金屬切削原理與刀具(第5版)課件與課后習題復(fù)習參考題

金屬切削原理與刀具第五版上海理工大學陸劍中孫家寧主編機械工業(yè)出版社金屬切削原理與刀具第五版上海理工大學陸劍中孫1緒論第一節(jié)我國切削加工技術(shù)發(fā)展概況一、切削加工的定義

是指利用刀具切除被加工零件多余材料的方法。二、發(fā)展概況1、古代銅車銅馬

緒論第一節(jié)我國切削加工技術(shù)發(fā)展概況銅車銅馬2第一章刀具幾何角度及切削要素第一節(jié)切削運動與切削用量第二節(jié)刀具切削部分的基本定義第三節(jié)刀具角度的換算第四節(jié)刀具角度的一面二角分析法第五節(jié)刀具的工作角度第六節(jié)切削層和切削方式第一章刀具幾何角度及切削要素第一節(jié)切削運動與切削用量3第一章刀具幾何角度及切削要素第一節(jié)切削運動與切削用量一、切削運動與切削層1、切削運動(1)主運動

主運動是切削時最主要的、消耗動力最多的運動，它是刀具與工件之間產(chǎn)生的主要的相對運動。第一章刀具幾何角度及切削要素第一節(jié)切削運動主運動是切4(2)進給運動

進給運動是刀具與工件之間產(chǎn)生的附加運動，以保持切削連續(xù)地進行。(2)進給運動52、車削中的工件表面和切削層（1）工件表面 1)待加工表面：加工時即將切除的工件表面。 2)已加工表面：已被切去多余金屬而形成符合要求的工件新表面。 3)加工表面(或稱切削表面、過渡表面)：加工時由切削刃在工件上正在形成的那部分表面；它是待加工表面和已加工表西之間的過渡表面。2、車削中的工件表面和切削層6(2)切削層: 切削時刀具切過工件的一個單程所切除的工件材料層。公稱橫截面積實際橫截面積

殘留面積

(2)切削層:公稱橫截面積實際橫截面積殘留面積7二、切削用量、切削時間與材料切除率1、切削用量三要素：（1）切削速度

指切削刃選定點相對工件主運動的瞬時速度，單位為m/s或m/min。車削時（1-1）二、切削用量、切削時間與材料切除率（1-1）8(2)進給量進給量為刀具在進給運動方向上相對工件的位移量，可用工件每轉(zhuǎn)(行程)的位移量來度量，單位為mm/r。 進給量又可用進給速度表示：指切削刃選定點相對工件進給運動的瞬時速度，單位為mm/s或m/min。車削時進給運動速度：

（1-2）(2)進給量（1-2）9（3）背吃刀量(切削深度)指垂直于進給速度方向測量的切削層最大尺寸，單位為mm。車外圓時：(1-3)（3）背吃刀量(切削深度)(1-3)10

2、切削時間(機動時間)

指切削時直接改變工件尺寸、形狀等工藝過程所需的時間，單位為min。它是反映切削效率高低的一個指標。2、切削時間(機動時間)11 由式(1-5)知，提高切削用量中任一要素均可降低切削時間。(1-5)(1-4) 由式(1-5)知，提高切削用量中任一要素均可降低切削時間。123．材料切除率Q它是單位時間內(nèi)所切除材料的體積，是衡量切削效率高低的另一個指標，單位 為mm3／min.(1-6)3．材料切除率Q(1-6)13

三、合成切削運動與合成切削速度

主運動與進給運動合成的運動稱合成切削運動。切削刃選定點相對工件合成切削運動的瞬時速 度稱合成切 削速度。三、合成切削運動與合成切削速度14金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題15第二節(jié)刀具切削部分的基本定義一、刀具的組成

三面兩刃一尖1．刀面(1)前面(前刀面)(2)后面(后刀面)

(3)副后面(副后刀面)

2．切削刃(1)主切削刃S(2)副切削刃S'第二節(jié)刀具切削部分的基本定義16金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題173．刀尖主切削刃法向斷面3．刀尖主切削刃法向斷面18刀尖參數(shù)有:1)刀尖圓弧半徑2)倒角刀尖長度3)刀尖倒角偏角刀尖參數(shù)有:19二、刀具角度參考系

1、刀具參考系的概念（1）刀具靜止參考系它是刀具設(shè)計時標注、刃磨和測量的基準，用此定義的刀具角度稱刀具標注角度；（2）刀具工作參考系它是確定刀具切削工作時角度的基準，用此定義的刀具角度稱刀具工作角度。二、刀具角度參考系202、參考系1正交平面參考系

基面Pr

通過切削刃上某一選定點，垂直于切削速度的平面切削平面Ps過主切削刃選定點，與切削刃相切并垂直與基面正交平面Po通過切削刃上選定點同時垂直于切削平面與基面的平面。2、參考系基面Pr通過切削刃上某一選定點，垂直于切削速度的21金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題222法平面參考系由Pr、Ps、Pn三個平面組成法平面(Pn)

過切削刃上選定點并垂直于切削刃或其切線的平面2法平面參考系233假定工作平面參考系由Pr、Pf、Pp三個平面組成假定進給平面Pf

過切削刃選定點平行于假定進給運動方向并垂直于基面的平面假定切深平面(背平面)Pp

過切削刃選定點既垂直假定進給平面又垂直于基面的平面。3假定工作平面參考系24金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題25三、刀具角度1、正交平面參考系刀具角度定義(1)前角γo

正交平面中測量的前面與基面間夾角。(2)后角αo正交平面中測量的后面與切削平面間夾角。(3)主偏角κr

基面中測量的主切削平面與假定工作平面間夾角。(4)刃傾角λs切削平面中測量的切削刃與基面間夾角。三、刀具角度26PrPr27(1-8)(1-9)(1-8)(1-9)28（5）派生角度 1)楔角βo正交平面中測量的前面與后面間夾角。(1-10) 2)刀尖角εr，基面投影中，主、副切削刃間的夾角。(1-11)

（5）派生角度29金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題302、其它參考系刀具角度

1）在法平面中2、其它參考系刀具角度31金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題322）在假定進給平面、背平面中2）在假定進給平面、背平面中33金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題343、刀具角度正負的規(guī)定

3、刀具角度35四、不同參考系角度小結(jié)

刀具角度四、不同參考系角度小結(jié)刀具角度36第三節(jié)刀具角度的換算

一、正交平面、法平面系前、后角換算(1-12)第三節(jié)刀具角度的換算一、正交平面、法平面系前、后角換算(37(1-13)(1-13)38金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題39金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題40二、垂直于基面的任一剖面與正交平面的前、后角換算二、垂直于基面的任一剖面與正交平面的前、后角換算41(1-14)(1-16)(1-15)(1-14)(1-16)(1-15)42(1-17)(1-18)(1-17)(1-18)43金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題44在前面的圖中若假想圖中的前面為刀具的后面，則上面推導(dǎo)的公式中的角度可以用代替，則公式（1-14）變?yōu)椋?-19）在前面的圖中若假想變?yōu)椋?-19）45若令（1-18）中的則可得到假定進給平面和背平面的后角換算公式（1-20）（1-21）若令（1-18）中的46第四節(jié)刀具角度的一面二角分析法

表示空間任意一個平面方位的定向角度只需兩個，所以判斷刀具切削部分需要標注的獨立角度數(shù)量可用一面二角分析法確定。1．直頭外圓車刀

三面六角

前面定向角γo、λs

后面定向角αo、κr

副后面定向角αo'、κr'

