金属切削过程基本规律解析.pptx

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1、目的要求目的要求目的要求目的要求l牢固掌握前角、前刀面、后角、主、副偏角的功用及选择原则；牢固掌握前角、前刀面、后角、主、副偏角的功用及选择原则；l 一、前角及前刀面型式的选择一、前角及前刀面型式的选择l 二、后角的选择二、后角的选择l 三、主副偏角及刀尖形状的选择三、主副偏角及刀尖形状的选择l 四、刃倾角的功用及选择四、刃倾角的功用及选择第1页/共53页2.5刀具几何参数的合理选择刀具几何参数的合理选择第2页/共53页刀具切削性能的影响因素：刀具切削性能的影响因素：刀具材料刀具材料刀具结构刀具结构切削部分的几何参数切削部分的几何参数第3页/共53页当刀具材料和刀具结构确定之后，刀具切削部分的

2、几何参数对切削性能的影响十分重要。刀具几何参数影响到：切削力的大小、切削温度的高低、切屑的连续与碎断、加工质量的好坏以及刀具耐用度、生产效率、生产成本的高低等。刀具几何参数的合理选择是提高金属切削效益的重要措施之一。第4页/共53页刀具几何参数的选择原则：刀具几何参数的选择原则：在保证加工质量的前提下，刀具耐用度高、生产效率高和生产成本要低。在保证加工质量的前提下，刀具耐用度高、生产效率高和生产成本要低。粗加工和半精加工时，主要考虑粗加工和半精加工时，主要考虑生产率和刀具耐用度生产率和刀具耐用度。精加工时，主要考。精加工时，主要考虑保证加工质量。虑保证加工质量。刀具几何参数之间相互影响又相互联

3、系。刀具几何参数之间相互影响又相互联系。如选择大的前角可以减小切屑变如选择大的前角可以减小切屑变形、降低切削力，但前角增大会使刀楔角减小，散热变差，刃口强度削弱，形、降低切削力，但前角增大会使刀楔角减小，散热变差，刃口强度削弱，因此，应根据具体情况选取合理值。因此，应根据具体情况选取合理值。第5页/共53页2.5.1 2.5.1 前角及前刀面型式的选择 1.1.前角的功用前角的功用(1)增大增大 o，减小减小、切削合力、切削合力F、切削功率P；(2)增大增大 o，改善刀，改善刀接触面的摩擦状况，接触面的摩擦状况，降低降低、刀具磨损，提高、刀具磨损，提高T(3)增大增大 o，减小或抑制积屑瘤减小

4、或抑制积屑瘤，减少振动，改善，减少振动，改善加工表面质量。加工表面质量。(4)o太大时，使刀楔角减小，太大时，使刀楔角减小，散热条件和刃口强度削弱散热条件和刃口强度削弱，T反而下降。反而下降。第6页/共53页在在一一定定切切削削条条件件下下，存存在在一一个个刀刀具具耐耐用用度度最最大大的的前前角角值值即即合合理理前前角角 opt。图图3-32和和图图3-33分分别别为为加加工工不不同同材材料料时时刀刀具具的的合合理理前前角角及及不不同同刀刀具具材料的合理前角。材料的合理前角。第7页/共53页加工不同材料时刀具的合理前角 不同刀具材料的合理前角第8页/共53页2.前角的选择前角的选择合理前角选择

5、原则：合理前角选择原则：取决于工件材料和刀具材料的种类和性质。取决于工件材料和刀具材料的种类和性质。(1)工件材料塑性越高，opt越大，塑性越低，opt越小。原因：切塑性高材料时，增大 o可减小、切削合力F、刀具磨损；切脆性材料时，产生崩碎切屑，切削合力F集中在切削刃附近，o对 影响不大，又为防止崩刃应选较小 o；第9页/共53页(2)工件材料硬度、强度低时工件材料硬度、强度低时，切削力、切削温度较低，可较大，切削力、切削温度较低，可较大 o；工工件件材材料料硬硬度度、强强度度高高时时，切切削削力力、温温度度较较高高，为为保保证证刃刃口口强强度度、增增大大散热面积，应较小散热面积，应较小 o。

