机械切削加工基础培训课件

,第,4,章,机,机械,切,切削,加,加工,基,基础,知,知识,4.1,切削加工成形过程的基础知识,机械,加,加工,及,及设,备,备,4.1.1,切削,加,加工,的,的概,念,念及,分,分类,切削加工的概念,切削,加,加工是指,用,用切,削,削刀,具,具从,工,工件,上,上切,除,除多,余,余的,材,材料,，,，使,工,工件,的,的几,何,何形,状,状、,尺,尺寸,和,和表,面,面质,量,量达,到,到设,计,计要,求,求的,过,过程,。,。,车削加工,铣削加工,图,4-1,切削加工图,切削加工的分类,按工艺特征,车削,铣削,钻削,镗削,刨削,磨削,拉削,滚削,v,s,s,v,s,v,v,s,v,s,1,s,2,(a),车削,(b),铣削,(c),钻削,(d),镗削,(e),刨削,(f),磨削,s,v,4.1.1,切削,加,加工,的,的概,念,念及,分,分类,切削加工的分类,按切除率和精度,粗加工,半精加工,精加工,超精密加工,光整加工,4.1.1,切削,加,加工,的,的概,念,念及,分,分类,切削加工的分类,按表面,形成方法,刀尖轨迹法,成形刀具法,相切法,展成法,工件,车刀,工件,成型车刀,工件,刀具,工件,刀具,(a),轨迹法,(b),成形法,(c),相切法,(d),展成法,图,4-2,表面成形方法,4.1.1,切削,加,加工,的,的概,念,念及,分,分类,零件表面的切削成形原理,母线,轨迹,母线,母线,母线,母线,轨迹,轨迹,轨迹,轨迹,(a),圆柱面,(b),圆锥面,(c),平面,(d),旋转曲面,(e),曲面,图,4-3,表面成形原理图,通过,母,母线,沿,沿着,轨,轨迹,线,线的,运,运动,进,进行,零,零件,表,表面,成,成形,的,的。,4.1.2,切削,运,运动,切削运动,（,Cutting motion,）,切削,运,运动是指,在,在切,削,削加,工,工中,刀,刀具,与,与工,件,件间,的,的相,对,对运,动,动，,即,即表,面,面成,形,形运,动,动。,切削,运,运动通常,分,分为主运,动,动和进给,运,运动两种,。,。,主运动,进给运动,工件,刀具,图,4-4,螺纹,的,的车,削,削运,动,动,4.1.2,切削,运,运动,主运,动,动,主运,动,动是指,直,直接,切,切除,工,工件,上,上的,余,余量,形,形成,加,加工,表,表面,的,的运,动,动。,主,主运,动,动的,速,速度,即,即切,削,削速,度,度，,用,用,v,(m/s),表示,。,。,图,4-5,外圆面的车削运动,待加工表面,v,过渡表面,已加工表面,主运动,f,进给运动,主运,动,动是切,削,削运,动,动中速度,最,最高,，,，消,耗,耗功,率,率最,大,大的运,动,动；,主运,动,动只,有,有一,个,个；,可以,是,是刀,具,具或,工,工件,的,的运,动,动；,可以,是,是直,线,线或,旋,旋转,运,运动,。,。,4.1.2,切削,运,运动,进给,运,运动,进给运动是指不断,把,把余量投,入,入切削的,运,运动。其,速,速度用进,给,给量,f,（,mm/r,）或进给,速,速度,v,f,（,mm/min,）表示。,进给运动可以是一,个,个或几个,；,；,可以是刀,具,具或工件,的,的运动；,可以是直,线,线或旋转,运,运动。,主运动,进给运动,f,v,过渡表面,已加工表面,待加工表面,图,4-6,平面的刨削运动,4.1.2,切削运动,常见表面成形加工的运动,4.1.2,切削运动,外圆磨,无心磨,铣削加工,滚压加工,铣削,成形磨（横磨,）,主运动,进给运动,表,4-1,外圆表面加工方法,刀 具,T/ R,T,主运动,进给运动,工 件,表 面 成 形 原 理 图,R,R,R,R,R,T,R,R,T/ R,车削,成形车削,拉削,研磨,T,表,4-2,内圆表面加工方法,表 面 成 形 原 理 图,钻,扩,铰,镗,拉,挤,行星式内圆磨,主运动,刀 具,主运动,进给运动,工 件,R,R,T,R,R,T/ R,T,T,R,T,T,内圆磨,无心磨,进给运动,4.1.2,切削运动,表,4-3,平面加工,方,方法,主运动,进给运动,刀 具,主运动,进给运动,工 件,表 面 成 形 原 理 图,R,T,T,T,T,刨,插,周铣,端铣,平磨,端面平磨,车,拉,T,R,4.1.2,切削运动,表,4-4,螺纹加工,方,方法,刀 具,工 件,滚压,车螺纹,板牙,主运动,进给运动,主运动,进给运动,表 面 成 形 原 理 图,R,T,R,R,T,T,R,丝锥,铣螺纹,梳形铣刀,旋风铣,磨螺纹,R,R,4.1.2,切削运动,4.1.2,切削运动,表,4-5,齿形加工方法,主运动,进给运动,刀 具,主运动,进给运动,工 件,表 面 成 形 原 理 图,R,R,R,T,T,R/T,R,R,R/T,铣齿,指状铣刀铣齿,成形磨齿,滚齿,剃齿,插齿,蜗杆砂轮磨齿,碟形砂轮磨齿,锥形砂轮磨齿,R,4.1.3,切削要素,工件上的表面,图,4-7,工件上的表面,(a),车加工表面,(b),镗加工表面,待加工表面,已加工表面,过渡表面,f,v,待加工表面,过渡表面,已加工表面,v,f,待加工表,面,面：工件上,有,有待切除,的,的表面；,已加工表,面,面：工件上,刀,刀具切削,后,后形成的,表,表面；,过渡表面：工件上,正,正在被切,除,除材料的,表,表面。