10金属切削原理与刀具教案.docx

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1、教案2023-2023 学年 第 2 学期院部机电学院教研室机制课程名称金属切削原理与刀具授 课 专 业 班 级 机械 0705 机械 071-4主讲教师李英杰职称职务 副教授使用教材 金属切削原理与刀具山东建筑大学教务处制山东建筑大学机电工程学院教案第 1 次课绪论、切削运动、刀具切削局部根本定义授课内容目的要求刀具角度把握切削运动的根本概念把握刀具切削局部几何参数及刀具角度的概念重点难点六个根本角度、刀具切削局部几何参数的根本定义课型理论打算学时3课前预备绪论课程性质和任务力量培育第一章刀具角度及切削要素第一节 切削运动与切削用量切削运动切削用量其次节刀具切削局部的根本定义刀具切削局部的组

2、成刀具角度参考系刀具静止标注角度参考系刀具角度刀具标注角度正交平面参考系内的标注角度课堂小结山东建筑大学备课纸- 3 -作业、思考切削运动的根本概念刀具切削局部几何参数的根本定义课后小结绪论课程性质和任务金属切削原理与刀具课程是机械工程及自动化专业机制方向的专业任选课。本课程是争论金属切削加工过程及刀具设计、使用的一门科学，该课程既有理论性又有很强的实践应用性，为学生在日后工作中解决机械制造技术问题奠定肯定的根底。本课程是由金属切削原理和金属切削刀具两局部组成，前者又是本课程及其它专业课程的根底，主要表达金属切削过程中各种物理现象的变化规律，以及应用这些规律解决金属切削技术问题的方法；后者主要

3、表达通用刀具和专用刀具的类型、构造特点、应用范围及设计计算方法等。力量培育学习本课程后，应具备以下力量：能正确图示并合理选择刀具几何参数；把握金属切削根本规律，并会初步运用其分析解决金属切削的技术问题；了解常见通用刀具的类型、构造特点与应用范围，并能正确选用；初步把握专用刀具的设计计算方法；对刀具的进展趋势和成就有初步的了解；具有较强的自学力量和创意识，能进一步争论探讨金属切削与刀具设计理论。本课程为机制方向的专业任选课 、考试课。本课程总学时：32 学时，其中： 授课：30 学时 ；试验学时：2 学时。第一章 根本定义第一节 切削运动与切削用量金属切削加工：是工件与刀具相互作用的过程，是用刀

4、具从工件外表上切除多余的材料的过程。金属切削加工的目的：使被加工零件的尺寸精度、外形和位置精度、外表质量到达设计与使用要求。实现切削过程的三个条件1. 切削运动：工件与刀具之间要有相对运动。2. 切削性能：刀具材料必需具备肯定的切削性能。3. 切削角度：刀具必需具有合理的几何参数。三个外表待加工外表：工件上马上切除的外表。已加工外表：工件上已经切除而形成的外表。过度外表加工外表：工件上正在切削的外表。切削运动刀具与工件间的相对运动即外表成形运动。切削运动可分为主运动和进给运动。主运动和进给运动的向量合称为合成切削运动。主运动：使工件与刀具产生相对运动以进展切削的最根本的运动，称为主运动。特征：

5、速度最高、消耗功率最大。只有一个。进给运动：使主运动能够连续切除工件上多余的金属，以便形成工件外表所需的运动，称为进给运动。特征：速度低、消耗功率小。可有多个。切削层在切削过程中，刀具的刀刃在一次走刀中从工件待加工外表切下的金属层， 称为切削层。切削层参数是指这个切削层的截面尺寸，一般在基面内度量和观看。切削用量是切削加工中切削速度、进给量和背吃刀量切削深度的总称。切削速度：切削加工时，切削刃上选定点相对于工件的主运动的速度。c单位为m/s 或 m/min。主运动是旋转时，最大切削运动是：u = pdnc1000(m / s或m / min进给量 f：是指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。

6、当主运动是回转运动时，进给量指工件或刀具每回转一周，两者沿进给方向的相对位移量，单位为mm/r；当主运动是直线运动时，进给量指刀具或工件每往复直线运动一次，两者沿进给方向的相对位移量，单位为mm/str 或 mm/单行程；对于多齿的旋转刀具如铣刀、切齿刀，常用每齿进给量 fz，单位为 mm/z或 mm/齿。它与进给量 f的关系为f = zfz进给速度：指切削刃上选定点相对工件进给运动的瞬间时速度，单位f为 mm/s 或 m/min。车削时进给运动速度为：= nff背吃刀量切削深度a：在基面上，垂直于进给运动方向测量的切削层p最大尺寸已加工外表与待加工外表间的垂直距离。外圆车削的背吃刀量： ap

