Ps的平面。當考慮橫向進給運動之后，切削刃選定點相對于工件的運動軌跡為一平面阿基米德螺旋線，切削平面變?yōu)橥ㄟ^切削刃切于螺旋面的平面Psη，基面也相應傾斜為Prη，角度變化值為η。工作主剖面Poη仍為Po平面。此時，在工作參考系[Psη，Prη，Poη]內的工作角度γoη、αoη為：γoη=γo+η；αoη=αo–η。η刀角稱為合成切削速度角。它是主運動方向與合成切削運動方向的夾角。式中d為隨著車刀進給而不斷變化著的切削刃選定點處工件旋轉直徑，η值是隨著切削刃趨近工件中心而增大的；在常用進給量下，當切削刃距離工件中心1mm時，η=1040〞，再靠近中心，其值急劇增大，工作后角變?yōu)樨撝?。在鏟背加工時，η值很大，它是不可忽略的。b、縱車同理，也是由于工作中基面和切削平面發(fā)生了變化，形成了一個合成切削速度角η，引起了工作角度的變化。在不考慮進給運動時，切削平面Ps垂直于刀柄底而，基面Pr平行于刀柄底面，標注角度為γo、αo；考慮進給運動后，工作切削平面Psη為切于螺旋面的平面，刀具工作角度度參考系【Prη，Psη】傾斜了一個η角，則工作進給剖面（仍為原進給剖面)內的工作角度為：上述角度變化可以換算至主剖面內由上式可知：η值不僅與進給量f有關，也同工件直徑dw有關，dw越小，角度變化值越大；實際上，一般外圓車削的η值不過30′～40′，因此可以忽略不計。但在車螺紋，尤其是車大螺旋升角的多頭螺紋時，η的數值很大，必須進行工作角度的計算。2、刀刃上選定點安裝高低對工作角度的影響當刀刃上選定點安裝得高于工件中心線時，工作切削平面將變?yōu)镻sθp，工作基面變?yōu)镻rθp，工作角度γpθ增大，αpθ減小。在工作切深剖面(P-P仍為標注切深剖面)內角度變化值為θ：則工作角度為：當刀刃上選定點低于工件中心時，上述計算公式符號相反；鏜孔時計算公式符號同外圓車削計算公式符號相反。3、刀柄中心線與進給方向不垂直時工作角的的變化車刀刀柄與進給方向不垂直時，工作主偏角和工作副偏角將發(fā)生變化。G——進給剖面Pf與工作進給剖面Pfg之間的夾角，在基面內測量。也就是進給運動方向的垂線與刀柄中心線間的夾角。各種切削加工的切削層參數，可用典型的外圓縱車來說名。如圖所示，車刀主切削刃上任意一點相對于工件的運動軌跡是一條空間螺旋線。λs=0時，主切削刃所切出的過渡表面為阿基米德螺旋面。工件每轉一轉，車刀沿工件軸線移動一段距離，即進給量(f，mm／r)。這時，切削刃從加工表面Ⅱ的位置移至相鄰的過度表面Ⅰ的位置上。于是Ⅰ、Ⅱ之間的金屬層轉變?yōu)榍行肌Ｓ绍嚨墩谇邢髦倪@一層金屬就叫做切削層。切削層的大小和形狀直接決定了車刀切削部分所承受的負荷大小及切下切屑的形狀和尺寸。五、切削層參數1、切削層在各種切削加工中，刀具向對手工件沿進給運動方向每移動f(mm／r)或fz(mm／z)之后，一個刀齒正在切削的金屬層稱為切削層。切削層的尺寸稱為切削參數。2、切削厚度垂直于過渡表面來度量的切削層尺寸稱為切削厚度，以hp襲示。在外圓縱車(λs=0=0)時hp=f·sinkr。3、切削寬度沿過渡表面度量的切削層尺寸稱為切削寬度，以bD表示。外回縱車(λs=0時)，bD=ap／sinkr

