金屬切削基礎課件

第1章金屬切削基礎1知識點切削運動、切削用量、切削層參數(shù)、切削方式刀具幾何參數(shù)刀具材料2第一章金屬切削基礎第一節(jié)切削運動和切削要素第二節(jié)刀具的幾何角度和結(jié)構第三節(jié)切削層參數(shù)第四節(jié)刀具材料3

第一節(jié)切削運動和切削用量4第一節(jié)切削運動和切削用量完成切削加工必須具備的兩個條件：切削刀具與工件之間必須有一定的相對運動；切削刃有一定的形狀；5二、切削運動分析切削運動直線運動旋轉(zhuǎn)運動6二、切削運動分析主運動：直接切除工件上的切削層，使之變?yōu)榍行迹孕纬晒ぜ卤砻娴倪\動。通常用切削速度vc(m/s)表示。特點：速度高、功耗大、只能有一個。進給運動：不斷地把切削層投入切削的運動。通常用vf、f或fz表示。特點：速度低、功耗小、可以是斷續(xù)運動、可以有多個。合成切削運動：主運動和進給運動合成的運動。用ve表示。78（1）待加工表面工件上待切除的表面。（2）已加工表面工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的新表面。（3）過渡表面工件上切削刃正在切削的表面。它是待加工表面和已加工表面之間的過渡表面。切削過程中的加工表面910各種切削加工運動和加工表面111213

切削用量三要素

切削速度v

進給量f切削深度ap14三、切削用量三要素切削速度：(vc)切削刃選定點相對于工件主運動的瞬時速度。通常以最大線速度為準進給量：(f)工件或刀具每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時，兩者沿進給方向的相對位移切削深度(背吃刀量)：(ap)工件上已加工表面和待加工表面之間的垂直距離外圓車削的切削速度為vc=πdn/1000主運動是回轉(zhuǎn)運動時，進給量單位為mm/r；

主運動是直線運動時，進給量單位為mm/單行程；15第二節(jié)刀具的幾何參數(shù)

刀具切削部的構造提示:前刀面、后刀面…

刀具的幾何角度定義及其標注提示:前角、后角、主偏角…

16第二節(jié)刀具的幾何參數(shù)一、刀具切削部分的結(jié)構要素17第二節(jié)刀具的幾何角度和結(jié)構歸結(jié)起來：“三面兩刃一尖”前刀面Ar后刀面Aα副后刀面Aα’交線交線主切削刃s副切削刃s’刀尖連接部分一、刀具切削部分的結(jié)構要素18前刀面:切屑流過的表面后刀面:與過渡表面相對著的表面副后刀面:與已加工表面相對著的表面主切削刃:承擔主要的切削工作,形成已加工表面副切削刃:協(xié)助主切削刃切除多余金屬19二、刀具標注角度參考系前提條件：

不考慮進給運動；車刀刀尖與工件中心等高；刀桿中心線與進給方向垂直；刀具的安裝面與基面Pr平行；20刀具標注角度參考系(每個參考系由三個平面構成)

●正交平面參考系:基面+主剖面+切削平面法平面參考系:基面+法剖面+切削平面背平面參考系:基面+進給平面+切深平面21

基面基面Pr：“通過主切削刃上選定點垂直于主運動方向的平面”22

切削平面切削平面Ps：通過主切削刃上選定點，與切削刃相切并垂直于基面的平面23

主剖面主剖面Po：通過主切削刃上選定點，并同時垂直于基面和切削平面的平面24

法平面法平面Pn:通過主切削刃上選定點，并垂直于切削刃的平面。25

進給剖面(假定工作平面)進給剖面Pf：“通過主切削刃上選定點，平行于進給方向并垂直于基面的平面”26

背平面(切深平面)背平面（切深剖面）Pp:“通過主切削刃上選定點，同時垂直于基面和進給剖面的平面”。27刀具標注角度參考系(每個參考系由三個平面構成)

●正交平面參考系:基面+主剖面+切削平面法平面參考系:基面+法剖面+切削平面背平面參考系:基面+進給平面+切深平面28刀具的標注角度

明確表示刀具切削過程中的角度

前角、后角主偏角、付偏角刃傾角

(不表示刀具的結(jié)構，表示刀具切削參數(shù)）29正交平面參考系內(nèi):

