机械制造工艺基础课件PPT-第1章--金属切削的基础知识.ppt 105页

'第4章材料切削加工基础4.1概述4.2金属切削加工的基础理论 4.1概述4.1.1金属切削加工的特点和应用4.1.2零件的加工精度和表面粗糙度4.1.3切削用量及选用4.1.2切削刀具 4.1.1金属切削加工的特点和应用概念：利用切削刀具与工件的相对运动，从工件(毛坯)上切除多于金属层，从而获得符合一定质量要求的零件的加工过程。分类：钳工和机械加工(机工)。钳工工人手拿工具进行切削加工常用方法有划线、锯、锉、研、钻孔和攻螺纹等。机加工工人操作机床对工件进行切削加工基本方法有：车、铣、刨、钻、磨、镗等；数控加工只是对设备进行了数字化控制。 4.1.1金属切削加工的特点和应用特点：占机械制造总工作量的60%左右向自动化发展应用：锯削、钻孔、锉、铰孔、攻丝、车、刨、铣、磨等。 4.1.2加工精度和表面粗糙度4.1.2.1加工精度1、尺寸精度2、形状精度3、位置精度4.1.2.2表面粗糙度零件的加工质量包括加工精度与表面质量两个方面。表面质量指零件表面粗糙度(主要指标)、加工硬化层、表面残余应力以及金相组织结构等，它们对零件的使用性能有很大影响。 4.1.2加工精度和表面粗糙度具体零件的公差值取决于零件的基本尺寸与公差等级。标准公差值、标准公差等级、基本尺寸三者之间的关系详见表4-1(GB/T1800.2-1998)。IT01～IT13--配合尺寸，IT14～IT18--非配合尺寸。 4.1.2加工精度和表面粗糙度基本尺寸mm公差等级um大于至IT3IT4IT5IT6IT7IT8IT9IT10┆305080120┊┆5080120180┊┉┉┉┉┊781012┊┊11131518┊┊16192225┊┊25303540┊┊394654100┊┊627487100┊┉┉┉┉ 形状精度是指零件上的实际形状要素与理想形状要素的符合程度。尺寸精度满足要求，其形状不一定符合要求。如:2.形状精度Φ25-0.1的轴，实际尺寸为Φ24.95，但轴的某一截面的实际形状不是理想的圆形，形状不一定满足要求。2形状误差：加工时，实际形状与理想形状的误差。6种形状的标准公差见国标GB/T1182-1996、GB/T4249-1996、GB/T16671-1996。标准形状公差的符号及其含义见表4-3。表面加工基本技术要求： 表4-3形状公差名称符号含义简介直线度零件被测要素直线(如轴线、平面交线等)与理想直线的符合程度平面度零件被测要素平面表面的凹凸不平程度园度○回转体零件的横剖面上的实际轮廓与理想园形的符合程度园柱度园柱轮廓表面的实际形状与理想园柱相差的程度线轮廓度零件上被测的实际轮廓线与理想轮廓线相差的程度面轮廓度零件上被测的实际轮廓面与理想轮廓面相差的程度○表面加工基本技术要求： 3.位置精度位置精度是指零件上的表面、轴线等的实际位置与理想位置相符合的程度。3类8种位置标准位置公差的符号及其含义详见表4-4(GB/T1182-1996、GB/T4249-1996、GB/T16671-1996)。表面加工基本技术要求： 表4-4位置公差类别名称符号含义简介定向平行度零件上被测要素(面或直线)与基准要素平行的程度垂直度零件上被测要素(面或直线)与基准要素垂直的程度倾斜度零件上被测要素(面或直线)与基准要素有一定的倾斜，实际倾斜的程度与理想倾斜的程度的差值定位同轴度被测回转面的轴线与基准轴线相重合的程度对称度被测要素(平面、轴线、直线)相对于基准要素对称的程度位置度被测要素(点、线、面)的实际位置与理想位置偏离的程度跳动园跳动被测的回转表面相对于以基准轴线为轴线的理论回转面的偏离程度。根据测量方向的不同，有端面、径向、斜向园跳动全跳动含义与园跳动相似,不同的是反映整个表面的跳动。有端面、径向两种 表面粗糙度:表面上微小峰谷间的高低程度(也称微观不平度)。常用评定参数:4.