可見，在f與ap一定的條件下，切削層面積一定，主檣角越太，切削厚度也越大，但切削寬度越小。當主偏角為900時，hp=f。曲線形主切削刃，切削層各點的切削厚度互不相等4、切削面積切削層在基面Pr內的面積，稱為切削面積，以AD表示。其計算公式為：對于車削，不論切削刃形狀如何，切削面積均為：上面所計算的均為名義切削面積(圖1-24中的AGDB)。實際切削面積Ads等于名義切削面積AD減去殘留面積⊿AD所得之差。5、正切屑和倒切屑當hD、bD與f、ap的關系屬于f·sinkr<ap／sinKr的情況，在這種情況下切下來的切屑稱為正切屑。生產中大多數情況下所得出的切屑都屬于這一種。但當大進給(大走刀)切削法出現(xiàn)以后，常常出現(xiàn)f·sinkr>ap／sinKr的情況，這時切下來的切屑稱為倒切屑。介于兩者之間f·sinkr=ap／sinKr稱為對等屑。顯然，對于倒切屑來說，主要的切削工作已經由主切削刃轉到副切削刃上了，其切削厚度hD=ap，切削寬度bD=f在這種情況下，刀具的副前角應該是設計、刃磨的重點，而原來的主切削刃的前角變?yōu)榇我慕嵌??？梢?，對于各條切削刃在實際切削工作中的“主”與“副”要做具體的分析。6、正切削與斜切削切削刃垂直于合成切削方向的切削稱為正切削或直角切削。如切削刃不垂直于切削運動方向則稱為斜切削或斜角切削。7、自由切削與非自由切削只有直線形主切削刃參加切削工作，而副切削刃不參加切削工作，稱為自由切削，曲線形主切削刃或主、副切削刃都參加切削者，稱為非自由切削。這是根據切削變形是二維問題或三維問題進行區(qū)分的。課題二刀具材料在切削過程中，刀具直接完成切除余量和形成已加工表面的任務．刀具切削性能的優(yōu)劣，取決于構成切削部分的材料、幾何形狀和刀具結構。由此可見刀具材料的重要性，它對刀具使用壽命、加工效率、加工質量和加工成本影極大。因此，應當重視刀具材料的正確選擇和合理使用，重視新型刀具材料的研制。一、刀具材料應當具備的性能

在切削加工時，刀具切削部分與切屑、工件相互接觸的表面上承受很大的壓力和強烈的摩擦，刀具在高溫下進行切削的同時，還承受著切削力、沖擊和振動，因此刀具材料應具備以下基本要求。1、硬度刀具材料必須具有高于工件材料的硬度，常溫硬度須在HRC62以上，并要求保持較高的高溫硬度。2、耐磨性耐磨性表示刀具抵抗磨損的能力，它是刀具材料機械性能(力學性能)、組織結構和化學性能的綜臺反映。例如，組織中硬質點的硬度、數量、大小和分布對抗磨料磨損的能力有很大影響，面抗冷焊磨損(粘結磨損)、抗擴散磨損和抗氧化磨損的能力還與刀具材料的化學穩(wěn)定性有關。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；一般，強度用抗彎強度表示，韌性用沖擊值表示。刀具材料中強度高者，韌性也較好，但硬度和耐磨性常因此而下降，這兩個方面的性能是互相矛盾的。一種好的刀具材料，應當根據它的使用要求，兼顧以上兩方面的性能，而有所側重。4、耐熱性刀具材料應在高溫下保持較高的硬度、耐磨性、強度和和韌性，并有良好的抗擴散、抗氧化的能力。這就是刀具材料的耐熱性。5、導熱性和膨脹系數在其他條件相同的情況下，刀具材料的導熱系數(熱導率)越大，則由刀具傳出的熱量越多，有利于降低切削溫度和提高刀具使用壽命。線膨脹系數小，則可減少刀具的熱變形。對子焊接刀具和沫層刀具，還應考慮刀片與刀桿材料、涂層與基體材料線膨脹系數的匹配。6、工藝性為了便于制造，要求刀具材料有較好的可加工性，包括鍛、軋、焊接、切削加工和可磨削性、熱處理特性等。材料的高溫塑性對熱軋刀具十分重要?？赡ハ餍钥捎媚ハ鞅取ハ髁颗c砂輪磨損體積之比來表示，磨削比大，則可磨削性好。此外，在選用刀具材料時，還應考慮經濟性。性能良好的刀具材料，如成本和價格較低，且立足于國內資源，則有利于推廣應用。