7、dw-dm/2合成切削运动：由主运动和进给运动合成的运动。合成切削速度：切削刃上选定点相对于工件的合成运动的瞬时速度。e+ecf其次节刀具几何角度刀具的组成：由工作局部和非工作局部构成车刀由刀头和刀柄两局部组成。刀头用于切削，刀柄用于装夹。刀具切削局部的组成外圆车刀是最根本、最典型的切削刀具，其切削局部又称刀头组成可用一句话总结： “三面两刃一尖”。前面前刀面A ：刀具上切屑流过的外表。主后面后面A ：与工件过渡外表相对的外表。副后面A ：与已加工外表相对的外表。主切削刃 S：前刀面与主后刀面的交线。它完成主要的切削工作。副切削刃 S：前刀面与副后刀面的交线。它协作主切削刃完成切削工作，并最终

8、形成已加工外表。刀尖过渡刃：主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃。它可以是小的直线段，折线段，或圆弧。刀具角度参考系刀具角度是确定刀具切削局部几何外形的重要参数。用于定义刀具角度的各基准坐标平面称为参考系。参考系有两类刀具静止参考系：用于刀具的设计、刃磨和测量的参考系。刀具工作参考系：它是确定刀具切削工作时的基准，用于定义刀具的工作角度。刀具静止标注角度参考系用于刀具的设计、刃磨和测量的参考系四个假设条件1. 装刀时，刀尖恰在工件的中心线上；2. 刀具的轴线垂直工件的轴线；3. 没有进给运动；4. 工件已加工外表的外形是圆住外表。正交平面参考系由以下三个在空间相互垂直的参考平面构成。切削平面 P

9、：包含有切削刃选定点的切线与切削速度向量的平面。S基面 Pr：通过切削刃选定点且垂直于切削速度向量的平面。正交平面 Po ：是过切削刃选定点，并垂直于切削平面PS 与基面Pr 的平面。法平面参考系法平面参考系由基面 Pr、切削平面 PS 和法平面 Pn 组成。法平面 Pn ：过主切削刃选定点并垂直于主切削刃或其切线的平面。假定工作平面参考系假定工作平面参考系由 Pr、P f 和 Pp 组成。假定进给平面假定工作平面Pf ：过主切削刃选定点，平行于假定进给运动方向并垂直于基面的平面。假定切深平面背平面Pp ：过切削刃上选定点，垂直于假定进给平面和基面的平面。正交平面参考系内的标注角度前角 o：在

10、正交平面内测量的前刀面与基面之间的夹角。前角表示前刀面的倾斜程度，有正、负和零值之分，其符号规定如下图。后角 o：在正交平面内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角。后角表示主后刀面的倾斜程度，一般为正值。主偏角 r：在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。主偏角一般为正值。刃倾角 s：在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。当主切削刃呈水寻常， s=0；刀尖为主切削刃最低点时， s0；刀尖为主切削刃上最高点是， s0。副偏角 r：在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。副偏角一般为正值。副后角 o： 在正交平面内测量的副后刀面与切削平面的夹角。在正交平面

11、参考系中，需要6 个独立角度 r 、 o 、 o 、 s 、 r和 o确定一把刀具切削局部的几何外形。法平面参考系内的标注角度法平面参考系由Pr、Ps、Pn 三个面组成。法前角 n 、法后角 n 、法楔角 n 、主偏角 r、刃倾角前角 s、副偏角 r法前角：在法平面内测量的前刀面 A 与基面 Pr 的夹角。n法后角 法楔角：在法平面内测量的切削平面 Ps 与后刀面 A 的夹角。n：在法剖平面内测量的前刀面 A 与后刀面 A 的夹角。n假定工作平面参考系中的标注角度背前角、背后角、背楔角、侧前角、侧后角、pppff侧楔角f刀具角度的一面二角分析法空间任意一个平面的定向角度只需两个，所以推断刀具切