6、(3)刀具材料刀具材料强度和冲击韧性强度和冲击韧性越高，越高，opt越大；越大；刀具材料刀具材料强度低、韧性低，强度低、韧性低，则则 opt越小。越小。第10页/共53页(4)按加工条件选择：按加工条件选择：粗加工：粗加工：切削合力切削合力F大（断切时冲击大），大（断切时冲击大），opt应小；应小；精加工：精加工：切削合力切削合力F小，要求刃口锋利，小，要求刃口锋利，opt应大；应大；工艺系统工艺系统刚性较差或机床功率刚性较差或机床功率小时，小时，opt应大；应大；自自动动机机床床加加工工刀刀具具，opt应应小小，以以提提高高切切削削性性能能的的稳稳定定性性和和尺尺寸寸耐耐用用度度第11页/共

7、53页3.3.前刀面型式的选择前刀面型式的选择n常见前刀面型式第12页/共53页(1)正前角平面型（图a）最基本型式，制造简单，最基本型式，制造简单，刃口锋利，但刃口强度差刃口锋利，但刃口强度差；常用于精加工，卷屑、断屑性能差。常用于精加工，卷屑、断屑性能差。第13页/共53页(2)带倒棱正前角平面型（图b）p增强了刀刃强度；增强了刀刃强度；p用于脆性高的刀具如陶瓷、硬质合金，可用于断切；用于脆性高的刀具如陶瓷、硬质合金，可用于断切；p负倒棱宽度负倒棱宽度 b 1=(0.3 0.8)f。粗加工取大值，精加工取小值；粗加工取大值，精加工取小值；p负倒棱前角负倒棱前角 01=-5 -10（硬质合金

8、）。（硬质合金）。第14页/共53页(3)正前角曲面带倒棱型（图c）b型沿切削刃磨出曲面形成。型沿切削刃磨出曲面形成。曲面起卷屑作用，增大前角，改善切削条件；曲面起卷屑作用，增大前角，改善切削条件；用于粗加工、半精加工塑性材料。用于粗加工、半精加工塑性材料。=(0.50.8)f负倒棱前角 01负倒棱宽度第15页/共53页(4)负前角单平面型（图d）硬质合金、陶瓷刀具切削高强度、高硬度或淬火钢或带硬皮材料，及有冲击的粗加工等场合；特点：抗冲击能力强。第16页/共53页(5)负前角双平面型（图负前角双平面型（图e）用用于于磨磨损损发发生生在在前前、后后刀刀面面时时，为为减减少少前前刀刀面面刃刃磨磨

9、面面积积，充充分分利利用用刀刀片片材材料；料；一一重重前前刀刀面面的的宽宽度度应应保保证证切切削削作作用用（足足够够的的刃刃口口强强度度），可可用用于于强强力力切切削。削。第17页/共53页2.5.2前刀面与切屑控制p切屑控制不好的危害切屑控制不好的危害：缠绕工件或刀具（切钢时），划伤工件、损坏刀具；缠绕工件或刀具（切钢时），划伤工件、损坏刀具；切屑碎片（切铸铁时）四处飞溅，影响安全。切屑碎片（切铸铁时）四处飞溅，影响安全。p切屑的控制是生产的关键：切屑的控制是生产的关键：在高速切削中；在高速切削中；在自动化加工中。在自动化加工中。研究切屑的控制（卷、断屑）方法和机理非常重要。研究切屑的控制（