第四節(jié)刀具角度的一面二角分析法 表示空間任意一個平面方47

2．45o彎頭車刀四面八角主切削刃12前面定向角γo、λs；主切削刃12后面定向角αo、κr；副切削刃23副后面定向角αo'、κr‘副切削刃14副后面定向角αo'、κr'

2．45o彎頭車刀四面八角483．切斷刀

四面八角 習慣上標注左切削刃上的角為主角，右刃為派生角度前面定向角γo、λsL后面定向角αo、κrL左副后面定向角αoL'、κrL'右副后面定向角αoR'、κrR'

3．切斷刀494．倒角刀尖、倒棱的參數(shù)

一面二角倒角刀尖刃：倒角切削刃后角αoε偏角κrε

倒棱刃：倒棱刃前角γo1倒棱刃傾角λs1=λs倒棱刃寬度bγ1

4．倒角刀尖、倒棱的參數(shù)50第五節(jié)刀具的工作角度一、刀具工作參考系及工作角度因此研究切削過程中的刀具角度，必須以刀具與工件的相對位置、相對運動為基礎(chǔ)建立參考系，這種參考系稱工作參考系。用工作參考系定義的刀具角度稱工作角度。第五節(jié)刀具的工作角度一、刀具工作參考系及工作角度因此研究切51工作正交平面poe

通過切削刃選定點，同時垂直于工作切削平面與1．刀具工作參考系工作正交平面參考系工作基面pre

通過切削刃選定點垂直于合成切削速度方向的平面工作切削平面pse

通過切削刃選定點與切削刃相切，且垂直于工作基面的平面。該平面包含合成切削速度方向工作基面的平面工作正交平面poe1．刀具工作參考系工作基面pre工作切522．刀具工作角度

刀具工作角度的定義與標注角度類似，它是前、后面與工作參考系平面的夾角。 工作角度的標注符號分別是：γoe,αoe,κre,λse,γfe,αfe,γpe,αpe2．刀具工作角度53二、刀具安裝對工作角度的影響1、刀柄偏斜對工作主、副偏角的影響

二、刀具安裝對工作角度的影響542．切削刃安裝高低對工作前、后角的影響

2．切削刃安裝高低對工作前、后角的影響55三、進給運動對工作角度的影響1．進給運動方向不平行工件旋轉(zhuǎn)軸線時對工作主、副偏角的影響三、進給運動對工作角度的影響562．縱向進給運動對工作前、后角的影響(1-22)2．縱向進給運動對工作前、后角的影響(1-22)57金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題58第六節(jié)切削層與切削方式一、切削層參數(shù)1、切削層在各種切削加工中，刀具同工件沿進給運動方向每移動f(mm/r)或af(mm/Z)之后，由一個刀齒正在切的金屬層稱為切削層。切削層的尺寸稱為切削參數(shù)。第六節(jié)切削層與切削方式一、切削層參數(shù)592．切削公稱厚度hD垂直于過渡表面來度量的切削層尺寸，也稱為切削厚度

(1-24)2．切削公稱厚度hD(1-24)603.切削公稱寬度bD平行于過渡表面度量的切削層尺寸，也稱為切削寬度

(1-25)3.切削公稱寬度bD(1-25)614．切削層公稱橫截面積AD在切削層尺寸平面里度量的橫截面積，也稱為切削層橫截面積。實際切削橫截面積

(1-23)4．切削層公稱橫截面積AD(1-23)62二、切削方式1．自由切削與非自由切削自由切削--只有一個主切削刃參加切削

非自由切削--主、副切削刃同時參加切削

2．正交切削(直角切削)與非正交切削(斜角切削)

正交切削--切削刃與切削速度方向垂直的切削非正交切削--切削刃不垂直切削速度方向的切削刃傾角不等于零的刀具均屬斜角切削方式

二、切削方式63金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題64金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題65金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題66金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題67金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題68金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題69金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題70金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題71金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題72金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題73金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題74金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題75金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題76金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題77金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題78第二章刀具材料第一節(jié)概述

一、刀具材料應(yīng)具有的性能

1．高的硬度

常溫硬度60HRC以上，并要求保持較好的高耐熱性。

2.足夠的強度和韌性為了承受切削力、沖擊和振動，刀具材料應(yīng)具有足夠的強度和韌性。

第二章刀具材料第一節(jié)概述793．高的耐磨性

耐磨性表示抵抗磨損的能力，它是刀具材料機械性能、組織結(jié)構(gòu)和化學性能的綜合反映。

4．好的導(dǎo)熱性5．良好的工藝性和經(jīng)濟性

鍛造性能、磨削性能、熱處理性能等二、刀具材料類型

1、工具鋼包括碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼

2、硬質(zhì)合金

3、陶瓷

4、超硬刀具材料3．高的耐磨性80金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題81三、刀體材料刀體一般均用普通碳鋼或合金鋼制作

尺寸較小的刀具或切削負荷較大的刀具宜選用合金工具鋼或整體高速鋼制作機夾、可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀具，鑲硬質(zhì)合金鉆頭，可轉(zhuǎn)位銑刀等的刀體可用合金工具鋼制作

對于一些尺寸較小、剛度較差的精密孔加工刀具，如小直徑鏜刀、鉸刀，為保證刀體有足夠的剛度，宜選用整體硬質(zhì)合金制作，以提高刀具壽命和加工精度

三、刀體材料82第二節(jié)高速鋼高速鋼是含有W、Mo、Cr、V等合金元素較多的合金工具鋼。

第二節(jié)高速鋼83一、通用型高速鋼

（含碳量0.7～0.9%，62～66HRC）1、鎢系高速鋼W18Cr4V優(yōu)點：具有較好的綜合性能。因含釩量少，刃磨工藝性好。淬火時過熱傾向小，熱處理控制較容易。缺點：缺點是碳化物分布不均勻，不宜做大截面的刀具；熱塑性較差；鎢價高

2、鎢鉬系高速鋼

W6Mo5Cr4V2優(yōu)點：因一份Mo可代替兩份W，這就能減少鋼中的合金元素，降低鋼中碳化物的數(shù)量及分布的不均勻一、通用型高速鋼（含碳量0.7～0.9%，62～66HR84性，有利提高熱塑性、抗彎強度與韌性。加入3％-5％質(zhì)量分數(shù)的鉬，可改善刃磨工藝性。因此6-5-4-2的高溫塑性及韌性勝過18-4-1，故可用于制造熱軋刀具如扭制麻花鉆等。W9M03Cr4V其抗彎強度與韌性均比6-5-4-2好。高溫熱塑性好，而且淬火過熱、脫碳敏感性小，有良好的切削性能。

