机械零件制造工艺与装配—项目一认知金属切削原理(任务123)1-4.pptx

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1、机械制造与装配机械制造与装配2022-3-7 山东职业学院新课导入新课导入2022-3-7 看图思考？车床尾座螺母零件图如何制造该零如何制造该零件？件？制造该零件需制造该零件需要哪些装备？要哪些装备？可能需要哪些可能需要哪些过程？过程？2022-3-7 任务导航任务任务1.11.1 认知金属切削机床认知金属切削机床任务任务1.21.2 认知金属切削刀具 任务任务1.31.3 认知切削加工基本规律2022-3-7 任务1.1 认知金属切削机床1.机床机床：用于机械加工的设备。 可分为热加工设备、冷加工设备 （金属切削机床）1.1.11.1.1认知机床类别认知机床类别热加工设备：进行铸造、锻压、热

2、处理工艺加工的设备。热加工设备：进行铸造、锻压、热处理工艺加工的设备。冷加工设备：进行金属切削加工的设备。冷加工设备：进行金属切削加工的设备。 采用去除材料的方法进行加工采用去除材料的方法进行加工CA6140M71302022-3-72.金属切削机床分类金属切削机床分类：按机床的通用性程度分通用机床专门化机床专用机床按机床工作精度分普通机床精密机床高精度机床1.1.21.1.2认知机床型号编写方法认知机床型号编写方法1.通用机床型号通用机床型号注：1）有“”符号者，为大写的汉语拼音字母； 2）有“”符号者，为阿拉伯数字； 3）有“（ ）”的代号或数字，当无内容时则不表示，有内容时应去掉括号分类

3、代号类别代号通用特性和结构特性代号组别代号型别代号主参数或设计顺序号主轴数（用“ ”分开）重大改进序号同一型号机床的变型代号(用“”分开)最大跨距、最大工件长度、工作台长度等第二参数(用“”分开)() () () () () ()2022-3-7（1）机床类别代号）机床类别代号用大写汉语拼音字母表示机床大类。如C车床；M磨床等每一类可以分若干分类，如磨床类可分为M、2M、3M三类。2022-3-7（2）机床特性代号）机床特性代号表示机床通用特性和结构特性。用相应大写汉语拼音字母表示，见下表。2022-3-7（3）机床组系代号）机床组系代号用阿拉伯数字表示。表示机床所处组、系类别。每大类机床分为

4、10组，每组分为10系。（4）主参数、主轴数、第二主参数、设计顺序号）主参数、主轴数、第二主参数、设计顺序号主参数：表示机床规格大小、位于组系代号后，用折算值表示。表示机床与原机床相比结构形式、性能有了改进，在型号尾部用A.B.S.D等字母表示，除I、O外。（5）机床重大改进顺序号）机床重大改进顺序号2022-3-72.机床型号表示举例机床型号表示举例 C A 6 1 40类别代号（车床类）结构特性代号（结构不同）组别代号（落地及卧式车床组）系别代号（卧式车床系）主参数代号（最大工件回转直径400mm）说明：说明：MM7132的含义？的含义？2022-3-73.做一做（柔性调整环节）做一做（柔

5、性调整环节）说明：说明：C6136A. Z3040. MG1432A Y3150E的含义？的含义？2022-3-71.1.3 1.1.3 分析表面成形运动分析表面成形运动【想一想想一想】1.1.你会削苹果吗？有哪些运动形式？你会削苹果吗？有哪些运动形式？2.2.木工刮削桌面有哪些运动？木工刮削桌面有哪些运动？3.3.加工一个新表面没有相对运动能实现吗？加工一个新表面没有相对运动能实现吗？1.1.3 1.1.3 分析表面成形运动分析表面成形运动1.1.零件表面形状零件表面形状 机械零件外表直观特征明显，形态各异，但都是由机械零件外表直观特征明显，形态各异，但都是由基本的点、线、面组成的几何体。基

6、本表面有平面、基本的点、线、面组成的几何体。基本表面有平面、圆柱面、圆锥面、球面、曲面、成形面等圆柱面、圆锥面、球面、曲面、成形面等2022-3-71.1.3 1.1.3 分析表面成形运动分析表面成形运动1.1.零件表面形状零件表面形状例：如 轴 圆柱面 平面如 箱体 孔（圆柱面） 平面如 齿轮 平面 圆柱面 渐开线表面2022-3-71.1.3 1.1.3 分析表面成形运动分析表面成形运动机械零件的表面非加工表面 加工表面（重要的工作表面）有一定的精度要求和粗糙度要求通过机械加工保证2022-3-72.2.零件表面成形方法零件表面成形方法1.1.3 1.1.3 分析表面成形运动分析表面成形运

7、动 工件表面可以看成是一条线沿着另一条线移动或旋转而形成的。并且我们把这两条线叫着母线和导线，统称发生线。2022-3-72.2.零件表面成形方法零件表面成形方法1.1.3 1.1.3 分析表面成形运动分析表面成形运动轨迹法成形法展成法相切法（a）轨迹法 （b）成形法 （c）展成法 （d）相切法 2022-3-7待加工表面待加工表面已加工表面已加工表面过渡表面过渡表面3.3.切削时工件上的表面切削时工件上的表面1.1.3 1.1.3 分析表面成形运动分析表面成形运动 待加工表面待加工表面 工件上多余金属即将被切除的表面。随着工件上多余金属即将被切除的表面。随着切削的进行逐渐减小，直至多余金属被

