第1章金属切削基础PPT讲稿.ppt

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1、第1章金属切削基础第1页，共48页，编辑于2022年，星期一1.1 1.1 切削运动与切削用量切削运动与切削用量车削加工车削加工是是金属切削最常见方法。图1-1 外圆车削外圆车削的切削运动切削运动与加工表面加工表面第2页，共48页，编辑于2022年，星期一 1.1.1 1.1.1 切削运动切削运动 车削时刀具和工件之间必须具有一定的相对运动，该运动称为切削运动。切削切削运动主主运动进给进给运动第3页，共48页，编辑于2022年，星期一1.1.主运动：主运动：切下切屑最主要的运动。特点：特点：1、速度最高、消耗的功率最大。2、切削加工中，主运动只有一个。2.2.进给运动进给运动：与主运动配合，使

2、金属层不断投入切削，切削出整 个工件所需的运动。特点：特点：1、速度低、消耗的功率小。2、有一个或多个。例：车削时，工件的旋转运动是主运动。钻削、铣削时，刀具旋转运动是主运动 磨削时，砂轮的旋转运动是主运动 刨削时，刀具或工作台的往复直线运动是主运动第4页，共48页，编辑于2022年，星期一各种各种切削运动、加工表面切削运动、加工表面第5页，共48页，编辑于2022年，星期一第6页，共48页，编辑于2022年，星期一第7页，共48页，编辑于2022年，星期一第8页，共48页，编辑于2022年，星期一3.3.合成切削合成切削运动：由同时进行的主运动主运动和进给运动进给运动合成的运动。第9页，共4

3、8页，编辑于2022年，星期一1.1.2 1.1.2 切削时的工件表面切削时的工件表面 （1 1）待加工表面）待加工表面：将被切除的表面：将被切除的表面 （2 2）过渡表面）过渡表面：正在切削的表面；：正在切削的表面；（3 3）已加工表面）已加工表面：切除多余金属后形成的表面。：切除多余金属后形成的表面。第10页，共48页，编辑于2022年，星期一1.1.3 1.1.3 切削用量切削用量 切削加工时，工件材料工件材料、刀具材料刀具材料、加工要求加工要求不同，就应 选取适宜的切削速度VC、进给量f和背吃刀量aP车车 削削第11页，共48页，编辑于2022年，星期一nf f1 1、切削速度、切削速

4、度v vc cm/s在切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度。d dw wd dm m旋转运动：旋转运动：（m/s）dw工件最大工件最大 n工件主运动转速工件主运动转速切削速度VC、进给量f和背吃刀量aP称为切削用量三要素切削用量三要素。第12页，共48页，编辑于2022年，星期一2 2、进给量、进给量f 主运动每转一转或每完成一次行程时，两者 在进给方向上的进给方向上的相对相对位移量位移量。对多齿刀具，对多齿刀具，若刀具齿数为Z，进给量f与进给速度Vf，每齿进给量的关系为：（mm/s）每齿进给量=f fz zz.n每转（行程）进给量第13页，共48页，编辑于2022年，星期一进给速度Vf背

5、吃刀量aP第14页，共48页，编辑于2022年，星期一 3.3.背吃刀量背吃刀量a ap p 对外圆车削而言，对外圆车削而言，它是待加工表面待加工表面与已加已加 工表面工表面间的垂直距离。即垂直距离。即 式中：式中：d dw w待加工面直径；待加工面直径；d dm m已加工表面直径；已加工表面直径；第15页，共48页，编辑于2022年，星期一 刀具种类很多，结构各异，但各种刀具的切削部分刀具的切削部分却具有共同的特征外圆车刀外圆车刀是最基本、最典型的刀具：1.2 1.2 金属切削刀具的几何参数金属切削刀具的几何参数刀刀刀刀刀刀图图1-4 1-4 外圆车刀的切削部分外圆车刀的切削部分第16页，共