,4.1.3,切削要素,切削用量,切削速度,v,c,：,单位时间,内,内，工件,和,和刀具在,主,主运动方,向,向上，相,对,对移动的,距,距离。（,Cuttingspeed,）单位为,m/s,，或,m/min,旋转运动,：,：,式中,n,主运动转,速,速（,r/s,）；,D,刀具或工,件,件的直径,（,（,mm,）。,往复运动,：,：,式中,n,r,主运动每,秒,秒钟往复,次,次数（,str/s,）；,l,往复运动,单,单行程长,度,度（,mm,）。,4.1.3,切削要素,切削用量,进给量,f,：,工件或刀,具,具每转一,周,周时,(,或主运动,一,一循环时,),，两者沿,进,进给方向,上,上相对移,动,动的距离,。,。（,Feed,）,进给速度,v,f,(mm/min),（,Feedspeed,）,每转进给,量,量,f,(mm/r),（,Feed,）,每齿进给,量,量,f,z,(mm/,z,),（,Feedpertooth,）,切削深度,a,p,：,工件上待,加,加工表面,与,与已加工,表,表面之间,的,的距离。,(Cuttingdepth,，,Backengagementof the cutting edge),车外圆时,：,：,式中,D,工件待加,工,工表面的,外,外径,(mm),；,d,工件已加,工,工表面的,外,外径,(mm),。,4.1.3,切削要素,切削层参数,b,D,a,p,/sin,r,切削层公称宽度,b,D,：,沿过渡表面测量的切削层尺寸。,(,Nominal width of cut,),过渡表面,待加工表面,已加工表面,图,4-8,车削要素图,b,D,4.1.3,切削要素,切削层参数,切削层公,称,称厚度,h,D,：,垂直于过,渡,渡表面测,量,量的切削,层,层尺寸。,(Nominalthickness of cut),待加工表面,过渡表面,已加工表面,图,4-8,车削要素图,h,D,h,D,f,sin,r,4.1.3,切削要素,切削层参数,A,D,h,D,b,D,=,a,p,f,切削层公,称,称横截面,积,积,A,D,：,切削层横,截,截面积。,(Nominalcross-sectionalarea ofthecut),过渡表面,待加工表面,已加工表面,图,4-8,车削要素图,A,D,第,4,章 机械,切,切削加工,基,基础知识,4.2,机械制造工艺过程,（,该节不讲,）,机械加工,及,及设备,4.2.1,机械加工,工,工艺过程,及,及其组成,200.07,21,0.8,图,4-9,阶梯轴,32,40,250.07,35,0,-0.017,0.8,0.8,35,40,30,5,50,150,其余,倒角,145,3.2,21,工序,是指由一个或一组工人在同一台机床或同一个工作地，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分机械加工工艺过程。,工,序,序是,工,工,艺,艺,过,过,程,程,的,的,基,基,本,本,单,单,元,元,，,，,又,又,是,是,生,生,产,产,计,计,划,划,和,和,成,成,本,本,核,核,算,算,的,的,基,基,本,本,单,单,元,元,，,，,工,工,序,序,的,的,安,安,排,排,与,与,零,零,件,件,的,的,生,生,产,产,批,批,量,量,有,有,关,关,。,。,4.2.1,机,械,械,加,加,工,工,工,工,艺,艺,过,过,程,程,及,及,其,其,组,组,成,成,安,装,装,在,一,一,道,道,工,工,序,序,中,中,，,，,工,工,件,件,每,每,经,经,一,一,次,次,装,装,夹,夹,后,后,所,所,完,完,成,成,的,的,那,那,部,部,分,分,工,工,序,序,称,称,为,为,安,安,装,装,。,。,V,f,图,4-10,车削加工过程图,工,位,位,工,件,件,在,在,机,机,床,床,上,上,占,占,据,据,每,每,一,一,个,个,位,位,置,置,所,所,完,完,成,成,的,的,那,那,部,部,分,分,工,工,序,序,称,称,为,为,工,工,位,位,。,1-,装卸工件；,2-,钻孔 ；,3-,扩孔；,4-,绞孔,图,4-11,多工位加工,4.2.1,机,械,械,加,加,工,工,工,工,艺,艺,过,过,程,程,及,及,其,其,组,组,成,成,4.2.1,机,械,械,加,加,工,工,工,工,艺,艺,过,过,程,程,及,及,其,其,组,组,成,成,工,步,步,指,在,在,加,加,工,工,表,表,面,面,不,不,变,变,、,、,切,切,削,削,刀,刀,具,具,不,不,变,变,的,的,情,情,况,况,下,下,所,所,连,连,续,续,完,完,成,成,的,的,那,那,部,部,分,分,工,工,序,序,。,。