12、削局部需要标注的独立角度数量可用一面二角分析法确定。即刀具需要标注的独立角度的数量是刀面数量的二倍。用工作图标注刀具几何参数时首先应推断或假定刀具哪条是主切削刃，那条是副切削刃。然后就可确定各切削刃的基准坐标平面及全部的标注参数。四、刀具的工作角度刀具在工作参考系中确定的角度称为刀具工作角度。与静态系统中正交平面参考系建立的定义和程序相像，不同点就在于它以合成切削运动 e 或刀具安装位置条件来确定工作参考系的基面p 。re由于工作基面的变化，将带来工作切削平面 p的变化，从而导致工作前角se、工作后角的变化。oeoe争论刀具工作角度的变化趋势，对刀具的设计、改进、革有重要的指导意义。刀具工作参

13、考系工作基面 P：通过切削刃上的选定点，垂直于合成切削运动速度方向的re平面。工作切削平面 Pse：通过切削刃上的选定点，与切削刃相切且垂直于工作基面的平面。工作正交平面 P ：通过切削刃上的选定点，同时垂直于工作基面、工作切oe削平面的平面。刀具工作角度的定义与标注角度类似。在工作正交平面参考系中，一般考核刀具工作角度、oeoe、re 、 、的变化，对刀具角度设计补偿量以及对切削加工过程的影reoese响状况。在车削切断、车螺纹、车丝杠、镗孔、铣削等加工中，通常因刀具工作角度的变化，对工件已加工外表质量或切削性能造成不利影响。刀具安装对工作角度的影响刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响刀尖安装

14、凹凸对工作前、后角的影响 进给运动对工作角度的影响进给运动方向与工件旋转轴线不平行轴向进给运动对工作前、后角的影响横向进给运动的影响山东建筑大学机电工程学院教案第 2 次课切削层与切削方式授课内容目的要求金属切削对刀具材料性能的要求；常用刀具材料性能及应用。把握常用刀具材料性能及应用：高速钢硬质合金重点难点金属切削对刀具材料性能的 6 项要求；常用刀具材料性能及应用：高速钢硬质合金课型理论打算学时3课前预备第三节 切削层与切削方式其次章刀具材料刀具材料应具备的性能常用刀具材料高 速 钢硬质合金硬质合金的选用课堂小结作业、思考刀具材料性能与刀具材料成分及含量的关系； 常用刀具材料选用。课后小结山

15、东建筑大学备课纸第三节 切削层与切削方式切削层：是指在切削过程中，由刀具在切削局部的一个单一动作或指切削局部切过工件的一个单程，或指只产生一圈过渡外表的动作所切除的工件材料层切削层。切削层参数：是指切削层的截面尺寸，它打算刀具所承受的负荷和切屑的尺寸大小，一般在基面内度量和观看切削层公称厚度 h ：垂直于正在加工的外表过渡外表度量的切削层参D数。简称切削厚度hD=f sinr- 2 -切削层公称宽度 bD：平行于正在加工的外表过渡外表度量的切削层参数。简称切削宽度bD=a /sinpr切削层公称横截面积 A：在切削层参数平面内度量的横截面积。简称切D削面积A =hDDb =a fDp上述公式中

16、可看出 ：h 、bDD均与主偏角有关，但切削层公称横截面积AD只与 h 、b或 f、a有关。DDp残留面积实际横截面积切削方式正交切削直角切削：正交切削是指切削刃垂直于合成切削运动方向的切削方式。明显直角切削其切削刃刃倾角 s0。非正交切削斜角切削：切削刃不垂直于合成切削运动方向的切削，称非正交切削，即 s0。自由切削：自由切削是指只有一条直线切削刃参与切削的方式，其特点是切削刃上各点切屑流出方向全都，且金属变形在二维平面内。非自由切削：曲线刀刃或两条以上切削刃参与切削的切削方式称为非自由切削方式。在实际生产中，切削方式多属于非自由切削方式。在今后对金属切削变形的争论中，为了简化条件常承受自由

17、切削方式。其次章 刀具材料刀具材料一般是指刀具切削局部的材料在切削过程中，刀具担负着切除工件上多余金属以形成已加工外表的任务。刀具的切削性能好坏，取决于刀具切削局部的材料、几何参数以及构造的合理 性等。刀具材料对刀具寿命、加工生产效率、加工质量以及加工本钱都有很大 影响，因此必需合理选择。刀具材料的进展受着工件材料进展的促进和影响。刀具材料应具备的性能1. 高的硬度和耐磨性2. 足够的强度和韧性3. 高的耐热性热稳定性4. 良好的物理特性5. 良好的工艺性6. 经济性高的硬度和耐磨性：硬度是刀具材料应具备的根本特性。刀具要从工件上切下切屑，其硬度必需比工件材料的硬度大。切削金属所用刀具的切削刃