刀具材料種類很多，常用的有工具鋼(包括碳索工具鋼、合金工具鋼和高速鋼)、硬質合金、陶瓷、金剛石(天然和人造)和立方氮化硼等。碳索工具鋼(如Tl0A、Tl2A)和合金工具鋼(如9CrSi、CrWMn)，因其耐熱性很差，僅用于手工工具。陶瓷、金剛石和立方氮化硼則由于性質脆、工藝性差及價格昂貴等原因，目前尚只在較小的范圍內使用。當今，用的最多的刀具材料為高速鋼和硬質合金。高速鋼是加入了鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釩(V)等合金元素的高合金工具銅。按重量計，鎢和鉬占l0～20％，鉻約占4％，釩占l％以上，它們都是強烈的碳化物形成元素，在熔煉與熱處理過程中與碳形成丁高硬度的碳化物，從而提高了鋼的耐磨性。另外，高速鋼采用了接近熔點的淬火溫度，得到細品粒的合金化的馬氏體組織，它在低溫回火(約5600C)時衛(wèi)使臺金碳化物析出，從而進一步提高了硬度與耐磨性。在高速鋼中，鉬和鎢的作用基本相同，l％和的鉬可代替2％的鎢。鉬并能減少鋼中碳化物的不均勻性，細化碳化物品粒，提高韌性。

1、高速鋼

另外，在某些高速鋼中，為了提高高溫硬度，添加鈷、鋁、硅、鈮等元素；為了提高耐磨性，可適當增加含釩量。但是，隨著含釩量的增加，可磨削性變差，釩的含量不宜超過3％。高速鋼在600。C時，仍能保持切削加工所要求的硬度，切削中碳鋼時，切削速度可達0．5m／s(30m／min)左右。高速鋼的強度、韌性和工藝性能均較好，能進行鍛造，磨出的切削刃比較鋒利，熔煉質量穩(wěn)定，使用比較可算。各種刀具都可用高速鋼制造}尤其是形狀復雜的刀具和小型刀具，均大量使用著高速鋼。目前，高速鋼占刀具材料總使用量的60％以上。按基本化學成分，高速鋼可分為鎢系、鎢鉬系和鉬鎢系。按切削性能分，則有普通高速翎和高性能高速鋼。按制造方法分，則有熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼。二、主要的刀具材料

1）普通高速鋼普通高速鋼的特點是工藝性好，切削性能可滿足一般工程材料的常規(guī)加工，常用品種有：（1）Wl8Cr4V屬鎢系高速鋼。它的歷史悠久，至今尚在普遍使用。其綜合機械(力學)性能和可磨削性好，可用以制造包括復雜刀具在內的各類刀具。（2）W6Mo5Cr4V2屬鎢鉬系高速鋼，其碳化物分布的均勻性、韌性和高溫塑性均超過Wl8Cr4V，但是，可磨性比Wl8Cr4V略差，切削性能則大致相同。國外由于資i瞎[關系，已海汰所請傳統(tǒng)高速鋼的Wl8Cr4V面以W6M05Cr4V2代替。這一鋼種目前我國主要用于熱軋刀具(如麻花鉆)，也可用于制作大尺寸刀具。（3）Wl4Cr4VMn—RE這種高速鋼有較大的塑性，可作熱軋刀具用。此鋼種中含鎢量較W18Cr4V少，面含有少量的錳和稀土元素RE,其切削性能相當于W18Cr4V。．（4）W9Mo3Cr4V和W6Mo5Cr4V2性能接近。2）高性能高速鋼調整普通高速鋼的基本化學成分和添加其他合金元素，使其機械(力學)性能和切削性能有顯著提高，這就是高性能高速鋼。高性能高速鋼的常溫硬度可達HRC67-70，高溫硬度也相應提高，可用于高強度鋼、高溫合金、鈦合金等難加工材料的切削加工，并可提高刀具使用壽命。高性能高速鋼主要有以下幾種：（1）鈷高速鋼典型鋼種是AISI和M42，它的特點是綜合性能好，硬度高(接近HRC70)，高溫硬度在同類鋼中居于前列，可磨削性也好。M42的磨削比接近普通高速鋼W6Mo9Cr4V2。