金属切削加工的基础知识.ppt

《金属切削加工的基础知识.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属切削加工的基础知识.ppt（101页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、金属切削加工的基金属切削加工的基础知知识第第7 7章章 金属切削加工的基础知识金属切削加工的基础知识 金属切削加工就是利用工件和刀具之间的相对（切金属切削加工就是利用工件和刀具之间的相对（切削）运动，用刀具上的切削刃切除工件上的多余金属层，削）运动，用刀具上的切削刃切除工件上的多余金属层，从而获得具有一定加工质量零件的过程。由此可见，理从而获得具有一定加工质量零件的过程。由此可见，理解零件加工质量的概念；掌握切削运动和金属切削刀具解零件加工质量的概念；掌握切削运动和金属切削刀具的基本知识；认识金属切削过程的基本规律是学习金属的基本知识；认识金属切削过程的基本规律是学习金属切削加工的基本内容。切

2、削加工的基本内容。1 1、加工精度、加工精度 经机械加工后，零件的尺寸、形状、位置等参数的实际数值与设计理经机械加工后，零件的尺寸、形状、位置等参数的实际数值与设计理想值的符合程度称为机械加工精度，简称加工精度。实际值与理想值相想值的符合程度称为机械加工精度，简称加工精度。实际值与理想值相符合的程度越高，即偏差（加工误差）越小，加工精度越高。加工精度包符合的程度越高，即偏差（加工误差）越小，加工精度越高。加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度。零件图上，对被加工件的加工精度要括尺寸精度、形状精度和位置精度。零件图上，对被加工件的加工精度要求常用尺寸公差、形状公差和位置公差来表示。求常用尺寸公

3、差、形状公差和位置公差来表示。一、加工质量一、加工质量 为了保证机电产品的质量，设计时应对零件提出加工质量的要求，为了保证机电产品的质量，设计时应对零件提出加工质量的要求，机械零件的加工质量包括加工精度和表面质量两方面，它们的好坏将机械零件的加工质量包括加工精度和表面质量两方面，它们的好坏将直接影响产品的使用性能、使用寿命、外观质量、生产率和经济性。直接影响产品的使用性能、使用寿命、外观质量、生产率和经济性。（1 1）尺寸精度）尺寸精度是指加工表面本身的尺寸是指加工表面本身的尺寸(如圆柱面的直径如圆柱面的直径)和表面间的尺寸和表面间的尺寸(如孔间如孔间距离等距离等)的精确程度。的精确程度。尺寸

4、精度的高低，用尺寸公差的大小来表示。尺寸精度的高低，用尺寸公差的大小来表示。尺寸公差是尺寸允许的变动量，国家标准尺寸公差是尺寸允许的变动量，国家标准GB/T1800.3-1998GB/T1800.3-1998极限与配极限与配合合中规定，尺寸公差分中规定，尺寸公差分2020个等级，即个等级，即IT01IT01、IT0IT0、IT1IT1、IT2IT18IT2IT18。ITIT后面的数字代表公差等级，数字愈大，公差等级越低，公差值越大，后面的数字代表公差等级，数字愈大，公差等级越低，公差值越大，尺寸精度越低。尺寸精度越低。在零件图上，通常只规定尺寸公差，对要求较高的零件，除了规定尺寸在零件图上，通

5、常只规定尺寸公差，对要求较高的零件，除了规定尺寸公差外公差外,还要规定形状和位置公差。还要规定形状和位置公差。（2 2）形状精度）形状精度 是指零件加工后的表面与理想表面在形状上相接近的程度。是指零件加工后的表面与理想表面在形状上相接近的程度。常用的有直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度和面轮廓度等。常用的有直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度和面轮廓度等。（3 3）位置精度）位置精度 是指零件加工后的表面、轴线或对称平面之间的实际位置与理想位是指零件加工后的表面、轴线或对称平面之间的实际位置与理想位置接近的程度。置接近的程度。常用的有平行度、垂直度、同轴度、对称度等。常用的有平行度、垂直

6、度、同轴度、对称度等。国家标准国家标准GB/T1182-1996GB/T1182-1996形状和位置公差形状和位置公差中规定，形状和位置公差中规定，形状和位置公差共有共有1414个项目，如下页附表所示。个项目，如下页附表所示。形状和位置公差特征项目的名称及符号形状和位置公差特征项目的名称及符号 机械加工精度愈高，加工费用也愈高。每种加工方法在正机械加工精度愈高，加工费用也愈高。每种加工方法在正常条件下所能达到的加工精度范围称为经济精度。常条件下所能达到的加工精度范围称为经济精度。2 2、表面质量、表面质量 主要是指零件加工后的表面粗糙度以及表面层材质的变化。主要是指零件加工后的表面粗糙度以及表

