成形工艺基础——金属工艺学（下册）第五篇切削工艺知识

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1、成形工艺基础-切削11。GB4863-85 GB4863-85规定：规定：切屑加工切屑加工（定义同上）；（定义同上）；切削加工切削加工=钳工钳工+机械加工机械加工 机械加工机械加工 机械加工的方法许多：机械加工的方法许多：等多种，但它们在切削运动、切削刀具、切削过等多种，但它们在切削运动、切削刀具、切削过程的物理实质等方面都有着共同的现象和规律。程的物理实质等方面都有着共同的现象和规律。成形工艺基础-切削12 一、零件表面的一、零件表面的形成形成 零件表面的组成有：零件表面的组成有：基本表面平面、外、内圆面；基本表面平面、外、内圆面；成形面：沟、槽、螺纹及齿成形面：沟、槽、螺纹及齿面等面等 1

2、.1.三个表面三个表面成形工艺基础-切削13 在切削加工过程中，工件上存在三个不断变在切削加工过程中，工件上存在三个不断变化的表面，化的表面，即：即：成形工艺基础-切削14。成形工艺基础-切削15 切削过程中切削过程中主运动只有一个主运动只有一个；进给运动可以进给运动可以有一个或几个有一个或几个。切削运动的形式有：切削运动的形式有：旋转或直线旋转或直线的。的。实际的切削运动是一个实际的切削运动是一个合成切削运动合成切削运动.一般，切削用量包括：一般，切削用量包括：。常称为切削三要素常称为切削三要素成形工艺基础-切削16 601000 Dnm/s 1.1.切削速度切削速度 (以车削为例以车削为例

3、)切削速度切削速度(m/s)(m/s)是主运动的线速度。是主运动的线速度。c=式中：式中：DD为工件待加工表面的直径为工件待加工表面的直径(mm)(mm)；n n为转速为转速(r/min)(r/min)。车削时指工件待加工表面最大直径处线速度车削时指工件待加工表面最大直径处线速度.2.2.进给量进给量f f(mm/r)(mm/r)指指(车车)刀具相对于工件旋转一转刀具相对于工件旋转一转,在进给方向在进给方向成形工艺基础-切削17 的的位移量位移量。单位为：单位为：mm/rmm/r或或mm/strmm/str。3.3.背吃力量背吃力量a ap p(mm)(mm)指工件上已加工表面与指工件上已加工

4、表面与待加工表面之间的垂直距离，单位为：待加工表面之间的垂直距离，单位为：mmmm。式中：式中：d d 为已加工表面的直径为已加工表面的直径(mm)(mm)生产中为提高生产中为提高效率一般效率一般对工件分粗、精加工对工件分粗、精加工阶段，如阶段，如：aP2dD 成形工艺基础-切削18 c 四、切削层参数四、切削层参数 1.1.切削层公称横截面积切削层公称横截面积A AD D 在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面积，单位为实际横截面积，单位为mmmm2 2。2.2.切削层公称宽度切削层公称宽度b bD D ；3.3.切削层公称厚度切削层公称厚度h

5、 hD D 且三者间有关系且三者间有关系：A AD D=b=bD Dh hD D mm mm2 2 在车削中可近似认为：在车削中可近似认为：A AD Dfafap p mm mm2 2成形工艺基础-切削19 刀具组成切削部分夹持部分刀具组成切削部分夹持部分 一、刀具材料一、刀具材料(指切削部分指切削部分)1.对刀具材料的基本要求对刀具材料的基本要求 切削过程中，刀具的切削部分要承受很大的切削过程中，刀具的切削部分要承受很大的压力、摩擦、冲击和很高的温度，刀具切削部分压力、摩擦、冲击和很高的温度，刀具切削部分的材料应具备以下性能：的材料应具备以下性能：1)1)高的硬度高的硬度 一般刀具材料的硬度

6、应在一般刀具材料的硬度应在60HRC60HRC以上。以上。成形工艺基础-切削110 2)2)足够的强度和韧性足够的强度和韧性 又称又称，以承受切削中的冲击力和振动，以承受切削中的冲击力和振动，减少刀具脆性断裂和崩刃。减少刀具脆性断裂和崩刃。3)3)耐磨性好耐磨性好 即抵抗磨损的能力，使刀具使用耐久。即抵抗磨损的能力，使刀具使用耐久。4)4)高的耐热性高的耐热性 是指刀具在高温下仍能保持硬度、强度、韧是指刀具在高温下仍能保持硬度、强度、韧性和耐磨性等。性和耐磨性等。5)5)工艺性能要好工艺性能要好 成形工艺基础-切削111 为了便于刀具本身的制造，刀具为了便于刀具本身的制造，刀具材料还应具材料还