,（,（,在,在,一,一,个,个,工,工,步,步,内,内,，,，,若,若,有,有,几,几,把,把,刀,刀,具,具,同,同,时,时,加,加,工,工,几,几,个,个,不,不,同,同,表,表,面,面,，,，,称,称,此,此,工,工,步,步,为,为,复,复,合,合,工,工,步,步,）,）,走,刀,刀,同,一,一,加,加,工,工,表,表,面,面,加,加,工,工,余,余,量,量,较,较,大,大,，,，,可,可,以,以,分,分,作,作,几,几,次,次,工,工,作,作,进,进,给,给,，,，,每,每,次,次,工,工,作,作,进,进,给,给,所,所,完,完,成,成,的,的,工,工,步,步,称,称,为,为,一,一,次,次,走,走,刀,刀,。,。,a,）立轴转塔车床的一个复合工步,b,）钻孔、扩孔复合工步,图,4-12,复合工步,4.2.2,机,械,械,装,装,配,配,工,工,艺,艺,过,过,程,程,机,械,械,装,装,配,配,工,工,艺,艺,过,过,程,程,将,组,组,成,成,机,机,器,器,的,的,零,零,、,、,部,部,件,件,按,按,一,一,定,定,的,的,精,精,度,度,要,要,求,求,和,和,技,技,术,术,条,条,件,件,连,连,接,接,与,与,固,固,定,定,在,在,一,一,起,起,，,，,构,构,成,成,合,合,格,格,机,机,械,械,产,产,品,品,的,的,过,过,程,程,。,。,机,械,械,装,装,配,配,工,工,作,作,包,括,括,：,：,组,组,装,装,、,、,部,部,装,装,、,、,总,总,装,装,、,、,调,调,试,试,、,、,检,检,验,验,、,、,试,试,车,车,、,、,涂,涂,装,装,与,与,包,包,装,装,等,等,。,。,装,配,配,工,工,序,序,、,、,工,工,步,步,和,和,操,操,作,作,装,配,配,工,工,序,序,在,一,一,个,个,工,工,作,作,地,地,点,点,，,，,由,由,一,一,个,个,或,或,一,一,组,组,工,工,人,人,所,所,连,连,续,续,完,完,成,成,的,的,那,那,一,一,部,部,分,分,装,装,配,配,工,工,作,作,；,；,装配工步,装配工序的,组,组成部分，,在,在装配工步,中,中，装配对,象,象、装配工,具,具和装配方,法,法均不改变,；,；,装配操作,装配工步中,各,各个装配动,作,作。,第,4,章 机械切,削,削加工基础,知,知识,4.3,切削刀具,机械加工及,设,设备,4.3.1,刀具结构,车刀,外圆车刀是最基本、最典型的刀具，由刀头和刀体组成。,车刀的切削部分由,3,个刀面,(,前刀面、主后刀面和副后刀面,),，,2,个刀刃,(,主切削刃和副切削刃,),和,1,个刀尖,组成。,(a),焊接式车刀,(b),整体式车刀,(c),机夹式车刀,图,4-12,车刀的结构,前刀面,主后刀面,副后刀面,主切削刃,副切削刃,刀尖,“3,面,”,“2,刃,”,“1,尖,”,4.3.1,刀具结构,刨刀、铣刀、钻头等其他刀具可视为车刀的演变或组合,图,4-13,各种刀具切削部分的形状,4.3.2,刀具几何角,度,度,刀具标注角度坐标系,（主剖面坐标系）,主切削刃,主后刀面,前刀面,副切削刃,主剖面,P,o,A,1),基面,P,r,：通过切削刃,选,选定点与主,运,运动方向垂,直,直的平面。,基,基面与刀具,底,底面平行。,切削平面,P,s,基面,P,r,图,4-14,车刀主剖面,坐,坐标系,2),切削平面,P,s,：通过切削刃,选,选定点与主,切,切削刃相切,且,且垂直于基,面,面,P,r,的平面。,3),主剖面,P,o,：通过切削刃,选,选定点垂直,于,于基面,P,r,和切削平面,P,s,的平面。,4.3.2,刀具几何角,度,度,(1),前角,o,在主剖面内,测,测量，前刀,面,面与基面的,夹,夹角。基面,位,位于刀头实,体,体之外时,o,定为正值；,位,位于刀头实,体,体之内时,o,定为,负,负值,。,。,o,影响,切,切削,难,难易,度,度。增,大,大前,角,角可,使,使刀,具,具锋,利,利,但前,角,角过,大,大，,刀,刀刃,和,和刀,尖,尖强,度,度下,降,降，,刀,刀具,导,导热,体,体积,减,减小,，,，影,响,响刀,具,具寿,命,命。,A,r,A,向,f,图,4-15,车刀的主要角度,0,0,0,0,r,r,s,0,刀具,标,标注,角,角度,用硬,质,质合,金,金车,刀,刀切,削,削钢,件,件，,o,取,10,20,；切,削,削灰,铸,铸铁,，,，,o,取,5,15,；切,削,削铝,及,及铝,台,台金,，,，,o,取,25,35,；切,削,削高,强,强度,钢,钢，,o,取,-5,-10,。,4.3.2,刀具,几,几何,角,角度,A,r,A,向,f,图,4-15,车刀的主要角度,0,0,0,0,r,r,s,(2),后角,o,后角,o,在主,剖,剖面,内,内测,量,量，,是,是主,后,后刀,面,面与,切,切削,平,平面,的,的夹,角,角。,后角,的,的作,用,用是为,了,了减,小,小主,后,后刀,面,面与,工,工件,加,加工,表,表面,间,间的,摩,摩擦,，,，以,及,及主,后,后刀,面,面的,磨,磨损,。,。但,后,后角,过,过大,，,，刀,刃,刃强,度,度下,降,降，,刀,刀具,导,导热,体,体积,减,减小,，,，反,而,而会,加,加快,主,主后,刀,刀面,的,的磨,损,损。