金属工艺学第五版cp5

金金 属属 工工 艺艺 学学 下册下册 （第一章，第一节）（第一章，第一节）下册需要完成的任务下册需要完成的任务 围绕切削加工这个大主题，学习围绕切削加工这个大主题，学习（1）切削加工原理）切削加工原理（2）切削机床）切削机床（3）传统的切削加工方法和工艺过程）传统的切削加工方法和工艺过程（4）了解精密加工、特种加工方法和现代制造）了解精密加工、特种加工方法和现代制造技术。技术。（5）掌握典型表面的加工）掌握典型表面的加工（6）切削加工工艺规程的制定）切削加工工艺规程的制定（7）零件的结构工艺性）零件的结构工艺性第一章第一章 切削加工的基本知识切削加工的基本知识本章的主要内容：本章的主要内容：一、切削运动及切削要素（零件典型表面、切削用量、切削层几个参数）一、切削运动及切削要素（零件典型表面、切削用量、切削层几个参数）二、刀具及刀具材料（刀具材料、刀具标注角度、工作角度、刀具磨损、二、刀具及刀具材料（刀具材料、刀具标注角度、工作角度、刀具磨损、刀具耐用度等）刀具耐用度等）三、金属切削过程中的各种物理现象（切屑形成、积屑瘤三、金属切削过程中的各种物理现象（切屑形成、积屑瘤 、切削力、切、切削力、切削功率，切削热、切削温度）削功率，切削热、切削温度）四、围绕切削加工的主要经济指标（产品质量、生产率、四、围绕切削加工的主要经济指标（产品质量、生产率、经济性），合经济性），合理选择切削用量、切削液。理选择切削用量、切削液。五、材料切削加工性的概念和衡量指标，及改善的主要途径。五、材料切削加工性的概念和衡量指标，及改善的主要途径。第一节第一节 切削运动和切削要素切削运动和切削要素一、零件的加工表面及切削运动一、零件的加工表面及切削运动 任何一种机电产品都是由许多零件组成，每一个零件的几何形状虽任何一种机电产品都是由许多零件组成，每一个零件的几何形状虽不同，但分析起来主要由三种典型表面构成：即内、外圆柱面，平面，不同，但分析起来主要由三种典型表面构成：即内、外圆柱面，平面，成形面等。成形面等。1不同表面的形成：不同表面的形成：母线母线 轨迹轨迹 内、外圆柱表面内、外圆柱表面 直线直线 圆圆 作旋转运动所形成的表面作旋转运动所形成的表面平 面 直线 直线 作平移运动所形成的表面成形表面 曲线 圆或直线 作旋转或平移运动所形成的表面 2 2切削运动：切削运动：刀具与工件之间的相对运动称为切削运动。按其功能的不刀具与工件之间的相对运动称为切削运动。按其功能的不 同，切削运动分为主运动和进给运动。同，切削运动分为主运动和进给运动。主运动：消耗功率最大主运动：消耗功率最大 进给运动：与主运动配合，可以保持切削的连续进行，以形成零件进给运动：与主运动配合，可以保持切削的连续进行，以形成零件的几何表面。的几何表面。总结：总结：常用机床的主运动与进给运动：常用机床的主运动与进给运动：车削车削 铣削铣削 刨削刨削 平面磨削平面磨削主运动：工件旋转主运动：工件旋转刀具旋转刀具旋转 滑枕带刀具往滑枕带刀具往砂轮旋转运动砂轮旋转运动 复直线移动复直线移动进给运动：刀具运动进给运动：刀具运动工件移动工件移动 工件间歇移动工件间歇移动工作台移动工作台移动 砂轮移动砂轮移动 切削运动有旋转的、直线的、曲线的、连续的和间歇的等运动形式。切削运动有旋转的、直线的、曲线的、连续的和间歇的等运动形式。工件加工表面以车削为例，工件在车削过程中有三个不断变化着的表面o 待加工表面即将被切除金属层的表面o 已加工表面已经切去一部分金属而形成 的新表面o 加工表面切削刃正在切削的表面 二、切削用量三要素：二、切削用量三要素：切削用量是用来衡量切削运动的大小。在一般的切削过程中，包括切削用量是用来衡量切削运动的大小。在一般的切削过程中，包括切削速度、进给量和背吃刀量三要素。切削用量的变化对零件加工质量切削速度、进给量和背吃刀量三要素。切削用量的变化对零件加工质量和生产率有十分重要的影响。和生产率有十分重要的影响。1）切削速度）切削速度Vc：在单位时间内，工件与刀具沿主运动方向相对移动：在单位时间内，工件与刀具沿主运动方向相对移动的距离。的距离。以车削加工为例（主运动为旋转运动）：以车削加工为例（主运动为旋转运动）：min/1000msmdnVc或d：工件（或刀具）直径（mm）n：工件（或刀具）转速（r/s或r/min）刨削加工为例（主运动为往复直线运动）刨削加工为例（主运动为往复直线运动）)min/ms/m(10002Lnvrc或L-往复行程长度，mmnr-主运动每秒或每分钟的往复次数，st/s或st/min 2）进给量：刀具在进给运动方向上相对于工件的位移）进给量：刀具在进给运动方向上相对于工件的位移 f(mm/r)如车削加工：工件每转一转，刀具相对工件的位移如车削加工：工件每转一转，刀具相对工件的位移 mm/r。