7、应具有一定的工艺性能有一定的工艺性能,如如:。2.2.常用刀具材料常用刀具材料 1)1)碳素工具钢碳素工具钢 T10 T10钢钢(W(WC C=1%)=1%)制手用钢锯条、简单冷作模制手用钢锯条、简单冷作模;T12 T12钢用于制作铰刀、锉刀、量具等钢用于制作铰刀、锉刀、量具等 2)2)合金工具钢合金工具钢 常用牌号如常用牌号如9SiCr9SiCr、Cr12Cr12、CrMnCrMn、GCr15GCr15等，等，成形工艺基础-切削112 主要用于制造刃具、模具、量具等工具主要用于制造刃具、模具、量具等工具 3)3)高速钢高速钢 高速钢是含高速钢是含WW、C Cr r、V V等合金元素较多的合等

8、合金元素较多的合金工具钢金工具钢.其常用牌号有其常用牌号有:W18CW18Cr r4V4V、W6MW6Mo o5C5Cr r4V24V2等等,广广泛用于制造形状复杂的高速切削工具泛用于制造形状复杂的高速切削工具,如：麻花如：麻花 钻、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其他成形刀具。钻、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其他成形刀具。4)4)硬质合金硬质合金 根据根据GB/2075-1998GB/2075-1998规定，按规定，按成形工艺基础-切削113 分了分了三个大（类）组三个大（类）组；分别用字母分别用字母表示表示(这些字母完全是这些字母完全是 习惯性，本身无其他含义习惯性，本身无其他含义)。相应识别颜色为相应识

9、别颜色为.具体应用具体应用:1)P1)P类类(蓝色蓝色)相当于相当于旧牌号旧牌号YTYT类类硬质合金。硬质合金。适宜加工长切屑的黑色金属适宜加工长切屑的黑色金属，如钢、铸钢，如钢、铸钢等。其代号等。其代号P01P01、P10P10、P20P20、P30P30、P40P40、P50P50等，等，数字越大，耐磨性越低而韧性越高数字越大，耐磨性越低而韧性越高。如车削时：精车用如车削时：精车用P01,P01,半精车用半精车用P10,P20P10,P20；成形工艺基础-切削114 粗车选用粗车选用P30P30。2)M2)M类类(黄色黄色)相当于旧牌号相当于旧牌号YWYW类硬质合金类硬质合金 适宜加工长切

10、屑或短切屑的金属材料，如适宜加工长切屑或短切屑的金属材料，如钢、铸钢、不锈钢、灰铸铁、有色金属等。钢、铸钢、不锈钢、灰铸铁、有色金属等。其代号有其代号有M10M10、M20M20、M30M30、M40M40等，数字等，数字越大，耐磨性低而韧性大。越大，耐磨性低而韧性大。精车选精车选M10M10；半精车用；半精车用M20M20；粗车时可用；粗车时可用M30M30。3)K3)K类类(红色红色)相当于旧牌号相当于旧牌号TGTG类硬质合金类硬质合金成形工艺基础-切削115 适宜加工适宜加工如淬如淬硬钢、铸铁、铜铝合金、塑料等，其代号有硬钢、铸铁、铜铝合金、塑料等，其代号有K01K01、K10K10、K

11、20K20、K30K30、K40K40等，数字大，耐磨性降而等，数字大，耐磨性降而韧性大。如车削时：韧性大。如车削时：精车选精车选K01K01；半精车；半精车K10K10、K20K20；粗车用；粗车用K30K30。3.3.1)1)涂层刀具材料涂层刀具材料 成形工艺基础-切削116 如在硬质合金表面上涂厚如在硬质合金表面上涂厚4 49m9m的涂层时，的涂层时，表面硬度可达表面硬度可达，是实现刀具要求，是实现刀具要求“”的有效方法之一。的有效方法之一。硬质合硬质合金涂层刀具寿命可比原来提高金涂层刀具寿命可比原来提高1 13 3倍，倍，高速钢涂高速钢涂层后寿命提高层后寿命提高2 21010倍倍，世界

12、各国对涂层刀具运，世界各国对涂层刀具运用很广泛。处于领先地位的瑞典，在车削中使用用很广泛。处于领先地位的瑞典，在车削中使用涂层硬质合金刀片已达涂层硬质合金刀片已达70%70%80%80%。成形工艺基础-切削117 2)2)按化学成分可分为按化学成分可分为Al Al2 2O O3 3基和基和Si Si3 3N N4 4基两类。基两类。陶瓷刀具硬度高而耐磨，允许切削速度达成陶瓷刀具硬度高而耐磨，允许切削速度达成12.5m/s12.5m/s，耐热性度可达，耐热性度可达1200120014501450，其效率，其效率比硬质合金提高了比硬质合金提高了1 14 4倍，可制成刀片。倍，可制成刀片。用于半精和