表面粗糙度Ra:轮廓算术平均偏差，表面加工基本技术要求： 允许数值系列:Ra(㎛)100/25/12.5/6.3/3.2/1.6/0.8/0.4/0.2/0.1/0.05/0.025/0.012/0.008常用数值范围：Ra=0.025～6.3㎛表面粗糙度对零件的疲劳强度、耐磨性、耐腐蚀性、配合性能等对有很大影响。Ra值越小，表面质量越高，但加工越困难，成本也越高。影响：表面加工基本技术要求： 表4-5表面粗糙度选用举例Ra/μm表面状况加工方法100明显可见的刀痕粗车、镗、刨、钻25.512.5可见刀痕粗车、铣、刨、钻6.3可见加工痕迹车、镗、刨、铣、钻、锉、磨、粗铰、铣齿3.2微见加工刀痕车、镗、刨、铣、拉、磨、锉、滚压、铣齿、刮1.6看不清加工刀痕车、镗、刨、铣、拉、磨、铰、滚压、铣齿、刮0.8可辨加工痕迹的方向车、镗、拉、磨、立铣、滚压、刮0.4微辨加工痕迹的方向铰、磨、镗、拉、滚压、刮0.2不可辨加工痕迹的方向布轮磨、磨、研磨、超级加工0.1暗光泽面超级加工(精磨、镜面磨削、超精研)0.05亮光泽面0.025镜状光泽面0.012雾状光泽面0.008镜面如粗车、粗刨、切断等粗加工后的表面粗加工后的表面，焊接前的焊缝、粗钻的孔壁一般非结合表面，如轴的端面、倒角等不重要零件的非配合表面，如支柱、支架、外壳等的端面，紧固件的自由表面、紧固件通孔的表面 表4-5表面粗糙度选用举例Ra/μm表面状况加工方法100明显可见的刀痕粗车、镗、刨、钻25.512.5可见刀痕粗车、铣、刨、钻6.3可见加工痕迹车、镗、刨、铣、钻、锉、磨、粗铰、铣齿3.2微见加工刀痕车、镗、刨、铣、拉、磨、锉、滚压、铣齿、刮1.6看不清加工刀痕车、镗、刨、铣、拉、磨、铰、滚压、铣齿、刮0.8可辨加工痕迹的方向车、镗、拉、磨、立铣、滚压、刮0.4微辨加工痕迹的方向铰、磨、镗、拉、滚压、刮0.2不可辨加工痕迹的方向布轮磨、磨、研磨、超级加工0.1暗光泽面超级加工(精磨、镜面磨削、超精研)0.05亮光泽面0.025镜状光泽面0.012雾状光泽面0.008镜面不重要零件的非配合表面，如支柱、支架、外壳等的端面，紧固件的自由表面、紧固件通孔的表面与其他零件连接，但不形成配合的表面，如箱体、外壳等的端面。安装直径超过80mm的G级轴承的外壳孔、普通精度齿轮的齿面、定位销孔等重要表面 表4-5表面粗糙度选用举例Ra/μm表面状况加工方法100明显可见的刀痕粗车、镗、刨、钻25.512.5可见刀痕粗车、铣、刨、钻6.3可见加工痕迹车、镗、刨、铣、钻、锉、磨、粗铰、铣齿3.2微见加工刀痕车、镗、刨、铣、拉、磨、锉、滚压、铣齿、刮1.6看不清加工刀痕车、镗、刨、铣、拉、磨、铰、滚压、铣齿、刮0.8可辨加工痕迹的方向车、镗、拉、磨、立铣、滚压、刮0.4微辨加工痕迹的方向铰、磨、镗、拉、滚压、刮0.2不可辨加工痕迹的方向布轮磨、磨、研磨、超级加工0.1暗光泽面超级加工(精磨、镜面磨削、超精研)0.05亮光泽面0.025镜状光泽面0.012雾状光泽面0.008镜面要求保证定心及配合特性的表面，如锥销与圆柱销的表面，磨削的轮齿表面、中速转动的轴颈表面要求长期保持配合性质的配合表面，如IT7级的轴、孔配合表面，精度较高的轮齿表面。工作时受变应力作用的重要零件的表面，保证零件的疲劳强度、防腐性和耐久性，并在工作时不破坏配合性质的表面。工作时承受较大变应力作用的重要零件的表面，保证精确定心的锥体表面等。 表4-5表面粗糙度选用举例Ra/μm表面状况加工方法100明显可见的刀痕粗车、镗、刨、钻25.512.5可见刀痕粗车、铣、刨、钻6.3可见加工痕迹车、镗、刨、铣、钻、锉、磨、粗铰、铣齿3.2微见加工刀痕车、镗、刨、铣、拉、磨、锉、滚压、铣齿、刮1.6看不清加工刀痕车、镗、刨、铣、拉、磨、铰、滚压、铣齿、刮0.8可辨加工痕迹的方向车、镗、拉、磨、立铣、滚压、刮0.4微辨加工痕迹的方向铰、磨、镗、拉、滚压、刮0.2不可辨加工痕迹的方向布轮磨、磨、研磨、超级加工0.1暗光泽面超级加工(精磨、镜面磨削、超精研)0.05亮光泽面0.025镜状光泽面0.012雾状光泽面0.008镜面保证高度气密性接合的表面，如活塞、柱塞的外表面和气缸的内表面。