10、卷、断屑）方法和机理非常重要。第18页/共53页1.切屑的形状切屑的形状p带状屑、C型屑、长紧卷屑、崩碎屑、发条状屑第19页/共53页p螺卷屑、宝塔状屑第20页/共53页带带状状屑屑切切削削平平稳稳，希希望望得得到到。但但连连绵绵不不断断，缠缠绕绕工工件件、刀刀具具，从从而而损损坏坏之。之。故常将其转变成螺卷屑或长螺卷屑，易清理。故常将其转变成螺卷屑或长螺卷屑，易清理。C型型屑屑对对数数控控机机床床和和自自动动线线生生产产较较佳佳，但但频频繁繁碰碰撞撞工工件件、刀刀具具，产产生生振振动，影响粗糙度。动，影响粗糙度。第21页/共53页发条状卷屑发条状卷屑重型机床采用大重型机床采用大ap和和f得到

11、（便于清理、安全）。得到（便于清理、安全）。宝塔状切屑宝塔状切屑自动化生产中希望得到，清理方便。自动化生产中希望得到，清理方便。螺螺状状断断屑屑用用波波形形刃刃车车刀刀加加工工脆脆性性金金属属（铸铸铁铁、脆脆黄黄铜铜等等），使使切切削削平平稳，提高加工质量。稳，提高加工质量。第22页/共53页设法使切屑沿前刀面流出时，受到一个额外的作用力，是切屑在该力的作用下产生附加变形而弯曲。(1)自然卷曲机理切屑沿正前角平面型前刀面流出时，v不很高时，切屑往往自行卷曲。2.卷屑机理第23页/共53页(2)卷屑槽卷屑机理前刀面上磨出卷屑槽或选择带卷屑槽的刀片（可转为刀具），当切屑流出并受到卷屑槽附加力后发生

12、卷曲。第24页/共53页3.3.断屑机理：切屑在切削过程中受到较大变形（基本变形）后，其硬度提高，塑性降低，性质变脆（为切屑的折断创造了条件）；切屑流出时，受到卷屑槽或断屑台的阻挡，再次产生变形（附加变形），进一步脆化，当它碰到后刀面或工件的过渡表面时即可折断。第25页/共53页2.5.3后角的选择 1.1.后角功用后角大小影响到后刀面与工件加工表面之间（刀工接触区）的摩擦，影响刀楔角大小，也影响刃口强度、散热面积。第26页/共53页功用：1.增大 o，可以减少刀具的磨损（原因：减小了加工表面上由于弹、塑性变形产生的弹性恢复层与后刀面的接触长度），提高加工表面质量。2.增大 o，楔角减小，刃口

13、半径r 减小，刃口锋利，易切入工件，减小变质层深度。但 o，楔角，散热条件变差，刃口强度削弱，T 或刀具破损。3.增大 o，在VB相同时，达到磨钝标准磨去金属体积多，刀具耐用度高；但在NB相同时，则允许磨去金属体积少，刀具（尺寸）耐用度低。第27页/共53页第28页/共53页2.2.后角的选择后角的选择选择原则：根据切削厚度ac（或按粗、精加工）。精加工：ac小，主要是后刀面磨损，为刃口锋利，应较大 o；粗加工：ac大，Fr、高，为提高刃口强度、改善散热，应较小 o工件材料强度、硬度高：宜选小 o（原因：提高刃口强度、改善散热）；工件材料塑性大：宜选大 o（原因：易加工硬化，后刀面摩擦对刀具磨

14、损和加工表面质量影响较大，故大 o）；第29页/共53页工艺系统刚性差：为防止振动宜选小的 o，甚至磨出消振棱（o10，原因：增加后刀面与加工表面的接触面积，可产生同振动位移方向相反的摩擦阻力，从而减小振动）。消振棱车刀消振棱车刀第30页/共53页零件尺寸精度要求高：宜选择较小 o副后角的功用与主后角相同，如车刀其副后角与主后角值相同，为4 6 切断刀和切槽刀受结构强度影响，只能取得很小1 2。切断刀的副后角和副偏角第31页/共53页2.5.3主、副偏角及刀尖形状的选择 主偏角、副偏角、刀尖形状的共同点：主偏角、副偏角、刀尖形状的共同点：v影影响响刀刀尖尖强强度度、散散热热面面积积、热热容容量