,0,粗加,工,工和,承,承受,冲,冲击,载,载荷,的,的刀,具,具，,为,为了,使,使刀,刃,刃有,足,足够,强,强度,，,，后,角,角可,选,选小,些,些，,一,一般,为,为,4,6,；,精,精,加,加,工,工,时,时,切,切,深,深,小,小,，,，,为,为,保,保,证,证,表,表,面,面,加,加,工,工,质,质,量,量,，,，,后,后,角,角,可,可,选,选,大,大,一,一,些,些,，,，,一,一,般,般,为,为,8,12,。,4.3.2,刀,具,具,几,几,何,何,角,角,度,度,主,偏,偏,角,角,应,应,根,根,据,据,加,加,工,工,对,对,象,象,正,正,确,确,选,选,取,取,，,，,车,车,刀,刀,常,常,用,用,的,的,主,主,偏,偏,角,角,有,有,45,、,60,、,75,、,90,几,种,种,。,。,(3),主,偏,偏,角,角,r,在,基,基,面,面,内,内,测,测,量,量,，,，,是,是,主,主,切,切,削,削,刃,刃,在,在,基,基,面,面,上,上,投,投,影,影,与,与,进,进,给,给,方,方,向,向,的,的,夹,夹,角,角,。,。,r,影响刀,具,具寿命。减小,主,主偏角,，,，主刃,参,参加切,削,削长度,增,增加，,负,负荷减,轻,轻，增,强,强了刀,尖,尖，增,大,大了散,热,热面积,，,，使刀,具,具寿命,提,提高。,r,还影响,切,切削分,力,力。减小,主,主偏角,使,使吃刀,抗,抗力增,大,大，当,加,加工刚,性,性较弱,的,的工件,时,时，易,引,引起工,件,件变形,和,和振动,。,。,A,r,A,向,f,图,4-15,车刀的主要角度,0,0,0,0,r,r,s,r,4.3.2,刀具几,何,何角度,r,A,A,向,f,图,4-15,车刀的主要角度,0,0,0,0,r,r,s,(4),副偏角,r,r,在基面,内,内测量,，,，是副,切,切削刃,在,在基面,上,上的投,影,影与进,给,给反方,向,向的夹,角,角。,副偏角,的,的作用是为了,减,减小副,切,切削刃,与,与工件,已,已加工,表,表面之,间,间的摩,擦,擦，以,防,防止切,削,削时产,生,生振动,。,。副偏,角,角的大,小,小影响,刀,刀尖强,度,度和表,面,面粗糙,度,度。,r,在切深,、,、进给,量,量和主,偏,偏角相,同,同的情,况,况下，,减,减小副,偏,偏角可,使,使残留,面,面积减,小,小，表,面,面粗糙,度,度降低,。,。,4.3.2,刀具几,何,何角度,(5),刃倾角,s,：,在切削,平,平面内,测,测量的,主,主切削,刃,刃与基,面,面的夹,角,角。当,刀,刀尖是,切,切削刃,最,最高点,时,时,s,0,；反之,s,0,s,0,s,=0,4.3.2,刀具几,何,何角度,刀具工作角度,刀具安,装,装高度,对,对工作,角,角度的,影,影响,图,4-17,车刀安装高度对工作角度的影响,(a),刀尖在中心点上,0,e,=,0,0,e,0,(b),刀尖在中心点上方,0,e,0,re,r,(c),刀尖在中心点下方,re,r,re,=,r,4.3.3,刀具材,料,料,对刀具切削部分材料的要求,(1),高的硬,度,度和耐,磨,磨性；,(2),足够的,强,强度和,韧,韧性；,(3),较好的,热,热硬性,；,；,(4),良好的,工,工艺性,；,；,(5),经济性,。,。,4.3.3,刀具材,料,料,刀具材料的发展,图,4-,18,刀具材料的发展与切削加工高速化的关系,切削速度（,m/min,）,2000,1000,500,200,100,50,20,10,1800 1850 1900 1950 2000,年代,碳素工具钢,合金工具钢,WC,系硬质合金,高速钢,WC-TiC,系硬质合金,涂层硬质合金,TiAlN,涂层硬质合金,DLC,涂层硬质合金,TiC-TiN,金属陶瓷,聚晶立方氮化硼,(PCBN),陶瓷,聚晶金刚石,（,PCD,）,4.3.3,刀具材,料,料,常用的刀具材料,高速钢,(highspeedsteel,HSS),高速钢是一种,加,加入了,较,较多的,钨,钨、钼,、,、铬、,钒,钒等合,金,金元素,的,的高合,金,金工具,钢,钢。,特点,(1),强度高,，,，抗弯,强,强度为,硬,硬质合,金,金的,2,3,倍；,(2),韧性高,，,，比硬,质,质合金,高,高几十,倍,倍；,(3),硬度,HRC63,以上，,且,且有较,好,好的耐,热,热性,；,(4),可加工,性,性好，,热,热处理,变,变形较,小,小。,应用,常用于,制,制造各,种,种复杂,刀,刀具（,如,如钻头,、,、丝锥,、,、拉刀,、,、成型,刀,刀具、,齿,齿轮刀,具,具等）,。,。