高压柱塞泵中的柱塞与柱塞泵的配合表面等精密表面。仪器的测量表面和配合表面，尺寸超过100mm的块规的工作表面块规的工作表面，高精度测量仪器的测量表面及其摩擦机构的支承表面。 4.1.3切削用量及选用4.1.3.1切削运动4.1.3.2切削用量 <1>表面:外圆面,内圆面,平面和成型面.A.内外圆面:以直线为母线,以圆为轨迹,作旋转运动而形成。4.1.3.1零件表面的形成及切削运动B.平面:以直线为母线,以另一直线为轨迹,作平移运动而形成。C.成形面:以圆或直线为轨迹,以曲线为母线,作旋转或平移运动而形成。<2>切削运动:刀具与工件之间的相对运动。A.主运动<Ⅰ>:切下切屑最基本的运动。B.进给运动<Ⅱ>:使金属层不断投入切削,从而加工出完整表面所需的运动。4.1.3.1切削运动 Fig1-1返回 Fig1-2ⅠⅡⅡⅡⅡⅠⅠⅠⅡⅡⅡa)车外圆面b)磨外圆面c)刨平面d)钻孔返回 4.1.3.2切削要素即切削用量三要素和切削层几何参数。切削用量三要素：切削层几何参数：切削速度vc进给量f背吃刀量ap工件加工三个变化的表面:待加工表面；加工表面（或过渡表面）；已加工表面。待加工表面ap加工表面fkrdwdm 1切削用量三要素切削速度vc进给量f背吃刀量ap 1.切削速度<1>切削速度:工件和刀具沿主运动方向的相对位移,切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度。以vc表示，单位m/s或m/min。车外圆:=dwn/100060(m/s)刨或插:=2Lnr/100060(m/s)dw--待加工表面直径(mm)n--工件转速(/min)L--往复运动行程长度nr--主运动每分钟的往复次数 <2>进给量:工件或刀具运动在一个工作循环内,刀具与工件之间沿进给运动方向的相对位移(进刀量).A.车削时:工件每转一转,刀具所移动的距离f(mm/r).B.刨削:刀具往复一次,工件移动的距离f(mm/stroke).C.铣削:每齿进给量aƒ(mm/Z)进给速度mm/s)=•n/60=aƒ•z•n/60(mm/s)z为齿数 <3>背吃刀量ap:待加工表面间的垂直距离。对车外圆:ap=(dw-dm)/2apdwdm <3>背吃刀量ap:待加工表面间的垂直距离。对车外圆:ap=(dw-dm)/2apdwdm hDbDapkr切削层几何参数两个相邻加工表面之间的那层材料,垂直于切削速度的平面内观察和度量,切削厚度hD,切削宽度bD和切削面积A。待加工表面ap加工表面fkrdwdm (1)切削厚度hD:两相邻加工表面间的垂直距离.hD=•sinkr(车)(2)切削宽度bD:沿主切削刃度量的切削尺寸.bD=ap/sinkr(3)切削面积AD:切削层在垂直于切削速度截面内的面积.AD=hD•bD=•aphDbDapkr 4.1.3.3切削用量的选择原则在实际应用中，一般首先选尽可能大的背吃刀量，其次选尽可能大的进给量，最后选尽可能大的切削速度。（1）背吃刀量的选择：第一次走刀的背吃刀量，应在机床工艺系统的承受能力范围内尽可能取大值，其后的背吃刀量相对的可取小些。（2）进给量的选择：粗加工时，尽可能取大值。精加工时，宜选择较小数值。（3）切削速度的选择：在选定了背吃刀量及进给量后，可根据合理的刀具耐用度，用计算法或查表法选择切削速度。 4.1.4.1刀具的分类4.1.4.2刀具材料4.1.4.3刀具的几何形状及参数4.1.4切削刀具 按照功能分：按材料分：切刀类碳素钢孔加工类高速钢铣刀类硬质合金拉刀类陶瓷螺纹刀具类齿轮刀具类磨具类4.1.4.1刀具的分类按刀具结构，分为整体式、镶片式、复合式刀具等。 图2-48各种刀具切削部分的形状刨刀、铣刀、钻头等其他刀具可视为车刀的演变或组合。