18、的硬度，刀具材料常温硬度一般要求大于60HRC。耐磨性是材料抵抗磨损的力量。一般来说，刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。组织中硬质点碳化物、氮化物等的硬度越高，数量越多，颗粒越小，分布越均匀，则耐磨性越高。但刀具材料的耐磨性实际上不仅取决于它的硬度，而且也和它的化学成分、强度、显微组织及摩擦区的温度有关。足够的强度和韧性：为承受切削负荷、振动和冲击，刀具材料必需具备足够的强度和韧性。高的耐热性热稳定性：耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。它是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。刀具材料的高温硬度愈高，则刀具的切削性能愈好，允许的切削速度也愈高。除高温硬度外，刀具材料还应具

19、有在高温下抗氧化的力量以及良好的抗粘结和抗集中力量，即刀具材料应具有良好的化学稳定性。良好的物理特性：刀具材料应具备良好的导热性、大的热容量以及优良的热冲击性能。良好的工艺性能：为便于刀具制造，要求刀具材料具有良好的工艺性能， 如锻造性能、热处理性能、高温塑性变形性能、磨削加工性能等等。经济性：经济性是刀具材料的重要指标之一。刀具材料的进展应结合本国 资源。有的刀具如超硬材料刀具虽然单件本钱很贵，但因其使用寿命很长， 分摊到每个零件的本钱不肯定很高。因此在选用时要考虑经济效果。此外，在 切削加工自动化和柔性制造系统中，也要求刀具的切削性能比较稳定和牢靠， 有肯定的可推测性和高度的牢靠性。常用刀

20、具材料工具钢：包括碳素工具钢如 T10A、T12A、合金工具钢如 9SiCr、CrWMn高速钢硬质合：有钨钴类硬质合金、钨钛钴类硬质合金和钨钛钽铌类硬质合金。陶瓷超硬刀具材料：金刚石及立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具钢因耐热性低而常用于手工工具。陶瓷、金刚石及立方氮化硼目前仅用于超硬工件的加工。目前最常用的是高速钢和硬质合金。高 速 钢它是一种参加较多钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金钢。热处理后硬度可达 6266HRC，抗弯强度约 3.3GPa，有较高的热稳定性 、耐磨性 、耐热性。切削温度在 500650C 时仍能进展切削。由于热处理变形小、能锻易磨，所以特别适合于制造构造和刃型简单的刀具

21、，如成形车刀、 铣刀、钻头、切齿刀、螺纹刀具和拉刀等。高速钢的分类按用途可分为：通用高速钢和高性能高速钢。按制造工艺可分为：熔炼高速钢、粉末冶金高速钢和外表涂层高速钢。按根本化学成份可分为：钨系和钨钼系。通用型高速钢这类高速钢含碳量为 0.70.9，合金元素主要成分有 W、Mo、Gr、V 等。主要牌号：钨钢：W18Cr4V1841由于钨价高，热塑性差，碳化物分布不均匀等缘由，目前国内外已很少承受。钨钼钢 ：它是钨钢中局部钨用钼取代而获得的一种高速钢。典型牌号W6Mo5Cr4V26542，简称 M2 钢。强度、韧性、热塑性好，但热处理时易脱炭、氧化，且淬火温度范围窄等，用于热轧刀具或热成形刀具。

22、另一种 是 W9Mo3Cr4V9341简称W9。其碳化物均匀界于M2 与W18 之间， 热稳定性优于M2。高性能高速钢高性能高速钢是指在通用型高速钢中增加碳、钒、钴或铝等合金元素，使其常温硬度可达 6770HRC，耐磨性与热稳定性进一步提高。典型牌号：高碳高速钢 9W6Mo5Cr4V2高钒高速钢W6Mo5Cr4V3钴高速钢W6Mo5Cr4V2Co5、W18Cr4VCo5超硬高速钢W2Mo9Cr4VCo8M42W6Mo5Cr4V2Al501可以用于加工不锈钢、高温合金、耐热钢和高强度钢等难加工材料。粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢是用高压氩气或纯氮气雾化熔融的高速钢钢水而得到细小的高速钢粉末，然后再