牛头刨床：刀具每走一个行程，在进给方向上相对于工件的位移，牛头刨床：刀具每走一个行程，在进给方向上相对于工件的位移，mm/st对于多齿刀具加工时，进给运动的瞬时速度称为进给速度，即 或smmVf/(min)/mm（每转的位移每秒多少转）nzfz（每齿进给量fz刀具齿数z每秒多少转）(mm/s或mm/min)3）背吃刀量）背吃刀量(切削深度切削深度)ap (mm)：切削加工时，切削加工时，待加表面与已加工表面间的垂直距离待加表面与已加工表面间的垂直距离(mm)，也就是，也就是垂直于进给运动方向上主切削刃切入工件的深度。垂直于进给运动方向上主切削刃切入工件的深度。)(2mmddamwp dw：待加工表面 dm：已加工表面 在切削层尺寸平面中，垂直于进给方向测量的切削层尺寸。三、切削层的几何参数：三、切削层的几何参数：切削层：工件上切削层：工件上被刀具切削刃切除的被刀具切削刃切除的那一层材料，它是在那一层材料，它是在垂直于含切垂直于含切削速度的平面内测量。削速度的平面内测量。切削层公称厚度：切削层公称厚度：（即相邻加工表面间的距离）（即相邻加工表面间的距离）rckfasin)(hd切削层公称宽度切削层公称宽度 ：（沿主切削刃上度量的切削层尺寸）（沿主切削刃上度量的切削层尺寸）rpwkaasin/)b(D切削层公称切削层公称横截面积：横截面积：)(sin/sin2mmafkakfhbAprprDDD讨论：在AD不变时：当kr变小，则 增大，减少，这时，单位长度切削刃上承受切削力减少，切屑变薄，散热效果好，但切削的径向分力增大；当kr变大，则情况正相反。waca作业：画出端铣平面的切削层参数。第二节第二节 刀具材料及刀具结构刀具材料及刀具结构一、刀具材料：一、刀具材料：在切削加工时，刀具材料要在高温条件下承受较大的切削力、摩擦、在切削加工时，刀具材料要在高温条件下承受较大的切削力、摩擦、冲击、振动。为了保证零件的加工精度和刀具的耐用性，刀具材料必须冲击、振动。为了保证零件的加工精度和刀具的耐用性，刀具材料必须具有特殊的综合性能。具有特殊的综合性能。1）刀具材料的主要性能要求：）刀具材料的主要性能要求：较高硬度（大于较高硬度（大于HRC60以上）；以上）；足够强度和韧性（承受切削力，冲击、振动、不变形等）；足够强度和韧性（承受切削力，冲击、振动、不变形等）；较好的耐磨性（抵抗磨损，耐用）；较好的耐磨性（抵抗磨损，耐用）；较高的耐热性（在高温下保持较高的硬度及其它性能）；较高的耐热性（在高温下保持较高的硬度及其它性能）；较好的工艺性（便于制造成各种成刀具形）；较好的工艺性（便于制造成各种成刀具形）；成本低，来源广；成本低，来源广；2）常用刀具材料：）常用刀具材料：手工刀具的刀具材料：碳素工具钢（手工刀具的刀具材料：碳素工具钢（T10A 含含C 0.71.2%的优质钢）的优质钢）和合金工具钢（和合金工具钢（9SiCr，即碳素工具钢中加入，即碳素工具钢中加入Cr、w、Mn、Si）机加工用刀具材料：高速钢（机加工用刀具材料：高速钢（W18Cr4V）和）和 硬质合金（硬质合金（YG、YT）等。）等。高速钢和硬质合金性能比较高速钢是含高速钢是含W、Cr、V等合金元素较多的合金工等合金元素较多的合金工具钢。它的硬度、耐磨性和耐热性低于硬质合金，具钢。它的硬度、耐磨性和耐热性低于硬质合金，但强度和韧性却高于硬质合金，工艺性能较硬质但强度和韧性却高于硬质合金，工艺性能较硬质合金好，而且价格比较便宜。广泛地应用于制造合金好，而且价格比较便宜。广泛地应用于制造形状较为复杂的各种刀具。形状较为复杂的各种刀具。硬质合金是以高硬度、高熔点的金属碳化物硬质合金是以高硬度、高熔点的金属碳化物（WC、TiC）作基体，以金属）作基体，以金属Co等作粘结剂，等作粘结剂，用粉末冶金的方法制成的一种合金。其用粉末冶金的方法制成的一种合金。其硬度高，硬度高，耐磨性好，耐高温，允许的切削速度比高速钢高数耐磨性好，耐高温，允许的切削速度比高速钢高数倍，但强度、韧性和工艺性不如高速钢。常制成各倍，但强度、韧性和工艺性不如高速钢。常制成各种形式的刀片。种形式的刀片。国产国产硬质合金材料（硬质合金材料（YG、YT）一般分为两大类：钨钴类（）一般分为两大类：钨钴类（YG）和钨钛钴类（和钨钛钴类（YT）。）。钨钴类（钨钴类（YG类：类：WC+CO），主要牌号有：），主要牌号有：YG3、YG6、YG8，其中，其中数字为数字为CO的百分含量，含的百分含量，含CO少，材质较脆，但较耐磨。少，材质较脆，但较耐磨。YG类刀具切塑性类刀具切塑性材料时，耐磨性差，适用于加工铸铁，青铜等脆性材料。材料时，耐磨性差，适用于加工铸铁，青铜等脆性材料。钨钛钴类（钨钛钴类（YT类：类：WCTiCCO），主要牌号有：），主要牌号有：YT5、YT15、YT30，其中数字为，其中数字为TiC的百分的百分含量，含量，TiC含量多，韧性差，但耐磨，耐高温。含量多，韧性差，但耐磨，耐高温。