基面:主偏角、副偏角、刀楔角、刀尖園弧半徑主剖面：前角、后角切削平面：刃傾角30三、刀具的標注角度在基面內(nèi)測量的角度：主偏角：“主切削刃在基面上的投影與進給方向的夾角”。副偏角：“副切削刃在基面上的投影與進給方向的夾角”。刀尖角：“主切削刃與副切削刃之間的夾角”。εr=180o-(Кr+Кr’)31三、刀具的標注角度在正交平面(主剖面)內(nèi)測量的角度后角：αo“后刀面與切削平面的夾角”前角：γo“前刀面與基面之間的夾角”。32在切削平面內(nèi)：刃傾角：λS“主切削刃與基面之間的夾角”33343536正交平面參考系車削外圓角度標注37假定工作平面參考系

基面:主偏角、副偏角、刀楔角、刀尖園弧半徑進給平面(假定工作平面）:側(cè)前角、側(cè)后角切深平面（背平面）：背前角、背后角38

重點使用正交平面參考系標注切削過程中的刀具角度能夠?qū)Ω鞣N加工方法的刀具角度進行標注39課堂問題？1．請解釋刀具基本概念：前刀面Aγ、主后刀面Aα、副后刀面Aαˊ、主切削刃、副切削刃40解答前刀面Aγ——切屑沿其流出的表面。主后刀面Aα——與過渡表面相對的面。副后刀面Aαˊ——與已加工表面相對的面。主切削刃——前刀面與主后刀面相交形成的刀刃。副切削刃——前刀面與副后刀面相交形成的刀刃。41課堂問題？車刀各刀具角度的概念？前角γo、后角αo、主偏角κr

、副偏角κrˊ、刃傾角λs42解答前角γo——在主切削刃選定點的正交平面po內(nèi)，前刀面與基面之間的夾角。后角αo——在正交平面內(nèi)，主后刀面與切削平面之間的夾角。主偏角κr——主切削刃在基面上的投影與進給方向的夾角。刃傾角λs——在切削平面ps內(nèi)，主切削刃與基面pr的夾角。43刀具角度的正負前角γo：前刀面與基面之間的夾角為銳角，前角為正，夾角為鈍角，前角為負值。后角αo：后刀面與切削平面之間的夾角為銳角，后角為正，夾角為鈍角，后角為負值。刃傾角λs：刀尖是主切削刃上最高點時刃傾角為正，刀尖位于主切削刃上最低點時刃傾角為負，主切削刃與基面平行時時刃傾角為零。44四刀具的工作角度刀具工作時的實際狀況與定義參考系的假設狀態(tài)不同，所以造成實際工作角度與標注角度有所不同。

刀具切削時的實際切削角度通常稱為刀具的工作角度。刀具的工作角度值受刀具安裝位置和進給運動影響之前的假設:前提條件：

不考慮進給運動；車刀刀尖與工件中心等高；刀桿中心線與進給方向垂直；刀具的安裝面與基面Pr平行

45刀具的工作角度刀桿軸線安裝的偏斜的影響:改變了主偏角和副偏角(也就是說：實際的主偏角和標注時的主偏角不同)46刀具的工作角度

進給運動的影響進給量改變了合成運動的方向(從而改變了基面的位置以及其他面的位置,影響所有的角度)47刀具的工作角度

刀尖的安裝位置的影響

刀尖安裝位置的高低改變了切削速度的方向(從而改變了基面的位置以及其他面的位置,影響所有的角度)48刀具工作參考系(1)工作基面pre通過切削刃上的考查點，垂直于合成切削運動速度方向的平面。(2)工作切削平面pse通過切削刃上的考查點，與切削刃相切且垂直于工作基面的平面。(3)工作正交平面poe通過切削刃上的考查點，同時垂直于工作基面、工作切削平面的平面。492．刀具工作角度的分析

在工作正交平面參考系中，一般考核刀具工作角度(γoe、αoe、κre、κ’re、α’oe、λse)的變化，對刀具角度設計補償量以及對切削加工過程的影響情況。

在車削(切斷、車螺紋、車絲杠)、鏜孔、銑削等加工中，通常因刀具工作角度的變化，對工件已加工表面質(zhì)量或切削性能造成不利影響。50第三節(jié)切削層參數(shù)一、切削層：刀具沿進給方向移動一個進給量f，由一個刀齒正在切削著的金屬層51二、切削層的參數(shù)切削厚度：hD“垂直于過渡表面度量的切削層尺寸”hD=f?sinКr(mm)切削寬度：bD“沿著過渡表面度量的切削層尺寸”bD=ap/sinКr(mm)切削面積：ADAD=hD?bD

(mm2)對于外圓車削：AD=f?ap

(mm2)