8、切完切削的进行逐渐减小，直至多余金属被切完。 已已加工表面加工表面 工件上多余金属被切除后形成的工件上多余金属被切除后形成的新表面。新表面。 过渡表面过渡表面 工件上多余金属被切除过程中，待加工表面工件上多余金属被切除过程中，待加工表面与已加工表面之间相连接表面，或刀刃正在切与已加工表面之间相连接表面，或刀刃正在切削着的表面。削着的表面。2022-3-73.3.切削时工件上的表面切削时工件上的表面外圆车削时切削运动及工件上三表面外圆车削时切削运动及工件上三表面2022-3-71.1.表面成形运动表面成形运动 就机床上运动的功能来看，可区分为表面成形运动和辅助运动两大类等。 是保证得到工件要求的

9、表面形状的运动。它是机床上最基本的运动，是机床上的刀具和工件为了形成表面发生线而作的相对运动。1.1.4 1.1.4 认知机床运动认知机床运动2022-3-7（1 1）简单成形运动）简单成形运动 由单独的相互独立的运动所构成的成形运动。如：车外圆表面。由单独的相互独立的运动所构成的成形运动。如：车外圆表面。 （2 2）复合成形运动）复合成形运动 由两个（或以上）简单运动按照一定运动关系合成的成形运动。由两个（或以上）简单运动按照一定运动关系合成的成形运动。 如：车螺纹、展成法加工齿轮等。如：车螺纹、展成法加工齿轮等。1.1.表面成形运动表面成形运动2022-3-7（1 1）主运动）主运动 使使

10、刀具与工件产生相对运动刀具与工件产生相对运动，切除，切除工件上多余金属的基本工件上多余金属的基本运动运动。 特点：运动特点：运动速度最高，消耗功率最大速度最高，消耗功率最大。注：注：(1) (1) 主运动可为刀具，也可为工件；主运动可为刀具，也可为工件； (2) (2) 主运动可是直线运动，也可旋转运动；主运动可是直线运动，也可旋转运动； (3) (3) 切削加工中，主运动只有一个。切削加工中，主运动只有一个。（2 2）进给运动）进给运动 与主运动配合使切除多余金属连续进行，形成已加工表面的运动。与主运动配合使切除多余金属连续进行，形成已加工表面的运动。注意：（注意：（1 1）进给运动可以是一

11、个或几个；）进给运动可以是一个或几个； （2 2）进给运动可是直线运动、旋转运动或两者的组合；）进给运动可是直线运动、旋转运动或两者的组合； （3 3）进给运动可由刀具或工件完成。）进给运动可由刀具或工件完成。 2.2.切削运动切削运动2022-3-7切入运动 使刀具切入工件表面一定深度，以使工件获得所需的尺寸。分度运动 工作台或刀架的转位或移位，以顺序加工均匀分布的若干个相同的表面或使用不同的刀具作顺次加工。调位运动 根据工件的尺寸大小，在加工之前调整机床上某些部件的位置，以便于加工。3.3.辅助运动辅助运动2022-3-7空行程运动 切削前后，刀架、工作台快速移动的运动。操纵控制运动 变速

12、、换向、启停控制的各种运动。3.3.辅助运动辅助运动小结：1.了解机床类别，会读机床编号，明确代号含义？2.理解切削加工时工件表面的变化，会分析表面成形所需运动形式？3.掌握主运动和进给运动的含义和性质 ？练习题：P29: 1.2.4新课导入新课导入2022-3-7思考与问答车床尾座螺母零件图1.1.机床的作用？机床的作用？2.2.零件表面是如何形成的？零件表面是如何形成的？3.3.刀具在加工中的作用？刀具在加工中的作用？2022-3-7 任务1.2 认知金属切削刀具1.2.1 1.2.1 金属切削刀具的结构金属切削刀具的结构u刀具切削部分结构要素刀具切削部分结构要素三个刀面三个刀面二个刀刃二

13、个刀刃一个刀尖一个刀尖1.1.三个刀面三个刀面前刀面（前刀面（A A ）：）： 切屑沿其流出的刀面切屑沿其流出的刀面主后刀面（主后刀面（A A ）：）： 与工件过渡表面相对着的刀面与工件过渡表面相对着的刀面副后刀面（副后刀面（A A）：）： 与工件上已加工表面相对着与工件上已加工表面相对着的刀面的刀面1.2.1 1.2.1 金属切削刀具的结构金属切削刀具的结构2.两个刀刃两个刀刃主切削刃主切削刃S S：前刀面与主后刀面相交部位，承担主要的切削作用。前刀面与主后刀面相交部位，承担主要的切削作用。副切削刃副切削刃S S ：前刀面与副后刀面相交部位，协助主刀刃切除多余金属前刀面与副后刀面相交部位，协