7、面层材质的变化。主要包括：主要包括：表面粗糙度表面粗糙度表面层材质的变化表面层材质的变化（1 1）表面粗糙度）表面粗糙度 表面粗糙度是指在切削加工中，由于刀痕、塑性变形、振动和摩擦表面粗糙度是指在切削加工中，由于刀痕、塑性变形、振动和摩擦等原因，会使加工表面产生微小的峰谷，这些微小峰谷的高低程度等原因，会使加工表面产生微小的峰谷，这些微小峰谷的高低程度和间距状况称为表面粗糙度。和间距状况称为表面粗糙度。表面粗糙度对零件的耐磨性、抗腐蚀性和配合性质等有很大影响。它表面粗糙度对零件的耐磨性、抗腐蚀性和配合性质等有很大影响。它直接影响机器的使用性能和寿命。直接影响机器的使用性能和寿命。国家标准国家标

8、准GB/T1031-1995GB/T1031-1995规定了表面粗糙度的评定参数及其数值。常规定了表面粗糙度的评定参数及其数值。常用的评定表面粗糙度的参数是轮廓算术平均偏差用的评定表面粗糙度的参数是轮廓算术平均偏差RaRa值。值。一般来说，零件的表面粗糙度越小，零件的使用性能越好，寿命也越一般来说，零件的表面粗糙度越小，零件的使用性能越好，寿命也越长，但零件的制造成本也会相应增加。长，但零件的制造成本也会相应增加。（2 2）表面层材质的变化）表面层材质的变化 是指零件加工后在表面层内出现不同于基体材料的力学、冶金、物理是指零件加工后在表面层内出现不同于基体材料的力学、冶金、物理及化学性能的变质

9、层。及化学性能的变质层。具体表现为加工硬化、金相组织变化、残余应力产生、热损伤、疲劳强具体表现为加工硬化、金相组织变化、残余应力产生、热损伤、疲劳强度变化及耐腐蚀性下降等。度变化及耐腐蚀性下降等。在满足零件使用性能要求和后续工序要求的前提下，尽可能选在满足零件使用性能要求和后续工序要求的前提下，尽可能选用较低的精度等级和较大的表面粗糙度值。用较低的精度等级和较大的表面粗糙度值。在确定零件加工精度和表面粗糙度时，总的原则是：在确定零件加工精度和表面粗糙度时，总的原则是：二、切削运动二、切削运动1 1、切削运动、切削运动切削加工时切削加工时,为了获得各种形状的零件为了获得各种形状的零件,刀具与工件

10、必须具有一定的刀具与工件必须具有一定的相对运动相对运动,我们将这种相对运动为切削运动。我们将这种相对运动为切削运动。切削运动按其所起的作用可分为：切削运动按其所起的作用可分为：主运动主运动进给运动进给运动 常见的切削运动常见的切削运动（1 1）主运动）主运动主运动是使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具前面接近工件主运动是使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具前面接近工件实现切削的运动。主运动的特点速度最高，消耗的功率最大。实现切削的运动。主运动的特点速度最高，消耗的功率最大。（2 2）进给运动）进给运动由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件间产生附加的相对运动，由机床或人力提供的运动，它

11、使刀具与工件间产生附加的相对运动，进给运动将使被切金属层不断地投入切削，以加工出具有所需几何进给运动将使被切金属层不断地投入切削，以加工出具有所需几何特性的已加工表面。特性的已加工表面。主运动的运动形式可以是旋转运动，也可以是直线运动；主运动的运动形式可以是旋转运动，也可以是直线运动；主运动可以由工件完成，也可以由刀具完成；主运动可以由工件完成，也可以由刀具完成；主运动和进给运动可以同时进行，也可以间歇进行；主运动和进给运动可以同时进行，也可以间歇进行；主运动通常只有一个，而进给运动的数目可以有一个或几个。主运动通常只有一个，而进给运动的数目可以有一个或几个。（3 3）主运动和进给运动的合成）

12、主运动和进给运动的合成 当主运动和进给运动同时当主运动和进给运动同时进行时，切削刃上某一点进行时，切削刃上某一点相对于工件的运动为合成相对于工件的运动为合成运动，常用合成速度向量运动，常用合成速度向量v ve e来表示，如图所示。来表示，如图所示。2 2、工件表面、工件表面 切削加工过程中，在切削运动的作用下，工件表面一切削加工过程中，在切削运动的作用下，工件表面一层金属不断地被切下来变为切屑，从而加工出所需要的新层金属不断地被切下来变为切屑，从而加工出所需要的新的表面，在新表面形成的过程中，工件上有三个依次变化的表面，在新表面形成的过程中，工件上有三个依次变化着的表面，它们分别是：着的表面，

13、它们分别是：待加工表面待加工表面 即将被切去金属层的表面；即将被切去金属层的表面；切削表面切削表面 切削刃正在切削而形成的表面切削刃正在切削而形成的表面,切削表面又称加工表面或过切削表面又称加工表面或过渡表面；渡表面；已加工表面已加工表面 已经切去多余金属层而形成的已经切去多余金属层而形成的新表面。新表面。3 3、切削用量、切削用量 切削用量是用来表示切削加工中主运动和进给运动参数的数量。切削用量是用来表示切削加工中主运动和进给运动参数的数量。切削用量包括：切削用量包括：切削速度切削速度进给量进给量背吃刀量三个要素。背吃刀量三个要素。（1 1）切削速度）切削速度vcvc 在切削加工时，切削刃选