性，有利提高熱塑性、抗彎強度與韌性。加入385二、高生產(chǎn)率高速鋼

（增加碳量釩量，添加鈷鋁等,常溫硬度65～70HRC）1、高釩高速鋼

耐磨性提高，刃磨難度加大2、鈷高速鋼高溫硬度和抗氧化能力得到提高，因此能適用于較高的切削速度。3、鋁高速鋼高溫硬度、熱塑性與韌性得到提高二、高生產(chǎn)率高速鋼（增加碳量釩量，添加鈷鋁等,常溫硬度686三、粉末冶金高速鋼 是通過高壓惰性氣體或高壓水霧化高速鋼水而得到的細小的高速鋼粉末，然后壓制或熱壓成形，再經(jīng)燒結(jié)而成的高速鋼優(yōu)點：1)由于可獲得細小均勻的結(jié)晶組織(碳化物晶粒2～5μm)，從而完全避免了碳化物的偏析，提高了鋼的硬度與強度2)由于物理力學性能各向同性，可減少熱處理變形與應(yīng)力，因此可用于制造精密刀具。三、粉末冶金高速鋼873)由于鋼中的碳化物細小均勻，使磨削加工性得到顯著改善，含釩量多者，改善程度就更顯著。4)粉末冶金高速鋼提高了材料的利用率缺點：成本高四、涂層高速鋼高速鋼刀具的表面涂層是采用物理氣相沉積(PVD)方法，在適當?shù)母哒婵斩扰c溫度環(huán)境下進行氣化的鈦離子與氮反應(yīng)，在陽極刀具表面上生成TiN。特點：硬度可高達2200HV，有較高的熱穩(wěn)定性，與鋼的摩擦系數(shù)較低。切削力、切削溫度約下降3)由于鋼中的碳化物細小均勻，使磨削加工性得到顯著改善，含釩8825％，切削速度、進給量、刀具壽命顯著提高。典型涂層：TiC、TiCN、TiAlN、A1TiN、TiAlCN、DLC(diamend-likecoating金剛石類涂層)、CBC(carbon-basedcoating硬質(zhì)合金基類涂層)。25％，切削速度、進給量、刀具壽命顯著提高。89第三節(jié)硬質(zhì)合金一、硬質(zhì)合金組成與性能 金屬碳化物(WC、TiC、TaC、NbC等)＋金屬粘接劑(Co、Ni等)高壓成形后，高溫燒結(jié)而成。硬度、耐熱性、耐磨性很高，切削速度遠高于高速鋼

抗彎強度低、脆性大，抗沖擊振動性能差第三節(jié)硬質(zhì)合金90二、普通硬質(zhì)合金分類、牌號與使用性能分類

K

(YG)類P

(YT)類M(YW)類短切屑鑄鐵，非鐵材料與非金屬材料WC+Co加工長切屑的以鋼為代表的塑性材料WC+TiC+Co鋼材、鑄鐵等有色金屬非金屬WC+TiC+TaC(NbC)+Co二、普通硬質(zhì)合金分類、牌號與使用性能分K(YG)類91常用硬質(zhì)合金牌號及應(yīng)用范圍牌號應(yīng)用范圍YG3硬度、抗彎耐磨強度性、韌性切削進給速度量鑄鐵、有色金屬、高溫合金的精、半精加工，無沖擊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、抗彎耐磨強度切削韌性速度進給碳素鋼、合金鋼的精加工YT15碳鋼、合金鋼連續(xù)切時粗、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同上高強度鋼、碳鋼、鑄鐵、有色金屬等的精、半精加工YW2高強度鋼、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，系統(tǒng)剛性好的細長軸精車YN10碳鋼、合金鋼、淬硬鋼連續(xù)表面的精加工常用硬質(zhì)合金牌號及應(yīng)用范圍牌號應(yīng)用范圍YG3硬92三、細晶粒、超細晶粒合金

普通硬質(zhì)合金中為幾個微米

細晶粒合金平均粒度在1.5μm左右

超細晶粒合金粒度在0.2—1μm之間，其中絕大多數(shù)在0.5μm以下

特點：硬度與強度，抗彎強度，高溫硬度都比同樣成分的合金高WC粒度三、細晶粒、超細晶粒合金普通硬質(zhì)合金中為幾個微米細晶粒合93使用場合：

1)高硬度、高強度的難加工材料；2)難加工材料的間斷切削，如銑削等；3)低速切削的刀具，如切斷刀、小鉆頭、成形刀等；4)要求有較大前角、后角，較小刀尖圓弧半徑的能進行薄層切削的精密刀具，如鉸刀、拉刀等刀具。使用場合：94

四、鋼結(jié)硬質(zhì)合金 是由WC、TiC作硬質(zhì)相，高速鋼作粘結(jié)相，通過粉末冶金工藝制成。特點：可以鍛造、切削加工、熱處理與焊接。淬火后硬度高于高生產(chǎn)率高速鋼，強度、韌性勝過硬質(zhì)合金。

應(yīng)用場合： 可用于制造模具、拉刀、銑刀等形狀復(fù)雜的工具或刀具。四、鋼結(jié)硬質(zhì)合金95五、涂層硬質(zhì)合金

采用化學氣相沉積(CVD)工藝和真空濺射等方法，在硬質(zhì)合金表面涂覆一層或多層(5～13μm)難熔金屬碳化物。

五、涂層硬質(zhì)合金96TiC涂層

具有很高的硬度與耐磨性，抗氧化性也好，切削時能產(chǎn)生氧化鈦薄膜，降低摩擦系數(shù)，減少刀具磨損，切削速度可提高40％左右，適合于精車?？箯潖姸鹊停繉右妆懒?。TiN涂層TiC-TiN復(fù)合涂層

切削溫度低，抗月牙洼及后刀面磨損能力比TiC涂層刀片強，抗熱振性能也較好，適合切削鋼與易粘刀的材料。與基體結(jié)合強度不及TiC涂層，而且涂層厚時易剝落

TiC-A12O3

復(fù)合涂層

Al2O3使表面層具有良好的化學穩(wěn)定性與抗氧化性能。

TiC涂層具有很高的硬度與耐磨性，抗氧化性也好，切削時能產(chǎn)97第四節(jié)陶瓷

一、陶瓷刀具的特點（硬、脆、價格低）

陶瓷刀具是以氧化鋁(Al2O3)或以氮化硅(Si3N4)為基體再添加少量金屬，在高溫下燒結(jié)而成的一種刀具材料。

1)有高硬度與高耐磨性，常溫硬度達91～95HRA，超過硬質(zhì)合金。

2)有高的耐熱性，1200°C下硬度為80HRA，強度韌性降低較少。3)有高的化學穩(wěn)定性。

4)有較低的摩擦系數(shù)，切屑不易粘刀，不易產(chǎn)生積屑瘤。

5)強度與韌性低。強度只有硬質(zhì)合金的1／2。

第四節(jié)陶瓷98

6)熱導(dǎo)率低，僅為硬質(zhì)合金的1／2—1／5，熱脹系數(shù)比硬質(zhì)合金高10％一30％，這就使陶瓷刀抗熱沖擊性能較差。二、陶瓷刀具的種類與應(yīng)用特點

氧化鋁--碳化物系陶瓷這類陶瓷是將一定量的碳化物(一般多用TiC)添加到Al2O3中，并采用熱壓工藝制成，稱混合陶瓷或組合陶瓷。

TiC的質(zhì)量分數(shù)達30％左右時即可有效地改善刀具的性能。混合陶瓷適合在中等切削速度下切削難加工材料

6)熱導(dǎo)率低，僅為硬質(zhì)合金的1／2—1／5，熱脹系數(shù)比硬質(zhì)99氮化硅基陶瓷

氮化硅基陶瓷是將硅粉經(jīng)氮化、球磨后添加助燒劑置于模腔內(nèi)熱壓燒結(jié)而成。

性能特點是：1)硬度高，達到1800～1900HV，耐磨性好。2)耐熱性、抗氧化性好，達1200～1300°C。3)氮化硅與碳和金屬元素化學反應(yīng)較小，摩擦系數(shù)也較低。

最大特點：能進行高速切削，速度可達500～600m/min，而且只要機床條件許可，還可進一步提高速度

氮化硅陶瓷適宜于精車、半精車，精銑或半精銑

氮化硅氮化硅基陶瓷是將硅粉經(jīng)氮化、球磨后添加助燒劑性能特點是100第五節(jié)超硬刀具材料一、金剛石(最硬、耐磨性好，耐熱性較差800℃)1．天然單晶金剛石刀具

