金属切削加工的基础知识.pptx

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1、22-3月-23机械制造基础1本章的学习要求(1)掌握切削运动、加工表面、切削用量及切削层参数概念和分析方法；(2)掌握刀具刀具角度和工作角度的概念、合理选择刀具角度，常用刀具材料的性质与选用；(3)掌握切削过程中的物理现象及其对加工过程的影响；(4)掌握切削液的作用，合理选用切削液。重点和难点：刀具角度和切削过程中的物理现象切切削削加加工工基基础础知知识识第1页/共43页22-3月-23机械制造基础2切切削削运运动动及及切切削削要要素素1.1 1.1 切削加工的运动分析及切削要素切削加工的运动分析及切削要素回转体表面：是以直线为母线作旋转运动所形成的表面；成型方法：车削、钻孔、扩孔、镗孔、铰

2、孔、内外圆磨削等。平面：是以直线为母线作直线运动形成的表面；成型方法：铣削、刨削、平面磨削等。曲面：是以曲线为母线作旋转或平移所形成的表面；成型方法：铣削、成形磨削、数控铣削、电火花加工、激光加工等。第2页/共43页22-3月-23机械制造基础3l分类：1）主运动：切除切屑所需的基本运动。3个特点：速度最快；消耗功率最大；唯一性。l概念：刀具与工件间的相对运动，以切除多余的金属2）进给运动：使金属层不断投入被切削的运动。3个特点：速度较慢；消耗功率较小；可以为一个或多个。3）其它运动：吃刀运动分度运动切切削削运运动动及及切切削削要要素素第3页/共43页22-3月-23机械制造基础4常见机床的切

3、削运动机床名称机床名称机床名称机床名称主运动主运动主运动主运动进给运动进给运动进给运动进给运动卧式车床卧式车床卧式车床卧式车床工件旋转工件旋转工件旋转工件旋转车刀纵向、横向移动车刀纵向、横向移动车刀纵向、横向移动车刀纵向、横向移动切切削削运运动动及及切切削削要要素素钻床钻床钻床钻床钻头旋转钻头旋转钻头旋转钻头旋转钻头轴向移动钻头轴向移动钻头轴向移动钻头轴向移动铣床铣床铣床铣床铣刀旋转铣刀旋转铣刀旋转铣刀旋转工件纵向、横向、垂直方向移动工件纵向、横向、垂直方向移动工件纵向、横向、垂直方向移动工件纵向、横向、垂直方向移动牛头刨床牛头刨床牛头刨床牛头刨床刨刀往复刨刀往复刨刀往复刨刀往复工件横向、垂直

4、方向间隙移动工件横向、垂直方向间隙移动工件横向、垂直方向间隙移动工件横向、垂直方向间隙移动外圆磨床外圆磨床外圆磨床外圆磨床砂轮旋转砂轮旋转砂轮旋转砂轮旋转 工件旋转、工件往复或砂轮横向移动工件旋转、工件往复或砂轮横向移动工件旋转、工件往复或砂轮横向移动工件旋转、工件往复或砂轮横向移动平面磨床平面磨床平面磨床平面磨床砂轮旋转砂轮旋转砂轮旋转砂轮旋转 工件往复移动，砂轮横向、垂直移动工件往复移动，砂轮横向、垂直移动工件往复移动，砂轮横向、垂直移动工件往复移动，砂轮横向、垂直移动镗床镗床镗床镗床镗刀旋转镗刀旋转镗刀旋转镗刀旋转镗刀轴向移动、工件轴向移动镗刀轴向移动、工件轴向移动镗刀轴向移动、工件轴向