,表,4-6,常用高速钢牌号及其应用范围,类别,牌 号,主 要 用 途,普通,高速钢,W18Cr4V,广泛用于制造钻头、绞刀、铣刀、拉刀、丝锥、齿轮刀具等,W6Mo5Cr4V2,用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等,W14Cr4VmnRe,用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等,高性能高速钢,高碳,95W18 Cr4V,用于制造对韧性要求不高，但对耐磨性要求较高的刀具,高矾,W12Cr4V4 Mo,用于制造形状简单，对耐磨性要求较高的刀具,超硬,W6Mo5Cr4V2Al,用于制造复杂刀具和难加工材料用的刀具,W10Mo4Cr4V3Al,耐磨性好，用于制造加工高强度耐热钢的刀具,W6Mo5Cr4V5SiNbAl,用于制造形状简单的刀具，如加工铁基高温合金的钻头,W12Cr4V3 Mo3Co5Si,耐磨性、耐热性好，用于制造加工高强度钢的刀具,W2Mo9Cr4VCo8,（,M42,）,用作难加工材料的刀具，因其磨削性好可作复杂刀具，价格昂贵,4.3.3,刀具材料,4.3.3,刀具材料,4.3.3,刀具材料,硬质合金,硬质合金是用高硬度,、,、高熔点的,金,金属碳化物,(,如,WC,、,TiC,等,),粉末和金属,粘,粘结剂,(,如,Co,、,Ni,、,Mo,等,),经高压成型,后,后，再在高,温,温下烧结而,成,成的粉末冶,金,金制品。,应用,硬质合金切,削,削性能优良,，,，被广泛用,来,来制作各种,刀,刀具，如车,刀,刀、铣刀和,孔,孔加工工具,等,等。,特点,优点：硬质合金的,硬,硬度、耐磨,性,性、耐热性,都,都很高，允,许,许的切削速,度,度远高于高,速,速钢。,缺点：与高速钢相,比,比，其抗弯,强,强度较低、,脆,脆性较大，,抗,抗振动和冲,击,击性能也较,差,差。,4.3.3,刀具材料,表,4-7,各种硬质合金的应用范围,牌 号,应 用 范 围,YG3X,铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷,YG3,铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷,YG6X,普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工、半精加工,YG6,铸铁、有色金属及其合金的半精加工和粗加工,YG8,铸铁、有色金属及合金、非金属材料粗加工，也可用于断续切削,YG6A,冷硬铸铁、有色金属及其合金的半精加工，亦可用于高锰钢、淬硬钢的半精加工和精加工,YT30,碳素钢、合金钢的精加工,YT15,碳素钢、合金钢在连续切削时的粗加工、半精加工，亦可用于断续切削时的精加工,YT14,同,YT15,YT5,碳素钢、合金钢的粗加工，也可以用于断续切削,YW1,高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的半精加工和精加工,YW2,高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的粗加工和半精加工,抗弯强度、韧性、进给量,硬度、耐磨性、切削速度,抗弯强度、韧性、进给量,硬度、耐磨性、切削速度,抗弯强度、韧性、进给量,硬度、耐磨性、切削速度,4.3.3,刀具材料,4.3.3,刀具材料,陶瓷,常用陶瓷刀,具,具材料有,Al,2,O,3,、,Si,3,N,4,、,Sialon,三类陶瓷材,料,料。,特点,优点：,比硬质合金,具,具有高的硬,度,度和耐热性,，,，在,1200,的温度下仍,能,能切削，耐,磨,磨性和化学,惰,惰性好，摩,擦,擦系数小，,承,承受的切削,速,速度高。,缺点：脆性大、抗,冲,冲击韧性差,、,、抗弯强度,低,低。,应用,陶瓷刀具材,料,料在高速切,削,削、高硬度,材,材料零件的,加,加工中具有,广,广阔的应用,前,前景。,图,4-19,陶瓷刀具和刀片,4.3.3,刀具材料,超硬刀具材,料,料,(1),聚晶金刚石,(PCD),特点,优点：,硬度高，可,达,达,8000HV,，为硬质合,金,金的,8-12,倍；耐磨性,高,高，为硬质,合,合金的,80120,倍。,缺点：,韧性和抗弯,强,强度差，耐,热,热性差。,应用,不宜加工黑,色,色金属，主,要,要用于硬质,合,合金、玻璃,纤,纤维塑料、,硬,硬橡胶、石,墨,墨、陶瓷,、,、有色金属,等,等的高速加,工,工。,图,4-20,聚晶金刚石刀具,4.3.3,刀具材料,超硬刀具材,料,料,(1),聚晶立方氮,化,化硼,(PCBN),特点,优点：,硬度和耐磨,性,性高，其硬,度,度仅次于聚,晶,晶金刚石；,热,热稳定性好,，,，可耐,13001500,高温。,缺点：,强度低，焊,接,接性差。,应用,适用于高强,度,度铸铁、淬,硬,硬钢等的高,速,速切削加工,。,。,图,4-21,聚晶立方氮化硼刀具,第,4,章 机械,切,切削加工,基,基础知识,4.4,金属切削过程及其物理现象,机械加工,及,及设备,4.4.1,切屑形成,过,过程及切,屑,屑类型,金属的切削过程,切削过程,：,：切削层金,属,属受刀具挤,压,压弹性变形剪切应力,增,增大，达到屈,服,服点产,生,生塑性变形，沿,OM,线滑移,剪,剪切应力,与,与滑移量,继,继续增大,，,，达到断裂强度切屑与,母,母体脱离。,O,M,F,图,4-22,金属切削过程,工件,刀具,切屑,4.4.1,切屑形成,过,过程及切,屑,屑类型,第,变形区：,即剪切变,形,形区，金,属,属剪切滑,移,移成为切,屑,屑。金属,切,切削过程,的,的塑性变,形,形主要集,中,中于此区,域,域。,第,变形区：已加工面,受,受到后刀,面,面挤压与,摩,摩擦，产,生,生变形。