主要用于非鐵材料及非金屬的精密加工。不可自由刃磨

2．人造聚晶金剛石

人造金剛石是通過合金觸媒的作用，在高溫高壓下由石墨轉(zhuǎn)化而成。 人造聚晶金剛石是將人造金剛石微晶在高溫高壓下再燒結(jié)而成，可制成所需形狀尺寸，鑲嵌在刀桿上使用?？勺杂扇心?/p>

第五節(jié)超硬刀具材料1013．金剛石燒結(jié)體

是在硬質(zhì)合金基體上燒結(jié)一層約0.5mm厚的聚晶金剛石。金剛石燒結(jié)體強度較好，允許切削斷面較大，也能間斷切削，可多次重磨使用。

金剛石刀具的主要優(yōu)點

1)有極高的硬度與耐磨性。 2)有很好的導(dǎo)熱性，較低的熱膨脹系數(shù)。3)刃面粗糙度較小，刃口非常鋒利

缺點1)耐熱度低只有700～800°C2)易與鐵親和，故不宜加工鋼鐵材料。

3．金剛石燒結(jié)體金剛石1)有極高的硬度與耐磨性。 缺點1)102二、立方氮化硼(CBN)（熱穩(wěn)定性和化學惰性大大優(yōu)于金剛石）

是由六方氮化硼(白石墨)在高溫高壓下轉(zhuǎn)化而成的。

優(yōu)點1)有很高的硬度與耐磨性，達到3500～4500HV，僅次于金剛石。2)有很高的熱穩(wěn)定性，1300°C時不發(fā)生氧化，與大多數(shù)金屬、鐵系材料都不起化學作用。3)有較好的導(dǎo)熱性，與鋼鐵的摩擦系數(shù)較小。4)抗彎強度與斷裂韌性介于陶瓷與硬質(zhì)合金之間。

能對淬硬鋼、冷硬鑄鐵進行粗加工與半精加工。同時還能高速切削高溫合金、熱噴涂材料等難加工材料。

二、立方氮化硼(CBN)（熱穩(wěn)定性和化學惰性大大優(yōu)于金剛石103金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題104金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題105金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題106金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題107金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題108金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題109金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題110金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題111金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題112金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題113金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題114金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題115金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題116金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題117金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題118金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題119金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題120金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題121金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題122金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題123金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題124金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題125金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題126金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題127金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題128金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題129金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題130第三章金屬切削過程的基本規(guī)律

研究金屬切削過程的意義金屬切削加工中各種物理現(xiàn)象,生產(chǎn)實踐中出現(xiàn)的許多問題,都同切削過程有關(guān)難加工材料的應(yīng)用愈來愈多，對零件的質(zhì)量要求亦不斷提高

研究金屬切削過程的方法高頻攝影法

側(cè)面方格變形觀察法快速落刀法

掃描電鏡顯微觀察法

光彈性、光塑性試驗法

其他試驗方法

第三章金屬切削過程的基本規(guī)律研究金屬金屬切削加工中各種物131第一節(jié)切削變形與切屑形成一、變形區(qū)的劃分

以塑性材料的切屑形成為例，金屬切削區(qū)可大致劃分為：

三個變形區(qū)

第一變形區(qū)第二變形區(qū)第三變形區(qū)第一節(jié)切削變形與切屑形成一、變形區(qū)的劃分132二、金屬在切削過程中的變形

1．第一變形區(qū)內(nèi)金屬的剪切變形

OA—始滑移線OM—終滑移線變形的主要特征：

剪切滑移變形

加工硬化一般速度范圍內(nèi)第一區(qū)寬度為0.02～0.2mm，速度越高，寬度越小，可看作一個剪切平面二、金屬在切削過程中的變形1．第一變形區(qū)內(nèi)金屬的剪切變形133金屬晶體沿滑移線的剪切變形金屬晶體沿滑移線的剪切變形134剪切面剪切角剪切面剪切角1352．第二變形區(qū)內(nèi)金屬的擠壓變形

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。2．第二變形區(qū)內(nèi)金屬的擠壓變形 切屑沿前刀面排出時進一步受136金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題137切削變形金相顯微照片切削變形金相顯微照片1383．第三變形區(qū)內(nèi)金屬的擠壓摩擦回彈

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。3．第三變形區(qū)內(nèi)金屬的擠壓摩擦回彈已加工表面139三、切屑類型

從變形觀點出發(fā)，可將切屑歸納為四種形態(tài)：帶狀切屑節(jié)狀切屑（擠裂切屑）粒狀切屑(單元切屑)

崩碎切屑

三、切屑類型從變形觀點出發(fā)，可將切屑歸納為四種形態(tài)：帶狀切1401．帶狀切屑 切削層經(jīng)塑性變形后被刀具切離，其外形呈延綿不斷的帶狀，并沿刀具前面流出。

1．帶狀切屑1412．節(jié)狀切屑（擠裂切屑）

切削層在塑性變形過程中，剪切面上局部位置處切應(yīng)力達到材料強度極限而產(chǎn)生局部斷裂，使切屑頂面開裂形成節(jié)狀。2．節(jié)狀切屑1423．粒狀切屑(單元切屑)

在剪切面上產(chǎn)生的切應(yīng)力超過材料強度極限，形成的切屑被剪切斷裂成顆粒狀。

3．粒狀切屑1434．崩碎切屑

在切削鑄鐵類脆性金屬時，切屑層未經(jīng)塑性變形，在材料組織中的石墨與鐵素體之間疏松界面上產(chǎn)生不規(guī)則斷裂，而形成崩碎切屑。

4．崩碎切屑144四、變形程度的表示方法

1、切削厚度壓縮比Λh：切屑厚度與切削層厚度的比值。切屑厚度與切削層厚度的比值。（3-2）四、變形程度的表示方法（3-2）1452、剪切角Φ：剪切面與切削速度方向之間的夾角。（3-3）2、剪切角Φ：剪切面與切削速度方向之間的夾角。（3-3）1463.相對滑移ε：滑移距離Δs與單元厚度Δy之比。

ε=Δs/Δy=NP/MK=(NK+KP)/MK=ctgΦ+tan(Φ-γ0）3.相對滑移ε：滑移距離Δs與單元厚度Δy之比。147五、前面上摩擦特點

切塑性金屬時前刀面上應(yīng)力分布情況→刀-屑接觸區(qū)可分兩部分：粘接區(qū)lf1:剪切滑移，內(nèi)摩擦滑動區(qū)lf2:滑動摩擦，外摩擦一般內(nèi)摩擦力約占總摩擦力的85%(3-4)滯流層：接近前刀面的切屑底層晶粒拉長，形成與前刀面平行的纖維層，流速很慢，變形程度非常劇烈。五、前面上摩擦特點切塑性金屬時前刀面上應(yīng)力(3-4)滯流層148六、積屑瘤

在速度不高切削塑性金屬形成帶狀切屑的情況下，滯流層金屬粘接在前刀面上，形成硬度很高的硬塊，稱為積屑瘤。積屑瘤對切削過程的影響：

1.代替刀具切削，保護刀具2.增大前角，減小變形和力3.產(chǎn)生過切及犁溝，↓精度4.增大已加工表面粗糙度六、積屑瘤在速度不高切削塑性金屬形成積屑瘤對切削過程的影響149積屑瘤的產(chǎn)生原因切屑底層產(chǎn)生滯留層滯留層與切屑分離，粘結(jié)在前刀面前刀面和切屑底面的擠壓和摩擦逐層滯留粘結(jié)形成楔塊沖擊振動不斷破裂，脫落再生積屑瘤的產(chǎn)生原因切屑底層產(chǎn)生滯留層滯留層與切屑分離，粘結(jié)在前150積屑瘤對精加工是不利的，應(yīng)避免它產(chǎn)生：1)采用低速或高速切削。2)減小進給量、增大刀具前角、提高刀具刃磨質(zhì)量和合理選用切削液，使摩擦和粘結(jié)減少，可達到抑制積屑瘤的作用。3)合理調(diào)整各切削參數(shù)值，以防止形成中溫區(qū)域。