5、移动镗刀轴向移动、工件轴向移动龙门刨床龙门刨床龙门刨床龙门刨床工件往复工件往复工件往复工件往复刨刀横向、垂直方向间隙移动刨刀横向、垂直方向间隙移动刨刀横向、垂直方向间隙移动刨刀横向、垂直方向间隙移动第4页/共43页22-3月-23机械制造基础5正在加工的工件表面，根据其所处的状态分为：正在加工的工件表面，根据其所处的状态分为：已加工表面已加工表面：已经加工完成的表面。：已经加工完成的表面。加工表面（过渡表面）加工表面（过渡表面）：切削刀具正在进行切削：切削刀具正在进行切削加工的表面。加工的表面。待加工表面待加工表面：即将进入切削加工的表面。：即将进入切削加工的表面。l l加工表面切切削削运运动

6、动及及切切削削要要素素第5页/共43页22-3月-23机械制造基础6切切削削运运动动及及切切削削要要素素第6页/共43页22-3月-23机械制造基础7l切削用量三要素：切削速度vc:主运动的线速度(mm/min)圆周运动：Vc=Dnw直线往复：Vc=2Lnr进给量：刀具相对工件沿进给方向移动的距离。1）（周期）进给量f(mm/r)：主运动一个循环2）进给速度vf(mm/min)：单位时间内3）每齿进给量af(mm/z)：刀具每个刀齿切切削削运运动动及及切切削削要要素素背吃刀量（切削深度）ap(mm):已加工表面与待加工表面间的距离。补充定义：在垂直于进给运动方向上测量的主切削刃切入工件的深度。

7、第7页/共43页22-3月-23机械制造基础8切削层：主运动一个周期，相邻两加工表面（切削刃）之间的材料截面。l l切削层尺寸平面要素l切削层公称厚度hD（老标准ac）：hD=f sinKrl切削层公称宽度bD（老标准aw）:bD=ap/sinKrl切削层公称截面积AD：AD=ap f=bD hDl残留面积AD残留面积高度：H=f/(ctgKr+ctgKr)r=0H=f2/8rr0切切削削运运动动及及切切削削要要素素第8页/共43页22-3月-23机械制造基础9切切削削运运动动及及切切削削要要素素r=0时，在ABD和ACD中BD=HctgKrDC=HctgKrBD+DC=fH(ctgKr+ct

8、gKr)=f残留面积高度：H=f/(ctgKr+ctgKr)第9页/共43页22-3月-23机械制造基础10切切削削运运动动及及切切削削要要素素r0时 H=BD=BE-DEH=BD=BE-DE移项后两边平方,并忽略H2(Hr)：残留面积高度：H=f2/8r第10页/共43页22-3月-23机械制造基础11金金属属切切削削刀刀具具l刀具结构及其几何形状1.2金属切削刀具刀具分类：按工种：车刀、铣刀、刨刀、滚刀等。按功能：车刀、切断刀、螺纹刀、偏刀、尖刀、镗孔刀、成形刀等。结构形式：整体式、焊接式、机械安装式（压板压紧）前刀面Ar主切削刃S主后面Aa刀尖副后面Aa副切削刃Sl 切削部分组成第11页

9、/共43页22-3月-23机械制造基础12l l刀具的静止参考系（PrPsPo系正交平面参照系）（1）静止参照系的假设条件：假定运动条件：进给量f=0假定安装条件：刀尖与工件回转中心等高；刀杆方向与进给方向垂直。（2）辅助平面：切削平面Ps：过切削刃上一点，与加工表面相切的平面。基面Pr：过切削刃上同一点，与切削速度相垂直的平面。正交平面Po（主剖面）：过切削刃上同一点，与切削平和基面相垂直的平面。金金属属切切削削刀刀具具第12页/共43页22-3月-23机械制造基础13前角的作用：前角切屑变形切削力刃口强度前刀面磨损导热体积刀具前角的选用：加工塑性材料选大前角加工脆性材料、断续切削选小前角加