15、量、刀刀具具耐耐用用度度、已已加加工工表表面面质质量。量。第32页/共53页1主偏角的功用主偏角的功用(1)Kr 减小，r增大，刀尖强度提高，散热体积增大，刀具耐用度提高；(2)Kr 减小，aw增大，ac减小，增大切削刃工作长度，单位切削刃的负荷小，有利于提高刀具耐用度；(3)Kr 减小，使Fy（切深抗力）增大，易引起振动和使工件弯曲变形（如加工细长轴类零件），降低加工精度；(4)Kr 影响切屑形状、流出方向、断屑性能；第33页/共53页(5)Kr减小，加工表面残留面积高度减小，降低粗糙度；(6)主偏角较小的刀具在切入时，最先与工件接触处是远离刀尖的地方，而不是像Kr90 时那样在刀尖处，也不

16、会像Kr=90 时那样，主切削刃参加切削部分同时切入工件，因而可减少因切入冲击而造成的刀尖损坏。第34页/共53页其中，硬质合金的曲线是工艺系统较低的情况由上图可知，从刀具耐用度出发，刀具的主偏角理应是小些为好。主偏角对刀具耐用度的影响第35页/共53页2主偏角的选择工件材料强度、硬度高：选较小Kr，增大刀尖强度、散热体积、减小单位切削刃负荷；硬质合金刀具粗加工和半精加工：选较大Kr，有利于减少振动（降低Fp）和容易断屑（切屑弯向待加工表面）。主偏角对切削力的影响第36页/共53页工艺系统刚性好：选较小Kr，提高刀具耐用度（原因：r增大，刀尖强度提高，散热体积增大）；加工细长轴（刚性差），Kr

17、 90，以减小径向力Fp另外，有主偏角特殊要求的刀具，主偏角有90 偏刀（车阶梯轴），45 倒角车刀（同一把刀加工外圆、端面、倒角）等。第37页/共53页3.副偏角功用及选择副偏角功用及选择Kr 功用与Kr 基本相同。Kr 选择原则：1.已加工表面Ra要求小：选小Kr ，有时磨出修光刃（Kr =0)2.工艺系统刚性差：Kr 不宜太小，以不致引起振动为原则；3.切断、切槽刀：由于结构强度因素，一般Kr 取1 3。修光刃第38页/共53页4.刀尖形状及尺寸选择刀尖形状及尺寸选择刀刀尖尖的的形形状状及及尺尺寸寸：对对刀刀具具的的耐耐用用度度、加加工工表表面面质质量量、刀刀尖尖强强度度有有很很大大影响

18、影响。原因：原因：刀尖处散热条件不好、强度差、切削温度高、易磨损。刀尖处散热条件不好、强度差、切削温度高、易磨损。第39页/共53页切削部几何形状第40页/共53页1圆弧过渡刃圆弧过渡刃r（减小Kr）可提高刀具耐用度、强度、降低Ra；r 太大（Kr小），则Fp大，会引起振动；硬质合金刀具r=0.11.0mm。第41页/共53页2直线过渡刃硬质合金刀具粗加工时，为了减少径向力Fp和振动，又要保证刀尖强度和散热条件，应采用直线过渡刃；一般情况下，Kre 0.5Kr，b=0.52mm（宽度）或b=(1/41/5)ap切断刀r 1/4B（B是主切削刃宽度，切断刀有两条副切削刃）；过渡刃后角与主切削刃后

19、角相同。第42页/共53页2.5.4 2.5.4 刃倾角的功用及选择刃倾角的功用及选择 1.1.刀倾角的功用刀倾角的功用v刃倾角和前角决定：刃倾角和前角决定：前刀面的倾斜状况前刀面的倾斜状况。v刃倾角刃倾角功用功用：(1)控制切屑流出方向控制切屑流出方向 刃倾角对排屑方向的影响第43页/共53页 s s=0=0 时，切屑在前刀面上近似沿主切削刀的法线方向流出。s s000 时，切屑流向过渡表面。据此，可控制切屑的流向。第44页/共53页当刃倾角s s1515时，刀具的工作前角和工作后角都随s s的增大而增大，刃倾角s s对实际工作前角的影响如图4-134-13所示。而切削刃钝圆半径r r则随s