6、48页，编辑于2022年，星期一切削部分切削部分（刀头）（刀头）夹持部分（刀体）夹持部分（刀体）前刀面：前刀面：主后刀面：主后刀面：副后刀面：副后刀面：主切削刃主切削刃副切削刃副切削刃刀尖刀尖切屑流出所经过的表面。刀具上与工件的过渡表面相对的表面。刀具上与工件的已加工表面相对的表面。1.2.1 1.2.1 刀具刀具切削部分的的结构要素 车刀的切削部分：三个刀面刀面、两个刀刃刀刃、一个刀尖刀尖图图1-4 外圆车刀的切削部分外圆车刀的切削部分第17页，共48页，编辑于2022年，星期一主切削刃 担任主要切削的切削刃，是前刀面和主后刀面 交线。副切削刃 担任少量切削工作，是前刀面与副后刀面的交线。刀

7、尖 主副切削刃主副切削刃的连接处，常指它们的实际交点实际交点。1.2.2 1.2.2 确定确定刀具刀具切削角度切削角度的参考平面参考平面 为确定刀具切削部分刀具切削部分各表面和切削刃的空间位 置，必须引入参考平面。最常用的刀具标注角度参考系是正交平面参考系（1）基面）基面Pr通过切削刃上选定点，垂直于切削运动方向的平面。（2）切削平面）切削平面Ps过切削刃上选定点，与切削刃相切并垂直于基面基面Pr的平面。第18页，共48页，编辑于2022年，星期一（3）正交平面）正交平面Po过切削刃上选定点并同时垂直于基面基面Pr和切削平面Ps的平面，它是测量平面。正正交交平平面面参参考考系系:由由基基面面P

8、rPr-切切削削平平面面Ps-Ps-正正交交平平面面PoPo构构成成是生产中最常用的最常用的刀具标注角度参考系 法法平平面面参参考考系系:由基面Pr切削平面Ps法平面Pn构成1.2.3 1.2.3 刀具刀具标注角度参考系标注角度参考系（4）法平面）法平面Pn 通过主切削刃S上选定 点,且垂直于S的平面法平面法平面Pn第19页，共48页，编辑于2022年，星期一 popspr第20页，共48页，编辑于2022年，星期一prpops第21页，共48页，编辑于2022年，星期一1.2.4 1.2.4 刀具的刀具的标注角度标注角度1、正交平面参考系、正交平面参考系内的标注角度 1）在正交平面 内的标注

9、角度 （1）前角前角o o 在正交平面正交平面 内度量的基面基面 与前刀前刀 面面A之间的夹角。popoprprApS在正交平面在正交平面P PO O内内第22页，共48页，编辑于2022年，星期一（2）后角后角o o 在正交平面正交平面 内度量的主后刀面主后刀面A A与切切 削平面削平面P PS S 之间的夹角。夹角。popr在正交平面在正交平面P PO O内内ApSA第23页，共48页，编辑于2022年，星期一（3）楔角楔角o o 在正交平面正交平面 内度量的主后刀面主后刀面A A与前前 刀面刀面 之间的夹角。夹角。poA 楔角o=90O-（o+o）第24页，共48页，编辑于2022年，星

10、期一 2）在切削平面切削平面P PS S 内的标注角度 刃倾角刃倾角 s s在切削平面切削平面P PS S内度量的主切削刃主切削刃S S与 基面基面PrPr之间的夹角。prpr第25页，共48页，编辑于2022年，星期一 prpr3）在基面基面P Pr r 内的标注角度(1)主偏角主偏角KrKr在基面基面PrPr内测量的切削平面切削平面PS与进给方向 之间的夹角。第26页，共48页，编辑于2022年，星期一 pr3）在基面基面P Pr r 内的标注角度（2 2）副偏角Kr在基面内Pr内度量的副切削平P PS S 与进给运动进给运动反反方向方向之间的夹角。第27页，共48页，编辑于2022年，星

11、期一第28页，共48页，编辑于2022年，星期一当当主切削刃与与基面基面平行平行时s=0s=0；当刀尖点当刀尖点相对基面基面处于主切削刃上主切削刃上的最高点最高点时s s 00；反之；反之s 0s 0。第29页，共48页，编辑于2022年，星期一注：前角注：前角o、后角、后角o、刃倾角、刃倾角S是有正负之分prApSA2、法平面参考系内的标注角度3、背平面、假定工作平面参考系内的标注角度第30页，共48页，编辑于2022年，星期一 谢谢 谢谢 观观 看看第31页，共48页，编辑于2022年，星期一1.1.前角（前角（0 0）作用作用 减小切屑的变形；减小切屑的变形；减小前刀面与切屑之间的摩擦力