用M42制作的刀具用于加工高溫臺金、不銹鋼等效果很好。然而，這一鋼種含有較多的鈷元素，價格較貴。針對國內資源情況，我國應發(fā)展低鈷或無鈷的高性能高速鋼。（2）低鈷高速鋼低鉆高速鋼(W12Mo3cr4V3Co5Si)是用減少鈷增加硅的辦法以獲得高性能．其耐磨性比M42好，但韌性比M42差。缺點是仍鴦仍含有一定前鈷，而且由于增加了含釩量，使可磨性變差，因而不宜用于制造復雜刀具。（3）鋁高速鋼鋁高速鋼(W6Mo5Cr4V2A1)是我國獨創(chuàng)的無鈷高速鋼，它在W6Mo5Cr4V2的基礎上加鋁增碳，其高溫硬度在600qC時約為HV602，抗彎強度為3.5明～3.80GPa(350～380Kgf／mm2)，沖擊韌性為0.20MJ／m2(2.Okgf·m／cm2)，均與M42相當，抗彎強度及沖擊韌性則高于Wl2Mo3Cr4V3Co5Si鋼。缺點是可磨削性略低于M42。此鋼種不含鈷，性能好，生產成本較低。缺點是熱處理溫度較難控制，鋼材成材率較低。此外，我國研制的無鈷高速鋼還有加鋁強化的5F6鋼和加鋁、硅、．鈮強化的B201鋼等，性能達到鈷高速鋼的水平，但也存在著含釩多而可磨性差的問題。它們在生產．中用得不多。近年來，我國研制成功無鈷和低鉆的高性能高速鋼Wl2Mo3Cr4V3N（V3N）和W12Mo3Gr4VCo3N(Co3N)，頗有應用前景。V3N價格較低，但可磨性稍差。3）粉末冶金高速鋼高速鋼的制造質量受多方面因素的影響，其中對性能影響較大面而又難于改善的因素，是對碳化物分布的均勻性及其粒度粗細的控制。熔煉高速鋼中碳化物偏析比較嚴重。完全消除碳化物偏析的方法是粉末冶金法。其基本原理是將高頻感應爐熔煉的鋼液用高壓惰性氣體(如氬氣)霧化成粉末，再經過熱壓(同時進行燒結)制成刀坯，或制成鋼坯再經軋制或鍛造成材。粉末高速鋼與熔煉高速鋼相比，有很多優(yōu)點；如韌性與硬度較高，可磨削性能顯著改善(例如含釩5％的粉末冶金高速鋼的可磨射性相當于含釩2％的普通高速錒)，材質均勻，熱處理變形小，質量穩(wěn)定可靠，故刀具使用壽命較長。粉末冶金高速鋼可以切削各種難加工材料，特別適合于制造各種精密刀具和形狀復雜的刀具。高速鋼刀其可以用鹽浴軟氮化、氣體軟氮化、輝光離子化及離子氮注入等方法進行表面處理，形成高硬、耐磨的薄層(0.02---0．1mm)，也可以采用物理氣相沉積(PVD)等方法在高速鋼刀具表面涂覆一層(約10μm)TiN或TiC等材料。經過表面處理或涂層后，刀其的耐磨性和使用壽命可以得到顯著提高。近年，TiN涂層高速鋼刀具發(fā)展較快，應用較廣。高速鋼鉆頭、絲錐、銑刀及齒輪刀具，經涂層后，其耐用度?？商岣?～5倍以上。2、硬質合金

硬質合金是高硬度、難熔的金屬化臺物(主要是WC、TiC等，又稱高溫碳化物)微米級的粉末，用鈷或鎳等金屬作粘結劑燒結面成的粉末冶金制品。其中高溫碳化物含量超過高速鋼，允許切削溫度高達800一10000C。切削中碳鋼時，切削速度可達1.67～3．34m／s(100～200m／min)以上。硬質合金是當今最主要的刀具材料之一。絕大多數車刀、端銑刀和部分立銑刀、深孔鈷、淺孔鉆、鉸刀等均采用硬質合金制造。由于硬質合金的工藝性較差，它用于復雜刀具尚受到很大限制。

目前絕大部分硬質臺金是以WC為基體，并分為WG—Go、WC—TIC—Co、WC—TaC(NbC)一Co以及WC—TiG--TaC(NbC)-Co等四類。YT類合金，ISO(國際標準化組織)稱為P類，主要用于加工長切屑的黑色金屬；YG類合金，IS0稱為K類，主要用于加工短切屑的黑色金屬、有色金屬和非金屬材料；YW類舍金，IS0稱為M類，可覆蓋P類、K類舍金的應用范圍。