14、助主刀刃切除多余金属形成已加工表面。形成已加工表面。3.一个刀尖一个刀尖刀尖：刀尖：主刀刃与副刀刃相交部位。主刀刃与副刀刃相交部位。1.2.1 1.2.1 金属切削刀具的结构金属切削刀具的结构1.2.2 1.2.2 金属切削刀具几何参数金属切削刀具几何参数 刀具要从工件上切除金属，就必须具有一定的切削角度及几何形状。这刀具要从工件上切除金属，就必须具有一定的切削角度及几何形状。这些角度决定了刀具各切削部分要素（刀面、刀刃、刀尖）的空间位置，它们些角度决定了刀具各切削部分要素（刀面、刀刃、刀尖）的空间位置，它们是在相应的参考平面为基础的条件下测量的。是在相应的参考平面为基础的条件下测量的。（1

15、1）刀具标注角度：）刀具标注角度：在刀具在刀具标注参考系标注参考系中确定的切削刃与刀面中确定的切削刃与刀面的方位角。的方位角。 是制造、刀磨和检查刀具所需要的角度。刀具标注角度是不考是制造、刀磨和检查刀具所需要的角度。刀具标注角度是不考虑进给运动而定义的。虑进给运动而定义的。（2 2）刀具的工作角度）刀具的工作角度: :刀具刀具在工作状态下在工作状态下的角度，即考虑进的角度，即考虑进给运动和实际装刀状态定义的刀具几何角度。给运动和实际装刀状态定义的刀具几何角度。1.1.刀具切削角度参考平面刀具切削角度参考平面1.1.刀具切削角度的参考平面刀具切削角度的参考平面刀具标注角度参考系刀具标注角度参考

16、系正交平面参考系正交平面参考系( (Pr Pr 、Ps Ps 、PoPo ) )法平面参考系法平面参考系( (Pr Pr 、 Ps Ps 、PnPn ) )背平面和假定工作平面参考系背平面和假定工作平面参考系( (Pp Pp 、Pf Pf 、PrPr ) )2.正交平面参考系正交平面参考系（1 1）基面）基面PrPr 通过刀具切削刃上选定点，垂直于主运通过刀具切削刃上选定点，垂直于主运动方向的平面。动方向的平面。（2 2）切削平面）切削平面PsPs通过刀刃上选定点，与切削刃相切并垂通过刀刃上选定点，与切削刃相切并垂直于直于PrPr的平面。的平面。（3 3）正交平面）正交平面P Po o通过刀刃

17、上选定点，同时垂直于通过刀刃上选定点，同时垂直于PrPr和和PsPs的平面。的平面。3.3.刀具的标注角度刀具的标注角度在正交平面参考系中刀具的标注角度在正交平面参考系中刀具的标注角度（1 1）主偏角）主偏角K Kr r主刀刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角；（2 2）副偏角）副偏角K Kr r副刀刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角； 刀尖角刀尖角 r r主、副刀刃在基面上的投影之间的夹角；1 1）在基面）在基面PrPr内能够标注的角度内能够标注的角度3.3.刀具的标注角度刀具的标注角度在正交平面参考系中刀具的标注角度在正交平面参考系中刀具的标注角度2 2）在正交平面）在正交平面PoPo内

18、标注的角度内标注的角度（3 3）前角）前角 o o前刀面与基面之前刀面与基面之间的夹角。间的夹角。 有正、负之分。前刀面在基有正、负之分。前刀面在基面下面，前角为正，反之为负。面下面，前角为正，反之为负。（4 4）后角）后角 o o主后刀面与切削主后刀面与切削平面之间的夹角。平面之间的夹角。 刀楔角刀楔角 o o前刀面与主后刀前刀面与主后刀面之间的夹角。面之间的夹角。 显然，显然， o=90o=90 -(-( o o+ + o o) )3. 3. 刀具的标注角度刀具的标注角度在正交平面参考系中刀具的标注角度在正交平面参考系中刀具的标注角度2 2）在切削平面）在切削平面PoPo内标注的角度内标注

19、的角度（5 5）刃倾角）刃倾角 s s主刀刃与主刀刃与基面之间的夹角。基面之间的夹角。 s s有正、负之分，刀尖是有正、负之分，刀尖是刀刃最高点时，刀刃最高点时， s s为正，反为正，反之为负。之为负。 副后角副后角 o o 在副刀刃选定在副刀刃选定点的副正交剖面点的副正交剖面 PoPo 内，副内，副后刀面与副切削平面后刀面与副切削平面 PsPs 之之间的夹角。间的夹角。1.1.刀具材料性能刀具材料性能金属切削的条件：高速、高温、高硬、力、形状复杂金属切削的条件：高速、高温、高硬、力、形状复杂刀具材料的基本要求刀具材料的基本要求（1）高硬度）高硬度（2）高强度与强韧性）高强度与强韧性（3）较强

20、的耐磨性和耐热性）较强的耐磨性和耐热性（4）优良导热性）优良导热性（5）良好的工艺性与经济性）良好的工艺性与经济性刀具材料耐热性是衡量刀刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主要标志具切削性能的主要标志 ，通常用高温下保持高硬通常用高温下保持高硬度的性能来衡量，也称度的性能来衡量，也称热硬性热硬性 1.2.3 金属切削刀具材料（1 1）高硬度）高硬度 切削是用刀具从工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。 刀具材料最低硬度应在60HRC以上。 对于碳素工具钢材料，在室温条件下硬度应在62HRC以上；高速钢硬度为63HRC70HRC；硬质合金刀具硬度为89HRC93HRC。1.1.