14、定点相对于工件主运动的瞬时速度称为切在切削加工时，切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度，它表示在单位时间内工件和刀具沿主运动方向相对移动的削速度，它表示在单位时间内工件和刀具沿主运动方向相对移动的距离距离,单位为单位为m/minm/min或或m/sm/s。主运动为旋转运动时主运动为旋转运动时,切削速度切削速度vcvc计算公式为计算公式为:式中式中d d工件直径（工件直径（mmmm）n n工件或刀具每分工件或刀具每分(秒秒)钟转数钟转数(r/min(r/min或或r/s)r/s)主运动为往复运动时主运动为往复运动时,平均切削速度为：平均切削速度为：式中式中L L一往复运动行程长度一

15、往复运动行程长度(mm)(mm)nr nr一主运动每分钟的往复次数一主运动每分钟的往复次数(往复次数往复次数/min)/min)。（2 2）进给量）进给量f f 进给量是刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，可用刀具或进给量是刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述或度量。工件每转或每行程的位移量来表述或度量。车削时进给量的单位是车削时进给量的单位是mm/rmm/r，即工件每转一圈，即工件每转一圈,刀具沿进给运动方向移刀具沿进给运动方向移动的距离。动的距离。刨削等主运动为往复直线运动刨削等主运动为往复直线运动,其间歇进给的进给量为其间歇进给的进给量为mm/

16、mm/双行程，即双行程，即每个往复行程刀具与工件之间的相对横向移动距离。每个往复行程刀具与工件之间的相对横向移动距离。单位时间的进给量，称为进给速度，车削时的进给速度单位时间的进给量，称为进给速度，车削时的进给速度vf vf 计算公式为计算公式为:铣削时，由于铣刀是多齿刀具，进给量单位除铣削时，由于铣刀是多齿刀具，进给量单位除mm/rmm/r外，还规定了每齿进外，还规定了每齿进给量，用给量，用azaz表示，单位是表示，单位是(mm/z)(mm/z)，vfvf、f f、azaz三者之间的关系为：三者之间的关系为：z z为多齿刀具的齿数为多齿刀具的齿数 （3 3）背吃刀量（切削深度）背吃刀量（切削

17、深度）apap 背吃刀量背吃刀量a ap p是指主刀刃工作长度（在基面上的投影）沿垂直于进是指主刀刃工作长度（在基面上的投影）沿垂直于进给运动方向上的投影值。给运动方向上的投影值。对于外圆车削，背吃刀量对于外圆车削，背吃刀量apap等于工件已加工表面和待加工表面之间等于工件已加工表面和待加工表面之间的垂直距离的垂直距离,单位为单位为mm mm。即：。即：式中式中 dw dw待加工表面直径待加工表面直径 dm dm已加工表面直径已加工表面直径三、三、刀具切削部分的几何角度刀具切削部分的几何角度 切削刀具种类很多切削刀具种类很多,如车刀、如车刀、刨刀、铣刀和钻头等。它刨刀、铣刀和钻头等。它们几何形

18、状各异们几何形状各异,复杂程度复杂程度不等，但它们切削部分的不等，但它们切削部分的结构和几何角度都具有许结构和几何角度都具有许多共同的特征，其中车刀多共同的特征，其中车刀是最常用、最简单和最基是最常用、最简单和最基本的切削工具，因而最具本的切削工具，因而最具有代表性。其他刀具都可有代表性。其他刀具都可以看作是车刀的组合或变以看作是车刀的组合或变形。如图所示。形。如图所示。1 1、车刀的组成、车刀的组成 车刀由切削部分、刀柄两部分车刀由切削部分、刀柄两部分组成。切削部分承担切削加工组成。切削部分承担切削加工任务，刀柄用以装夹在机床刀任务，刀柄用以装夹在机床刀架上。切削部分是由一些面、架上。切削部

19、分是由一些面、切削刃组成。我们常用的外圆切削刃组成。我们常用的外圆车刀是由一个刀尖、两条切削车刀是由一个刀尖、两条切削刃、三个刀面组成的。如图所刃、三个刀面组成的。如图所示。示。（1 1）刀面）刀面前刀面前刀面A A 刀具上切屑流过的表面；刀具上切屑流过的表面；后刀面后刀面A A 与工件上切削表面相对的与工件上切削表面相对的刀面；刀面；副后刀面副后刀面A A 与已加工表面相对的刀面。与已加工表面相对的刀面。（2 2）切削刃）切削刃主切削刃主切削刃S S 前刀面与后刀面的交线，承担主前刀面与后刀面的交线，承担主要的切削工作；要的切削工作；副切削刃副切削刃S S 前刀面与副后刀面的交线，承担前刀面