23、热压锻轧制成。优点1. 可有效地解决一般熔炼高速钢在铸造时要产生的粗大碳化物共晶偏 析，得到细小均匀的结晶组织。这就使这种钢有良好的力学性能。强度和韧性分别是熔炼钢的 2 倍和 2.53 倍。2. 这种钢的磨加工性很好，磨削外表粗糙度可显著减小。3. 由于粉冶钢物理力学性能的高度各向同性，可减小淬火时的变形只及熔炼钢的 1/21/3。4. 粉冶钢的耐磨性可提高 20%30%。5. 适用于制造周密刀具、大尺寸滚刀、插齿刀刀具、简单成形刀具、拉刀等。硬质合金硬质合金是由高硬度和高熔点的金属碳化物碳化钨WC、碳化钛TiC、 碳化钽TaC、碳化铌 NbC 等和金属粘结剂Co、Mo、Ni 等用粉末冶金工

24、艺制成。特点：硬质合金刀具常温硬度为 8993HRA，化学稳定性好，热稳定性好， 耐磨性好，耐热性达 8001000C。硬质合金刀具允许的切削速度比高速钢刀具高 510 倍，切削钢时，切削速度可达 220m/min。硬质合金以其优良的性能被广泛用作刀具材料。大多数车刀、端铣刀等均由硬质合金制造。硬质合金分为类P 类，用于加工长切屑塑性黑色金属。相当我国YT 类硬质合金；K 类，用于加工短切屑脆性黑色金属、有色金属和非金属材料。相当于我国的YG 类；M 类，可加工长切屑和短切屑黑色金属和有色金属。相当于我国的 YW 类。K 类：钨钴类硬质合金 代号为YG。这类合金是由 WC 和Co 组成。合金中

25、含钴量愈高，韧性愈好，适合于粗加工，反之用于精加工。我国生产的常用牌号有YG3X、YG6X、YG6、YG8 等，含Co 量分别为 3%、6%、6%、8%。YGK类硬质合金，有较好的韧性、磨削性、导热性。硬度为 8991.5HRA， 抗弯强度为 1.11.5GPa 比 YT 类高。适合于加工产生崩碎切屑及有冲击载荷的脆性金属材料。如黑色金属、有色金属以及非金属材料，低速时也可加工钛合 金等耐热钢。P 类：钨钛钴类硬质合金 代号为YT。它以WC 为基体，添加TiC，用Co 作粘结剂烧结而成，常用牌号有YT5、YT14、YT15 及YT30，TiC 含量分别为 5%、14%、15%和 30%，相应的

26、钴含量为 10%、8%、6%及 4%主要用于加工钢料；不宜加工不锈钢和钛合金；适合于精加工。这类合金的硬度为 89.5 92.5HRA，抗弯强度为 0.91.4GPa。随着合金成分中TiC 含量的提高和Co 含量的降低，硬度和耐磨性提高，抗弯强度则降低 。YT 类硬质合金的突出优点是耐热性好。M 类：钨钛钽铌类硬质合金 代号为YW。它在YTP类硬质合金中参加TaC 或NbC，这样可提高抗弯强度、疲乏强度、冲击韧性、抗氧化力量、耐磨性和高温硬度等。它既适用于加工脆性材料，又适用于加工塑性材料。以上三类硬质合金的主要成分都是WC，故可统称为WC 基硬质合金。YN 类硬质合金 TiC 基硬质合金：这

27、类合金是 TiC 为主要硬质相，以 Ni 或 Mo 为粘结相制成的合金。它比WC 基合金有高的耐磨性、耐热性和高的硬度近似陶瓷，但抗弯强度和冲击韧性较差。通常适用于钢和铸铁的半精加工和精加工。代表牌号为YN05 和YN10。硬质合金的选用YG 类硬质合金主要用于加工铸铁、有色金属及非金属材料。YT 类硬质合金适于加工钢料。YW 类硬质合金则主要用于加工耐热钢、高锰钢、不锈钢等难加工材料。硬质合金中含钴量增多WC、TiC 含量削减时，其抗弯强度和冲击韧度增高硬度及耐热性降低，适合于粗加工。含钴量削减WC、Tic 含量增加时，其硬度、耐磨性及耐热性增加强度及韧性降低，适合于作精加工用。在加工含钛的