21、刀具材料性能刀具材料性能（2 2）高强度与强韧性）高强度与强韧性 刀具材料在切削时受到很大的切削力与冲击力。 如车削45钢，在背吃刀量ap4，进给量f 0.5/r的条件下，刀片所承受的切削力达到4000N，可见，刀具材料必须具有较高的强度和较强的韧性。 一般刀具材料的韧性用冲击韧度aK(P10)表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力。1.1.刀具材料性能刀具材料性能（3 3）高耐磨性和耐热性）高耐磨性和耐热性（1）刀具耐磨性是刀具抵抗磨损能力。 一般刀具硬度越高，耐磨性越好。 刀具金相组织中硬质点（如碳化物、氮化物等）越多，颗粒越小，分布越均匀，则刀具耐磨性越好。（2）刀具材料耐热性是衡量刀具切削

22、性能的主要标志，通常用高温下保持高硬度的性能来衡量，也称热硬性。也称热硬性。 刀具材料高温硬度越高，则耐热性越好，在高温抗塑性变形能力、抗磨损能力越强。1.1.刀具材料性能刀具材料性能（4 4）优良导热性）优良导热性 刀具导热性好，表示切削产生的热量容易传导出去，降低了刀具切削部分温度，减少刀具磨损。 刀具材料导热性好，其抗耐热冲击和抗热裂纹性能也强。（5 5）良好的工艺性与经济性）良好的工艺性与经济性 刀具不但要有良好的切削性能，本身还应该易于制造，这要求刀具材料有较好的工艺性，如锻造、热处理、焊接、磨削、高温塑性变形等功能。 经济性也是刀具材料的重要指标之一，选择刀具时，要考虑经济效果，以

23、降低生产成本。1.1.刀具材料性能刀具材料性能2. 2. 常用刀具材料常用刀具材料1 1）高速钢（俗称白钢）高速钢（俗称白钢） 高速钢是一种含有钨、钼、铬、钒等合金元素较多的工具钢。 性质性质高速钢具有良好的热稳定性 高速钢具有较高强度和韧性 高速钢具有一定的硬度(6370HRC)和耐磨性。（1）普通高速钢，P24，表1-3.（2）高性能高速钢 具有较强的耐热性，刀具耐用度是普通高速钢的1.53倍 。 但强度与韧性较普通高速钢低，高钒高速钢磨削加工性差。（3）粉末冶金高速钢 无碳化物偏析，提高钢的强度、韧性和硬度，硬度值达6970HRC； 适于制造切削难加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滚刀和插齿

24、刀），精密刀具和磨加工量大的复杂刀具。2 2）硬质合金）硬质合金硬质合金硬质合金由难熔金属碳化物和金属粘结剂经粉末冶金方法制成。性能特点：性能特点：优点：优点：硬质合金中高熔点、高硬度碳化物含量高，热熔性好 ,热硬性好，切削速度高。缺点：缺点：脆性大，抗弯强度和抗冲击韧性不强。抗弯强度只有高速钢的1/31/2，冲击韧性只有高速钢的1/41/35。常用硬质合金种类：（按其化学成分的不同）常用硬质合金种类：（按其化学成分的不同）（1 1）钨钴类（）钨钴类（WC+CoWC+Co）（）（合金代号为YG，对应于国标K类 ）合金钴含量越高，韧性越好，适于粗加工；钴含量低，适于精加工。 2 2）硬质合金）硬

25、质合金(2)(2)钨钛钴类（钨钛钴类（WC+TiC+CoWC+TiC+Co）（）（合金代号为YT，对应于国标P类 ） 较高的硬度和耐热性，主要用于加工切屑成呈带状的钢件等塑性材料。 TiC含量越高，耐磨性和耐热性提高，但强度降低 ；粗加工一般选择TiC含量少的牌号，精加工选择TiC含量多的牌号。 （3 3）钨钛钽（铌）钴类）钨钛钽（铌）钴类（WC+TiC+TaC（Nb）+Co）（代号为YW，对应国标M类） 适用于加工冷硬铸铁、有色金属及合金的半精加工，也能用于高锰钢、淬火钢、合金钢及耐热合金钢的半精加工和精加工。（4 4）碳化钛基类）碳化钛基类（WC+TiC+Ni+Mo），合金代号YN，对应于

26、国标P01类。 用于精加工和半精加工，对于大长零件且加工精度较高的零件尤其适合，不适于有冲击载荷的粗加工和低速切削。3 3）陶瓷刀具）陶瓷刀具（1 1）材料组成：）材料组成：主要由硬度和熔点都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物组成，另外还有少量的金属碳化物、氧化物等添加剂，通过粉末冶金工艺方法制粉，再压制烧结而成。 （2 2）常用种类：）常用种类：Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷（3 3）特点：）特点：有很高的硬度和耐磨性，刀具寿命比硬质合金高；具有很好的热硬性，摩擦系数低，切削力比硬质合金小，用该类刀具加工时能提高表面光洁度。 强度和韧性差，热导率低。陶瓷最大缺点是脆性大，抗冲击