刀具形状刀具种类、形状和角度 三高一专的先进刀具高精度高效率高可靠性专业化 先进的专用可转位刀具 刀具材料的要求（1）高硬度（2）高强度、高韧性（3）耐磨性（4）耐热性（5）制造工艺性（可制造性）4.1.4.2刀具的材料 刀具材料种类很多，常用的有工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢）、硬质合金、陶瓷、金刚石（天然和人造）和立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具钢，因其耐热性很差，目前仅用于手工工具。◆高速钢高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。特点：1）强度高，抗弯强度为硬质合金的2～3倍；2）韧性高，比硬质合金高几十倍；3）硬度HRc63以上，且有较好的耐热性；4）可加工性好，热处理变形较小。应用：常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。3.常用刀具材料刀具材料要求和常见刀具材料 常用高速钢牌号及其应用范围类别牌号主要用途普通高速钢W18Cr4V广泛用于制造钻头、绞刀、铣刀、拉刀、丝锥、齿轮刀具等W6Mo5Cr4V2用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等W14Cr4VmnRe用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等高性能高速钢高碳95W18Cr4V用于制造对韧性要求不高，但对耐磨性要求较高的刀具高矾W12Cr4V4Mo用于制造形状简单，对耐磨性要求较高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al用于制造复杂刀具和难加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al耐磨性好，用于制造加工高强度耐热钢的刀具W6Mo5Cr4V5SiNbAl用于制造形状简单的刀具，如加工铁基高温合金的钻头W12Cr4V3Mo3Co5Si耐磨性、耐热性好，用于制造加工高强度钢的刀具W2Mo9Cr4VCo8（M42）用作难加工材料的刀具，因其磨削性好可作复杂刀具，价格昂贵 ◆硬质合金硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC等）粉末和金属粘结剂（如Co、Ni、Mo等）经高压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高，允许的切削速度远高于高速钢，且能切削诸如淬火钢等硬材料。硬质合金的不足是与高速钢相比，其抗弯强度较低、脆性较大，抗振动和冲击性能也较差。硬质合金因其切削性能优良而被广泛用来制作各种刀具。在我国，绝大多数车刀、面铣刀和深孔钻都采用硬质合金制造，目前，在一些较复杂的刀具上，如立铣刀、孔加工刀具等也开始应用硬质合金制造。刀具材料要求和常见刀具材料 各种硬质合金的应用范围牌号应用范围YG3X铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG3铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG6X普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工、半精加工YG6铸铁、有色金属及其合金的半精加工和粗加工YG8铸铁、有色金属及合金、非金属材料粗加工，也可用于断续切削YG6A冷硬铸铁、有色金属及其合金的半精加工，亦可用于高锰钢、淬硬钢的半精加工和精加工YT30碳素钢、合金钢的精加工YT15碳素钢、合金钢在连续切削时的粗加工、半精加工，亦可