積屑瘤對精加工是不利的，應(yīng)避免它產(chǎn)生：1)采用低速或高速切削151七、已加工表面變形和加工硬化

刀刃鈍圓半徑rn彈性恢復(fù)區(qū)CD變形特征：擠壓、摩擦與回彈

金屬進入第一變形區(qū)時，晶粒因壓縮而變長，因剪切滑移而傾斜。

金屬層接近刀刃時，晶粒更為伸長，成為包圍在刀刃周圍的纖維層，最后在O點斷裂。七、已加工表面變形和加工硬化刀刃鈍圓半徑rn變形特征：152

已加工表面的金屬纖維被拉伸的又細又長，纖維方向平行于已加工表面，金屬晶粒被破壞，發(fā)生了劇烈的塑性變形，產(chǎn)生加工硬化，表面殘余應(yīng)力，稱之為加工變質(zhì)層。經(jīng)過嚴重塑性變形而使表面層硬度增高的現(xiàn)象稱為加工硬化亦稱冷硬。

硬化程度的指標:加工硬化程度N硬化層深度△hDH1是已加工表面顯微硬度，H是金屬材料基體顯微硬度已加工表面的金屬纖維被拉伸的又細又長，纖維方向平行153減輕硬化程度的措施：1)磨出鋒利的切削刃

2)增大前角或后角

3)減小背吃刀量ap4)合理選用切削液

減輕硬化程度的措施：154八、影響切削變形的主要因素1．加工材料強度、硬度刀-屑面間正壓力、平均正應(yīng)力σav

則由：(3-4)（3-3）（3-2）八、影響切削變形的主要因素(3-4)（3-3）（3-2）1552．前角γo

前角γo增大，楔角βo減小，切削刃鈍圓弧半徑rn減小，切屑流出阻力小，使摩擦系數(shù)μ減小，剪切角φ增大，故切削變形減小。

γ=15°γ=-15°2．前角γoγ=15°γ=-15°1563．切削速度vc 切削速度是通過切削溫度和積屑瘤影響切削變形的。

3．切削速度vc1574．進給量f

當進給量增大時，切屑厚度hD與切屑厚度hch增加，使前面上正壓力Frn增大，使平均正應(yīng)力σav增大，因此，摩擦系數(shù)μ減小和切屑厚度壓縮比Λh減小。4．進給量f158第二節(jié)切削力切屑的彈塑性變形抗力工件的彈塑性變形抗力后刀面與工件的摩擦力前刀面與切屑的摩擦力一、切削力來源、合力及其分力1、來源第二節(jié)切削力切屑的彈塑性變形抗力工件的彈塑性變形抗力后刀面1592、合力兩者作用在刀具上的合力為F

3、分力切削力Fc(主切削力Fz)——在主運動方向上的分力；背向力Fp(切深抗力Fy)——在垂直于假定工作平面上分力；進給力Ff(進給抗力Fx)——在進給運動方向上的分力。

（3-5）2、合力3、分力切削力Fc(主切削力Fz)——在主運動方向上160二、各分力的作用

1、切削分力的作用---切削力Fc（主切削力Fz）它是設(shè)計機床主軸、齒輪和計算主運動功率的主要依據(jù)，也是用于選用刀桿、刀片尺寸、設(shè)計夾具和選擇切削用量的重要依據(jù)。使車刀產(chǎn)生彎矩，也是計算切削功率的依據(jù)二、各分力的作用1612、切削分力的作用---背向力Fp（切深抗力Fy）Fp使工件產(chǎn)生彎曲，是影響加工工件精度，引起切削振動的主要原因，是計算系統(tǒng)剛度的依據(jù)。

2、切削分力的作用---背向力Fp（切深抗力Fy）1623、切削分力的作用---進給力Ff(進給抗力Fx)Ff作用在機床進給機構(gòu)上，是計算和檢驗進給機構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)零件強度的主要依據(jù)。

3、切削分力的作用---進給力Ff(進給抗力Fx)163三、切削力的實驗公式

1．切削力的測定原理及種類

(1)電阻應(yīng)變片式測力儀

三、切削力的實驗公式164(2)壓電晶體測力儀

(2)壓電晶體測力儀1652．切削力實驗公式

Fc,Fp、Ff——各切削分力，單位為N；CFz、CFp、CFf——公式中系數(shù)，根據(jù)加工條件由實驗確定；xF、yF、nF——表示各因素對切削力的影響程度指數(shù)；KFc、KFp、KFf——不同加工條件對各切削分力的影響修正系數(shù)。

(3-6)2．切削力實驗公式Fc,Fp、Ff——各切削分力，單位為N1663．單位切削力 單位切削力是切削單位切削層面積所產(chǎn)生的作用力。

(3-7)(3-8)3．單位切削力(3-7)(3-8)1674．切削功率主運動消耗的切削功率Pc(單位為kW)應(yīng)為：

Fc——切削力，單位為N；vc——切削速度，單位為m/min。Pc——切削功率，單位為kW。

4．切削功率Fc——切削力，單位為N；168四、影響切削力的因素

（一）切削用量的影響1．背吃刀量ap與進給量fap↑→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

f↑→Ac成正比↑，但kc略減小，f的指數(shù)小于1，因而

切削力增加但與f不成正比如果從切削力和切削功率來考慮，加大進給量比加大切削深度有利。

四、影響切削力的因素（一）切削用量的影響如果從切削力和切削1691)在積屑瘤增長階段

隨v↑→積屑瘤高度↑變形程度↓，F(xiàn)↓

2)在積屑瘤減小階段

v↑→變形程度↑，F(xiàn)↑3)在無積屑瘤階段

隨v↑，F(xiàn)↑,v中速后，溫度升高，摩擦系數(shù)↓變形程度↓→F↓

2．切削速度vc速度v對F的影響在無積屑瘤階段，v↑→變形程度↓→切削力減小1)在積屑瘤增長階段2)在積屑瘤減小階段3)在無積屑170（二）工件材料的影響（系數(shù)CF或單位切削力kc體現(xiàn)）工件材料的強度、硬度、塑性和韌性越大，切削力越大。加工脆性金屬時，因變形和摩擦均較小，故切削速度對切削力影響不大。

(三)刀具幾何參數(shù)影響

1.前角γ0加工塑性材料時，γ0↑→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°γ0對F影響不顯著（二）工件材料的影響（系數(shù)CF或單位切削力kc體現(xiàn)）加工脆1712.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°～70°之間時，F(xiàn)c最小。（2）κr對Fp、Ff影響較大Fp＝FDcosκr

Ff＝FDsinκrFp隨κr增大而減小，F(xiàn)f隨κr增大而增大2.主偏角κr的影響（2）κr對Fp、Ff影響較大172(四)其它因素影響

1.刃傾角λs的影響（1）λs對Fc影響很?。?）λs對Fp、Ff影響較大Fp隨λs增大而減小，F(xiàn)f隨λs增大而增大(四)其它因素影響（2）λs對Fp、Ff影響較大1732.刀尖圓弧半徑rε的影響（1）rε對Fc影響很?。?）Fp隨rε增大而增大Ff隨rε增大而減小rε增大相當于κr減小的影響2.刀尖圓弧半徑rε的影響（1）rε對Fc影響很小rε增大相1743．刀具磨損