27、性能很差。（4 4）适用范围：）适用范围：高速精细加工硬材料。 4 4）金刚石刀具）金刚石刀具（1 1）类型：）类型：天然金刚石刀具；人造聚晶金刚石刀具；复合聚晶金刚石刀具。 （2 2）特点：）特点：极高的硬度和耐磨性，人造金刚石硬度达10000HV，耐磨性是硬质合金的6080倍；切削刃锋利，能实现超精密微量加工和镜面加工。 耐热性差，强度低，脆性大，对振动很敏感。（3 3）适用范围：）适用范围：用于高速条件下精细加工有色金属及其合金和非金属材料。 5 5）立方氮化硼刀具）立方氮化硼刀具（1 1）概念：）概念：立方氮化硼（简称CBN）是由六方氮化硼为原料在高温高压下合成。（2 2）特点：）特点

28、：硬度高，硬度仅次于金刚石，热稳定性好，较高的导热性和较小的摩擦系数。 强度和韧性较差，抗弯强度仅为陶瓷刀具的1/51/2。 （3 3）适用范围：）适用范围：适用于加工高硬度淬火钢、冷硬铸铁和高温合金材料。它不宜加工塑性大的钢件和镍基合金，也不适合加工铝合金和铜合金，通常采用负前角的高速切削。3.3.常用刀常用刀具材料的具材料的应用应用类型硬度强度韧性耐热耐磨工艺应用工具钢碳素工具钢低高高低好差低高差好切削加工、热处理、刃磨手动工具合金工具钢低速工具高速钢复杂刀具硬质合金钨钴类(YG)K粉末冶金烧结刃磨脆性金属通用类(YW)M通用钨钛钴(YT)P塑性金属非金属陶瓷烧结连续切塑性材料立方氮化硼结

29、晶精密加工金刚石结晶精密加工小结：1.刀具的结构形状与要素？ 2。外圆车刀的几何角度？ 3.刀具材料的应具备的几种性能； 4.几种常用刀具材料。动手做： 归纳总结你所认为的刀具材料的有关知识 （要求完整、严谨、高度概括）1.3.11.3.1金属切削过程中的变形金属切削过程中的变形金属切削过程实质是切削层金属的挤压变形形成切屑而被切除。金属切削过程实质是切削层金属的挤压变形形成切屑而被切除。一、切屑的种类及变化一、切屑的种类及变化 切削时，被切离工件的金属以切屑形式与工件分离。 不同工件材料和切削条件，切屑形态不同，常见的切屑有四种类型。 前三种为前三种为切削塑性材料切削塑性材料的切屑，最后一种

30、为切削的切屑，最后一种为切削脆性材料脆性材料的切屑。的切屑。任务任务1.3 1.3 认知切削加工基本规律认知切削加工基本规律1 1带状切屑带状切屑 最常见。内侧表面光滑，外侧表面呈毛茸状。 通常加工塑性金属材料，切削厚度较小，切削速度较高，刀具前角较大时得到。切削力波动很小，切削过程平稳，已加工表面粗糙度较小。2.2.节状切屑（挤裂切屑）节状切屑（挤裂切屑） 外侧面呈锯齿状，内侧面有时有裂纹 加工塑性金属材料，切削厚度较大，切削速度较低，刀具前角较小时得到 切削力波动较大，切削过程产生一定的振动，已加工表面较粗糙。 3.3.粒状切屑粒状切屑 在挤裂切屑的基础上切削厚度增大，切削速度、前角减小，

31、使剪切裂纹进一步扩展而断裂成单元体。生产中很少见到。结论：从带状节状粒状切屑的变化：切削厚度由小到大，切削速度和刀具前角由大到小。意义：意义：掌握其变化规律，就可改变切屑形态以达控制切屑（卷屑、断屑）和改善已加工表面质量的目的。4 4崩碎切屑崩碎切屑切削脆性金属材料（如灰铸铁）时得到的。产生原因：材料受到拉应力已超过其抗拉强度。切削力波动甚大，有冲击负荷，已加工表面凹凸不平。改变切削条件，如大前角，大刃倾角，小切削厚度，高切削速度，可得到针状切屑或松散的带状切屑。此时切削过程平稳，已加工表面粗糙度较小。 二、二、 金属的切削变形金属的切削变形变形区的划分变形区的划分根据实验，切削层金属在刀具作

32、用下变成切屑大体可划分三个变形区：第变形区；第变形区；第变形区二、二、 金属的切削变形金属的切削变形1.1.第第变形区变形区 从OA线（始滑移线）金属开始发生剪切变形，到OM线（终滑移线）金属晶粒剪切滑移基本结束，AOM区域叫第一变形区。 是切屑变形的基本区，其特征是晶粒的剪切滑移，伴随产生加工硬化。二、二、 金属的切削变形金属的切削变形2.2.第第变形区变形区 刀刀屑接触区屑接触区 切屑沿前刀面流出时受到挤压和摩擦，使靠近前刀面的晶粒进一步剪切滑移。 特征：特征：晶粒剪切滑移剧烈呈纤维化，纤维化方向平行前刀面，有时有滞流层。3.3.第第变形区变形区 刀刀工接触区。工接触区。 已加工表面受到刀