1）硬度碳化物WC、TiC等的硬度很高，所以合金整體也就具有高硬度，一般在HRA89～93之間。硬質合金的硬度值隨碳化物的性質、數量和粒度而變化，又隨粘接劑含量的增多而降低。硬質合金的硬度又隨著溫度升高而降低。在700～8000C時，部分合金保持著相當于高速鋼在常溫時的硬度，另一部分合金則低些。合金的高溫硬度仍取決于碳化物在高溫下的硬度，故WG—TiC—Co合金的高溫硬度比WC-Co合金高些。添加TaC(或NbC)能提高高溫硬度。2）抗彎強度和韌性常用牌號硬質合金的抗彎強度在0.90～1.50GPa(90～150kgf／mm2)范圍內。粘結劑含重越高，則抗彎強度也就越高。當粘結劑含量相同時，WC—TiC—C0合金的抗彎強度總是低于WC-Co合金，并隨著TiC含量的增加而下降。硬質臺金是脆性材料，常溫下其沖擊韌性僅為高速鋼的1／8～1／30。韌性不足是硬質合金的弱點。故硬質合金刀具一般是將合金刀片焊接或夾固在刀柄(刀體)上使用，有的小模數齒輪滾刀或小的硬質合金鉆頭和立銑刀等才做成整體的。和抗彎強度的情況一樣，WC—TiC-Co類的韌性低于WC—Co類。。3）導熱系數．由于TiC的導熱系數低于WC，所以WC-TiC-Co的導熱系數比WC--Co臺金低，并隨TiC含量增加而下降。4）線膨脹系數總的說來，硬質臺金的線膨脹系數比高速鋼小得多。WC—TiC—Co合金的線膨脹系數大于WC-Co合金，且隨TiC含量增加而加大。由于WC—Co合金的線膨脹系數比WC-TiC-Co合金小，而且WC—Co臺金抗彎強度較高，導熱系數較大，所以焊接時產生裂紋的傾向比WC-TiC—Co合金小。5）抗冷焊性硬質臺金與鋼發(fā)生冷焊的溫度高于高速鋼，WC-TiC—Co合金與鋼發(fā)生冷焊的溫度高于WC—Co臺金。6）硬質合金的選用正確選用適當牌號的硬質臺金對于發(fā)揮其效能具有重要意義。WC—Co硬質臺金一般用于加工鑄鐵、有色金屬及其臺金，WC-TiC—Co硬質合金則用于高速切削鋼料。切削鑄鐵及其他脆性材料時，由于形成崩碎切屑，切削力集中在切削刃近旁的很小面積上，局部壓力很大。并具有一定的沖擊性，所以宜選用抗彎強度和韌性較好的WC—Co合金。另一方面，WC—Co合金雖然抗彎強度較高，但試驗證胡：這類合金與鋼料摩擦時，其抗月牙洼磨損的能力較WC-TiC-Co合金差，因此不宣用于高速切削普通鋼料。然而對于高溫合金、不銹鋼等難加工材料，又有不同情況。這類工件材料中含鈦，導熱系數低，容易發(fā)生冷焊，切削力大，切削溫度高，因而要求刀具中不含(或少含)鈦，并有較好的導熱性，以便減輕冷焊并降低切削溫度。這就說明對于上述難加工材料選甩WC-Co合金并采用較低的切削速度較為合適。顯然，精加工時宜選用含鈷少、硬度高的合金；粗加工或有沖擊載荷時，宜選用含鈷多、抗彎強度大的合金。3、其他刀具材料1）陶瓷按化學成分，刀具用陶瓷可以分為：（1）純氧化鋁陶瓷主要用Al2O3加微量添加劑(如MgO)，經冷壓燒結而成，是一種廉價的非金屬刀具材料。其抗彎強度為0.40～0.50GPa，硬度HRA91--92。由于抗彎強度過低，尚難以推廣應用。（2）復合氧化鋁陶瓷在Al2O3基體中添加某些高硬度、難熔碳化物(如TiC)，并加入一些其他金屬(如鎳、鉬)進行熱壓，可使抗彎強度提高到0.80GPa(80kgf／mm2)以上，硬度達到HRA93～94。陶瓷有很高的高溫硬度，在1200度高溫時，硬度尚能達HRA80。若是硬質