刀具的切削刃及后刀面產(chǎn)生磨損后，會使切削時摩擦和擠壓加劇，故使切削力Fc和Fp增大。

4．切削液

切削液潤滑作用越好，力減小越顯著，低速時更突出。

5．刀具材料

各種刀具材料對切削力的影響，是通過刀具材料與工件之間的親和力、摩擦力和磨損等因素決定的。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。3．刀具磨損175第三節(jié)切削熱與切削溫度一、切削熱的來源與傳散第三節(jié)切削熱與切削溫度176切削層金屬發(fā)生彈性變形和塑性變形

切屑與前刀面、工件與后刀面間消耗的摩擦功

1、來源（3-10）切削層金屬切屑與前1、來源（3-10）1772、切削熱的傳出Q切削熱Qt刀具Qw工件Qc切屑Qm介質(zhì)Q屑占50％～86％、Q刀占10％～40％、Q工占3％～9％、Q介占l％

2、切削熱的傳出Q切削熱Qt刀具Qw工件Qc切屑Qm178二、切削溫度測定原理與切削溫度分布（一）切削溫度測定原理

1．自然熱電偶法 2、人工熱電偶法二、切削溫度測定原理與切削溫度分布179(二)切削溫度分布

1)刀-屑接觸面間摩擦大，熱量不易傳散，故溫度值最高

溫度分布規(guī)律

(二)切削溫度分布1)刀-屑接觸面間摩擦大，溫度分布規(guī)律1802)切削區(qū)域的最高溫度點在前面上近切削刃處，在離切削刃1mm處的最高溫度約900℃，因為在該處熱量集中，壓力高。在后面上離切削刃約0.3mm處的最高溫度為700℃；3)切屑帶走熱量最多，切屑上平均溫度高于刀具和工件上的平均溫度，因切屑剪切面上塑性變形嚴重，其上各點剪切變形功大致相同。各點溫度值也較接近。工件切削層中最高溫度在近切削刃處，它的平均溫度較刀具上最高溫度點低2～3倍。2)切削區(qū)域的最高溫度點在前面上近切削刃處，在離切削刃1mm181三、影響切削溫度的因素

1．切削用量1）切削速度

切削速度

切削溫度

增加最顯著，但不成正比的增加三、影響切削溫度的因素切削速度切削溫度增加最顯1822）進給量

進給量的增大

，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。2）進給量進給量的增大，切削溫度上升，但切削溫度1833）切削深度

雖然隨著切削深度的增加，切削溫度也有所增加，但是切削深度ap對切削溫度的影響很小

。3）切削深度雖然隨著切削深度的增加，切削溫度也有所184影響程度規(guī)律是：vc增加1倍，切削溫度約增32％；進給量增加1倍，切削溫度增加18％；背吃刀量增加1倍，切削溫度增加7％。

影響程度規(guī)律是：1852．工件材料強度硬度、塑性和韌性越大，切削力越大，切削溫度升高。導(dǎo)熱率大，散熱快，溫度下降2．工件材料強度硬度、塑性和韌性越大，1863．刀具幾何參數(shù)

1）前角γo的影響γo↑→變形程度↓→摩擦熱↓→θ↓但γo＞20°時，因散熱面積↓，對θ的影響減小3．刀具幾何參數(shù)γo↑→變形程度↓→1872）主偏角κr的影響κr↑，切削刃工作長度↓刀尖角減小↓，散熱面積↓→θ↑2）主偏角κr的影響κr↑，1883）刀尖圓弧半徑、負倒棱的影響rε↑、bγ↑切屑變形程度↑→切削熱

↑同時散熱條件改善，兩者趨于平衡，對θ影響很小4．切削液

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(dǎo)率比熱容和流量越大，本身溫度越低冷卻效果越顯著切削熱錄象臨時放置位3）刀尖圓弧半徑、負倒棱的影響rε↑、bγ↑切屑變形程189第四節(jié)刀具磨損與刀具壽命一、刀具磨損

(一)刀具磨損形式

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）1．正常磨損

(1)前面磨損第四節(jié)刀具磨損與刀具壽命磨損（正常工作時逐1．正常磨190切塑性材料，切削速度

和切削厚度較大時，在前刀面上形成月牙洼磨損，

以最大深度KT

表示(2)主后面磨損切鑄鐵或切削速度

和切削厚度較小切塑性材料時，主要發(fā)生這種磨損,而不產(chǎn)生月牙洼磨損。后刀面磨損帶不均勻，刀尖部分磨損嚴重，最大值為VC；中間部位磨損較均勻，平均磨損寬度以VB表示；邊界處磨損嚴重，以VN表示。切塑性材料，切削速度和切削厚度較大時，在前刀面上191(3)副后面磨損在切削過程中因副后角αo′及副偏角κr′過小，致使副后面受到嚴重摩擦而產(chǎn)生磨損。2．非正常磨損（破損）

(1)溝槽磨損

因刀具材料耐磨性不夠，或加工材料表面有硬質(zhì)點摩擦等所致。

(3)副后面磨損因刀具材料耐磨性192(2)切削刃細小缺口(3)塑性變形

是由于刀片硬度高、脆性增大、切削刃鋒利使強度變差、斷續(xù)切削或切屑碰壞造成的。切削溫度過高和切削壓力過大，刀頭強度和硬度降低。尤其在高速鋼刀具上較易出現(xiàn)。(2)切削刃細小缺口是由于刀片硬度切削193(4)切削刃崩裂在切削刃和前刀面上受較大沖擊力作用、背吃刀量ap和進給量f過大使切削力增大，中間切人使主、副切削刃均受切削力作用，刀具前角大和強度低等情況(4)切削刃崩裂194(5)切削刃剝落

(6)熱裂

常發(fā)生在硬度高、脆性大的陶瓷刀具上。并在壓力和摩擦力較大情況下易產(chǎn)生。由熱循環(huán)使材料疲勞，或因間斷切削和切削液澆注不均勻使切削溫度驟變，易引起前、后刀面上出現(xiàn)細微裂紋。(5)切削刃剝落常發(fā)生在硬度高、脆性195(二)磨損過程和磨損標準(磨損判據(jù))

1．磨損過程曲線

1）

初期磨損階段與刀具刃磨質(zhì)量有關(guān)2）正常磨損階段VB與切削時間近似正比斜率表示磨損強度3）急劇磨損階段切削力、溫度急升，刀具磨損加劇，之前換刀(二)磨損過程和磨損標準(磨損判據(jù))1）初期磨損階段1962．磨損標準

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。正常磨損VB=0.3mm后面：非正常磨損

VBmax=0.6mm前面：KT=(0.06+0.3f)mm2．磨損標準正常磨損VB=0.3mm后面：非正常磨損VB197(三)刀具磨損原因切削過程中的刀具磨損具有下列特點： (1)刀具與切屑、工件間的接觸表面經(jīng)常是新鮮表面。(2)接觸壓力非常大，有時超過被切削材料的屈服強度。(3)接觸表面的溫度很高，對于硬質(zhì)合金刀具可達800～1000℃，對于高速鋼刀具可達800～600℃。(三)刀具磨損原因1981．磨粒磨損（磨料磨損）切屑或工件表面上的硬質(zhì)點（碳化物、氧化物等）對刀具表面刻劃作用造成的機械磨損。低速切削時，磨料磨損是刀具磨損的主要原因1．磨粒磨損（磨料磨損）切屑或工件表面上的硬質(zhì)點（碳化物、氧1992．相變磨損