33、具刃口钝圆和后刀面挤压和摩擦，晶粒进一步剪切滑移。 有时也呈纤维化，其方向平行已加工表面，也产生加工硬化和回弹现象。三、三、 积屑瘤积屑瘤1.1.积屑瘤：积屑瘤： 由于刀屑接触面的摩擦，当切削速度不高又形成连续切屑时，加工钢料和其它塑性材料时，常常在刀刃处粘着剖面呈三角状硬块。硬度为工件硬度的2-3倍，叫积屑瘤。成因：高温、高压，粘结、冷焊三、三、 积屑瘤积屑瘤2.2.积屑瘤的作用积屑瘤的作用有利方面： 可增大实际前角，减少变形和切削力； 可保护切削刃、降低刀具磨损。不利方面： 积屑瘤不稳定（脱落时），有可能使脆性刀具颗粒剥落，反而加剧刀具磨损； 产生积屑瘤后使切削厚度增大ac值，影响工件尺寸

34、精度； 积屑瘤不稳定时，由于积屑瘤产生成长脱落周期动态变化，易引起振动； 脱落的积屑瘤碎片影响工件表面粗糙度，也易划伤刀具使耐用度降低。四、四、 影响切削变形的因素影响切削变形的因素1. 1. 工件材料工件材料工件材料强度愈高，切屑变形愈小。原因：工件材料强度愈高，前刀面与切屑间的摩擦系数减小，摩擦角减小，剪切角增大，变形系数将随之减小。2. 2. 刀具前角刀具前角前角愈大，变形愈小。原因：前角影响切屑流出方向，影响作用角。o愈大，作用角愈小，剪切角愈大，变形愈小。 3. 3. 切削用量切削用量(1)切削厚度的影响 ： 切削厚度 增加，变形减小。(2)切削速度的影响： v对变形影响较复杂，在无

35、积屑瘤情况下（高速），V增大，变形减小。一、一、 切削力的来源切削力的来源1.3.2 1.3.2 切削力及其影响因素切削力及其影响因素1.1.切削力：切削力：金属切削时，刀具切除工件上切削层金属使之成为切屑所需要的力。2.2.切削力的来源切削力的来源 （1）克服工件材料弹性变形的力； （2）克服工件材料塑性变形的力 ；（3）克服刀屑、刀工接触面上的摩擦力。二、切削力的合力与分力二、切削力的合力与分力合力合力F F可可分解成三分解成三个分力个分力FcFc、FpFp、FfFf1.1. F Fc c主切削力或切向力主切削力或切向力 方向与主运动方向相同，切于过渡表面并垂直基面。是计算切削功率的主要力

36、，也是设计机床零件和计算刀具强度的重要依据合力合力F F可可分解成三分解成三个分力个分力FcFc、FpFp、FfFf（3 3） Ff进给力（走刀抗力）或轴向力。进给力（走刀抗力）或轴向力。在基面内并与刀杆轴线垂直的分力。是设计进给机构和计算进给功率的依据 （2） Fp切深抗力、切深抗力、背向力或径向力。背向力或径向力。 是在基面内并垂直工件轴线的分力,使工件产生弯曲变形并可能引起振动。二、切削力的合力与分力二、切削力的合力与分力三、三、 切削功率切削功率切削功率Pm切削力在切削过程中作功功率。式中 Fc切削力（N）；v切削速度（m/s）；Ff进给力（N）；nw工件转速（r/s）； f进给量（m

37、m/r）。 式中第二项相对第一项很小（12）可忽略不计，于是， Pm=Fcv10-3KW 由切削功率Pm可求得机床电机功率PE，即：式中 m机床传动效率，一般为0.750.85。 四、四、 影响切削力的因素影响切削力的因素1 1工件材料的影响工件材料的影响 工件材料的强度、硬度越高，切削力越大。 切削脆性材料时，被切材料的塑性变形及它与前刀面的摩擦都比较小，故其切削力相对较小。 2 2切削用量的影响切削用量的影响（l）背吃刀量和进给量f 背吃刀量ap和进给量f 增大，都会使切削力增大，但两者的影响程度不同。 ap增大时，变形系数不变，切削力成正比增大；f增大时，变形系数有所下降一故切削力不成正

38、比增大。（2）切削速度（Vc): 切削铸铁等脆性材料时，被切材料的塑性变形及它与前刀面的摩擦均比较小。Vc对切削力没有显著影响。四、四、 影响切削力的因素影响切削力的因素(1)前角 切塑性金属时，Fc随前角增大而降低。 原因：前角增大切屑流出阻力减小增大减小 Fc降低。 加工脆性材料时，前角对Fc的影响不明显。(2) 负倒棱 通过负倒棱宽度b1与刀屑接触长度lf之比来影响切削力： b b 1 1llf1lf时，时，切屑沿负倒棱而不是前刀面流出，相当于负前角切削。 F增大。3. 3. 刀具方面的影响刀具方面的影响四、四、 影响切削力的因素影响切削力的因素3. 3. 刀具方面的影响刀具方面的影响(