20、与副后刀面的交线，承担少量的切削工作。少量的切削工作。刀尖刀尖 是主、副切削刃相交的一点，实是主、副切削刃相交的一点，实际上该点不可能磨得很尖，而是际上该点不可能磨得很尖，而是由一段折线或微小圆弧组成，微由一段折线或微小圆弧组成，微小圆弧的半径称为刀尖圆弧半径小圆弧的半径称为刀尖圆弧半径,用用rr表示表示,如图所示。如图所示。2 2、刀具几何角度参考系、刀具几何角度参考系 为了便于确定车刀上的几何角度，常选择某一参考系作为了便于确定车刀上的几何角度，常选择某一参考系作为基准，通过测量刀面或切削刃相对于参考系坐标平面的为基准，通过测量刀面或切削刃相对于参考系坐标平面的角度值来反映它们的空间方位。

21、角度值来反映它们的空间方位。刀具几何角度参考系有两类：刀具几何角度参考系有两类：刀具标注角度参考系刀具标注角度参考系刀具工作角度参考系。刀具工作角度参考系。（1 1）刀具标注角度参考系）刀具标注角度参考系 刀具标注角度参考系是刀具设计时标注、刃磨和测量刀具标注角度参考系是刀具设计时标注、刃磨和测量角度的基准。为了使参考系中的坐标平面与刃磨、测量基角度的基准。为了使参考系中的坐标平面与刃磨、测量基准面一致，特别规定了如下假设条件。准面一致，特别规定了如下假设条件。假设运动条件假设运动条件:用主运动向量用主运动向量vcvc近似地代替相对运动合成近似地代替相对运动合成速度向量速度向量ve(ve(即即

22、vf=0)vf=0)。假设安装条件假设安装条件:规定刀杆中心线与进给运动方向垂直；刀规定刀杆中心线与进给运动方向垂直；刀尖与工件中心等高。尖与工件中心等高。1 1）刀具标注角度参考系种类）刀具标注角度参考系种类 根据根据ISO3002/1-1997ISO3002/1-1997标准推荐，刀具标注角度参考系有：标准推荐，刀具标注角度参考系有：正交平面参考系正交平面参考系法平面参考系法平面参考系假定工作平面参考系三种。假定工作平面参考系三种。2 2）正交平面参考系）正交平面参考系正交平面参考系由以下三个平正交平面参考系由以下三个平面组成：面组成：基面基面 Pr Pr：通过切削刃选定点与主运动方通过切

23、削刃选定点与主运动方向垂直的平面。基面与刀具底向垂直的平面。基面与刀具底面平行。面平行。切削平面切削平面 PsPs：通过切削刃选定点与主切削刃通过切削刃选定点与主切削刃相切且垂直于基面相切且垂直于基面PrPr的平面。的平面。主剖面主剖面 PoPo：通过切削刃选定点垂直于基面通过切削刃选定点垂直于基面PrPr和切削平面和切削平面 PsPs的平面。的平面。主切削刃主后刀面前刀面主剖面 PoA切削平面 Ps基面 Pr3 3）法平面参考系）法平面参考系 如图所示，法平面参如图所示，法平面参考系由考系由p pr r、p ps s和法平和法平面面p pn n组成。其中法平组成。其中法平面面p pn n是过

24、切削刃某选是过切削刃某选定点垂直于切削刃的定点垂直于切削刃的平面。平面。4 4）假定工作平面参考系）假定工作平面参考系 如图所示，假定工作平面如图所示，假定工作平面参考系由参考系由p pr r、p pf f和和p pp p组成。组成。假定工作平面假定工作平面pfpf是过切削是过切削刃某选定点平行于假定进刃某选定点平行于假定进给运动并垂直于基面的平给运动并垂直于基面的平面。背平面面。背平面p pp p是过切削刃是过切削刃某选定点既垂直于假定进某选定点既垂直于假定进给运动又垂直于基面的平给运动又垂直于基面的平面。刀具设计时标注、刃面。刀具设计时标注、刃磨、测量角度最常用的是磨、测量角度最常用的是正

25、交平面参考系。正交平面参考系。（2 2）刀具工作角度参考系）刀具工作角度参考系 刀具工作角度参考系是刀具切削工作时角度的基准刀具工作角度参考系是刀具切削工作时角度的基准（不考虑假设条件），在此基准下定义的刀具角度称刀具（不考虑假设条件），在此基准下定义的刀具角度称刀具工作角度。它同样有正交平面参考系、法平面参考系和假工作角度。它同样有正交平面参考系、法平面参考系和假定工作平面参考系。定工作平面参考系。3 3、刀具标注角度定义刀具标注角度定义（1 1）在基面内测量的角度）在基面内测量的角度主偏角主偏角 r r 主切削刃与进给运动方向之间主切削刃与进给运动方向之间的夹角。的夹角。副偏角副偏角 r

26、r 副切削刃与进给运动反方向之副切削刃与进给运动反方向之间的夹角。间的夹角。刀尖角刀尖角 r r 主切削平面与副切削平面间的主切削平面与副切削平面间的夹角。夹角。刀尖角与主偏角和副偏角的关系：刀尖角与主偏角和副偏角的关系：（2 2）在主切削刃正交平面内）在主切削刃正交平面内(O-O)(O-O)测量的角度测量的角度 前角前角 o o 前刀面与基面间的夹角。当前前刀面与基面间的夹角。当前刀面与基面平行时，前角为零。刀面与基面平行时，前角为零。基面在前刀面以内，前角为负。基面在前刀面以内，前角为负。基面在前刀面以外，前角为正。基面在前刀面以外，前角为正。后角后角 o o 后刀面与切削平面间的夹角。后