刀具在較高速度切削時，由于切削溫度升高，使刀具材料產(chǎn)生相變，硬度降低，若繼續(xù)切削，會引起前面塌陷和切削刃卷曲的“塑性變形”2．相變磨損2003．粘結(jié)磨損

刀具與切屑、工件間存在高溫高壓和強烈摩擦，達到原子間結(jié)合而產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，又稱為冷焊。相對運動使粘接點破裂而被工件材料帶走，造成粘結(jié)磨損。

在高速鋼刀具的正常工作速度和硬質(zhì)合金刀具偏低的工作速度下比較嚴重

3．粘結(jié)磨損在高速鋼刀具的正常工作速度和硬質(zhì)合金刀具2014．擴散磨損

擴散磨損是在高溫作用下，使工件與刀具材料中合金元素相互擴散置換造成的。切削溫度越高擴散越快；刀體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．擴散磨損切削溫度越高擴散越快；刀體材料親合力越大擴散越快202

5．氧化磨損

一定溫度下，刀材與空氣中的氧起化學作用，生成較軟的氧化物，造成刀具磨損。

氧化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．氧化磨損氧化磨損是邊界磨損原因之一；主要發(fā)生在較高速203二、刀具壽命(一)刀具壽命概念 刀具壽命T定義為刀具磨損達到規(guī)定標準時的總切削時問(單位為min)。達到正常磨損VB=0.3mm

刀具壽命：在規(guī)定加工條件下，按質(zhì)完成額定工作數(shù)量的可靠性壽命為保持工件尺寸精度，通常用達到該尺寸精度的工件數(shù)量來表示的壽命達到規(guī)定承受沖擊次數(shù)的疲勞壽命二、刀具壽命達到正常磨損VB=0.3mm刀具壽命：在規(guī)定加204(二)影響刀具壽命的因素1．切削速度vc 切削速度vc↑，切削溫度↑，磨損↑，刀具壽命T↓。m——vc對T的影響程度指數(shù)（3-11）常數(shù)C是T=1s(或1min)時的速度,指數(shù)m由切削實驗求得

(二)影響刀具壽命的因素m——vc對T的（3-11）常數(shù)C是2052．進給量f與背吃刀量ap

f和ap↑，均使T↓，但f↑后，切削溫度↑較多，故對T影響較大；ap↑，改善了散熱條件，故使切削溫度↑少，因此對T影響較小。3．刀具幾何參數(shù)的影響前角γo↑,切削溫度↓,T↑；γo↑太多,強度低，散熱差，T↓主偏角κr

↓副偏角κr′↓刀尖圓弧半徑rε↑T↑2．進給量f與背吃刀量apT↑2064．工件材料

加工材料的強度、硬度越高和韌性越高，切削時均能使切削溫度升高，刀具壽命降低。5．刀具材料 是影響刀具壽命的重要因素4．工件材料207(三)刀具壽命方程式

xT、yT——背吃刀量ap和進給量f對刀具壽命T的影響程度指數(shù)；KT——其它因素對刀具壽命影響的修正系數(shù)。(3-12)(三)刀具壽命方程式xT、yT——背吃刀量ap和進給量f對208(四)合理的刀具壽命確定原則1．最高生產(chǎn)率刀具壽命Tp Tp是根據(jù)切削一個零件所化時間最少或在單位時間內(nèi)加工出的零件數(shù)量最多來確定。(四)合理的刀具壽命確定原則2092．最低生產(chǎn)成本刀具壽命Tc

Tc是根據(jù)加工零件的一道工序最低成本來確定的。2．最低生產(chǎn)成本刀具壽命Tc210各種刀具壽命，一般根據(jù)上述原則來制訂，例如：1)簡單刀具的制造成本低，故它的壽命較復(fù)雜刀具的低；2)可轉(zhuǎn)位刀具的切削刃轉(zhuǎn)位迅速、更換刀片簡便，刀具壽命低；3)自動線、數(shù)控刀具能自動換刀，在線重磨，刀具壽命更低些；4)精加工刀具的壽命較高。各種刀具壽命，一般根據(jù)上述原則來制訂，例如：211(五)刀具壽命允許的切削速度vT計算

當確定了進給量f，背吃刀量ap和其它參數(shù)后，可根據(jù)已定的刀具壽命的合理數(shù)值T再最后計算切削速度vc，該vc稱為刀具壽命允許的切削速度(3-13)xv、yv——達到刀具壽命T時ap與f對vT的影響指數(shù)；KvT——達到刀具壽命T時其它因素對vT的影響系數(shù)。(五)刀具壽命允許的切削速度vT計算(3-13)xv、yv212金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題213金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題214金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題215金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題216金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題217金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題218金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題219金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題220金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題221金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題222金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題223金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題224金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題225金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題226金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題227金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題228金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題229金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題230金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題231金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題232金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題233金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題234金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題235金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題236金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題237金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題238金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題239金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題240金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題241金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題242金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題243金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題244金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題245金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題246金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題247金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題248金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題249第四章切削基本理論的應(yīng)用第一節(jié)切屑控制一、切屑形狀的分類第四章切削基本理論的應(yīng)用第一節(jié)切屑控制250金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題251金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題252金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題253

二、切屑的流向和折斷1．切屑的流向A點：主切削刃切削的終了點B點：副切削刃切削的終了點vch：切屑流速，方向垂直A、B點的連線流屑角ηc：vch流向與正交平面夾角二、切屑的流向和折斷A點：主切削刃切B點：副切削刃切vch254影響流屑方向的主要參數(shù)：刀具刃傾角λs-λs：切屑流向已加工表面+λs：切屑流向待加工表面主偏角κrκr=90°時，切屑流向是偏向已加工表面

前角γo-γo切屑易流向加工工件一側(cè)影響流屑方向的主要參數(shù)：刀具刃傾角λs-λs：切屑流向主偏角2552．切屑的折斷有利于斷屑的因素：切屑厚度hch↑,切屑卷曲半徑ρ↓及切屑材料的極限應(yīng)變值εb

↓如：斷屑槽寬度LBn

↓，刀-屑接觸長度l↑和斷屑臺高度hBn↑都可ρ↓，并有利斷屑

2．切屑的折斷有利于斷屑的因素：切屑厚度hch↑,切屑卷曲半256三、斷屑措施1．作出斷屑槽1）斷屑槽的型式影響斷屑效果的主要參數(shù)是：槽寬LBn和槽深hBn

三、斷屑措施影響斷屑效果的主要參數(shù)是：槽寬LBn和槽深hBn2572）斷屑槽的位置及刃傾角的作用：外傾式：-λs,切屑易折小段，并流向已加工表面平行式：λs=0,切屑呈較短盤螺旋狀，并碰在加工表面上折斷內(nèi)斜式：+λs,使切屑流向刀具后刀面而折斷2）斷屑槽的位置及刃傾角的作用：外傾式：-λs,切屑易折小段258

2．改變切削用量 f↑，使切屑厚度hch↑，在切屑較易折斷。 ap↑對斷屑作用不大，只有當同時↑f時，才能有效地斷屑。 切削速度對斷屑影響較小3．其它斷屑方法(1)固定附加斷屑擋塊(2)采用間斷切削(3)切削刃上開分屑槽2．改變切削用量259

第二節(jié)工件材料的切削加工性工件材料切削加工性:是指在一定的加工條件下工件材料被切削的難易程度一、切削加工性指標1．加工材料的性能指標

材料加工性能難易程度主要決定于材料結(jié)構(gòu)和金相組織，及具有的物理和力學性能第二節(jié)工件材料的切削加工性工件材料切削加工性:是指在260例45鋼