13、精加工高硬度、强度钢及冷硬铸用于半精和精加工高硬度、强度钢及冷硬铸铁等，缺点抗弯强度低，冲击韧性差。铁等，缺点抗弯强度低，冲击韧性差。3)3)它包括它包括成形工艺基础-切削118硬度极高硬度极高(5000HV(5000HV以上以上),),耐磨性极好，可切削硬的材料而长时间保持尺寸耐磨性极好，可切削硬的材料而长时间保持尺寸的稳定的稳定(不宜加工铁族金属不宜加工铁族金属,为什么？为什么？)。刀具寿命比硬质合金高几十至三百倍，宜精刀具寿命比硬质合金高几十至三百倍，宜精细加工。细加工。立方氮化硼立方氮化硼(CBN)(CBN)的显微硬度达的显微硬度达，仅次于天然金刚石（，仅次于天然金刚石（），耐磨），耐

14、磨性很好，其耐热性达性很好，其耐热性达15001500，且与，且与。成形工艺基础-切削119适于加工高硬、难切材料。适于加工高硬、难切材料。注意刀具材料的使用性能，工艺性能和价格注意刀具材料的使用性能，工艺性能和价格不同，各种切削条件对刀具要求也各异，应综合不同，各种切削条件对刀具要求也各异，应综合考虑，合理地选用刀具材料。考虑，合理地选用刀具材料。刀具的种类相当繁多，但其切削部分的结构刀具的种类相当繁多，但其切削部分的结构要素和几何角度有着许多共同的特征要素和几何角度有着许多共同的特征,图示图示。各种刀具就各种刀具就成形工艺基础-切削120 1.1.）指刀具上切屑流经的表面。指刀具上切屑流经

15、的表面。2.2.）是与工件上过渡表面相对的表面。是与工件上过渡表面相对的表面。3.3.）是与工件已加工表面相对的表面。是与工件已加工表面相对的表面。成形工艺基础-切削121 4.4.前刀面与主后刀面的交线。前刀面与主后刀面的交线。5.5.前刀面与副后刀面的交线。前刀面与副后刀面的交线。6.6.指主、副切削刃汇交的部位，它可以是指主、副切削刃汇交的部位，它可以是，或是一小段，或是一小段。刀具角度是确定车刀各部分几何形状的重要刀具角度是确定车刀各部分几何形状的重要成形工艺基础-切削122 参数，用于参数，用于。参考系有两类：。参考系有两类：一类为一类为,又称又称;它是刀具设计时标注、刃磨和测量的基

16、准，它是刀具设计时标注、刃磨和测量的基准，用此定义的刀具角度称用此定义的刀具角度称；组成刀具组成刀具静止参考系的平面静止参考系的平面，如图如图，由，由组成：组成：1.1.基面基面 Pr Pr 成形工艺基础-切削123 车刀基面可理解为平行于刀具底面的水平面车刀基面可理解为平行于刀具底面的水平面.2.2.切削平面切削平面 Ps Ps （主切削平面以（主切削平面以PsPs表示，副切削平面以表示，副切削平面以PsPs，表示）。表示）。3.3.正交平面正交平面 Po Po成形工艺基础-切削124 过切削刃上选定点，并同时垂直于基面和切过切削刃上选定点，并同时垂直于基面和切削平面的平面。削平面的平面。4

17、.由于刀具的参考系在切削刃上各点是变化的，由于刀具的参考系在切削刃上各点是变化的，因此因此。在未指明时，在未指明时，一般指切削刃的基点或刀尖一般指切削刃的基点或刀尖。成形工艺基础-切削125 在正交平面内测量的标注角度在正交平面内测量的标注角度见图见图 1.1.前角前角r r。根据前刀面与基面间的相对位置又分别根据前刀面与基面间的相对位置又分别规规定为定为:：成形工艺基础-切削126 选择原则：前角的数值大小与刀具切削部分的材选择原则：前角的数值大小与刀具切削部分的材料，被加工材料、工作条件等都有关系。料，被加工材料、工作条件等都有关系。(1)(1)材料性脆、强度低时前角应取小值；材料性脆、强