10、工硬材料选用负前角刀具的标注角度是指静止状态下，在工程图上标注的刀具角度。（下面以车刀为例介绍刀具的标注角度）1.刀具标注前角0：在正交平面内测量的，前刀面与基面的夹角。前角的标注：l刀具标角度的定义金金属属切切削削刀刀具具第13页/共43页22-3月-23机械制造基础14在正交平面内测量的，后刀面与切削面的夹角。后角的标注：后角的作用：后角后刀面与加工表面间的摩擦后刀面磨损刃口强度导热体积刀具后角的选用：粗加工选小后角精加工选大后角选大前角时选小后角以增大刃口强度2.刀具标注注后角0：金金属属切切削削刀刀具具第14页/共43页22-3月-23机械制造基础15主偏角的作用：主偏角切削刃工作长度

11、刀尖强度导热体积径向分力刀具主偏角的选用：一般为3075加工细长工件采用9093副偏角的作用：副偏角副后面与工件已加工表面摩擦刀尖强度表面粗糙度刀具副偏角的选用：一般为520特殊要求可采用Kr=0的修光刃在基面内测量的，主切削刃与进给方向的夹角。4.副偏角Kr：在基面内测量的，副切削刃与进给反方向的夹角。主偏角和副偏角的标注：3.主偏角Kr：金金属属切切削削刀刀具具第15页/共43页22-3月-23机械制造基础16刀具刃倾角的选用：精加工取S0粗加工取S0加工细长工件采用S0刃倾角的作用：（1）影响排屑方向：S0排向待加工表面；S0排向已加工表面；S=0前刀面上卷曲在切削平面内测量的，主切削刃

12、与基面的夹角。刃倾角的标注：5.刃倾角S：（2）影响切入切出的稳定性（3）影响背向分力大小金金属属切切削削刀刀具具第16页/共43页22-3月-23机械制造基础171）粗加工塑性材料时，选择大前角0，小后角0，小主偏角Kr，较小或负的刃倾角s；加工脆性材料时可适当减小前角0；加工高硬度难加工材料时，采用负前角(00)。2）精加工时，一般选择较大后角0，较小的前角0，非负的刃倾角（s0），加工细长轴时选择大主偏角Kr。l刀具角度的选择原则：金金属属切切削削刀刀具具第17页/共43页22-3月-23机械制造基础18例题：下图为外圆车削示意图，在图上标注：下图为外圆车削示意图，在图上标注：（1 1）

13、主运动、进给运动和背吃刀量；）主运动、进给运动和背吃刀量；（22）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；（3 3）基面、主剖面和切削平面；）基面、主剖面和切削平面；（4 4）刀具角度）刀具角度 0 01515、0 06 6、K Kr r5555、K Kr r 4545、s s1010 。金金属属切切削削刀刀具具第18页/共43页22-3月-23机械制造基础19金金属属切切削削刀刀具具第19页/共43页22-3月-23机械制造基础20金金属属切切削削刀刀具具第20页/共43页22-3月-23机械制造基础21金金属属切切削削刀刀具具第21页/共43页

14、22-3月-23机械制造基础22刀具工作角度通常情况下 工作角与标注角近似相等。如普通车削、镗孔、铣削等。当 较大时或安装误差较大时必须考虑其影响。如：车螺纹、铲背、钻孔等。刀具的安装条件变化也引起了参考系的变化。1.刀具工作参考系（PrePsePoe）刀具工作角度又称刀具切削角度：刀具实际切削条件下的实际角度。工作参考系与静止参考系的差别：工作条件下，合成切削速度为主运动与进给运动的合成速度；而静止条件下合成速度与切削速度是一致的。金金属属切切削削刀刀具具第22页/共43页22-3月-23机械制造基础23（3）刀杆中心线与进给方向不垂直时工作角度变化（2）刀尖安装高低对工作角度的影响车外圆刀