27、刀面与切削平面间的夹角。楔角楔角 o o 前刀面与后刀面间的夹角。前刀面与后刀面间的夹角。楔角与前角楔角与前角 o o和后角和后角 o o的关的关系如下：系如下：（3 3）在切削平面内）在切削平面内(S(S向向)测量的角度测量的角度 刃倾角刃倾角 s s 主切削刃与基面间的夹角。主切削刃与基面间的夹角。刃倾角正负的规定如图所示。刀尖处于最高点时，刃倾角为正；刀尖处刃倾角正负的规定如图所示。刀尖处于最高点时，刃倾角为正；刀尖处于最低点时，刃倾角为负；切削刃平行于底面时，刃倾角为零。于最低点时，刃倾角为负；切削刃平行于底面时，刃倾角为零。（4 4）在副切削刃正交平面内（）在副切削刃正交平面内（O-

28、OO-O）测量的角度）测量的角度 副后角副后角 oo：副后刀面与副切削刃切削平面间的夹角。副后刀面与副切削刃切削平面间的夹角。4 4、刀具工作角度、刀具工作角度 切削过程中，由于刀具的安装位置、刀具于工件间相对运动情况的切削过程中，由于刀具的安装位置、刀具于工件间相对运动情况的变化，实际起作用的角度与标注角度有所不同，我们称这些角度为变化，实际起作用的角度与标注角度有所不同，我们称这些角度为工作角度。工作角度。现在仅就刀具安装位置对角度的影响叙述如下。现在仅就刀具安装位置对角度的影响叙述如下。（1 1）刀柄中心线与进给方向不垂直时对主、副偏角的影响）刀柄中心线与进给方向不垂直时对主、副偏角的影

29、响 当车刀刀柄与进给方向不垂直时，主偏角和副偏角将发生变化，如图所示。当车刀刀柄与进给方向不垂直时，主偏角和副偏角将发生变化，如图所示。（2 2）切削刃安装高于或低于工件中心时，对前角、后角的影响）切削刃安装高于或低于工件中心时，对前角、后角的影响 切削刃安装高于或低于工件中心时，按辅助平面定义，通过切削刃作出的切削刃安装高于或低于工件中心时，按辅助平面定义，通过切削刃作出的切削平面、基面将发生变化，所以使刀具角度也随着发生变化，如图所示。切削平面、基面将发生变化，所以使刀具角度也随着发生变化，如图所示。切削刃安装高于工件中心时：切削刃安装高于工件中心时：切削刃安装低于工件中心时：切削刃安装低

30、于工件中心时：5 5、切削层参数、切削层参数 切削层是刀具切削部分切过工件的一个单程所切除的工件材料层。切削层是刀具切削部分切过工件的一个单程所切除的工件材料层。切削层参数就是指这个切削层的截面尺寸。切削层参数就是指这个切削层的截面尺寸。为了简化计算，切削层形状、尺寸规定在刀具的基面中度量，切削层为了简化计算，切削层形状、尺寸规定在刀具的基面中度量，切削层的形状和尺寸将直接影响刀具切削部分所承受的负荷和切屑的尺寸大的形状和尺寸将直接影响刀具切削部分所承受的负荷和切屑的尺寸大小。小。通常在基面通常在基面PrPr内度量。内度量。如所示，车外圆时，当主、副切削刃为直线，且如所示，车外圆时，当主、副切

31、削刃为直线，且 s=0s=0，切削层就是车刀由位，切削层就是车刀由位置置移动到位置移动到位置即一个即一个f f距离，刀具正在切削的那层金属层，可见，切削距离，刀具正在切削的那层金属层，可见，切削层的形状是平行四边形。层的形状是平行四边形。hDf fap apbD r切削层公称厚度切削层公称厚度h hD D 简称切削厚度，是垂直于切削表简称切削厚度，是垂直于切削表面度量的切削层尺寸。面度量的切削层尺寸。hD fsinr切削层公称宽度切削层公称宽度b bD D 简称切削宽度，是沿切削表面度简称切削宽度，是沿切削表面度量的切削层尺寸。量的切削层尺寸。bD ap/sinr切削层公称横截面积切削层公称横

32、截面积A AD D（1 1）刀具材料应当具备的性能）刀具材料应当具备的性能 刀具切削部分的材料应具备以下基本条件：刀具切削部分的材料应具备以下基本条件：高硬度：高硬度：常温硬度应在常温硬度应在HRC60HRC60以上。以上。耐磨性：耐磨性：耐磨性耐磨性是硬度、组织及化学性能等的综合反映。是硬度、组织及化学性能等的综合反映。强度和韧性：强度和韧性：为了承受切削力、冲击和振动，刀具材料应具有足为了承受切削力、冲击和振动，刀具材料应具有足够的强度和韧性。够的强度和韧性。耐热性：耐热性：高温硬度、强度、耐磨性，抗氧化性、抗扩散粘结性等，高温硬度、强度、耐磨性，抗氧化性、抗扩散粘结性等，是衡量刀具材料综