39、3) (3) 主偏角主偏角Kr 75 时：虽然Kr ac ，但是 Kr 但刀尖圆弧刃工作长度 ，且占主导作用 Fc增大Kr FpKr Ff 对脆性材料，作用不明显，Kr Fc 降低。(4) (4) 刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r r r ac 圆弧刃工作部分平均 kr Fc 增大r Fp r Ff 1.3.31.3.3 切削热与切削温度切削热与切削温度1. 1. 切削热的产生切削热的产生一、一、 切削热切削热 切削热来源于两个方面：一是切削层金属发生弹性和塑性变形所消耗的能量；二是切屑与前刀面、工件与后刀面间产生的摩擦热。 2. 2.切削热的传导切削热的传导切屑、工件、刀具及周围的介质（空气，切削

40、液）向外传导。影响散热的因素是：（1）工件材料的导热系数（2）刀具材料的导热系数 （3）周围介质二、二、 切削温度切削温度切削区（切屑与前刀面接触区）的平均温度切削区（切屑与前刀面接触区）的平均温度. .1. 1. 切削温度的分布切削温度的分布 二维切削中切削温度分布图切削不同材料的温度分布图1-45钢、YT15;2-GCr15、YT14;3-钛合金BT2、YG8；4-BT2、YT15(1)前刀面及切屑接触面上温度高，且梯度很大。（2）前后刀面的温度最高点不在切削刃上。（3）刀具材料、工件材料的导热系数越小，前后刀面上的温度越高。2. 2. 影响切削温度的因素影响切削温度的因素(1)(1)切削

41、用量切削用量xpyzafvC式中 实验时测得的切削区平均温度； C切削温度系数； z、y、x为v、f、ap影响切削温度的指数。 当硬质合金刀具切削中碳钢时式（2-14）为： =Cv0.410.26f0.15ap0.05 切削速度对切削温度影响最大。切削速度对切削温度影响最大。原因：随v增加，摩擦热增加，又来不及传出，产生热积聚现象，但切削速度提高使变形减小，因此不随v增加成正比。 进给量进给量 f f对切削温度影响较次。对切削温度影响较次。原因：f增加时，单位时间切削体积增加，但f增加时ac增加，变形减小，热容量增大，故对切削温度影响不及v。 背吃刀量背吃刀量a ap p对切削温度影响为三者最

42、小。对切削温度影响为三者最小。原因：虽然ap对产生热成正比增加，但随ap增加aw增加，散热条件大大改善，故影响最小。 所以，切削用量三要素对切削温度的影响规律与对切削力的影响规律顺序相反。所以，切削用量三要素对切削温度的影响规律与对切削力的影响规律顺序相反。2. 2. 影响切削温度的因素影响切削温度的因素(2)(2)刀具几何参数刀具几何参数l l）前角）前角主要是依据对变形和摩擦的影响。前角增大变形减小切削力产生热量切削温度。但当o大于 1820时，虽然变形小产生热少，但散热条件恶化，故切削温度不但不降低切削温度2 2）主偏角）主偏角 主要是依据对切削刃工作长度和刀尖角变化而影响的。 Kr刀屑

43、接触长度散热面积切削温度。2. 2. 影响切削温度的因素影响切削温度的因素(3)(3)工件材料工件材料方面方面 取决于工件材料的强度、硬度、导热性等。 合金钢强度高、导热系数小，因此比普通钢消耗功率大，散热性差，故切削温度高。 切削脆性材料时由于形成崩碎切屑，变形与摩擦都小，故切削温度也低。(4)(4)刀具磨损的影响刀具磨损的影响 刀具磨损较严重时，刀具刀口变钝，刃前区变形增大，同时后刀面与工件之间摩擦增大，故切削温度增大。小结：1.切屑的种类；金属切削变形的变形区；积屑瘤？影响切削变形的因素？ 2.切削力的来源？切削力德合力与分力？切削功率及其意义？影响切削力的因素？3.切削热的产生与传导？

44、切削温度分布特性？影响切削温度的因素？作业：P7回顾：1.切屑的种类？积屑瘤？2.影响切削力的因素？3.影响切削温度的因素？ 刀具结构对变形、切削力、切削温度的影响？导入：1.刀具的磨损与刀具寿命2.刀具几何参数的选择1.2.41.2.4 刀具磨损与刀具寿命刀具磨损与刀具寿命切削过程中，刀具前刀面与切屑、后刀面与切削过程中，刀具前刀面与切屑、后刀面与加工表面存在着剧烈的摩擦，产生磨损现象加工表面存在着剧烈的摩擦，产生磨损现象一、刀具磨损的现象一、刀具磨损的现象1. 1. 前刀面磨损前刀面磨损成因：切削塑性材料，切削厚度较大，前刀面承受巨大的压力和摩擦力，而且温度很高，使前刀面产生月牙洼月牙洼磨