28、不锈钢如 1Cr18Ni9Ti和钛合金时，不宜承受YT 类硬质合金。涂层刀具材料在韧牲较好的刀具基体上，涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韧性。涂层硬质合金一般承受化学气相沉积法CVD 法，沉积温度 1000左右； 涂层高速钢刀具一般承受物理气相沉积法PVD 法，沉积温度 500左右。常用的涂层材料有TiC、TiN、Al2O3 及其复合材料等， 涂层厚度随刀具材料不同而异。TiC 涂层 ：硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削时能产生氧化钛膜，减小摩擦及刀具磨损。TiN 涂层 ：在高温时能产生氧化膜，与铁基材料摩擦系数较小，抗粘结性能好，并能有效降低切削温度。T

29、iCTiN 复合涂层：第一层涂TiC，与刀具基体粘牢不易脱落。其次层涂TiN，削减外表层与工件间的摩擦。TiC-Al2O3 复合涂层：第一层涂TiC， 与刀具基体粘牢不易脱落。其次层涂 Al2O3 可使刀具外表具有良好的化学稳定性和抗氧化性能。目前单涂层刀片已很少应用，大多承受 TiC-TiN 复合涂层或TiC-Al2O3-TiN 三复合涂层。陶瓷刀具材料以氧化铝或以氮化硅为基体再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。优点：硬度高，耐磨性、耐高温性能好，有良好的化学稳定性和抗氧化性， 与金属的亲合力小、抗粘结和抗集中力量强；缺点：脆性大、抗弯强度低，冲击韧性差，易崩刃，所以使用范围受到

30、限制；可用于钢、铸铁类零件的车削、铣削加工。金刚石刀具材料碳的同素异形体，在高温、高压下由石墨转化而成，是目前人工制造出的最坚硬物质。优点：由于硬度极高，其显微硬度到达10000HV，耐磨性好，切削刃口锐利，刃部外表摩擦系数较小，不易产生粘结或积屑瘤。缺点：热稳定性差，切削温度超过 700800时，就会完全失去其硬度； 强度低，脆性大，对振动敏感，只宜微量切削，与铁有猛烈的化学亲合力，不能用于加工钢材。可用于加工硬质合金、陶瓷等硬度达 6570HRC 的材料；也可用于加工高硬度的非金属材料，如玻璃等；还可加工有色金属，如铝硅合金材料以及复合难加工材料的精加工或超精加工。立方氮化硼立方氮化硼CB

31、N是一种人工合成的型刀具材料，它由六方氮化硼在高温、高压下参加催化剂转化而成。特点：它有很高的硬度其显微硬度为80009000HV及耐磨性，热稳定性好，化学惰性大，与铁系金属在1300时不易起化学反响，导热性好，摩擦系数低。可用于高温合金、冷硬铸铁、淬硬钢等难加工材料的加工。山东建筑大学机电工程学院教案第 3 次课金属切削过程、切削力、切削热与切削温度。授课内容目的要求把握切屑变形、切削力和切削热与切削温度的变化规律及影响因素重点难点变形过程和变形区划分、影响切削力和切削温度的因素课型理论打算学时3课前预备第三章切削变形与切屑形成金属切削过程的变形变形区的划分变形程度的表示方法影响切削变形的主

32、要因素第四章切削力切削力的来源切削合力及其分解影响切削力因素第五章切削热和切削温度切削热的来源及传出影响切削温度的主要因素切削温度对工件、刀具和切削过程的影响课堂小结山东建筑大学备课纸- 4 -作业、思考切屑变形的变化规律及影响因素；影响切削力的因素； 影响切削力与切削温度的因素。课后小结金属切削过程的根本规律金属切削过程刀具从工件外表切除多余金属，从切屑形成开头到加工外表形成为止的完整过程。金属切削的根本规律做什么主要争论以切屑形成机理为根底，从而对金属切削加工过程中的各种现象， 如切削力、切削热、切削温度和刀具磨损等进展争论，以解决生产中消灭的问 题，如积屑瘤、振动和切屑的卷曲与折断等。争

33、论金属切削的根本规律的目的争论金属切削的根本规律对保证加工质量、提高生产率、降低生产本钱和促进切削加工技术的进展，有着格外重要的意义。第三章 金属切削过程金属切削过程的变形变形区的划分第变形区：即剪切变形区，从OA 线开头发生塑性变形到OM 线晶粒的剪切滑移根本完成，金属剪切滑移，成为切屑。第变形区：靠近前刀面处，切屑排出时受前刀面挤压与摩擦，产生纤维化。第变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变形。第变形区第变形区内金属的剪切变形OA始滑移线； OM终滑移线。OA 与OM 线之间的整个区域称第一变形区。金属切削过程的塑性变形主要集中于此区域。变形的主要特征是沿滑移线的剪切变形，以及加工硬