18、度低时前角应取小值；(2)(2)材料强度和硬度低时，取较大前角；材料强度和硬度低时，取较大前角；(3)(3)有冲击的工作条件时，前角应取较小值，有冲击的工作条件时，前角应取较小值，甚至取负值。甚至取负值。在保证刀具刃口强度的条件下，尽量用大在保证刀具刃口强度的条件下，尽量用大前角。前角。2.2.后角后角o o 成形工艺基础-切削127 作用作用：减小后面与工件之间的摩擦，和前：减小后面与工件之间的摩擦，和前角一样影响刃口的强度和锋利程度。角一样影响刃口的强度和锋利程度。选择原则选择原则:作用：影响切削刃工作长度、背向力、刀尖作用：影响切削刃工作长度、背向力、刀尖成形工艺基础-切削128 强度和

19、散热条件；主偏差越小，背向力越大，强度和散热条件；主偏差越小，背向力越大，切削刃工作长度切削刃工作长度越大，散热条件越好。越大，散热条件越好。选择原则选择原则：工件粗大：工件粗大,刚性好时取较小值刚性好时取较小值,车车细长轴时为减少背向力细长轴时为减少背向力,以免工件弯曲以免工件弯曲,加工出腰加工出腰鼓形鼓形,宜选取较大的值宜选取较大的值,常用为常用为间间。4.4.副偏角副偏角 作用作用：影响已加工表面的粗糙度，减少副偏：影响已加工表面的粗糙度，减少副偏角可使被加工表面粗糙值降低。角可使被加工表面粗糙值降低。成形工艺基础-切削129 选择原则选择原则：精加工时为提高加工表面的质：精加工时为提高

20、加工表面的质量，选取较小值，一般为量，选取较小值，一般为5 5 1010 在切削平面内侧量的角度有：在切削平面内侧量的角度有：5.5.刃倾角刃倾角 s s 作用作用：影响切屑流动方向和刀尖的强度。：影响切屑流动方向和刀尖的强度。(1)(1)当当s s 为正值时，刀尖在主切削刃上的最为正值时，刀尖在主切削刃上的最高点，切屑流向待加工表面；高点，切屑流向待加工表面；成形工艺基础-切削130 (2)(2)当当s s 为负值时，刀尖在主切削刃上为最为负值时，刀尖在主切削刃上为最低点，切屑流向已加工表面；低点，切屑流向已加工表面；(3)(3)刃倾角为刃倾角为0 0 时，切屑垂直于过渡表面时，切屑垂直于过

21、渡表面方向方向流出流出。在在s s 时，切屑的压力使刀头及刃口易时，切屑的压力使刀头及刃口易损坏，刀头强度表现差；反之，则刀头强度较好。损坏，刀头强度表现差；反之，则刀头强度较好。选择原则选择原则：精加工时取正值，粗加工时或有：精加工时取正值，粗加工时或有冲击时取负值，一般情况下为冲击时取负值，一般情况下为0 0 5 5。成形工艺基础-切削131刀具结构种类很多刀具结构种类很多,以车刀为例介绍：以车刀为例介绍：1.1.整体车刀整体车刀 切削部分与刀杆为同一种材料，如高速钢车切削部分与刀杆为同一种材料，如高速钢车刀刀(白钢刀白钢刀),),在有色金属加工中应用较多。在有色金属加工中应用较多。2.2

22、.焊接车刀焊接车刀 切削部分与刀杆不同材料切削部分与刀杆不同材料,刀杆为中碳钢锻刀杆为中碳钢锻造造,而切削部分为硬质合金类刀片而切削部分为硬质合金类刀片,运用硬钎焊连运用硬钎焊连成形工艺基础-切削132 接而成，方便灵活，尤其小刀具运用多。接而成，方便灵活，尤其小刀具运用多。3.3.机械夹固式车刀机械夹固式车刀 按是否重磨又按是否重磨又分机夹不重磨式分机夹不重磨式和和机夹重磨式机夹重磨式两种两种.其中机夹其中机夹不重磨不重磨时时,一刀刃用钝后不需重磨一刀刃用钝后不需重磨.如如图示图示，只须将夹紧螺钉稍松，将刀片再转过一，只须将夹紧螺钉稍松，将刀片再转过一刃即可使用。刃即可使用。而机夹而机夹重磨

23、重磨式式,类似焊接车刀类似焊接车刀,用钝用钝后后可重磨可重磨.成形工艺基础-切削133 1.1.切屑形成切屑形成 塑性材料的切屑过程是一个：塑性材料的切屑过程是一个：；经历了：；经历了：四阶段四阶段.2.2.切屑的种类切屑的种类 带状切屑、节状切屑、崩碎切屑带状切屑、节状切屑、崩碎切屑成形工艺基础-切削134 1.1.产生产生（见录像片见录像片）2.2.对切削过程的影响对切削过程的影响 不足：不足：时积时流时积时流使工件表面粗糙；使工件表面粗糙；精加工时，予以限制。精加工时，予以限制。成形工艺基础-切削135以车外圆时为例：以车外圆时为例：总切削力总切削力(F)(F)分解为相互垂直的分解为相互