20、 s的增大而减小，增大切削刃的锋利性。因此，对于微量精车刀和精刨刀常采用45457575的刃倾角，切下极薄的切屑。(2)影响切削刃锋利程度刃倾角对实际工作前角的影响第45页/共53页 因此，在加工钢件或铸铁件时，粗车取ss5500，精车取ss0055；有冲击负荷或断续切削取ss151555。加工高强度钢、淬硬钢或强力切削时，为提高刀头强度，取ss30301010。当工艺系统刚度较差时，一般不宜采用负刃倾角，以避免径向力的增加。(2)影响切削刃锋利程度第46页/共53页(3)影响切削刃切入时接触点的变化影响切削刃切入时接触点的变化当当 s0 时时，切切入入时时离离刀刀尖尖较较远远的的切切削削刃刃

21、上上的的点点先先接接触触工工件件（断断续续切切削削时时，希望第一接触点不要发生在刀尖位置，所以应使希望第一接触点不要发生在刀尖位置，所以应使 s0）s=0 时，切削刃同时接触工件；时，切削刃同时接触工件；s0 时，刀尖先接触工件。时，刀尖先接触工件。刃倾角对切削刃冲击点的影响第47页/共53页(4)影响切入切出时平稳性影响切入切出时平稳性 s=0 时，切削刃同时切入、切出工作，切削力大，切削有冲击现象时，切削刃同时切入、切出工作，切削力大，切削有冲击现象 s 0 时，切削刃逐渐切入、切出工件，切削平稳。时，切削刃逐渐切入、切出工件，切削平稳。第48页/共53页(5)影响切削分力比值影响切削分力

22、比值以以外外圆圆车车刀刀为为例例，s由由10 变变化化到到-45 时时，Fp增增加加约约一一倍倍，Ff减减少少到到三分之一。三分之一。第49页/共53页(6)影响切削刃工作长度影响切削刃工作长度当当 s绝绝对对值值越越大大时时，ap不不变变，切切削削刃刃工工作作长长度度越越长长，单单位位切切削削刃刃负荷越小，有利于提高刀具耐用度。负荷越小，有利于提高刀具耐用度。第50页/共53页2.s的选择原则的选择原则(1)硬质合金刀具加工一般钢料、铸铁时：硬质合金刀具加工一般钢料、铸铁时：粗加工：粗加工：s=0-5；精加工：精加工：s=0 5；有冲击负荷：有冲击负荷：s=-5-15；(2)加工高强度钢、高

23、锰钢及淬硬钢时：加工高强度钢、高锰钢及淬硬钢时：s=-20-30；(3)工艺系统刚性差：工艺系统刚性差：尽量不用负尽量不用负 s；(4)微量切削：微量切削：s=45 75；(5)金刚石、立方氮化硼等脆性大的刀具：金刚石、立方氮化硼等脆性大的刀具：s=0-5；第51页/共53页注注 意意v应应该该指指出出：刀刀具具各各参参数数之之间间相相互互联联系系又又相相互互影影响响，其其合合理理值值是是不不相相同同的的。改改变变前前角角时时，合合理理后后角角发发生生变变化化。如如切切削削特特别别硬硬的的材材料料如如淬淬硬硬钢钢时时，采采用用负负前前角角，此此时时楔楔角角较较大大，如如果果增增大大后后角角，不不仅仅使使切切削削刃刃易易切切入入工工件件，还可提高刀具耐用度。还可提高刀具耐用度。v任何一个刀具合理几何参数，都应该在多因素的相互联系中确定。任何一个刀具合理几何参数，都应该在多因素的相互联系中确定。不同前角时刀具合理后角不同前角时刀具合理后角第52页/共53页感谢您的欣赏第53页/共53页