YT类刀具适用于加工钢件。类刀具适用于加工钢件。除外：陶瓷材料除外：陶瓷材料（Al2O3），人造金刚石，改性硬质合金和改性高速钢），人造金刚石，改性硬质合金和改性高速钢材料等。这些刀具材料具有更好耐高温，耐磨和高硬度特点。材料等。这些刀具材料具有更好耐高温，耐磨和高硬度特点。常用刀具材料的基本性能和代表牌号见表常用刀具材料的基本性能和代表牌号见表1-1 3）常用刀具种类常用刀具种类常用刀具种类 切刀切刀孔加工刀具孔加工刀具拉刀拉刀铣刀铣刀螺纹刀具螺纹刀具齿轮刀具齿轮刀具磨具磨具二刀具角度二刀具角度1.切削部分的组成刀具种类繁多，形状复杂，但却有共同特征，都具有楔形的切削部分车刀是最简单的刀具，其它刀具则可认为是车刀的演变和组合.以车刀为例，学习刀具切削部分的几何参数 刀具切削部分的组成 车刀：刀杆和刀头两部分车刀的切削部分：前刀面A切屑沿其流出的刀面主后刀面A与工件加工面相对的刀面副后刀面A 与工件已加工面相对的刀面主切削刃前刀面与主后刀面的交线，它完成主要切削工作副切削刃前刀面与副后刀面的交线，它配合主刀刃最终形成已加工表面 刀尖（过渡刃）主刀刃与副刀刃的交点刀尖形式a)实际交点b)曲线刃c)直线刃2.车刀切削部分的主要角度参考系 定义刀具几何角度的参照平面系，以确定刀面和刀刃的空间位置正交剖面系 通过刀刃某选定点基面Pr通过刀刃某选定点x，与主运动假定方向相垂直的平面切削平面Ps通过刀刃某选定点x，与刀刃相切且垂直于基面的平面正交平面（主剖面）Po 通过刀刃某选定点x，同时垂直于基面与切削平面的平面通过副刀刃上任选点 Pr、Ps、Po 刀具标注角度 画刀具图及磨刀时掌握的角度，是假定条件下的切削角度，以便于刀具的设计与制造假定运动条件 不考虑进给运动的大小假定安装条件 规定刀具的刃磨和安装基准面垂直于切削平面或平行于基面，同时规定刀杆的中心线同进给运动方向垂直前角后角主偏角r副偏角r副后角o刃倾角S 1）前角r0：在主剖面中测量，前刀面与基面之间的夹角，r00。其大小影响：刀具锋利强度、刀具强度、散热条件、磨损及耐用度，前角大，切削刃锋利，切屑变形小，切削力小，切削热小，但切削刃强度下降，散热差，刀具耐用度下降；前角小，切削刃强度高，散热条件好，刀具耐用度提高，但切削刃变钝，切屑变形大，切削力大。确定前角大小的原则：锐字当先，锐中求固。一般情况，硬质合金刀具切削结构钢材料时，前角：粗加工取1018度；精加工取1320度。硬质合金刀具切削铸铁材料时，粗加工取1015度；精加工取510度。因此，一般加工硬材料或粗加工时取较小的后角；加工较软材料或精加工时取较大的后角。一般情况，粗加工取6-8度；精加工取8-12度。2）后角：在主剖面中测量，主后刀面与切削平面之间的夹角。其大小影响：主后刀面与工件磨擦、刀具强度、刀具锋利强度等。后角大，摩擦小，切削刃锋利，但切削刃强度下降，散热差，刀具耐用度下降；后角小，切削刃强度高，散热条件好，刀具耐用度提高，但刀具摩擦加剧。3）主偏角kr：在基面中测量，主切削刃与进给方向之夹角。其大小影响：切削层形状，切削力的分布，散热条件，刀具耐用度和表面粗糙度。3、主偏角及副偏角：、主偏角及副偏角：1）主偏角主要影响切削层的形状、表面粗糙度和切削分力的大小；）主偏角主要影响切削层的形状、表面粗糙度和切削分力的大小；3刀具的工作角度：以上介绍的是刀具的标注角度，但在切削过程中刀具的实际切削角度会因为装刀的准确度变化而偏离刀具标注角度。4）副偏角：在基面上测量，副切削刃与进给反方向的夹角。）副偏角：在基面上测量，副切削刃与进给反方向的夹角。其大小亦影响副切刃，副后刀面与已加工表面之间的摩擦，以及加工面的表面粗糙其大小亦影响副切刃，副后刀面与已加工表面之间的摩擦，以及加工面的表面粗糙度度Ra值。值。1）刀尖高度对前后角影响（车外圆为例）刀尖高度对前后角影响（车外圆为例）2）车刀偏斜对主副编角影响：刀具安装位置对工作角度的影响刀具安装位置对工作角度的影响 进给运动对工作角度的影响进给运动对工作角度的影响4 4刀具结构：整体式、焊接式、机夹式几种。刀具结构：整体式、焊接式、机夹式几种。第三节第三节 金属切削过程金属切削过程 1.切屑形成过程及切屑种类切屑形成过程及切屑种类 2.积屑瘤；积屑瘤；3.切削力和切削功率；切削力和切削功率；4.切削热和切削温度切削热和切削温度 5.刀具磨损及耐用度刀具磨损及耐用度 第三节第三节 金属切削过程金属切削过程3.1 3.1 金属切屑的形成过程及切屑的种类金属切屑的形成过程及切屑的种类1切屑的形成过程切屑的形成过程 材料在刀具及切削力作用下，材料在刀具及切削力作用下，经过弹性变形经过弹性变形塑性变形塑性变形(OA-(OA-0B)0B)被挤裂被挤裂(切断）。切断）。