,此,此区变形,是,是造成已,加,加工面加,工,工硬化和,残,残余应力,的,的主要原,因,因。,第,变形区：,靠近前刀面处，切屑排出时受前刀面挤压,与,摩擦,。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。,图,4-23,切削部位,三,三个变形,区,区,三个变形,区,区分析,4.4.1,切屑形成,过,过程及切,屑,屑类型,切屑种类,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,4.4.1,切屑形成,过,过程及切,屑,屑类型,带状切屑,挤裂切屑,单元切屑,崩碎切屑,图,4-24,切屑形态照片,4.4.2,积屑瘤,积屑瘤的形成,一定温度,、,、压力作,用,用下，切,屑,屑底层金,属,属与前刀,面,面发生粘,结,结。粘结,金,金属严重,塑,塑性变形,，,，产生加,工,工硬化。,切屑,刀具,图,4-25,积屑瘤,积屑瘤,增大前角,；,；,保护刀刃,；,；,增大切削,厚,厚度；,增大已加,工,工表面粗,糙,糙度。,对切削的影响,4.4.2,积屑瘤,影响积屑瘤形成的因素及防止方法,影响因素,调整切削,速,速度，采,用,用较低或,者,者较高的,速,速度切削,；,；增大前,角,角，以减,小,小塑性变,形,形；油石,研,研磨刀面,；,；合适的,润,润滑液降,温,温减磨。,工件材料,：,：塑性材料,加,加工硬化,倾,倾向大，,易,易产生积,屑,屑瘤；, 切削,速,速度：,v,c,在,5,60m/min,时易产生,积,积屑瘤；, 刀具,前,前角：前角小，,切,切屑变形,大,大，易产,生,生积屑瘤,；,；, 刀具,表,表面粗糙,度,度：刀具表面,粗,粗糙，易,产,产生积屑,瘤,瘤；, 冷,却,却润滑液,。,。,防止方法,4.4.3,加工硬化,加工硬化产生的机理,切削加工,时,时，切削,层,层金属的塑性变形以及切削,力,力、切削,温,温度的共,同,同作用，,会,会导致已,加,加工表面,层,层的硬,度,度,提,提,高,高，,而,而塑,性,性,下,下,降,降，,称,称,为,为加,工,工,硬,硬,化,化；,同,同,时,时,，,，,工,工,件,件,的,的,已,已,加,加,工,工,表,表,面,面,层,层,在,在,一,一,定,定,程,程,度,度,内,内,会,会,伴,伴,随,随,着,着,残,残,余,余,应,应,力,力,的,的,产,产,生,生,。,。,对切削加工的影响,(1),工,件,件,硬,硬,度,度,、,、,强,强,度,度,、,、,耐,耐,磨,磨,性,性,，,，,刀,刀,具,具,磨,磨,损,损,；,；,(2),残,余,余,应,应,力,力,可,可,能,能,引,引,起,起,微,微,裂,裂,纹,纹,，,，,并,并,影,影,响,响,尺,尺,寸,寸,、,、,形,形,状,状,精,精,度,度,。,。,4.4.4,切削,力,力,切削力的概念,(Cutting Force),切削,过,过程,中,中，,作,作用,在,在刀,具,具与,工,工件,上,上的,力,力。,切削力的来源,3,个变,形,形区,产,产生,的,的弹,、,、塑,性,性变形,抗,抗力,；,；,切,切,屑,屑、,工,工件,与,与刀,具,具间摩擦,力,力。,r,F,c,F,F,p,F,f ,p,F,f,F,f ,p,F,f ,p,f,v,图,4-26,切削力的分解,F,切削合力,F,c,主切削力,F,p,背向力,F,f,进给力,4.4.4,切削,力,力,切削力的分解,切削,力,力是,一,一个,空,空间,力,力，,可,可分,解,解为,三,三个,互,互相,垂,垂直,方,方向,的,的力,。,。,4.4.4,切削,力,力,各切削分力的实际意义,主切,削,削力,F,c,最大,，,，,0.80.9,F,，消,耗,耗机,床,床功,率,率的,90%,以上,，,，是,确,确定,机,机床,动,动力,，,，设,计,计机,床,床传,动,动系,统,统的,依,依据,；,；,进给,力,力,F,f,=(0.10.6),F,，一,般,般只,消,消耗,机,机床,功,功率,的,的,1%5%,，是,验,验算,机,机床,进,进给,系,系统,零,零部,件,件刚,度,度的,依,依据,；,；,背向,力,力,F,p,=(0.150.7),F,，易,使,使工,件,件发,生,生受,力,力变,形,形，,并,并引,起,起振,动,动，,影,影响,加,加工,精,精度,和,和表,面,面粗,糙,糙度,。,。用,来,来计,算,算工,艺,艺系,统,统的,刚,刚度,。,。,4.4.4,切削,力,力,切削功率,式中,F,c,主切,削,削力,（,N,）；,v,主运,动,动速,度,度,（,m/s,）。,机床,电,电机,功,功率,式中,机床,传,传动,效,效率,，,，通,常,常,=0.75,0.85,4.4.5,切削,热,热和,切,切削,温,温度,切削热的产生及传出,切削,热,热来,源,源：塑性,变,变形,和,和摩,擦,擦消,耗,耗的,功,功。,传出,（,（车,削,削时,）,）：,切,切屑,带,带出,：,：,50%86%,；,传,传入,工,工件,：,：,10%40%,；,传,传入,刀,刀具,：,：,3%9%,；,其,其余,：,：周,围,围介,质,质,1%,；,切,切削,液,液带,走,走：,使,使用,切,切削,液,液时,，,，刀,具,具、,工,工件,和,和切,屑,屑上,的,的切,削,削热,主,主要,由,由切,削,削液,带,带走,。