34、化。剪切面滑移面：在一般切削速度范围内，第一变形区的宽度仅约0.20.02mm，所以可用一剪切面来表示。剪切角：剪切面和切削速度方向的夹角叫做剪切角，以 表示。第变形区当切屑沿前面流出时，由于受到前面挤压和摩擦作用，在前面摩擦阻力的作用下，靠近前面的切屑底层金属再次产生剪切变形。使切屑底层薄的一层金属流淌滞缓，流淌滞缓的一层金属称为滞流层，这一区域又称为第变形区。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要缘由。第变形区工件已加工外表受到钝圆弧切削刃的挤压和后面的摩擦，使已加工外表内产生严峻变形，已加工外表与后面的接触区称为第变形区。此区变形是造成已加工面纤维化、加工硬化和剩余应力的主要缘

35、由。变形程度的表示方法剪切角变形系数 相对滑移系数前刀面的摩擦特点在高温高压作用下，切屑底层与前刀面发生粘结，切屑与前刀面之间既有外摩擦，也有内摩擦。两个摩擦区粘结区：高温高压使切屑底层软化，粘嵌在前刀面凹凸不平的凹坑中，形成长度为 lfi 的粘接区。切屑的粘接层与上层金属之间产生相对滑移，其间的摩擦属于内摩擦。滑动区：切屑在脱离前刀面之前，与前刀面只在一些突出点接触，切屑与前刀面之间的摩擦属于外摩擦。积屑瘤在切削速度不高而又能形成连续性切削的状况下，加工一般钢料或其它塑性材料时，常常在前刀面切削处粘着一块剖面有时呈三角状的硬块。它的硬度很高，通常是工件材料的 23 倍，在处于比较稳定的状态时

36、，能够代替刀刃进展切削。这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤或刀瘤。积屑瘤是如何产生积屑瘤对切削过程的影响防止积屑瘤的方法影响切削变形的主要因素工件材料刀具角度切削用量切屑类型第四章 切削力金属切削时，刀具切除工件上的多余金属所需要的力，称为切削力。切削力的来源 ：抑制工件材料弹性变形的力。抑制工件材料塑性变形的力。抑制刀屑、刀工接触面之间的摩擦力。切削合力及其分解作用在刀具上的切削合力可分解为常用的相互垂直的三个分力：FcFz主切削力或切削力，是切削合力在主运动方向上的投影，其方向垂直于基面。Fc 是计算切削功率的主要力，也是设计机床零件和计算刀具强度的重要依据。Fpy背向力或切深抗力，它在基

37、面内并与进给方向垂直。Fp 使工件产生弯曲变形并可能引起振动。Ffx进给抗力或进给力，它在基面内并与进给方向平行。Ff是设计进给机构和计算进给功率的依据。切削力的求法通过测量机床功率求切削力利用测功率表测量机床的功率，然后求得切削力的大小。该方法误差较大。利用测力仪测量切削力通常使用的切削测力仪有两种：电阻应变片式测力仪和压电晶体式测力仪。这两种测力仪都可以测出c、p、f 三个分力，后者精度较高。利用阅历公式计算切削力通过大量试验，将测力仪测得的切削力数据，用数学方法进展处理，得到切削力的阅历式。切削力的试验公式F = CaxF f yF unF KccccFPFccF= CaxFp f yF

38、p unFp KpFpF= CPaxFf fFpyFf unFf KfFPFff单位切削力 kc p 切除单位切削层面积的主切削力。如单位切削力为己知，则可计算出切削力FcF k AD kc a fccp影响切削力因素切削用量背吃刀量 ap 和进给量：p和增加时，切削面积增加，切削力增加；ap 增加时变形系数不变，切削力按正比关系增加；增加时变形系数减小，因此，切削力不按正比关系增加；对切削力的影响比ap 的影响小。切削速度：切削速度对切削力的影响规律与对切屑变形的影响根本一样。切削塑性金属时，在积屑瘤区，由于积屑瘤现象使刀具实际前角增大，切屑变形减小，切削力减小。在无积屑瘤时，随 的增加，切