工件工件刀具刀具 在切削过程中，被切金属层在前刀面的推动作用下产生剪应在切削过程中，被切金属层在前刀面的推动作用下产生剪应力，当剪应力达到并超过工作材料的屈服极限时，被切金属层将力，当剪应力达到并超过工作材料的屈服极限时，被切金属层将沿着某一方向产生剪切滑移变形而逐渐累积在前刀面上，随着切沿着某一方向产生剪切滑移变形而逐渐累积在前刀面上，随着切削运动的进行，这层累积物将连续不断的沿前刀面流出，从而形削运动的进行，这层累积物将连续不断的沿前刀面流出，从而形成了被切除的切屑成了被切除的切屑金属切削层的变形金属切削层的三个变形区第一变形区 从OA线开始发生塑性变形，到OD线晶粒的剪切滑移基本完成第二变形区 切屑沿刀具前面排出时，进一步受到前面的挤压和摩擦，使靠近前面处的金属纤维化，其方向基本上和前面相平行第三变形区 已加工面受到切削刃钝圆部分与刀具后面的挤压和摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化与加工硬化三个变形区汇集在切削刃附近，此处的应力比较集中而复杂，金属的被切削层就在此处与工件母体材料分离，大部分变成切屑，很小的一部分留在已加工表面上切削层刀具刀具工件工件金属切削层的变形4第一变形区内金属的剪切变形主要特征 沿滑移线的剪切变形，以及随之产生的加工硬化工件原材料的晶粒 AB变成AB受到切应力时，晶格内的晶面就发生滑移，就是剪切面方向晶粒伸长方向即金属纤维化的方向A”B”纤维化方向与剪切面方向不重合，夹角金属切削层的变形5第一变形区内金属的剪切变形晶粒伸长方向即金属纤维化的方向纤维化方向与剪切面方向不重合，夹角剪切面 在一般切削速度范围内，宽度仅约0.20.02mm，OM剪切角 剪切面和切削速度方向的夹角 塑性金属的切削过程模拟示意图剪切角 对于同一工件材料，用同样的刀具，切削同样大小的切削层，当切削速度高时，较大，剪切面积变小，切削比较省力，说明切屑变形较小。须用某种方法来表示切削变形程度表示切削变形程度变形系数变形系数1 切屑厚度与切削层厚度之比a 切削层长度与切屑长度之比L在金属切削过程中，经过塑性变形的切屑，其外形与原切削层不同，其切屑层的厚度ach要大于切削层厚度ac，而切屑层的长度Lch要小于切削层Lc，这种现象称为切屑收缩。切屑收缩。变形系数对切削力、切削温度及表面粗糙度Ra都有重要的影响。变形系数愈大，则切削力愈大、切削温度愈高，表变形系数愈大，则切削力愈大、切削温度愈高，表面愈粗糙。面愈粗糙。增大前角，或降低材料塑性，可减小变形系数。增大前角，或降低材料塑性，可减小变形系数。2切屑种类：带状切屑、节状切屑，崩碎切屑等多种切屑种类：带状切屑、节状切屑，崩碎切屑等多种带状切屑带状切屑节状切屑节状切屑崩碎切屑崩碎切屑 不同的切屑种类对切削力平稳性，表面粗糙度，机床振动和生产安全性均有影响。带状切屑带状切屑：切削塑性材料时采用大前角，较高的切削速度和较小的进给量容易 形成带状切屑。形成带状切屑时，切削力平稳，加工表面光洁，但不安全。节状切屑节状切屑：当采用较低的切削速度和较大的进给量容易形成节状切屑。形成节状切屑时，切削力波动大，产生振动，加工表面粗糙。崩碎切屑崩碎切屑：切削铸铁、青铜等脆性材料时容易形成崩碎切屑。形成崩碎切屑时刀尖磨损严重，产生振动，影响加工表面质量。切屑形状应通过改变切削条件、刀具角度和材料性能来获得所需要的切屑，以保证加工的胜利进行。形成条件影响名称简图形态变形带状，底面光滑，背面呈毛茸状节状，底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状粒状不规则块状颗粒剪切滑移尚未达到断裂程度局部剪切应力达到断裂强度剪切应力完全达到断裂强度未经塑性变形即被挤裂加工塑性材料，切削速度较高，进给量较小，刀具前角较大加工塑性材料，切削速度较低，进给量较大，刀具前角较小工件材料硬度较高，韧性较低，切削速度较低加工硬脆材料，刀具前角较小切削过程平稳，表面粗糙度小，妨碍切削工作，应设法断屑切削过程欠平稳，表面粗糙度欠佳切削力波动较大，切削过程不平稳，表面粗糙度不佳切削力波动大，有冲击，表面粗糙度恶劣，易崩刀带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑表3-1 切屑类型及形成条件带状切屑Real挤裂切屑Real单元切屑Real崩碎切屑Real图3-6 切屑形态照片 切屑的类型及控制2国际标准化组织的切屑分类法 切屑的类型及控制3切屑的控制 采取适当的措施来控制切屑的卷曲、流出与折断，使形成“可接受”的良好屑形“不可接受”的切屑划伤工件的已加工表面，使表面粗糙度恶化划伤机床，卡在机床运动副之间造成刀具的早期破损甚至影响操作者的安全衡量切屑可控性的主要标准不妨碍正常的加工不影响操作者的安全易于清理、存放和搬运切屑控制措施前刀面上磨制断屑槽或使用压块式断屑槽可转位刀具切屑的类型及控制5切屑的类型（按外形，影响切屑处理和运输）带状屑 高速切削塑性金属，一般应力求避免C形屑 车削一般碳钢和合金钢时，采用带卷屑槽的车刀时易得，较好长紧卷屑 普通车床上较好发条状卷屑 重型机床上较好宝塔状卷屑 自动机或自动线上较好螺卷屑 车削脆性材料较好崩碎屑 3.2 3.2 积屑瘤积屑瘤 在一定范围的切速下，切在一定范围的切速下，切削削塑性金属材料塑性金属材料时，在刀具时，在刀具前刀面靠近切削刃的部位粘前刀面靠近切削刃的部位粘附着一小块很硬的金属，即附着一小块很硬的金属，即为积屑瘤。