33、合切削性能的主要指标。是衡量刀具材料综合切削性能的主要指标。工艺性：工艺性：为了便于刀具制造，包括锻、轧、焊接、切削加工、可为了便于刀具制造，包括锻、轧、焊接、切削加工、可磨削性和热处理特性等。磨削性和热处理特性等。四、刀具材料四、刀具材料（2 2）常用刀具材料性能特征常用刀具材料性能特征刀具材料刀具材料性能特征性能特征刀具种类刀具种类适用工件材料适用工件材料适用加工条件适用加工条件碳素工具钢碳素工具钢Tl0ATl0A、T12AT12AHRC61-65,HRC61-65,高温强度低、高温强度低、淬火时易裂、变形。淬火时易裂、变形。丝锥、锉刀、锯丝锥、锉刀、锯条、小钻头条、小钻头低强度、软材料、

34、有低强度、软材料、有色金属及塑性材料色金属及塑性材料简单手动工具简单手动工具合金工具钢合金工具钢9SiCr,CrWMn9SiCr,CrWMnHRC 61-65,HRC 61-65,高温强度度高温强度度比碳素钢稍好。比碳素钢稍好。拉刀、绞刀、钻拉刀、绞刀、钻头头同上同上热处理变形小热处理变形小的低速工具的低速工具高速钢高速钢HRC 61-65,HRC 61-65,能耐能耐600C600C高温，热硬性尚好高温，热硬性尚好,耐磨耐磨性稍好。性稍好。钻头、铣刀、齿钻头、铣刀、齿轮刀具（低、中轮刀具（低、中速）速）低、中强度和硬度的低、中强度和硬度的材料材料复杂刀具复杂刀具硬质合金硬质合金HRC 74-

35、81,HRC 74-81,能耐能耐1000 1000 CC高温，热硬性好高温，热硬性好,耐耐磨性好。磨性好。车、铣、拉、刨车、铣、拉、刨钻头、绞刀（中钻头、绞刀（中高速）高速）中等以上强度和硬度中等以上强度和硬度的材料的材料各种刀具各种刀具陶瓷材料陶瓷材料HRA 91-95 HRA 91-95，热硬性好，热硬性好，抗弯性差，易碎。抗弯性差，易碎。车刀（高速）车刀（高速）各种材料各种材料不可断续切削不可断续切削立方氮化硼立方氮化硼HV 73-9000 HV 73-9000，热硬性高，热硬性高，可耐可耐1500C1500C，与铁素的，与铁素的亲和力小。亲和力小。车刀、铣刀（中车刀、铣刀（中高速）高

36、速）淬硬合金钢、高速钢、淬硬合金钢、高速钢、淬硬、冷硬铸铁、纯淬硬、冷硬铸铁、纯镍高温合金镍高温合金用于连续切削、用于连续切削、避免冲击振动避免冲击振动人造金刚石人造金刚石1000HV1000HV，热硬性好。，热硬性好。车刀、铣刀、砂车刀、铣刀、砂轮等轮等硬质合金、陶瓷、玻硬质合金、陶瓷、玻璃、有色金属及合金璃、有色金属及合金不易加工的铁族不易加工的铁族金属金属1 1）高速钢）高速钢 特点：特点：具有较高的强度、韧性和耐磨性具有较高的强度、韧性和耐磨性 耐热性为耐热性为540C540C600C600C 工艺性能较好，容易磨出锋利的刃口工艺性能较好，容易磨出锋利的刃口 硬度和耐热性不如硬质合金，

37、但刀具的刃口强度和韧性比硬硬度和耐热性不如硬质合金，但刀具的刃口强度和韧性比硬 质合金高，能承受较大的冲击载荷。质合金高，能承受较大的冲击载荷。适用范围：适用范围：结构复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、铰刀、拉结构复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、铰刀、拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具等。刀、齿轮刀具、螺纹刀具等。牌号：牌号：通用高速钢：通用高速钢：钨系钨系 W18Cr4VW18Cr4V 钼系钼系 W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2 主要用于一般材料的常规加工，速度不高于主要用于一般材料的常规加工，速度不高于50m/min.50m/min.高性能高速钢：高性能高速钢：高钒高速钢高钒高速钢 W

38、12Cr4V4Mo W12Cr4V4Mo 高钴高速钢高钴高速钢 W2Mo9Cr4VCo8 W2Mo9Cr4VCo8 高铝高速钢高铝高速钢 W6Mo5Cr4V2Al W6Mo5Cr4V2Al 主要用于难加工材料的加工，加工普通材料可达主要用于难加工材料的加工，加工普通材料可达90m/min.90m/min.2 2）硬质合金）硬质合金特点：特点：硬度较高，常温下可达硬度较高，常温下可达747481HRC81HRC，它的耐磨性较好它的耐磨性较好 耐热性较高，能耐耐热性较高，能耐80080010001000 C C的高温的高温 抗弯强度和冲击韧度比高速钢低抗弯强度和冲击韧度比高速钢低 刃口不能磨得象高

