機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)-金屬切削原理與刀具

第二章金屬切削原理與刀具

§2.1

刀具的結(jié)構(gòu)一、切削運(yùn)動(dòng)與切削要素

1、切削運(yùn)動(dòng)

（1）金屬切削加工：

（2）切削運(yùn)動(dòng)：刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)

主運(yùn)動(dòng)：只有一個(gè)

進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：可以有一個(gè)或幾個(gè)

2、切削要素

（1）待加工表面加工表面（過(guò)度表面）已加工表面切削表面（2）切削用量

（旋轉(zhuǎn)）（往復(fù)直線）（3）切削層幾何參數(shù)進(jìn)給量背吃刀量切削速度切削厚度切削面積切削寬度3、切削方式的劃分（1）自由切削與非自由切削

自由切削：只有一條直線切削刃參加切削工作非自由切削：刀具切削刃是曲線，或幾條切削刃同時(shí)參加并完成切削（2）直角切削與斜角切削直角切削：刀具主切削刃的刃傾角的切削。此時(shí)，主切削刃與切削速度方向成直角斜角切削：刀具主切削刃的刃傾角的切削。直角切削與斜角切削二、刀具角度

1、刀具切削部分的組成

前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃、刀尖車刀組成刀具過(guò)渡刃刨刀、鉆頭、銑刀切削部分形狀2、確定刀具切削角度的參考平面

切削平面：通過(guò)刀刃上選定點(diǎn)，切于工件過(guò)渡表面的平面

基面：通過(guò)刀刃上選定點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)合成切削運(yùn)動(dòng)向量的平面寬刃刨刀參考平面3、刀具標(biāo)注角度的參考系車刀標(biāo)注角度參考系

正交平面

法平面

背平面和假定工作平面用作標(biāo)注前、后刀面角度的測(cè)量平面參考系參考平面符號(hào)正交平面參考系基面切削平面正交平面法平面參考系基面切削平面法平面背平面和假定工作平面參考系基面背平面假定工作平面刀具標(biāo)注角度參考系4、刀具的標(biāo)注角度

前角、后角、主偏角、副偏角、刃傾角、副后角車刀的主要角度5、刀具的工作角度（1）刀具安裝位置對(duì)工作角度的影響①刀具安裝高低對(duì)工作角度的影響（a）（b）（c）②刀桿中心線與進(jìn)給方向不垂直的影響車刀安裝偏斜橫向進(jìn)給縱向進(jìn)給§2-2

刀具材料一、刀具材料應(yīng)具備的性能

高的硬度和耐磨性足夠的強(qiáng)度和韌性高的耐熱性更好的熱物理性能和耐熱沖擊性能良好的工藝性經(jīng)濟(jì)性二、常用的刀具材料

工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷超硬刀具材料（1）高速鋼

突出性能：較高的強(qiáng)度、韌性和耐磨性，較好的工藝性

主要品種：

W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W6Mo5Cr4V2Co8、W6Mo5Cr4V2Al

應(yīng)用范圍：用于加工250~280HB以下的大部分結(jié)構(gòu)鋼和鑄鐵，用作復(fù)雜刀具如鉆頭、絲錐、鉸刀、拉刀、銑刀、齒輪刀具和成形刀具（2）硬質(zhì)合金

突出性能：硬度、耐磨性、耐熱性都很高；但抗彎強(qiáng)度低，斷裂韌性也較低

突出性能：硬度、耐磨性、耐熱性都很高；但抗彎強(qiáng)度低，斷裂韌性也較低

主要種類：應(yīng)用范圍：K類：YG3、YG6、YG8M類：YW1、YW2P類：YT5、YT15、YT30YT類→用于鋼類、鑄鐵類高靜加工，不用于鈦合金和含鈦的不銹鋼YG類→鑄鐵、有色金屬、非金屬材料高強(qiáng)度鋼、奧氏體鋼、高溫合金粗加工YW類→不銹鋼、高錳鋼、耐熱鋼的粗、半精加工（3）涂層刀具

CVD涂層、MT-CVD涂層、PVD涂層、ZX涂層、CVD金剛石（薄膜和厚膜）、涂層陶瓷和多立方氮化硼（4）金剛石刀具

PCD、CVD厚膜和人工合成單晶金剛石

突出性能：極高的硬度和耐磨性，摩擦系數(shù)小，但耐熱性低，不能加工鐵族金屬

主要應(yīng)用：有色金屬及其合金，非金屬，光學(xué)零件等精密和超精密加工（5）立方氮化硼很高的硬度和耐磨性，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)惰性大；用于加工淬火鋼和冷硬鑄鐵§2-3