为积屑瘤。（1）积屑瘤的形成：高温高压下，由于摩擦力而阻留在前刀面上部分切屑转化而成。（第二变形区的变形和摩擦）（2）积屑瘤对切削过程的影响 其硬度高于工件材料，可代替切削刃起切削作用，有保护刀刃作用。（2）积屑瘤的产生会对切削加工过程产生重要影响：积屑瘤可增大前角，使刀具更锋利。改变了实际切削深度和切削厚度，影响尺寸精度。导致切削力变化、引起振动。影响工件表面粗糙度。因此，由，在粗加工时希望有积屑瘤存在。由，在精加工时不希望生成积屑瘤。（3）控制积屑瘤生成的方法：）控制积屑瘤生成的方法：1）通过热处理等方法降低工件材料的塑性 2）控制切削速度。例如：中碳钢V5m/min，不易生成 V550m/min易生成 V100m/min不易生成 3）加冷却液，降低切削温度，减少磨损等减少生成积屑瘤。3.3 切削力 和切削功率一一.切削力切削力 切削加工时刀具使切削层形成切切削加工时刀具使切削层形成切屑需要克服的阻力屑需要克服的阻力 切削时刀具需克服来自工件和切屑两方面切削时刀具需克服来自工件和切屑两方面的力，即工件材料被切过程中所发生的的力，即工件材料被切过程中所发生的弹性变形和塑性变形的抗力，以及切屑弹性变形和塑性变形的抗力，以及切屑对刀具前刀面的摩擦力和加工表面对刀对刀具前刀面的摩擦力和加工表面对刀具后刀面的摩擦力具后刀面的摩擦力1）切削力的产生：）切削力的产生：工件材料的变形抗力工件材料的变形抗力 工艺系统变形工艺系统变形精度精度 刀具与工件磨擦力刀具与工件磨擦力 切削力切削力 切削热切削热精度，精度，刀具与切屑磨擦力刀具与切屑磨擦力 表面粗糙表面粗糙 切削力是机床、刀具和工艺装备的设计的依据。2 2）切削力的分解）切削力的分解：总切削力Fr可分解为x、y、z三个分为：Fz（主切削力：切削速度方向分力占Fr的80 90%，占消耗总功率90%以上。也称切削力或切向力Fz是设计机床动力、主传动系统零件强度和刚度的主要依据。Fx（进给拉力）：Fr在进给方向分力。也称进给力或轴向力 Fx方向也做功，但占总功率的15%。是设计计算进给系统的主要依据。Fy（切深抗力）：Fr在切深方向的分力。也称背向力、径向力 Fy方向不做功，但Fy的大小直接影响工件刚度，引起变形振动，影响加工精度。总切削力总切削力Fr与三个分力的关系：与三个分力的关系：2222zyxrFFFF )(NafpFpz),(很小，忽略不计yxFF公式中：CFz与工件材料和刀具材料等有关的系数；ap 切削深度；f进给量；xfz ,yFZ指数；KFZ 切削条件有关的修正系数。切削力可运用理论公式和经验公式进行估量。下图为车削时的切削力及切削功率计算3）切削力的估算：）切削力的估算：生产中常用单位切削力p来估算切削力大小，即单位切削面积（1cm2）所需的主切削力Fz，即 一般情况，xfz yFZ，因此，在切削用量中，切削深度切削深度对Fz的影响最大的，其次是f 。(4)影响切削力的因素 切削力来源于工件材料的弹塑性变形及刀具与切屑、工件表面的摩擦，因此凡是影响切削过程中材料的变形及摩擦的因素都影响切削力。影响因素主要为：工件材料；切削用量；刀具几何参数；其他因素。二二.切削功率：切削功率：切削功率应该是三个切削分力消耗率的总和，切削功率应该是三个切削分力消耗率的总和，但但Fy不作功，不作功，Fx消耗功率小，所以一般只考虑主切削消耗功率小，所以一般只考虑主切削力消耗的功率，即力消耗的功率，即 或或 )/()(100smVKWVFpzmmin)/()(60100mVKWVFpzm 1切削热的产生及传出：产生：产生：1）切屑变形）切屑变形 2）刀具与切屑磨损）刀具与切屑磨损 产生切削热和切削温度产生切削热和切削温度 3）刀具与工件磨损）刀具与工件磨损传出：切屑传出传出：切屑传出工件传出工件传出刀具传出刀具传出周围介质传出周围介质传出 5080%1040%39%1%2切削温度及影响因素：切削温度指切削区平均温度3.4 切削热和切削温度切削热和切削温度切削温度的分布刀具前刀面温度较高其次是切屑底层工件表面温度最低各点处温度不等最高温度在前刀面上离切削刃一定距离处08.015.03.0QpocafVC切削热经验公式：影响因素：1）切削用量：V影响最大，f其次,ap最小 2）工件材料：强度、硬度大、切削热 大 温度 导热性好 温度 3）刀具材料及角度，导热性好 温度 刀具前角大，主偏角变小 温度3.5 刀具磨损及耐用度 1.