,。,切削,热,热的,影,影响,作,作用,：,：,刀具,温,温升,：,：加剧,磨,磨损,工件,温,温升,：,：影响,精,精度,4.4.5,切削,热,热和,切,切削,温,温度,切削温度及其影响因素,切削,温,温度,的,的影,响,响因,素,素：,工,工件,材,材料,：,：强度,、,、硬,度,度高,，,，消,耗,耗功,多,多，,温,温度,高,高；,导,导热,好,好，,温,温度,低,低；,切,切削,用,用量,：,：,v,c,，切,削,削温,度,度；,f,、,a,p,，切,削,削温,度,度；,刀,刀具,角,角度,和,和材,料,料：,o,，塑,性,性变,形,形，温,度,度，但,o,过大,，,，传,热,热，温,度,度；,r,，刀,刃,刃切,削,削长,度,度，散,热,热，温,度,度；刀,具,具导,热,热性,好,好，,温,温度；,切,切削,液,液：能比,较,较有,效,效地,降,降低,切,切削,温,温度,。,。,切削,温,温度是指,前,前刀,面,面与,切,切屑,接,接触,区,区的,平,平均,温,温度,。,。,4.4.6,刀具,磨,磨损,及,及刀,具,具寿,命,命,刀具磨损形态,正常,磨,磨损,前刀,面,面磨,损,损,形式,：,：月牙,洼,洼；,形成,条,条件,：,：大切,削,削速,度,度和,深,深度,加,加工,塑,塑性,材,材料,；,；,影响,：,：削弱,刀,刀刃,强,强度,，,，降,低,低加,工,工质,量,量。,后刀,面,面磨,损,损,形式,：,：后角,=0,的磨,损,损面,（,（参,数,数,VB,，,VB,max,）；,形成,条,条件,：,：小切,削,削速,度,度和,小,小深,度,度加,工,工塑,性,性材,料,料；,加,加工,脆,脆性,材,材料,；,；,影响,：,：切削,力,力,切削,温,温度,产生,振,振动,，,，降,低,低加,工,工质,量,量；,VB,VB,max,b),K,T,K,B,a),图,4-27,刀具磨损形态,4.4.6,刀具,磨,磨损,及,及刀,具,具寿,命,命,非正,常,常磨,损,损,破损,（,（裂,纹,纹、,崩,崩刃,、,、破,碎,碎等,）,），,卷,卷刃,（,（刀,刃,刃塑,性,性变,形,形）,。,。,图,4-28,刀具磨损过程,初期磨损,后刀面磨损量,VB,正常磨损,急剧磨损,切削时间,刀具磨损过程,常取,后,后刀,面,面最,大,大允,许,许磨,损,损量,VB,。,磨钝标准,分为初期、正常、急剧,3,个磨,损,损阶,段,段。,4.4.6,刀具,磨,磨损,及,及刀,具,具寿,命,命,刀具,耐,耐用,度,度和,刀,刀具,寿,寿命,刀具,耐,耐用,度,度,是指,刀,刀具,从,从切,削,削开,始,始至,磨,磨钝,标,标准,的,的切,削,削时,间,间，,用,用,T,表示,。,。,刀具,寿,寿命,是指,一,一把,新,新刀,从,从投,入,入切,削,削开,始,始至,报,报废,为,为止,的,的总,切,切削,时,时间,，,，其,间,间包,括,括多,次,次重,磨,磨。,式中,C,T,、,m,、,n,、,p,为与,工,工件,、,、刀,具,具材,料,料等,有,有关,的,的常,数,数。,通常,情,情况,下,下,v,的影,响,响最,显,显著,，,，,f,次之,，,，,a,p,影响,最,最小,。,。,刀具耐用度经验公式,第,4,章,机,机械,切,切削,加,加工,基,基础,知,知识,4.5,工件,材,材料,可,可加,工,工性,机械,加,加工,及,及设,备,备,4.5.1,工件,材,材料,可,可加,工,工性,材料切削加工性的概念和衡量指标,材料,切,切削,加,加工,性,性的,概,概念,工件,材,材料,的,的切,削,削加,工,工性,是,是指,材,材料,在,在一,定,定条,件,件下,被,被切,削,削加,工,工成,合,合格,零,零件,的,的难,易,易程,度,度。,材料,切,切削,加,加工,性,性的,衡,衡量,指,指标,(,常用,的,的有,v,T,和,K,r,两种,),切削,速,速度,v,T,v,T,是指,耐,耐用,度,度为,T,秒（,或,或分,）,）时,，,，切,削,削某,种,种材,料,料所,允,允许,的,的切,削,削速,度,度。,v,T,越高,，,，表,示,示材,料,料的,切,切削,加,加工,性,性越,好,好。,通,通常,取,取,T,=60,分，,对,对于,一,一些,特,特别,难,难加,工,工的,材,材料,，,，也,可,可取,T,30,分。,4.5.1,工件,材,材料,可,可加,工,工性,材料,切,切削,加,加工,性,性的,衡,衡量,指,指标,(,常用,的,的有,v,T,和,K,r,两种,),相对,加,加工,性,性,K,r,以,45,钢的,v,60,作为基,准,准，写,作,作,(,v,60,),j,；而把,其,其它各,种,种材料,的,的,v,60,同它相,比,比，这,个,个比值,K,r,称为材,料,料的相,对,对加工,性,性。