12、。减小前刀面与切屑之间的摩擦力。所以所以 0 0 ：a.a.减小切削力和切削热；减小切削力和切削热；b.b.减小刀具的磨损；减小刀具的磨损；c.c.提高工件的加工精度和表面质量。提高工件的加工精度和表面质量。0 01.2.5 1.2.5 刀具刀具的工作角度工作角度（对加工过程影响）（对加工过程影响）第32页，共48页，编辑于2022年，星期一选择：加工塑性材料和精加工取大前角（）0 0加工脆性材料和粗加工取小前角（）0 0前角（前角（0 0）可正、可负、也可以为零。）可正、可负、也可以为零。高速钢车削碳钢：高速钢车削碳钢：0 0=20=200 030300 0硬质合金车削碳钢：硬质合金车削碳钢

13、：0 0=10=100 020200 0第33页，共48页，编辑于2022年，星期一2.2.后角（后角（0 0）作用：作用：减小工件加工表面与主后刀面之间的摩擦力减小工件加工表面与主后刀面之间的摩擦力。所以所以 0 0a.a.减小切削力和切削热；减小切削力和切削热；b.b.减小刀具的磨损；减小刀具的磨损；c.c.提高工件的加工精度和表面质量。提高工件的加工精度和表面质量。0 0 0第34页，共48页，编辑于2022年，星期一选择：加工塑性材料和精加工取大后角（）0 0加工脆性材料和粗加工取小后角（）0 0后角（0）只能是正的。精加工：0 0=8=80 012120 0粗加工：0 0=4=40

14、0880 03.3.主偏角（主偏角（kr kr）改善切削条件，提高刀具寿命改善切削条件，提高刀具寿命。作用：减小减小kr：当当a ap p、f f 不变时，不变时，则则 b bD D、h hD D 使切削条件得到改善，提高了刀具寿命。使切削条件得到改善，提高了刀具寿命。第35页，共48页，编辑于2022年，星期一4.4.副偏角（副偏角（kr kr）最终形成已加工表面最终形成已加工表面。作用：选择：在不产生振动的前提下，取小值。Kr：使已加工表面残留密集的高度减小，降低工件的表面粗糙度。第36页，共48页，编辑于2022年，星期一5.5.刃倾角（刃倾角（S S ）作用 影响切削刃的锋利程度；影响

15、切削刃的锋利程度；影响切屑流出方向；影响切屑流出方向；影响刀头强度和散热条件；影响刀头强度和散热条件；影响切削力的大小和方向。影响切削力的大小和方向。选择：选择：粗加工：可取零或负（S S=0、-S S）精加工：取 正（+S S）第37页，共48页，编辑于2022年，星期一d dm md dw wf fn切削层切削层 指工件上正在 被切削刃切削 的那一层金属。1 12 2f fa ap pKrKrf fa ap p 主偏角主偏角KrKrf-进给量进给量a ap p-背吃刀量背吃刀量1.3 1.3 切削层参数切削层参数与切削方式切削方式1.3.1 1.3.1 切削层切削层参数切削层切削层参数是指

16、切削层的截面截面尺寸。第38页，共48页，编辑于2022年，星期一两相邻加工表面之间的垂直距离。a ac cf fa ap pKrKr（mm）沿主切削刃度量的切削层的长度。a aw w（mm）（mm2）1.1.切削厚度切削厚度a ac c2.2.切削宽度切削宽度a aw w3.3.切削面积切削面积AcAc切削层的横截面积第39页，共48页，编辑于2022年，星期一1.3.2 1.3.2 切削方式切削方式切削方式直角切削和和斜角切削自由切削和和非自由切削教材：P22-P23自学自学1.4 1.4 常用刀具材料常用刀具材料及其选用选用1.4.11.4.1 刀具材料刀具材料应具备的性能的性能刀具材料