刀具磨损形式刀具磨损形式前刀面磨损前刀面磨损 切削塑性材料时产生连续切屑与前刀面发生剧烈摩擦而引起月牙洼磨损后刀面磨损后刀面磨损 无论切削塑性或脆性材料，后刀面总会磨损前后刀面同时磨损或边界磨损边界磨损 切削塑性金属时经常发生2.刀具磨损过程刀具磨损过程初期磨损阶段AB段正常磨损阶段BC段急剧磨损阶段CD段 刀具刃磨最佳时机刀具刃磨最佳时机：应选在正常磨损后期，急剧磨损之前最好。这样，既能保证加工质量，又能节约刀具材料。3.刀具磨钝标准刀具磨钝标准 刀具磨钝达一定限度就不能继续作用，而应进行重磨，这个磨损限度成为刀具的磨钝标准。一般以后刀面磨损值VB达到一定数值作为磨钝标准硬质合金车刀的磨钝标准4.刀具寿命：从开始切削到完全报废，实际切削时间的总和称为刀具寿命。刀具寿命：从开始切削到完全报废，实际切削时间的总和称为刀具寿命。5.刀具耐用度刀具耐用度 刀具在不变的切削条件下从开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的总切削时间，成为刀具耐用度，以T表示25.025.25pafvCTT 在切削用量中，切削速度影响最大在切削用量中，切削速度影响最大切削用量切削用量，切削温度，切削温度，加快刀具磨损，其中切削速度（，加快刀具磨损，其中切削速度（V）影响最大。）影响最大。2）刀具材料：耐磨，导热性好的刀具，减少刀具磨损。）刀具材料：耐磨，导热性好的刀具，减少刀具磨损。3）刀具角度，加大前角，切削力小，减少磨损。）刀具角度，加大前角，切削力小，减少磨损。4）加冷却液：起冷却和润滑作用，减少刀具磨损。）加冷却液：起冷却和润滑作用，减少刀具磨损。6影响刀具磨损的因素：影响刀具磨损的因素：1）切削用量对刀具耐用度的影响）切削用量对刀具耐用度的影响用硬质合金车刀车削中碳钢时，刀具耐用度用硬质合金车刀车削中碳钢时，刀具耐用度T的经验公式的经验公式第四节第四节 切削加工技术经济简析切削加工技术经济简析一、切削加工的主要技术经济指标：一、切削加工的主要技术经济指标：技术与经济是社会进行物质生产的二个方面，它们是既联系密切、又技术与经济是社会进行物质生产的二个方面，它们是既联系密切、又互相制约、互相促进的两个不同范畴。互相制约、互相促进的两个不同范畴。评价一个方案的好与不好，往往要用技术经济效果评价一个方案的好与不好，往往要用技术经济效果E E这个指标来衡量。这个指标来衡量。技术经济效果技术经济效果E E：是实施技术方案时，输出的使用价值：是实施技术方案时，输出的使用价值V V（效果）与输（效果）与输入的劳动耗费入的劳动耗费C C之比值，即之比值，即使用价值V是指生产活动制造出来的劳动成果，包括质量与数量。劳动耗费C是指生产过程中占用的劳动量、材料、动力、工具、设备等。在切削加工过程中，主要的技术经济指标：产品质量、生产率、经济性。在切削加工过程中，主要的技术经济指标：产品质量、生产率、经济性。1 1产品质量：包括零件加工后的精度和表面质量。产品质量：包括零件加工后的精度和表面质量。精度：尺寸精度、形状精度、位置精度精度：尺寸精度、形状精度、位置精度 表面质量：表面粗糙度、表面加工硬化程度及深度，表面残余应力的性质、大小。表面质量：表面粗糙度、表面加工硬化程度及深度，表面残余应力的性质、大小。1 1）精度：零件加工后的尺寸、形状等实际值与绝对准确的理论值之间差异程）精度：零件加工后的尺寸、形状等实际值与绝对准确的理论值之间差异程度。度。尺寸精度：尺寸精度：零件表面本身的尺寸精度或表面间的尺寸精度，用尺寸公差表示。零件表面本身的尺寸精度或表面间的尺寸精度，用尺寸公差表示。标准公差分标准公差分2020级，级，IT01IT01，IT0IT0，IT1IT1，IT18IT18 其中其中IT01IT01IT13 IT13 为配合公差，其余为非配合公差为配合公差，其余为非配合公差形状精度和位置精度：形状精度和位置精度：零件表面与理论表面之间在形状上接近的程度，称为形状精度。如圆柱度、圆度、零件表面与理论表面之间在形状上接近的程度，称为形状精度。如圆柱度、圆度、平面度。零件表面、轴线或对称平面之间的实际位置与理论位置接近的程度，称为形状平面度。零件表面、轴线或对称平面之间的实际位置与理论位置接近的程度，称为形状精度。如同轴度、平行度、垂直度等。形状公差和位置公差一般称为形位公差。精度。如同轴度、平行度、垂直度等。形状公差和位置公差一般称为形位公差。选用加工精度的原则：选用加工精度的原则：在加工过程中，影响加工精度的因素很多，同一种加工方法，不同的在加工过程中，影响加工精度的因素很多，同一种加工方法，不同的人操作，其加工精度也有差别。通常说某种加工方法可以达到的加工精度人操作，其加工精度也有差别。通常说某种加工方法可以达到的加工精度是指使用普通机床，在正常操作下可以达到的精度，称为经济精度。