52切削層的大小和形狀影響：刀具切削部分承受的載荷大?。粵Q定了切削的尺寸和形狀；53三、殘留面積：54切削方式直角切削:刀刃垂直于合成切削運動方向斜角切削:刀刃不垂直于合成切削運動方向自由切削:只有一條切削刃參加工作（車外圓)非自由切削:多條切削刃參加工作(切槽）55切削方式圖3-1直角、斜角自由切削與不自由切削a）直角切削b）斜角切削c）不自由切削56較強的耐磨性和耐熱性高強度與強韌性(承受切削負荷、振動與沖擊)第四節(jié)刀具材料刀具材料耐熱性是衡量刀具切削性能的主要標志，通常用高溫下保持高硬度的性能來衡量，也稱熱硬性刀具材料的基本要求刀具材料需滿足一些基本要求：高硬度(常溫硬度>HRC60)良好的工藝性與經(jīng)濟性優(yōu)良導熱性57（1）高硬度刀具是從工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度。刀具材料最低硬度應在60HRC以上。對于碳素工具鋼材料，在室溫條件下硬度應在62HRC以上；高速鋼硬度為63HRC～70HRC；硬質(zhì)合金刀具硬度為89HRC～93HRC。58（2）高強度與強韌性刀具材料在切削時受到很大的切削力與沖擊力。如車削45鋼，在背吃刀量ap＝4㎜，進給量f＝0.5㎜/r的條件下，刀片所承受的切削力達到4000N，可見，刀具材料必須具有較高的強度和較強的韌性。一般刀具材料的韌性用沖擊韌度aK表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力。59（3）較強的耐磨性和耐熱性刀具耐磨性是刀具抵抗磨損能力。一般刀具硬度越高，耐磨性越好。刀具金相組織中硬質(zhì)點（如碳化物、氮化物等）越多，顆粒越小，分布越均勻，則刀具耐磨性越好。刀具材料耐熱性是用高溫下保持高硬度的性能來衡量，也稱熱硬性。刀具材料高溫硬度越高，則耐熱性越好，在高溫抗塑性變形能力、抗磨損能力越強。60優(yōu)良導熱性刀具導熱性好，表示切削產(chǎn)生的熱量容易傳導出去，降低了刀具切削部分溫度，減少刀具磨損。刀具材料導熱性好，其抗耐熱沖擊和抗熱裂紋性能也強。61良好的工藝性與經(jīng)濟性刀具不但要有良好的切削性能，本身還應該易于制造，這要求刀具材料有較好的工藝性，如鍛造、熱處理、焊接、磨削、高溫塑性變形等功能。經(jīng)濟性也是刀具材料的重要指標之一，選擇刀具時，要考慮經(jīng)濟效果，以降低生產(chǎn)成本。62刀具材料碳素工具鋼-----手工工具(耐熱性低)合金工具鋼-----手工工具(耐熱性低)高速鋼-----常用硬質(zhì)合金-----常用陶瓷------超硬材料加工金剛石------超硬材料加工立方氮化硼------超硬材料加工63高速鋼概念：高速鋼是一種含有鎢、鉬、鉻、釩等合金元素較多的工具鋼性質(zhì)：①、具有良好的熱穩(wěn)定性②、具有較高強度和韌性③、具有一定的硬度(63～70HRC)和耐磨性64高速鋼的分類

普通高速鋼鎢系高速鋼鎢鉬鋼高性能高速鋼65A、鎢系高速鋼（簡稱

W18）典型牌號：W18Cr4V優(yōu)點：鋼磨削性能和綜合性能好，通用性強。缺點：碳化物分布常不均勻，強度與韌性不夠強，熱塑性差，不宜制造成大截面刀具。

B、鎢鉬鋼（將一部分鎢用鉬代替所制成的鋼）典型牌號：Ｗ6Mo5Cr4V2

優(yōu)點：減小了碳化物數(shù)量及分布的不均勻性。缺點：高溫切削性能和W18相比稍差。普通高速鋼66高性能高速鋼在通用型高速鋼的基礎上，通過調(diào)整基本化學成分并添加其他合金元素，使其常溫與高溫力學性能得到顯著提高例如：高碳,在W18Cr4V基礎上增加0.2%含碳量，形成95W18Cr4V此外還有高鈷、高釩等67高性能高速鋼優(yōu)點：具有較強的耐熱性，刀具耐用度是普通高速鋼的1.5～3倍。