17、刀具材料对刀具寿命、生产效率、质量、成本都有很大影响 较高的硬度硬度。一般要求在在 HRC 60HRC 60以上。第40页，共48页，编辑于2022年，星期一 有足够的强度和韧性。高的热稳定性。良好的物理特性和工艺性。1.4.21.4.2 常用刀具材料的常用刀具材料的性能性能及及选用选用1 1、高速钢高速钢是含有W、MO、Cr、V等合金元素较多的工具钢W=620%；Cr=3.84.4%；V=1.04%HRC6269HRC6269耐热温度耐热温度 600600常用常用:W18Cr4V应用：应用：各种形状复杂的刀具。各种形状复杂的刀具。如钻头、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其他成形刀具。如钻头、铣刀、拉刀

18、、齿轮刀具和其他成形刀具。2 2、硬质合金硬质合金碳化物碳化物+粘结剂粘结剂+粉末冶金粉末冶金第41页，共48页，编辑于2022年，星期一碳化物：碳化物：WCWC、TiCTiC、等、等粘结剂：粘结剂：CoCoHRC7684HRC7684耐热温度耐热温度 10001000允许的切削速度是高速钢的允许的切削速度是高速钢的410410倍。倍。我国硬质合金刀具材料分类如下我国硬质合金刀具材料分类如下：钨钴类（钨钴类（YGYG）：）：WC+CoWC+Co韧性好、硬度低，切削韧性材料时耐磨性较差。适于适于加工铸铁、青铜等脆性材料和和粗加工。钨钴钛类（钨钴钛类（YTYT）：）：WC+TiC+CoWC+TiC

19、+Co硬度高、耐磨性好、耐热性好，但韧性较差。适于加工韧性材料和和精加工。YW类硬质合金类硬质合金 YW类硬质合金类硬质合金 自学自学第42页，共48页，编辑于2022年，星期一3 3、涂层刀具涂层刀具在刃性较好的硬质合金硬质合金或高速钢刀具高速钢刀具基体上，涂覆一薄层耐磨性高的难容金属化合物。涂层硬质合金硬质合金，刀片耐用度提高：13倍涂层高速钢刀具高速钢刀具耐用度提高：210倍涂层效果效果应用：涂层硬质合金刀具主要用于钢材、铸铁钢材、铸铁的半精加工半精加工 和精加工精加工以及小负荷的粗加工。1.4.31.4.3 其它刀具材料其它刀具材料 金属陶瓷 金钢石 立方碳化硼（CNB）第43页，共4

20、8页，编辑于2022年，星期一耐热温度耐热温度 ：1200145012001450应用：应用：半精加工半精加工和精加工高硬度、高强度钢精加工高硬度、高强度钢及冷冷 铸铁等材料。铸铁等材料。1、金属陶瓷Al2O3 基金属陶瓷Si3O4 基金属陶瓷 AlAl2 2O O3 3 基金属陶瓷基金属陶瓷 硬度高HRC9394HRC9394耐热性好：耐热性好：SiSi3 3O O4 4 基金属陶瓷基金属陶瓷 强度高，韧性好，抗热冲击性大大优于Al2O3 基 金属陶瓷。用于加工铸铁加工铸铁及镍基合金镍基合金。第44页，共48页，编辑于2022年，星期一2、金刚石金刚石 金刚石是金刚石是目前发现的最硬最硬的一

21、种物质。物质。它磨擦系数 小、导热性好、耐磨性高，切削时不易产生积屑瘤 和鳞刺，加工表面质量好，刀具寿命高。金刚石金刚石刀具有三种三种单晶单晶聚晶聚晶金刚石复合刀片金刚石复合刀片金刚石热稳定性差，热稳定性差，温度超过70008000时硬度下降很大，无法切削。金刚石用于有色金属有色金属及非金属的加工非金属的加工，也用于制造磨具和磨料。第45页，共48页，编辑于2022年，星期一3、立方氮化硼（立方氮化硼（CBN）硬度硬度仅次于仅次于金刚石。与。与金刚石相比，化学惰性强惰性强，热 稳定性高，耐磨耐磨性高。是目前加工黑色金属材料，实现高效、高速和高 精度切削的最佳刀具材料。但CBN与水水发生反应发生