是指使用普通机床，在正常操作下可以达到的精度，称为经济精度。在设计零件加工精度时，应根据零件尺寸的重要性和本厂的具体条件合在设计零件加工精度时，应根据零件尺寸的重要性和本厂的具体条件合理选择，即在保证技术要求的前提下，选用较低的精度等级。理选择，即在保证技术要求的前提下，选用较低的精度等级。2）表面质量：是指已加工零件表面质量，）表面质量：是指已加工零件表面质量，包括表面粗糙度、表层加工硬包括表面粗糙度、表层加工硬化程度及深度，表层残余应力面性质和大小等。化程度及深度，表层残余应力面性质和大小等。表面粗糙度：已加工表面上具有较小间距和微小峰谷的不平度，称为表面粗糙度：已加工表面上具有较小间距和微小峰谷的不平度，称为加工表面的粗糙度。加工表面的粗糙度。零件间的配合性质，耐磨性和耐腐蚀性与表面粗糙度有密切关系，它零件间的配合性质，耐磨性和耐腐蚀性与表面粗糙度有密切关系，它将直接影响产品的使用寿命和使用性能。根据将直接影响产品的使用寿命和使用性能。根据GBT 13011995标准，标准，表面粗糙度等级分表面粗糙度等级分14个级别：个级别：Ra（m）50 25 12.5 6.3 3.2 1.6 0.8 0.4 0.2 0.1 0.05 0.025 0.012 0.008例如：例如：表面粗糙度选用原则：零件表面尺寸精度越高，其形状精度位置精度也越高，表面粗糙度的值越小。加工硬化：加工硬化：在切削力作用下，工件表面材料受前刀面和后刀面的挤压摩擦，表层晶粒发生在切削力作用下，工件表面材料受前刀面和后刀面的挤压摩擦，表层晶粒发生很大变形扭曲，造成工件表层材料的硬度比原硬度高，称为加工硬化。由于加工硬很大变形扭曲，造成工件表层材料的硬度比原硬度高，称为加工硬化。由于加工硬化会使材料的疲劳强度和耐磨性下降。化会使材料的疲劳强度和耐磨性下降。表层残余应力：表层残余应力：在切削力和切削热的作用下，工件表层金属存在残余应力，甚至裂纹，应力的在切削力和切削热的作用下，工件表层金属存在残余应力，甚至裂纹，应力的不均匀分布造成工件变形，降低尺寸精度和形位精度等。不均匀分布造成工件变形，降低尺寸精度和形位精度等。因此，对于重要零件，除控制其因此，对于重要零件，除控制其表面粗糙度外，还表面粗糙度外，还应控制其加工硬化的程度和应控制其加工硬化的程度和深度，以及表层残余应力的性质（正应力，负应力）和大小。消除加工硬化和残余深度，以及表层残余应力的性质（正应力，负应力）和大小。消除加工硬化和残余应力的方法，除了控制切削工艺参数外，通常采用热处理方法解决。应力的方法，除了控制切削工艺参数外，通常采用热处理方法解决。2生产率：生产率：生产率：单位时间内生产零件的数量表示生产率，即生产率：单位时间内生产零件的数量表示生产率，即wOtR1：生产率：生产一个零件所需的总时间。在机床上加工一个零件所用的时间应包括三个部分，即基本工艺时间、辅助时间、其他时间，即ORwtOcmowttttt wmcOtttt基本工艺时间 ：加工一个零件所需的总切削时间;mtct其他时间 ：擦洗机床、清理环境等时间。otocmotttR1所以，生产率 要提高生产率，即需减少ocmttt、辅助时间 ：除切削时间外的与切削直接有关的时间，包括调整机床、装卸刀具、刃磨刀具，安装找正工件、检验等。3经济性：切削加工方案应使产品在保证其使用要求的前提下制造成本最低。产品制造成本应包括所有消耗费用的总和，即原材料费用、工资费用、设备费用（维护、保养、折旧）、工卡量具刀具费用和企业管理费用等。车削外圆表面的基本工艺时间的计算零件加工总长度：L=Lw+L1+L2进给速度:切削次数：转速：pcwpmafVhdLanfhLt1000fnVpahwcdvntwwCTtmMtCtmocmCTtMttt)(式中 ：每个零件的切削加工费用；wCM：单位时间分担的全厂开支，包括工人工资、设备、刀具的折旧及管 理费用，（实际上是全厂的工时费用）。T：刀具耐用度：刀具刃磨一次的费用tC因此，提高产品的经济性的具体途径：减少 ，可提高生产率ROocmttt、节约全厂开支，降低全厂的工时费用 降低刀具成本和提高刃具的耐用度 总之：加强企业管理，提高生产效率是降低产品制造成本的关键。一个零件切削加工的费用应包括工时成本和刀具成本两部分。即切削加工最优的技术经济效果切削加工最优的技术经济效果是指在可能的条件下，以最低是指在可能的条件下，以最低的成本高效率地加工出质量合的成本高效率地加工出质量合格的零件。格的零件。二、切削用量的合理选择：二、切削用量的合理选择：1 1切削用量切削用量对加工质量的影响对加工质量的影响 1)ap 增大增大,f 增大增大,则切削力增大，工件变形大，冲击振动大则切削力增大，工件变形大，冲击振动大,精度精度和和Ra下降下降。2)Vc增大，则对切削力影响不大，可防止积屑瘤，但切削热增加，刀增大，则对切削力影响不大，可防止积屑瘤，但切削热增加，刀具磨损加快，加工硬化和表面残余应力增大。