1Cr18Ni9Ti例45鋼1Cr18Ni9Ti2613．刀具壽命指標用刀具壽命高低來衡量被加工材料切削的難易程度。V60,V20來表示2．相對加工性指標以切削45鋼，刀具壽命T=60分鐘的切削速度作為標準，將某種材料的v60與其相比的比值，即

（4-1）3．刀具壽命指標用刀具壽命高低來衡量被加工材料切削的難易2．262二、常用材料切削加工性簡述

（一）鑄鐵

白口鑄鐵硬度高（HBS600)，難切削；

灰口鑄鐵硬度適中，強度塑性小，切削力較小，但高硬度碳化物對刀具有擦傷，崩碎切屑，切削力熱集中刀刃上且有波動，刀具磨損率并不低，應(yīng)采用低于加工鋼的切削速度。

球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵的強度塑性比灰鐵高，但其切削性比灰鑄鐵要好

工件表面若有硬皮應(yīng)進行退火處理二、常用材料切削加工性簡述白口鑄鐵硬度高（HBS60263（二）碳素結(jié)構(gòu)鋼

碳素結(jié)構(gòu)鋼切削加工性取決于含碳量。

低碳鋼硬度低，塑韌性高，變形大，斷屑難，粘屑，加工表面粗糙，加工性較差；

高碳鋼硬度高，塑性低及熱導(dǎo)率低，切削力大，溫度高，刀具耐用度低，加工性差；

中碳鋼性能適中，加工性良好。

(三)合金結(jié)構(gòu)鋼

在碳素結(jié)構(gòu)鋼中加入合金元素，如Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti等，提高了結(jié)構(gòu)鋼的性能，其加工性也隨著變化。（二）碳素結(jié)構(gòu)鋼(三)合金結(jié)構(gòu)鋼在碳素結(jié)構(gòu)鋼中加入合金元素264(四)難加工材料

1．高強度合金鋼

高強度合金鋼是含合金的結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)過熱處理均有較好綜合性能金相組織多為馬氏體，通常應(yīng)在退火狀態(tài)下切削切削高強度鋼應(yīng)選用高的耐熱性、耐磨性和耐沖擊的刀具材料2．不銹鋼切削時的塑性變形大，故切削力大，切削溫度高，加工硬化程度高，易與刀具中合金元素親合，產(chǎn)生粘屑并易形成積屑瘤。斷屑困難。刀具上溫度高、導(dǎo)熱差，使刀具產(chǎn)生粘結(jié)磨損和擴散磨損。切削不銹鋼應(yīng)選用高的耐熱性、強度和耐磨的刀具材料。

(四)難加工材料高強度合金鋼是含合金的結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)過熱處理2653．高錳鋼

高錳鋼的錳質(zhì)量分數(shù)高達(11％～14％)強度和硬度均較高，在切削時晶格滑移和晶粒扭曲及伸長變形嚴重，故加工硬化很嚴重韌性和伸長率均很高，故切削力大，切屑不易折斷熱導(dǎo)率小，切削溫度高切削高錳鋼可選用耐磨性和韌性較高的硬質(zhì)合金刀具4．鈦合金

具有高的硬度和強度，導(dǎo)熱性差；是高度活潑的金屬

塑性變形小,屑與刀面間接觸長度短，刀尖處受力大、溫度集中；彈性復(fù)原大，后刀面上粘屑嚴重刀具易產(chǎn)生粘結(jié)磨損和破損刀具易產(chǎn)生粘結(jié)磨損和擴散磨損，刀尖又易破損切削鈦合金刀具應(yīng)選用親合力小、導(dǎo)熱性好、強度高的含鈷量多、細晶粒和含稀有金屬的硬質(zhì)合金材料

3．高錳鋼高錳鋼的錳質(zhì)量分數(shù)高達(11％～12665．其它難加工材料加工性特點簡介

鎳基高溫合金----熱導(dǎo)率低，切削力大，切削溫度高，加工硬化嚴重，切削時刀具上粘屑嚴重。淬火鋼和硬質(zhì)合金----硬度高、塑性低、熱導(dǎo)率小，切削時沖擊力大，切削溫度集中刀尖區(qū)域，刀具磨損快、破損嚴重。冷硬鑄鐵和高硅鋁合金----硬度均很高、性脆，材料中分布著硬質(zhì)點，耐磨性高，切屑呈崩碎狀，刀刃刀尖處受沖擊力大，刀具產(chǎn)生磨粒磨損和破損。工程陶瓷----具有高的硬度2500～3000HV、很高耐磨性和耐熱性，性脆。5．其它難加工材料加工性特點簡介鎳基高溫合金----熱導(dǎo)率267金屬切削原理與刀具(第5版)ppt課件與課后習題復(fù)習參考題268三、 改善材料切削加工性途徑(一)調(diào)劑工件材料中化學元素和進行熱處理

1.調(diào)整材料的化學成分鋼中加硫、鉛等元素；鑄鐵中加入鋁、銅合金元素2.進行適當?shù)臒崽幚?/p>

低、中碳鋼宜選正火處理，均勻組織，調(diào)整硬度塑性；

高碳鋼宜用球化退火,降低硬度,均勻組織,改善加工性；

中碳以上的合金鋼硬度較高，需退火以降低硬度；

不銹鋼常要進行調(diào)質(zhì)處理，降低塑性，以便加工；鑄鐵需進行退火處理，降低硬度,降低表皮硬度，消除內(nèi)應(yīng)力三、 改善材料切削加工性途徑2.進行適當?shù)臒崽幚?69(二)合理選用刀具材料高強度、超高強度鋼，益選用耐磨性強的刀具材料高錳鋼，應(yīng)選用硬度高、有一定韌性、導(dǎo)熱系數(shù)較大、高溫性能好的刀具材料冷硬鑄鐵，應(yīng)選用硬度、強度都好的刀具材料純金屬，可以用高速鋼刀具，也可以用硬質(zhì)合金刀具不銹鋼和高溫合金，一般宜采用YG類硬質(zhì)合金鈦合金，宜采用YG類合金(二)合理選用刀具材料高強度、超高強度鋼，益選用耐磨性強的刀270(三)其它措施1．合理選擇刀具幾何參數(shù)2．保持切削系統(tǒng)的足夠剛性3．選用高效切削液及有效澆注方式4．采用新的切削加工技術(shù)(三)其它措施271第三節(jié)切削液的選用一、切削液作用1．冷卻作用↓熱的產(chǎn)生；將熱量帶走。冷卻性能的好壞取決于本身導(dǎo)熱系數(shù)、比熱、汽化熱及流量、流速、冷卻方式等。2．潤滑作用摩擦干摩擦

流體潤滑摩擦

邊界潤滑摩擦

低溫低壓邊界潤滑

高溫邊界潤滑

高壓邊界潤滑

高溫高壓邊界潤滑即極壓潤滑

第三節(jié)切削液的選用1．冷卻作用↓熱的產(chǎn)生；將熱量帶走。冷2724．防銹作用3．排屑和洗滌作用物理吸附膜，化學吸附膜排屑和洗滌性能的好壞，與切削液的滲透性、流動性和使用的壓力有關(guān)切削液中加入防銹添加劑，使與金屬表面起化學反應(yīng)形成保護膜，起到防銹、防蝕作用。

當金屬切削中產(chǎn)生碎屑(如切鑄鐵)或磨粉(如磨削)時，要求切削液具有良好的清洗作用及排屑和洗滌作用

4．防銹作用3．排屑和洗滌作用物理吸附膜，化學