39、速钢刀具那样锋利。刃口不能磨得象高速钢刀具那样锋利。适用范围：适用范围：结构简单的刀具，如车刀、铣刀、刨刀等。结构简单的刀具，如车刀、铣刀、刨刀等。YG(K)YG(K)类类 YT(P)YT(P)类类 YW(M)YW(M)类类 WC+Co WC+Co WC+TiCWC+TiC+Co CoWC+TiCWC+TiC+TaC+Co TaC+Co 短切屑黑色金属（铸铁）有色短切屑黑色金属（铸铁）有色金属非金属钢材等金属非金属钢材等加工长切屑的黑色金属（钢材）加工长切屑的黑色金属（钢材）钢材、铸铁有色金属非金属钢材、铸铁有色金属非金属牌号：牌号：五、金属切削过程五、金属切削过程 金属切削过程是指工件上一层

40、多余的金属被刀具切除的过程和金属切削过程是指工件上一层多余的金属被刀具切除的过程和已加工表面的形成的过程。已加工表面的形成的过程。在这个过程中始终存在着刀具与工件（金属材料）之间切削和抗切削的在这个过程中始终存在着刀具与工件（金属材料）之间切削和抗切削的矛盾，并产生一系列重要现象。如形成切屑、切削力、切削热与切削温矛盾，并产生一系列重要现象。如形成切屑、切削力、切削热与切削温度及刀具的磨损等。度及刀具的磨损等。在对金属切削过程进行实在对金属切削过程进行实验研究时，常用的切削模验研究时，常用的切削模型是直角自由切削，所谓型是直角自由切削，所谓自由切削就是只有一个直自由切削就是只有一个直线切削刃参

41、加切削，如图线切削刃参加切削，如图所示。所示。1 1、切屑的形成过程、切屑的形成过程 实验研究表明，金属切削与非金属切削不同，金属切实验研究表明，金属切削与非金属切削不同，金属切削的特点是被切金属层在刀具的挤压、摩擦作用下产削的特点是被切金属层在刀具的挤压、摩擦作用下产生变形以后转变为切屑和形成已加工表面。生变形以后转变为切屑和形成已加工表面。正正挤挤压压：金金属属材材料料受受挤挤压压时时，最最大大剪剪应应力力方方向向与与作作用力方向约成用力方向约成4545偏偏挤挤压压：金金属属材材料料一一部部分分受受挤挤压压时时，金金属属只只能能沿沿OMOM线滑移。线滑移。切切削削：与与偏偏挤挤压压情情况况

42、类类似似。弹弹性性变变形形剪剪切切应应力力增增大大，达达到到屈屈服服点点产产生生塑塑性性变变形形，沿沿OMOM线线滑滑移移剪剪切切应应力力与与滑滑移移量量继继续续增增大大，达达到到断断裂裂强强度度切切屑屑与母体脱离。与母体脱离。FABOM45a a）正挤压）正挤压FABOM45b b）偏挤压）偏挤压OMFc c）切削）切削（1 1）变形区的划分）变形区的划分根据金属切削实验绘制的金属切削过程中的变形滑移线和流线，通常把被根据金属切削实验绘制的金属切削过程中的变形滑移线和流线，通常把被切削刃作用的金属层划分为三个变形区：切削刃作用的金属层划分为三个变形区：第第I I变形区位于切削刃和前刀面的前变

43、形区位于切削刃和前刀面的前方，面积是三个变形区中最大的，为方，面积是三个变形区中最大的，为主变形区；主变形区；第第IIII变形区是与前刀面相接触的附变形区是与前刀面相接触的附近区域，切屑沿前刀面流出时，受到近区域，切屑沿前刀面流出时，受到前刀面的挤压和摩擦，靠近前刀面的前刀面的挤压和摩擦，靠近前刀面的切屑底层会进一步发生变形；切屑底层会进一步发生变形；第第IIIIII变形区是已加工表面靠近切削变形区是已加工表面靠近切削刃处的区域，这一区域金属受到切削刃处的区域，这一区域金属受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压、摩擦与刃钝圆部分和后刀面的挤压、摩擦与回弹，发生变形造成加工硬化。回弹，发生变形造成加工

44、硬化。教学录像：金属切削变形过程教学录像：金属切削变形过程（2 2）第）第I I变形区变形区 主要特征：主要特征：剪切滑移变形剪切滑移变形,加工硬化、形成切屑加工硬化、形成切屑终剪切终剪切面面始剪切始剪切面面1 1）切屑类型）切屑类型由于工件材料和切削条件的不同，切屑过程中的变形情况也不同，因而产由于工件材料和切削条件的不同，切屑过程中的变形情况也不同，因而产生的切屑形状也不同，从变形的观点来看，可将切屑的形状分为四种类型。生的切屑形状也不同，从变形的观点来看，可将切屑的形状分为四种类型。带状切屑：带状切屑：通常在加工塑性金属通常在加工塑性金属材料、切削厚度较小、切削速度材料、切削厚度较小、切