15、尖安装偏高（低）：工作前角增大（小），工作后角减小（大）；镗内孔刀尖安装偏高（低）：工作前角减小（大），工作后角增大（小）。对工作角度的影响（1）进给对工作角度的影响横向进给：纵向进给：0e=0+0e=0-工作前角增大，工作后角减小。金金属属切切削削刀刀具具第23页/共43页22-3月-23机械制造基础24l刀具材料的基本性能高硬度高耐热性足够的强度和韧性高耐磨性良好的工艺性五个基本性能相互联系，又相互制约，应根据具体加工条件，抓主要性能，兼顾其它。金金属属切切削削刀刀具具第24页/共43页22-3月-23机械制造基础25l l常用刀具材料的种类及应用类型类型类型类型硬硬硬硬度度度度强强强强度

16、度度度韧韧韧韧性性性性耐耐耐耐热热热热耐耐耐耐磨磨磨磨工艺工艺工艺工艺应用应用应用应用工工工工具具具具钢钢钢钢碳素工具钢碳素工具钢碳素工具钢碳素工具钢低低低低高高高高高高高高低低低低好好好好差差差差低低低低高高高高差差差差好好好好切削加切削加切削加切削加工、热工、热工、热工、热处理、处理、处理、处理、刃磨刃磨刃磨刃磨手动工具手动工具手动工具手动工具合金工具钢合金工具钢合金工具钢合金工具钢低速工具低速工具低速工具低速工具高速钢高速钢高速钢高速钢复杂刀具复杂刀具复杂刀具复杂刀具硬硬硬硬质质质质合合合合金金金金钨钴类钨钴类钨钴类钨钴类(YG)KYG)K粉末冶粉末冶粉末冶粉末冶金烧结金烧结金烧结金烧结

17、刃磨刃磨刃磨刃磨脆性金属脆性金属脆性金属脆性金属通用类通用类通用类通用类(YW)MYW)M通用通用通用通用钨钛钴钨钛钴钨钛钴钨钛钴(YT)PYT)P塑性金属塑性金属塑性金属塑性金属非非非非金金金金属属属属陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷烧结烧结烧结烧结连续切塑连续切塑连续切塑连续切塑性材料性材料性材料性材料立方氮化硼立方氮化硼立方氮化硼立方氮化硼结晶结晶结晶结晶精密加工精密加工精密加工精密加工金刚石金刚石金刚石金刚石结晶结晶结晶结晶精密加工精密加工精密加工精密加工金金属属切切削削刀刀具具第25页/共43页22-3月-23机械制造基础261.3切削过程中的物理现象l切屑的形成：推挤作用切割作用崩碎切屑：不规则屑

18、片，较低vc，较大ap，f加工脆性金属时产生。l切屑的种类（不考虑刀具断屑等因素的影响）带状切屑：上表面毛茸状，下表面光滑的连续切屑，大0，高vc，小ap，f加工塑性金属时产生。节状（挤裂）切屑：上表面锯齿状，下表面光滑的连续切屑，较低vc，较大ap，f加工中等硬度塑性金属时产生。粒状（单元）切屑：菱形单元分离体，较低vc，较大ap，f加工硬度较高塑性较差金属时产生。金金属属切切削削过过程程第26页/共43页22-3月-23机械制造基础27l l切屑变形（1）第I变形区（剪切区、塑性变形区）：从开始发生塑性变形到晶粒剪切滑移基本完成。切屑收缩现象：变形系数越大，切削变形越大，切削力越大，消耗功

19、率越大，切削温度越高，加工表面质量越差。金金属属切切削削过过程程第27页/共43页22-3月-23机械制造基础28滞流现象:切削塑性金属时，由于切屑底层与刀具的挤压和摩擦，切屑底层金属流速减缓的现象。积屑瘤：在一定温度、压力条件下，滞流层与前刀面之间的摩擦力大于切屑底层内部晶粒的间的亲和力，滞流层部分金属粘结在前刀面切屑刃附近，形成的一块硬的金属层（由于塑性变形，硬比度比工件材料高23倍）（2）第II变形区（摩擦区）金金属属切切削削过过程程第28页/共43页22-3月-23机械制造基础29n形成条件：中低速切削塑性金属n冷焊现象：挤压与摩擦产生高温高压，同时摩擦带走杂质，刀具表面与切屑表面新鲜