缺點：強度與韌性較普通高速鋼低，高釩高速鋼磨削加工性差。適合加工的零件：奧氏體不銹鋼、高溫合金、鈦合金、超高強度鋼等難加工材料。

68硬質(zhì)合金組成硬質(zhì)合金是由難熔金屬碳化物和金屬粘結(jié)劑經(jīng)粉末冶金方法制成。硬質(zhì)合金優(yōu)點：硬質(zhì)合金中高熔點、高硬度碳化物含量高，熱熔性好,熱硬性好，切削速度高。硬質(zhì)合金缺點：脆性大，抗彎強度和抗沖擊韌性不強?？箯潖姸戎挥懈咚黉摰?/3～1/2，沖擊韌性只有高速鋼的1/4～1/35。硬質(zhì)合金力學性能：主要由組成硬質(zhì)合金碳化物的種類、數(shù)量、粉末顆粒的粗細和粘化劑的含量決定。

硬質(zhì)合金69普通硬質(zhì)合金的種類類型我國的代號ISO代號鎢鈷類----YGK鎢鈦鈷類----YTP鎢鈦鉭（鈮）鈷類---YWM碳化鈦基類---YNP01(按其化學成分的不同)70合金代號為YG，對應于國標K類）(YG6、YG8、YG8N)合金鈷含量越高，韌性越好，適于粗加工；鈷含量低，適于精加工。鎢鈷類（WC+Co）(YG)71鎢鈦鈷類(YT)鎢鈦鈷類（WC+TiC+Co）（合金代號為YT，對應于國標P類）此類合金有較高的硬度和耐熱性。合金中TiC含量高，則耐磨性和耐熱性提高，但強度降低→粗加工一般選擇TiC含量少的牌號，精加工選擇TiC含量多的牌號。72鎢鈦鉭（鈮）鈷類(YW)鎢鈦鉭（鈮）鈷類（WC+TiC+TaC（Nb）+Co）（合金代號為YW，對應于國標M類）(YW1、YW2)適用于加工冷硬鑄鐵、有色金屬及合金半精加工，也能用于高錳鋼、淬火鋼、合金鋼及耐熱合金鋼的半精加工和精加工。73（WC+TiC+Ni+Mo）合金代號YN，對應于國標P01類。用于精加工和半精加工，對于大長零件且加工精度較高的零件尤其適合，但不適于有沖擊載荷的粗加工和低速切削。碳化鈦基類(YN)(P01)74（3）超細晶粒硬質(zhì)合金

超細晶粒硬質(zhì)合金多用于YG類合金，它的硬度和耐磨性得到較大提高，抗彎強度和沖擊韌度也得到提高，已接近高速鋼。適合做小尺寸銑刀、鉆頭等，并可用于加工高硬度難加工材料。75767778798081特殊刀具材料1．陶瓷刀具（1）材料組成：主要由硬度和熔點都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物組成，通過粉末冶金工藝方法制粉，再壓制燒結(jié)而成。（2）常用種類：Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷（3）優(yōu)點：有很高的硬度和耐磨性，刀具壽命比硬質(zhì)合金高；熱硬性，摩擦系數(shù)低，切削力比硬質(zhì)合金小，能提高表面光潔度。（4）缺點：強度和韌性差，熱導率低。陶瓷最大缺點是脆性大，抗沖擊性能很差。（5）適用范圍：高速精細加工硬材料。82（1）分類：天然金剛石刀具；人造聚晶金剛石刀具；復合聚晶金剛石刀具。（2）優(yōu)點：極高的硬度和耐磨性，人造金剛石硬度達10000HV，耐磨性是硬質(zhì)合金的60～80倍；切削刃鋒利，能實現(xiàn)超精密微量加工和鏡面加工；很高的導熱性。（3）缺點：耐熱性差，強度低，脆性大，對振動很敏感。（4）適用范圍：用于高速條件下精細加工有色金屬及其合金和非金屬材料。金剛石刀具833．立方氮化硼刀具（1）概念：立方氮化硼（簡稱CBN）是由六方氮化硼為原料在高溫高壓下合成。（2）優(yōu)點：硬度高，硬度僅次于金剛石，熱穩(wěn)定性好，較高的導熱性和較小的摩擦系數(shù)。（3）缺點：強度和韌性較差，抗彎強度僅為陶瓷刀具的1/5～1/2。（4）適用范圍：適用于加工高硬度淬火鋼、冷硬鑄鐵和高溫合金材料。它不宜加工塑性大的鋼件和鎳基合金，也不適合加工鋁合金和銅合金，通常采用負前角的高速切削。84涂層刀具（1）概念：涂層刀具是在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上或高速鋼刀具基體上，涂覆一層耐磨性較高的難熔金屬化合物而制成。（2）常用的涂層材料有：TiC、TiN、Al2O3等（3）涂層形式：單涂層和復合涂層（4）優(yōu)點：涂層刀具具有高的抗氧化性能和抗粘結(jié)性能，因此