45、削速度较高、刀具前角较大的情况下获较高、刀具前角较大的情况下获得。形成带状切屑时，材料没有得。形成带状切屑时，材料没有充分变形。因此切削中产生的力充分变形。因此切削中产生的力和热均较小，切削平稳，已加工和热均较小，切削平稳，已加工表面粗糙度低。表面粗糙度低。教学录像教学录像节节状状（挤挤裂裂）切切屑屑：在在加加工工较较硬硬的的塑塑性性金金属属材材料料且且所所用用的的切切削削速速度度较较低低、切切削削厚厚度度较较大大、刀刀具具前前角角较较大大的的情情况况下下产产生生。这这是是由由于于材材料料在在剪剪切切滑滑移移过过程程中中滑滑移移量量较较大大，由由滑滑移移变变形形所所产产生生的的加加工工硬硬化化

46、使使剪剪切切应应力力增增大大，在在局局部部地地方方达达到到了了材材料料的的断断裂裂强强度度所所引引起起的的。因因此此切切削削力力波波动较大，已加工表面粗糙度较大。动较大，已加工表面粗糙度较大。教学录像教学录像粒状（单元）切屑：粒状（单元）切屑：切屑沿剪切切屑沿剪切面完全断开，因而呈单元状。当面完全断开，因而呈单元状。当切削塑性较差的材料，在切削速切削塑性较差的材料，在切削速度极低时，会产生这种切屑。度极低时，会产生这种切屑。崩碎切屑：崩碎切屑：在加工铸铁、青铜等在加工铸铁、青铜等脆性材料时，易形成崩碎切屑。脆性材料时，易形成崩碎切屑。产生崩碎切屑时，切削热和切削产生崩碎切屑时，切削热和切削力都

47、集中在主切削刃和刀尖附近，力都集中在主切削刃和刀尖附近，刀尖易磨损，容易产生振动，影刀尖易磨损，容易产生振动，影响工件表面质量。工件材料愈硬响工件表面质量。工件材料愈硬脆，刀具前角愈小，切削厚度愈脆，刀具前角愈小，切削厚度愈大，愈易形成这类切屑。大，愈易形成这类切屑。教学录像教学录像切脆性材料切脆性材料不平稳不平稳,表面粗糙表面粗糙带状切屑带状切屑 挤裂切屑挤裂切屑 粒粒(节节)状切屑状切屑 崩碎切屑崩碎切屑 加工塑性材料加工塑性材料切塑性材料：切塑性材料：带状切屑带状切屑 挤裂切屑挤裂切屑 粒状切屑粒状切屑0v hD0 v hD0 v hD0v hD切削不平稳，力波动大切削不平稳，力波动大加

48、工表面粗糙加工表面粗糙切削平稳，力波动小切削平稳，力波动小加工面光洁，断屑难加工面光洁，断屑难 滑移量较大，局部滑移量较大，局部剪应力达断裂强度剪应力达断裂强度2 2）变形系数）变形系数切削过程中，切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本不变。切削过程中，切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本不变。可用其表示切削层变的变形程度。根据体积不变原理，变形系数可用其表示切削层变的变形程度。根据体积不变原理，变形系数hh可用下可用下式表示：式表示：式中式中L LD D切削层的长度切削层的长度 L LDhDh切屑的长度切屑的长度 h hDhDh切屑的厚度切屑的厚度 h hD D 切削层

49、的厚度切削层的厚度LDhhDhDhLD切屑与切削层尺寸切屑与切削层尺寸（3 3）第）第IIII变形区变形区 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。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。被切削层金属经过终滑移线被切削层金属经过终滑移线OMOM形成切形成切屑沿前刀面流出时，切屑底层仍受到屑沿前刀面流出时，切屑底层仍受到刀具的挤压和接触面之间强烈的摩擦，刀具的挤压和接触面之间强烈的摩擦，继续以剪切滑移为主的方式变形，其继续以剪切滑移为主的方式变形，其切屑底层的变形程度比切屑上层剧烈，切屑底层的变形程度比切屑上层剧烈，从而使切屑底层晶粒弯曲拉长，在摩从而使切屑底层晶粒弯

50、曲拉长，在摩擦阻力的作用下，这部分切屑流动速擦阻力的作用下，这部分切屑流动速度减慢，称为滞流层。度减慢，称为滞流层。积屑瘤：积屑瘤：在切削速度不高而又能形成连续性切屑的情况下，加工一般钢料或其它塑性在切削速度不高而又能形成连续性切屑的情况下，加工一般钢料或其它塑性材料时，常常在刀具前刀面切削处粘着一块剖面呈三角状的硬块如图所示，材料时，常常在刀具前刀面切削处粘着一块剖面呈三角状的硬块如图所示，这块冷焊在前刀面上的金属就称为积屑瘤。这块冷焊在前刀面上的金属就称为积屑瘤。积屑瘤的硬度很高，通常是工件材料的积屑瘤的硬度很高，通常是工件材料的2 23 3倍，当它处于比较稳定的状态时，能倍，当它处于比较