45、损(Crater Wear)。 月牙洼位于离切削刃有一定距离，其长度取决于切屑宽度，而其宽度决定于切屑厚度；随切削进行，月牙洼长度基本不变，宽度向切削刃扩大，深度逐渐加深。月牙洼磨损程度通常用月牙洼深度月牙洼磨损程度通常用月牙洼深度KTKT表示表示前刀面磨损前刀面磨损后刀面磨损后刀面磨损边界磨损边界磨损一、刀具磨损的现象一、刀具磨损的现象2. 2. 后刀面磨损后刀面磨损成因：切削过程中，后刀面与工件加工表面存在着压力和摩擦，使之产生磨损。 通常加工脆性材料或较小切削厚度切削塑性材料时主要发生后刀面磨损。 由于切削刃各点工作条件不同，其后刀面磨损带是不均匀的。 C区和N区(notch)磨损严重，

46、其磨损带最大宽度分别以 VC 和 VN 表示。中间磨损较均匀（B区），以平均磨损带宽度 VB 表示，而最大磨损宽度以 VBmax 表示。一、刀具磨损的现象一、刀具磨损的现象3. 3. 边界磨损边界磨损 边界磨损实际上属于后刀面磨损的边界部分。在主后刀面上，主切削刃与待加工表面对应位置处的磨损；在副后刀面上，副切削刃与已加工表面对应位置处的磨损。边界磨损在后刀面磨损带中最为严重。二、刀具磨损的原因二、刀具磨损的原因1. 1. 硬质点磨损（磨料磨损、磨粒磨损）硬质点磨损（磨料磨损、磨粒磨损） 工件材料中的硬质点或积屑瘤碎片对刀具表面的机械划伤，使刀具磨损。 各种刀具都会产生硬质点磨损；硬质点磨损是

47、硬度较低的刀具材料或低速刀具（如高速钢刀具及手工刀具等）主要的磨损原因。2. 2. 粘结磨损粘结磨损 刀具与工件材料（或切屑）接触面上，在压力和温度作用下，产生所谓的冷焊现象冷焊现象，粘结点因相对运动，晶粒或晶粒群受剪或受拉被对方带走而造成的磨损。3. 3. 扩散磨损扩散磨损 刀具表面与被切出的新鲜表面相接触，高温下，两摩擦面的化学元素获得足够的能量，相互扩散，改变接触面各方的化学成份，削弱了刀具材料性能，从而造成刀具的磨损。二、刀具磨损的原因二、刀具磨损的原因4. 4. 化学磨损（或氧化磨损）化学磨损（或氧化磨损） 刀具与周围介质（如空气中的氧、切削液中的极压添加剂硫、氯等），在一定的温度下

48、起化学作用，在刀具表面形成硬度低、耐磨性差的化合物，加速刀具的磨损。5. 5. 热电磨损热电磨损 刀具与工件材料在高温下形成热电势，当形成闭合回路时将有热电流产生，在热电流的作用下，加快了元素的扩散速度，使刀具磨损加快。 由于刀具材料、工件材料及切削条件不同，磨损原因不同，由于刀具材料、工件材料及切削条件不同，磨损原因不同，具体磨损原因可能属于其中一种，也可能几种原因同时作用。具体磨损原因可能属于其中一种，也可能几种原因同时作用。三、刀具磨损过程三、刀具磨损过程三个阶段：三个阶段：初期磨损、正常磨损和急剧磨损。初期磨损、正常磨损和急剧磨损。1.1.初期磨损：初期磨损： 磨损率较大。新刃磨的刀面

49、较粗糙，使刀工接触面小造成压应力大以及变质层的影响。2.2.正常磨损：正常磨损：经初期磨损后，刀面处于良好状态，刀具后刀面磨损均匀而缓慢，切削时间较长。3.3.急剧磨损：急剧磨损： 当磨损带宽度增加到一定限度之后，切削力与切削温度迅速升高，磨损带宽度急剧增加。 为合理使用刀具和保证加工质量，应在此阶段之前及时更换刀具。为合理使用刀具和保证加工质量，应在此阶段之前及时更换刀具。 四、刀具磨钝标准四、刀具磨钝标准刀具磨损到一定限度不能继续使用，这个磨损限度称为磨钝标准。刀具磨损到一定限度不能继续使用，这个磨损限度称为磨钝标准。1.1.生产中怎样判断刀具是否达到磨钝标准？生产中怎样判断刀具是否达到磨

50、钝标准？ 粗加工时观察切屑的颜色，加工表面是否出现挤压亮带、摩擦尖叫声以及切削振动情况等； 精加工时常以表面粗糙度及尺寸精度为依据判断刀具是否达到磨钝标准。2.2.国际标准国际标准ISOISO统一规定以统一规定以 1/21/2背吃刀量处后刀面磨损带宽度背吃刀量处后刀面磨损带宽度VBVB作为刀具的磨作为刀具的磨钝标准。钝标准。 国际标准ISO推荐硬质合金车刀刀具寿命试验的磨钝标准，有下列三种可供选择： （1）VB0.3mm；（2）若主后刀面为无规则磨损，取 VBmax=0.6mm（3）前刀面磨损量 KT=（0.060.3f）mm。五、刀具耐用度与刀具寿命五、刀具耐用度与刀具寿命1 1刀具耐用度刀