用于断续切削时的精加工YT14同YT15YT5碳素钢、合金钢的粗加工，也可以用于断续切削YW1高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的半精加工和精加工YW2高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的粗加工和半精加工抗弯强度、韧性、进给量硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量硬度、耐磨性、切削速度 ◆陶瓷刀具材料陶瓷材料比硬质合金具有更高的硬度（HRA91～95）和耐热性，在1200℃的温度下仍能切削，耐磨性和化学惰性好，摩擦系数小，抗粘结和扩散磨损能力强，因而能以更高的速度切削，并可切削难加工的高硬度材料。主要缺点是性脆、抗冲击韧性差，抗弯强度低。刀具材料要求和常见刀具材料 ◆超硬刀具材料天然金刚石是自然界最硬的材料，耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01μm，刀具寿命可达数百小时。因价格昂贵，主要用于高速、精密加工。聚晶金刚石由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，硬度比天然金刚石略低（HK6500～8000），价格便宜，焊接方便，可磨削性好，已成为金刚石刀具主要材料。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。聚晶立方氮化硼（CBN）由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。硬度为HV3000～4500，耐热性达1200℃，化学惰性很好，在1000℃的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。刀具材料要求和常见刀具材料 A、碳素工具钢：(0.7∼1.2%C)HRC高,价廉。红硬性差，用于制造锯条、锉刀等B、合金工具钢：(Cr,Mn,Si)红硬性较差,低速或手工工具。9SiCr、CrWMn，用于制造丝锥等。C、高速钢：也叫锋钢（W、Cr、V，W18Cr4V）好的强韧性和高的红硬性.麻花钻、铣刀、拉刀、齿轮刀等。D、硬质合金：三类：由WC和Co组成的钨钴类（YG类）；由WC、TiC和Co组成的钨钴钛类（YT类）；通用硬质合金类。E、陶瓷材料：Al2O3，高硬，耐磨，耐热，高速切削。2.常用的刀具材料性能比较: 4.1.4.3刀具的几何形状及参数 4.1.4.3刀具的几何形状及参数三面两刃一尖 前刀面：切屑流出所经过的表面。主后刀面：刀具与工件的加工表面相对的表面.副后刀面：刀具上与工件的已加工表面相对的表面.主切削刃：前刀面与主后刀面的交线，切削工作.副切削刃：前刀面与副后刀面的交线，部分切削工作.刀尖：主切削刃与副切削刃交点，过渡圆弧. 2车刀切削部分的几何参数刀具参考系（静止） 刀具标注角度坐标系主切削刃主后刀面前刀面副切削刃主剖面PoA基面Pr：通过切削刃选定点与切削速度方向垂直的平面。切削平面Ps基面Pr车刀主剖面坐标系切削平面Ps：通过切削刃选定点与主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。主剖面Po：通过切削刃选定点垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。刀具种类、形状和角度 刀具的标注角度主偏角κr在基面内测量，是主切削刃在基面上投影与假定进给方向的夹角。κr的大小影响刀具寿命。减小主偏角，主刃参加切削的长度增加，负荷减轻，同时加强了刀尖，增大了散热面积，使刀具寿命提高。κr的大小还影响切削分力。减小主偏角使吃刀抗力增大，当加工刚性较弱的工件时，易引起工件变形和振动。