金屬切削過(guò)程及其物理現(xiàn)象一、國(guó)內(nèi)外切削理論研究概述二、研究金屬切削過(guò)程的實(shí)驗(yàn)方法

側(cè)面觀察法，高速攝影法，快速落刀法，掃描電鏡顯微觀察法，光彈性、光塑性試驗(yàn)法、其他試驗(yàn)法三、切屑形成過(guò)程第二變形區(qū)第三變形區(qū)第一變形區(qū)三個(gè)變形區(qū)四、變形區(qū)基本特征

第一變形區(qū)（基本變形區(qū)）：沿滑移線的剪切變形，以及隨之產(chǎn)生的加工硬化。

第二變形區(qū)（摩擦變形區(qū)）：使切屑底層靠近前刀面處纖維化，流動(dòng)速度減慢，甚至滯留在前刀面上；切屑彎曲；由摩擦產(chǎn)生的熱量使切屑與刀具接觸面溫度升高

第三變形區(qū)（加工表面變形區(qū)）：使切屑底層靠近前刀面處纖維化，流動(dòng)速度減慢，甚至滯留在前刀面上；切屑彎曲；由摩擦產(chǎn)生的熱量使切屑與刀具接觸面溫度升高五、切屑變形的表示方法

剪切角

相對(duì)滑移或剪切應(yīng)變

切屑變形系數(shù)

相對(duì)滑移與變形系數(shù)間的關(guān)系六、切屑類型及其控制1、帶狀切屑

產(chǎn)生條件：加工塑性材料，切削速度較高，切削厚度較小，刀具前角較大

形態(tài)特征：內(nèi)表面是光滑的，外表面是毛葺的2、擠裂切屑

產(chǎn)生條件：加工塑性材料，切削速度較低，切削厚度較大，刀具前角較小

形態(tài)特征：內(nèi)表面有時(shí)有裂紋，外表面呈鋸齒形

3、單元切屑

產(chǎn)生條件：改變擠裂切屑條件，進(jìn)一步減小刀具前角，減低切削速度，或加大切削厚度

形態(tài)特征：梯形的單元切屑

4、崩碎切屑

產(chǎn)生條件：加工脆性材料

形態(tài)特征：切屑的形狀不規(guī)則，加工的表面凹凸不平5、切屑控制

定義：

衡量切屑可控性的標(biāo)準(zhǔn)：不妨礙正常的加工；不影響操作者的安全；易于清理、存放和搬運(yùn)

切屑控制措施：在前刀面上磨制出斷屑槽或使用壓塊式斷屑器；推廣使用可轉(zhuǎn)位刀具七、積屑瘤現(xiàn)象

定義：

產(chǎn)生：切屑與前刀面粘結(jié)→內(nèi)摩擦→底層上金屬加工硬化→粘結(jié)體→長(zhǎng)大→積屑瘤

影響積屑瘤產(chǎn)生和大小的因素：金屬材料的硬化程度；刃前區(qū)的溫度與壓力

積屑瘤對(duì)切削過(guò)程的影響：實(shí)際切削前角增大；實(shí)際切削厚度增大；加工表面粗糙度增大；影響刀具壽命

防止積屑瘤產(chǎn)生的方法：

①切削速度↓→切削溫度↓→不易產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象；

②切削速度↑→切削溫度↑→不發(fā)生粘結(jié)現(xiàn)象；

③潤(rùn)滑性能好的切削液→摩擦↓；

④刀具前角↑

→接觸壓力↓；

⑤改變工件材料加工特性→

↓加工硬化。§2-4

切削力與切削功率一、切削力的來(lái)源、切削合力及其分解、切削功率

1、切削力的來(lái)源抗力摩擦阻力

2、切削合力及分解主切削力（切向力）進(jìn)給力（軸向力）背向力

3、切削功率與電機(jī)功率二、切削力的測(cè)量

1、切削力的理論計(jì)算

2、切削力的測(cè)量方法測(cè)定切削功率，計(jì)算切削力用測(cè)力儀測(cè)量切削力三、切削力的經(jīng)驗(yàn)公式和切削力估算

1、切削力的指數(shù)公式

2、按單位切削力計(jì)算四、切削力的影響因素

1、被加工材料的影響物理機(jī)械性能加工硬化能力化學(xué)成分熱處理狀態(tài)材料性質(zhì)的不同

2、切削用量對(duì)切削力的影響背吃刀量和進(jìn)給量對(duì)三向切削力的影響切削速度的影響車削45鋼，背吃刀量和進(jìn)給量的影響車削45鋼，切削速度的