20、金属粒子间的亲合力和摩擦力之和大于切屑材料内部粒子间的亲合力，就会从切屑上撕下一小块金属粘接在前刀面上，形成积屑瘤。n特性：无有小大脱落周期性n对切削过程的影响：保护刀刃；使工作前角增大，切削刀减小；切削平稳性差；影响加工精度和表面粗糙度。（2）第II变形区（摩擦区）金金属属切切削削过过程程第29页/共43页22-3月-23机械制造基础30变形强化（加工硬化）成因：1）挤压塑性变形2）表面相变对加工过程的影响：影响后续加工影响加工表面质量产生残余应力消除变形强化的措施：通过热处理降低材料塑性；采用切削液；加工后通过热处理消除变形强化。（3）第III变形区（挤压区）金金属属切切削削过过程程第30

21、页/共43页22-3月-23机械制造基础31l切削力的来源与分解（1）切削力的来源：变形抗力和摩擦阻切削力是所有切削力的合力，为空间交变力。（2）切削力的几何分力（车削外圆为例）主切削力Fc（主运动方向上的正投影（分力）进给力Ff（进给方向上的正投影（分力）背向力Fp（垂直于工作平面上的分力）金金属属切切削削过过程程第31页/共43页22-3月-23机械制造基础32l切削力估算与切削功率（1）Fc=kcAD=kcapf其中；kc为单位切削力，同一材料，在一定切削条件下kc是不变的，可测定（2）切削功率Pc=FcVc金金属属切切削削过过程程第32页/共43页22-3月-23机械制造基础33l影响

22、切削力的因素：（1）工件材料：材料成分、组织和力削性能是影响切削力的主要因素。强度、硬度、塑性、韧性越大切削力越大；（2）切削用量：影响最大的是ap，其次是f，切削速度c最小，Fc与c是1：1，f影响7080%，c影响积屑瘤的存在，有积屑瘤时F明显减小。（3）刀具几何角度：0增大，刃口锋利、切削变形小，摩擦小，切削力减小；o增大、摩擦减小，切削力减小；Kr增大Fp减小；正s，Fp减小Ff增大。（4）其它因素：切削液使用润滑条件好，切削力减小，刀具磨损后切削力剧增。金金属属切切削削过过程程第33页/共43页22-3月-23机械制造基础34l切削热的来源与传散（1）切削热来源于：切削层材料弹、塑性

23、变形变形热刀具前、后刀面的摩擦摩擦热三个切削变形区是三个主要热源区（2）切削热的传散：通过刀具、切屑、工件和周围介质（如：空气、切削液等）散热。l切削温度及其影响因素切削温度取决于切削热的产生与传热的综合因素，切削温度太高，工件产生热变形，加工精度下降，刀具寿命降低。影响切削温度的因素：切削用量、工件材料、刀具几何角度、其它条件切削量中影响最大的是切削速度c，其次是f，ap影响最小金金属属切切削削过过程程第34页/共43页22-3月-23机械制造基础35l刀具磨损过程初期磨损阶段：刀具表面粗糙度大、单位面积压力高，磨损快。正常磨损阶段急剧磨损阶段：磨损后切削温度升高，磨损量急剧增加。金金属属切

24、切削削过过程程第35页/共43页22-3月-23机械制造基础36l刀具磨损形式（1）后面磨损：切削脆性材料，切削塑性材料hD0.5mm用月牙洼最大深度KT表示。（3）前后面同时磨损：切削塑性材料hD在0.10.5mm之间大多数情况下前、后刀具都有磨损，后刀面磨损对加工质量影响最大，测量方便，通常以VB来表示刀具磨损程度。金金属属切切削削过过程程第36页/共43页22-3月-23机械制造基础37l l刀具磨损的原因：1.机械摩擦磨损：磨粒磨损、粘结磨损2.热效应磨损：相变磨损-高速钢刀具氧化磨损、扩散磨损-硬质合金刀具l刀具寿命及其影响因素磨钝标准：通常指刀具后刀面允许的最大磨损量。刀具寿命T：