24、垂直的三个分力三个分力：成形工艺基础-切削136222pfcFFFF 1.1.2.2.影响切削温度的主要因素：影响切削温度的主要因素：工件材料工件材料 强而硬的材料生热多；强而硬的材料生热多；切削用量切削用量 影响程度依次排序为影响程度依次排序为：成形工艺基础-切削137 成形工艺基础-切削138 成形工艺基础-切削139刀具在使用一段时间后，其切削刃变钝，以刀具在使用一段时间后，其切削刃变钝，以致无法使用。为此要讨论致无法使用。为此要讨论刀具磨损刀具磨损与与耐用度耐用度。1.1.刀具磨损形态刀具磨损形态 1)1)后刀面磨损后刀面磨损 磨损以后刀面上的磨损宽度值磨损以后刀面上的磨损宽度值VBV

25、B表示表示。2)2)前刀面磨损前刀面磨损 在高切削速度，背吃刀量较大且不用切削在高切削速度，背吃刀量较大且不用切削成形工艺基础-切削140 液情况下，切塑性材时，前刀面上出现月牙洼，液情况下，切塑性材时，前刀面上出现月牙洼，前刀面的磨损量以最大深度值前刀面的磨损量以最大深度值KTKT表示。表示。3)3)前后刀面同时磨损前后刀面同时磨损 2.2.刀具磨损过程刀具磨损过程 刀具磨损过程有三阶段，刀具磨损过程有三阶段，如图所示如图所示。刀具耐用度是刀具耐用度是指刀具从刃磨开始使用，到刀指刀具从刃磨开始使用，到刀具磨损量达到磨损限度的总切削时间（具磨损量达到磨损限度的总切削时间（minmin）,成形工

26、艺基础-切削141 以符号以符号T T表示表示.一般说一般说:高速钢钻头的耐用度为高速钢钻头的耐用度为8080120min;120min;硬质合金焊接车刀耐用度约为硬质合金焊接车刀耐用度约为60min60min；硬质合金端铣刀的耐用度约为硬质合金端铣刀的耐用度约为120120180min180min。成形工艺基础-切削142 1)1)性软而韧，易生鳞刺，经正火处理性软而韧，易生鳞刺，经正火处理后，可使切削性得以改善。后，可使切削性得以改善。成形工艺基础-切削143 2)2)有较好综合力学性能，切削性好。有较好综合力学性能，切削性好。3)3)由于组织中多为珠光体加网状渗碳体，经球由于组织中多为珠

27、光体加网状渗碳体，经球化退火可改善切削性。化退火可改善切削性。易切削！易切削！(为什么？为什么？)成形工艺基础-切削144 马氏体型不锈钢，其牌号有：马氏体型不锈钢，其牌号有：1Cr131Cr13、2Cr132Cr13、3Cr133Cr13、4Cr134Cr13 奥氏体型不锈钢，其牌号：奥氏体型不锈钢，其牌号：1Cr18Ni91Cr18Ni9（Ti Ti）、0Cr18Ni90Cr18Ni9 1Cr171Cr17容器，日用品。容器，日用品。由于由于:成形工艺基础-切削145 铝、镁合金由于硬度低、导热性好，易切削。铝、镁合金由于硬度低、导热性好，易切削。成形工艺基础-切削146 一般易切削；但要

28、注意其力学性能比金属一般易切削；但要注意其力学性能比金属差些；有的脆性大，易开裂。差些；有的脆性大，易开裂。陶瓷多硬度高、耐磨和耐热等特点，传统用陶瓷多硬度高、耐磨和耐热等特点，传统用金刚石砂轮磨削。金刚石砂轮磨削。作业：作业：每人列一张表，将本章内容要点归纳出来。每人列一张表，将本章内容要点归纳出来。成形工艺基础-切削147成形工艺基础-切削148成形工艺基础-切削149成形工艺基础-切削150成形工艺基础-切削151成形工艺基础-切削152成形工艺基础-切削153成形工艺基础-切削154成形工艺基础-切削155282829成形工艺基础-切削156成形工艺基础-切削157成形工艺基础-切削158成形工艺基础-切削159成形工艺基础-切削160成形工艺基础-切削161成形工艺基础-切削162成形工艺基础-切削163成形工艺基础-切削164成形工艺基础-切削165成形工艺基础-切削166成形工艺基础-切削167