22、反应，故一般不不用切削液切削液或使用 不含水的切削液。CBN多用与磨具和磨料，也可做成整体聚晶刀片整体聚晶刀片等 第46页，共48页，编辑于2022年，星期一2.常用刀具材料 种种 类类常常 用用 牌牌 号号主主 要要 性性 能能主主 要要 应应 用用碳素工具钢碳素工具钢含碳量较高的含碳量较高的优质碳钢优质碳钢T8A、T10A、T12A淬火后硬度高（达淬火后硬度高（达6365HRC）、）、价廉，但耐热性差（价廉，但耐热性差（200以下）以下）制造小型、手动和低制造小型、手动和低速切削工具，如手用速切削工具，如手用锯条和锉刀等锯条和锉刀等合金工具钢合金工具钢碳素工具钢中碳素工具钢中加入少量加入少

23、量Cr、Si、W、Mn等等元素元素9SiCr、CrWMn、CrW5、GCr15淬透性、耐热性（淬透性、耐热性（220250）有）有所提高，热处理变形小，所提高，热处理变形小，制造手用铰刀、圆板制造手用铰刀、圆板牙、丝锥、刮刀等牙、丝锥、刮刀等高速钢高速钢含含Cr、W、V等元素较多的等元素较多的合金工具钢合金工具钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2它的耐热性大大提高（它的耐热性大大提高（540650），从而耐磨性也有所提高，），从而耐磨性也有所提高，强度、韧度和工艺性都较好强度、韧度和工艺性都较好广泛用于制造较为复广泛用于制造较为复杂的各种刀具，如麻杂的各种刀具，如麻花钻、铣刀、拉刀和花钻、铣

24、刀、拉刀和齿轮刀具等，也可用齿轮刀具等，也可用以制作车刀、刨刀等以制作车刀、刨刀等简单刀具。简单刀具。硬硬质质合合金金钨钴类钨钴类【由由WC和和Co组成组成】以高硬度、高以高硬度、高熔点的金属炭熔点的金属炭化物（化物（WC、TiC等）作基等）作基体，以体，以Co等为等为粘结剂的粉末粘结剂的粉末冶金制品冶金制品YG3、YG6、YG8(数字表示含数字表示含钴量的百分数钴量的百分数)【相当于相当于ISO标准标准的的K类类】其相对塑韧性好，但切削塑性材料其相对塑韧性好，但切削塑性材料时耐磨性差，时耐磨性差，Co含量少的，相对含量少的，相对较脆、较耐磨较脆、较耐磨适用于加工铸铁、青适用于加工铸铁、青铜等

25、脆性材料铜等脆性材料钨钴钛类钨钴钛类【由由WC、TiC和和Co组成组成】YT5、YT15、YT30(数字表示数字表示TiC含量的百分含量的百分数数)【相当于相当于ISO标准的标准的P类类】其耐热性，耐磨性均优于其耐热性，耐磨性均优于YG类，类，但韧性较差。但韧性较差。TiC含量愈多，则耐含量愈多，则耐热性、耐磨性愈高，韧性愈小。热性、耐磨性愈高，韧性愈小。适用加工一般钢件适用加工一般钢件钨钛钽（铌）钨钛钽（铌）钴类钴类【由由WC、TiC、TaC（NbC）和和Co组成组成】YW1、YW2【相相当于当于ISO标准的标准的M类类】兼有兼有YG、YT类的大部分优良性能，类的大部分优良性能，被称为通用合

26、金，但价高被称为通用合金，但价高既可加工铸铁也可加既可加工铸铁也可加工钢，适合耐热钢、工钢，适合耐热钢、高锰钢和不绣钢的加高锰钢和不绣钢的加工工陶陶 瓷瓷 材材 料料，它通常制成，它通常制成刀片刀片陶瓷刀片硬度高，耐磨性好，耐热陶瓷刀片硬度高，耐磨性好，耐热性高，许用的切削速度较高，且价性高，许用的切削速度较高，且价廉，它的主要缺点是性脆，怕冲击，廉，它的主要缺点是性脆，怕冲击，抗弯强度低，在加入各种金属元素抗弯强度低，在加入各种金属元素制成制成“金属陶瓷金属陶瓷”后，其抗弯强度后，其抗弯强度可大大提高可大大提高可用于切削高硬度等可用于切削高硬度等难加工材料的精加工难加工材料的精加工第47页，共48页，编辑于2022年，星期一 谢谢 谢谢 观观 看看第48页，共48页，编辑于2022年，星期一