25、刀具开始切削到达到磨钝标准中切削时间。影响刀具寿命的因素：切削用量；工件材料；刀具材料及几何角度；其它因素。切削量中影响最大的是切削速度c，其次是f，ap影响最小。金金属属切切削削过过程程第37页/共43页22-3月-23机械制造基础38l l切削用量的选择原则：1）粗加工时，为提高机械加工效率，首先选择较大的切削深度，其次是较大的进给量，最后选择中低切削速度，以保证刀具寿命。2）精加工时，为保证加工质量，首先选择较小的切削深度（保证加工尺寸精度），其次选择较小的进给量（保证表面粗糙度要求），最后选择低速（高速钢刀具）或高速（硬质合金刀具）切削，以保证刀具寿命。金金属属切切削削过过程程第38页

26、/共43页22-3月-23机械制造基础391.4工件材料的切削加工性加工性等级加工性等级加工性等级加工性等级名称及种类名称及种类名称及种类名称及种类相对加工性相对加工性相对加工性相对加工性KrKr1 1很易切削材料很易切削材料很易切削材料很易切削材料一般有色金属一般有色金属一般有色金属一般有色金属3.03.02 2容易切削材料容易切削材料容易切削材料容易切削材料易切钢易切钢易切钢易切钢2.53.02.53.03 3较易切削钢较易切削钢较易切削钢较易切削钢1.62.51.62.54 4普通材料普通材料普通材料普通材料一般钢与铸铁一般钢与铸铁一般钢与铸铁一般钢与铸铁1.01.61.01.65 5稍

27、难切削材料稍难切削材料稍难切削材料稍难切削材料0.651.00.651.06 6难切削材料难切削材料难切削材料难切削材料较难切削材料较难切削材料较难切削材料较难切削材料0.50.650.50.657 7难切削材料难切削材料难切削材料难切削材料0.150.50.150.58 8很难切削材料很难切削材料很难切削材料很难切削材料0.150.15材材料料切切削削加加工工性性第39页/共43页22-3月-23机械制造基础40l影响因素材料硬度；材料塑性和韧性；材料强度；弹性模量E；导热系数；其它因素。l改善措施（1）选用切削性好材料及表面状态好的材料（2）热处理改善切削加工性，中、低碳钢正火处理；高碳钢

28、球化退火；（中碳及中碳合金钢）调质钢调质处理。（3）选用合理的刀具材料及刀具角度（4）特种切削加工：振动切削；加热切削；低温切削。材材料料切切削削加加工工性性第40页/共43页22-3月-23机械制造基础411.5切削液合理地选用冷却润滑液切削速度可提高合理地选用冷却润滑液切削速度可提高5%5%20%20%，刀具寿命明显提高，加工表面粗糙度值减小，刀具寿命明显提高，加工表面粗糙度值减小，节能节能5%20%5%20%，生产效率提高。，生产效率提高。冷却作用；冷却作用；润滑作用；润滑作用；清洗作用；清洗作用；防锈作用防锈作用vv水溶液水溶液冷却为主冷却为主vv切削油切削油润滑为主润滑为主vv乳化液乳化液兼顾冷却与润滑兼顾冷却与润滑切切削削液液第41页/共43页22-3月-23机械制造基础421.5切削液粗加工：主要以降低切削温度、冷却为主。精加工：主要是改善表面质量，提高刀具耐用度，稳定精度，以润滑为主。切削高强度钢、高温合金钢等难加工材料，应选用极压切削油或极压乳化液。切切削削液液第42页/共43页22-3月-23机械制造基础43感谢您的观看。第43页/共43页