即,：,：,4.5.1,工件材,料,料可加,工,工性,加工性 等级,表,4-8,材料相对加工性等级,材料名称及种类,相对加工性,K,r,代 表 性 材 料,1,很易切削材料,一般有色金属,3.0,铜铝合金，铝铜合金，铝镁合金,2,容易切削材料,易切削钢,2.5,3,退火,l5Cr,，,b,0.373,o.441GPa,自动机钢，,b,0.393,0.491GPa,3,较易,切削钢,3.6,2.5,正火,30,钢，,b,0.441,0.549GPa,4,普通材料,一般钢、铸铁,1.0,3.6,45,钢，灰铸铁,5,稍难切削材料,0.65,1.0,2Crl3,，调质,b,0.834GPa,85,，钢,b,0.883GPa,6,难加工材料,较难切削材料,0.5,0.65,45Cr,，调质,b,1.03GPa,65Mn,，调质,b,0.932,0.981,7,难切削,材料,0.15,0.5,50CrV,调质；,1Crl8Ni9Ti,钛合金,8,很难切削材料,0.15,某些钛合金，铸造镍基高温合金,4.5.2,材料性,能,能对切,削,削加工,性,性影响,材料力学性能对切削加工性的影响,工件材,料,料硬度,的,的影响,工件材,料,料常温,硬,硬度对,切,切削加,工,工性影,响,响：工件材,料,料硬度,越,越高，,切,切削力,越,越大，,切,切削温,度,度越高,，,，刀具,磨,磨损越,快,快；,工件材,料,料高温,硬,硬度的,影,影响：工件材,料,料高温,硬,硬度越,高,高，加,工,工性越,差,差。这,是,是因为,切,切削温,度,度对切,削,削过程,的,的有利,影,影响（,软,软化）,对,对高温,硬,硬度高,的,的材料,不,不起作,用,用；,金属材,料,料中硬,质,质点对,加,加工性,的,的影响,：,：金属中,硬,硬质点,越,越多，,形,形状越,尖,尖锐、,分,分布越,广,广，则,材,材料的,加,加工性,越,越差；,材料的,加,加工硬,化,化对切,削,削加工,性,性的影,响,响：加工硬,化,化性越,严,严重，,切,切削加,工,工性越,差,差。,4.5.2,材料性,能,能对切,削,削加工,性,性影响,强度越,高,高的材,料,料，产,生,生的切,削,削力越,大,大，切,削,削时消,耗,耗的功,率,率越多,，,，切削,温,温度亦,越,越高，,刀,刀具容,易,易磨损,。,。因此,，,，在一,般,般情况,下,下，加,工,工性随,工,工件材,料,料强度,提,提高而,降,降低。,工件材,料,料强度,的,的影响,工件材,料,料塑性,的,的影响,材料塑,性,性大，,切,切削加,工,工性差,：,：切,削,削力大,；,；刀,具,具容易,产,产生粘,结,结和扩,散,散磨损,；,；低,速,速切削,时,时易出,现,现刀瘤,与,与鳞刺,；,；断,屑,屑困难,。,。,材料塑,性,性太小,时,时，切,屑,屑与前,刀,刀面的,接,接触变,得,得很短,，,，切削,力,力、切,削,削热集,中,中在切,削,削刃附,近,近，使,刀,刀具磨,损,损严重,，,，故切,削,削性也,差,差。,4.5.2,材料性,能,能对切,削,削加工,性,性影响,工件材,料,料韧性,的,的影响,韧性大,的,的材料,，,，切削,加,加工性,较,较差：,在,在断裂,前,前吸收,的,的能量,多,多，切,削,削功率,消,消耗多,；,；且断,屑,屑困难,。,。,工件材,料,料弹性,模,模量的,影,影响,材料的,弹,弹性模,量,量,E,是衡量,材,材料刚,度,度（抵,抗,抗弹性,变,变形的,性,性能）,的,的指标,，,，,E,值越大,，,，材料,刚,刚度越,大,大，切,削,削加工,性,性越差,。,。,材料的,切,切削加,工,工性是,上,上述机械性,能,能（硬度,、,、强度,、,、塑性,、,、韧性,、,、弹性,模,模量等,）,）综合,影,影响的,结,结果。,4.5.2,材料性,能,能对切,削,削加工,性,性影响,材料物理化学性能对切削加工性的影响,如镁合,金,金易燃,烧,烧，钛,合,合金切,屑,屑易形,成,成硬脆,化,化合物,等,等，不,利,利于切,削,削进行,。,。,工件材,料,料导热,系,系数的,影,影响,工件材,料,料导热,系,系数低,，,，切削,温,温度高,，,，刀具,易,易磨损,，,，切削,加,加工性,差,差。,金属材,料,料导热,系,系数大,小,小顺序,：,：纯金,属,属、有,色,色金属,、,、碳结,构,构钢、,铸,铸铁、,低,低合金,结,结构钢,、,、合金,结,结构钢,、,、工具,钢,钢、耐,热,热钢、,不,不锈钢,。,。,工件材,料,料物理,化,化学反,应,应的影,响,响,4.5.2,材料性,能,能对切,削,削加工,性,性影响,表,4-9,工件材料加工性分级表,切削加工,易切削,较易切削,较难切削,难 切 削,等级代号,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,9,a,9,b,硬度,HB,50,50,100,100,150,150,200,200,250,250,300,300,350,350,400,400,480,480,635,635,HRC,14,24.8,24.8,32.3,32.3,38.1,38.1,43,43,50,50,60,60,抗拉强度,b,（,GPa,）,0.196,0.196,0.441,0.441,0.588,0.588,0.784,0.784,0.98,0.98,3.176,