39、削力减小。切削脆性金属时， 增加，切削力略有减小。工件材料工件材料的强度、硬度越高，虽然切屑变形略有减小，但总的切削力还是增大的。工件材料的化学成分不同，如含碳量多少，是否含有合金元素等，切削力不同。热处理状态不同，切削力也不同。材料硬化指数不同，切削力也不同。如不锈钢硬化指数大，切削力大；铜、铝、铸铁及脆性材料硬化指数小， 切削力就小。刀具几何参数的影响前角：前角对切削力影响较大。当切削塑性金属时，切削力随前角增加而减小。加工脆性金属时前角对切削力影响不明显。主偏角：主偏角 r 对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著 r Fp，Ff刃倾角：刃倾角 s 对主切削力影响不大，对吃刀抗力

40、和进给抗力影响显著 s Fp，Ff刀尖圆弧半径 r：对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著 r Fp，Ff ；负倒棱对切削力的影响 ：在锐利的切削刃上磨出负倒棱，可以提高刃口强度，从而提高刀具使用寿命。负倒棱导致切削变形增加，切削力增大。其他因素影响刀具材料：与工件材料之间的亲和性影响其间的摩擦，而影响切削力 ； 通常按立方氮化硼，陶瓷，涂层硬质合金，高速钢的挨次切削力依次增大。切削液：有润滑作用，使切削力降低 ；后刀面磨损：使切削力增大，对吃刀抗力Fp 的影响最为显著。第五章 切削热和切削温度切削热的来源及传出切削热来源：来源于三个变形区，即切屑的变形功和前、后刀面的摩擦功。切削热

41、量Q：切削过程中消耗的功率 98 99%转换为热能，QFC c 切削热的传散：切削热主要由切屑、工件、刀具以及四周介质传出。切削温度测定及分布什么是切削温度：指前刀面与切屑接触区内的平均温度。它由切削热的产生和传出的平衡条件所打算，产生的热越多，传出的热越慢，切削温度越高， 反之，切削温度越低。切削温度的测量：自然热电偶法、人工热电偶法。切削温度的分布影响切削温度的主要因素切削用量：切削速度对切削温度影响最大，进给量f 对切削温度的影响次之，背吃刀量ap 对切削温度的影响最小。刀具几何参数前角：前角对切削温度的影响主要是依据其对变形和摩擦的影响。前角增大，变形减小，切削温度降低。但当 0 大于

42、 18 20时，虽然变形小产生热量少，但散热条件恶化，故切削温度不但不降低，反而有可能上升。主偏角：主偏角对切削温度的影响主要是依据其对切削刃工作长度和刀尖 角变化的影响。当主偏角减小时， bD 增加，而 hD 减小，同时刀尖角 r 增大， 总的散热条件改善，故切削温度减小。工件材料工件材料对切削温度的影响取决于其强度、硬度、导热性等。合金钢强度高，比一般钢消耗功率大，而且导热系数小，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，故切削温度低。切削液切削液热导率、比热容、流量越大，温度越低刀具磨损刀具磨损较严峻时，刀具刃口变钝，切屑变形增大，同时后刀面与工件之间摩擦增

43、大，二者均使切削热增加，切削温度上升。刀具磨损是影响切削温度的主要因素。把握了切削温度的变化规律，就可以掌握刀具的磨损和已加工外表的质量。切削温度对工件、刀具和切削过程的影响高切削温度是刀具磨损的主要缘由它将限制生产率的提高切削温度还会使加工精度降低使已加工外表产生剩余应力以及其它缺陷山东建筑大学机电工程学院教案第 4 次课刀具的磨损与刀具寿命授课内容切削用量的合理选择了解和把握影响刀具磨损与刀具寿命的因素；刀具耐用度概念目的要求及其影响因素。了解和把握制订切削用量的原则；切削用量三要素对生产率的影响；切削用量三要素确实定方法。刀具磨损的根本缘由、刀具耐用度概念及其影响因素；重点难点制订切削用量的原则、切削用量三要素确实定方法。课型理论打算学时3课前预备第六章 刀具磨损与刀具寿命刀具磨损刀具耐用度刀具寿命 影响刀具耐用度的因素合理的刀具耐用度确定原则第七章切削用量的合理选择制订切削用量时考虑的因素切削用量制定的步骤提高切削用量的途径课堂小结作业、思考刀具耐用度概念及其影响因素山东建筑大学备课纸切削用量三要素确实定方法课后小结- 3 -第六章 刀具磨损与刀具寿命刀具磨损：刀具在切削金属，切下切屑的同时，其本身也将发生钝化，而失去切削力量，称刀具的磨损。刀具磨损形式刀具的磨损可分为：正常磨损刀具渐渐磨蚀和非正常磨损刀具随机破损