具磨损加快，加工硬化和表面残余应力增大。因此，采用低因此，采用低ap,低低f,高高Vc，有利于表面质量的提高（精加工）。，有利于表面质量的提高（精加工）。2 2对生产率的影响对生产率的影响 1 1）切削加工时基本工艺时间的计算）切削加工时基本工艺时间的计算 ：pcwpmafVhdLanfhLt1000切削速度 fnV切削次数：pah可见切削用量对切削时间的影响是相同的可见切削用量对切削时间的影响是相同的。零件加工总长度：L=Lw+L1+L2（切入长度为 L1,切出长度为L2）(min)(mm)3 3 切削用量切削用量对对刀具耐用度的影响：刀具耐用度的影响：硬质合金加工中碳钢时：硬质合金加工中碳钢时：)min/75.0(75.025.25时当rfafVGTpc从上式可见，Vc对刀具耐用度影响最大，其次是进给量f，ap最小 总之：1.1.切削用量的选择顺序切削用量的选择顺序，首先选尽可能大的ap，其次选尽可能大的f，最后选尽可能大的Vc2.2.粗、精加工时切削用量的选择粗、精加工时切削用量的选择 一般粗加工时：取较大的ap和f，Vc不太高；精加工时：取较小的ap和f，较高的Vc。四、切削液的合理使用：1切削液作用：冷却、润滑如矿物油，动植物油效果好。差，流动性差，但润滑油基切削液：冷却效果如肥皂水、苏打水好，流动性好。水基切削液：冷却效果2切削液种类：3切削液的选用：切削液的选用：粗加工：为提高生产率、采用高进给量（粗加工：为提高生产率、采用高进给量（f f）和高切削深度（）和高切削深度（a ap p），），所以切削力和切削热都大，应选用水基冷却液，以加大冷却强度。所以切削力和切削热都大，应选用水基冷却液，以加大冷却强度。精加工：为保证加工质量、减小刀具磨损，应选用润滑效果好的油基精加工：为保证加工质量、减小刀具磨损，应选用润滑效果好的油基冷却液。冷却液。加工钢材：一般用乳化液，硫化切削液；加工钢材：一般用乳化液，硫化切削液；加工铜有色：一般不用含加工铜有色：一般不用含硫硫化物的切削油，以防止工件腐蚀；化物的切削油，以防止工件腐蚀；加工加工 脆脆性材料：一般不用切削液，以免粉末状切屑污染机床；但在低速性材料：一般不用切削液，以免粉末状切屑污染机床；但在低速精加工时：一般用煤油切削液，以提高工件表面粗糙度精加工时：一般用煤油切削液，以提高工件表面粗糙度Ra；高速钢刀具（耐热，耐用度低）可选用切削液；高速钢刀具（耐热，耐用度低）可选用切削液；硬质合金刀具（耐热、耐用度高）一般不选用切削液。硬质合金刀具（耐热、耐用度高）一般不选用切削液。五、材料切削加工性能五、材料切削加工性能 切削加工性是指材料切削加工的难易程度。常用以下几个指标来衡切削加工性是指材料切削加工的难易程度。常用以下几个指标来衡量材料切削加工性的好坏。量材料切削加工性的好坏。一定刀具耐用度一定刀具耐用度T T下的切削速度下的切削速度V VT T 在一定的刀具耐用度在一定的刀具耐用度T T下，切削某种材料所允下，切削某种材料所允许的切削速度许的切削速度V VT T，称为一定刀具耐用度，称为一定刀具耐用度T T下的切削下的切削速度速度V VT T 。V VT T 越高，材料的切削性能越好。若取越高，材料的切削性能越好。若取刀具的耐用度刀具的耐用度T T60min60min，则，则V VT T记为记为V V6060材料的相对加工性材料的相对加工性KrKr 各种材料的各种材料的V V6060与与4545号正火钢的号正火钢的V V6060之比值，称之比值，称为相对加工性为相对加工性KrKr。记为。记为 材料的相对加工性材料的相对加工性KrKr分为分为8 8级，当级，当KrKr1 1，说明它，说明它比比4545号正火钢切削性能好号正火钢切削性能好jrVVK)(6060已加工表面质量：容易获得好的表面加工质量的材料，其加工性好。切屑的控制或断屑的难易。切屑容易控制的材料，其加工性好。切削力：在相同的切削条件下，切削力小的材料，其加工性好。复习题1、什么是切削运动？2、什么是切削用量?会计算切削用量三要素。*3、切削层参数与切削用量之间的关系*4、切削加工常用刀具材料的种类及其代表牌号和性能。5、比较目前切削加工中应用最广泛的两种刀具材料。6、会分析刀具的标注角度（定义及作用）。7、刀具工作时的角度8、刀具结构8、切削收缩现象9、三种典型切屑及形成条件10、积屑瘤的形成机理，即对切削加工的影响*11、积屑瘤的控制。12、切削力的分解与计算的目的13、切削热的来源与传出14、刀具磨损形式和过程15、刀具寿命和刀具耐用度的概念16、刀具磨损的最佳时机17、切削加工的主要技术经济指标18、会计算基本工艺时间*19、切削用量的选择原则20、切削液的作用和种类21、衡量材料切削加工性的好坏的指标实习解决1、各类机床具体的切削运动2、常用刀具材料的应用3、刀具的组成、刀具结构4、