主偏角应根据加工对象正确选取，车刀常用的主偏角有45°、60°、75°、90°几种。 刀具的标注角度副偏角κr′κr′在基面内测量，是副切削刃在基面上的投影与假定进给反方向的夹角。副偏角的作用是为了减小副切削刃与工件已加工表面之间的摩擦，以防止切削时产生振动。副偏角的大小影响刀尖强度和表面粗糙度。在切深、进给量和主偏角相同的情况下，减小副偏角可使残留面积减小，表面粗糙度降低。 前角、后角（正交平面投影） 前角、后角（正交平面投影）前角γo在主剖面内测量，是前刀面与基面的夹角。γo影响切削难易程度。增大前角可使刀具锋利，切削轻快。但前角过大，刀刃和刀尖强度下降，刀具导热体积减小，影响刀具寿命。用硬质合金车刀切削钢件，γo取10～20°；切削灰铸铁，γo取5～15°；切削铝及铝台金，γo取25～35°；切削高强度钢，γo取-5～-10°。 前角、后角（正交平面投影）2）后角αo后角αo在主剖面内测量，是主后刀面与切削平面的夹角。后角的作用是为了减小主后刀面与工件加工表面之间的摩擦以及主后刀面的磨损。但后角过大，刀刃强度下降，刀具导热体积减小，反而会加快主后刀面的磨损。粗加工和承受冲击载荷的刀具，为了使刀刃有足够强度，后角可选小些，一般为4°～6°；精加工时切深较小，为保证加工的表面质量，后角可选大一些，一般为8°～12°。 刃倾角（主切削平面投影） a）b）c）刃倾角对排屑方向的影响5）刃倾角λs——切削平面内测量，是主切削刃与基面的夹角。当刀尖是切削刃最高点时,λs定为正值；反之为负。λs影响刀尖强度和切屑流动方向。粗加工时为增强刀尖强度，λs常取负值；精加工时为防止切屑划伤已加工表面，λs常取正值或零。刃倾角 3车刀各参数的作用及选择主偏角对切削层的影响 主偏角对残留面积、切削力的影响 3车刀各参数的作用及选择副偏角对表面粗糙度的影响 前角、后角的影响前角大，切削刃锋利，切削轻快，受力不好前角小，切削刃变钝，刀尖强固，受力好强度硬度都不高，加工塑性材料，精加工，取较大前角； 前角、后角的影响后角大，减少主后刀面与已加工表面摩擦，但降低刀具强度。选择原则与前角相同后角主要影响主后刀面磨损与已加工表面的质量 刃倾角对刀头强度和排屑方向的影响刃倾角负，远离刀头的切削刃先接触工件，避免刀头受冲击，增强刀头强度。但使切屑流向工件已加工表面。固粗加工取负，精加工取正 3.车刀各参数的作用及选择1）前角：前角较大时，切削省力轻快，但过大则降低刀具寿命。一般硬质合金车刀前角在-5º～20º之间选取，高速钢在相应条件下取大些。2）后角：配合前角确定刀具的强度。硬质合金车刀的后角一般在6º～12º间选取，高速钢可相应大些。3）主偏角：影响主切削刃参与切削的长度和径向分力的大小。加工细长轴时，一般要取较大的主偏角。通常，加工细长轴时，宜选用75º～90º、甚至大于90º的主偏角；单件或小批生产时，选用通用性好的45º车刀及90º偏刀。 刀具角度总结 车刀工作角度 其它刀具f 结构形式2、焊接式3、机夹式1、整体式 机夹铣刀 4、机夹重磨式 4.2金属切削加工的基础理论4.2.1切削过程与切屑种类4.2.2积屑瘤4.2.3残余应力与冷硬现象4.2.4切削力与切削功率4.2.5切削热4.2.6冷却润滑液的应用4.2.7刀具的磨损与耐用度4.2.8材料切削加工性 4.2.1切削过程与切屑种类1.切削过程是指刀具从工件上将多余的金属切下的过程。实质是对金属材料挤压，变形，断裂形成切屑的过程。切屑形成ααα图4-13切屑形成过程abc弹性变形→塑性变形→被挤裂→沿前刀面流出成为切屑 切屑的形成与切离过程，是切削层受到刀具前刀面的挤压而产生以滑移为主的塑性变形过程。FABOM45°a）正挤压FABOM45°b）偏挤压OMFc）切削正挤压：金属材料受挤压时，最大剪应力方向与作用力方向约成45°偏挤压：金属材料一部分受挤压时，OB线以下金属由于母体阻碍，不能沿AB线滑移，而只能沿OM线滑移切削：与偏挤压情况类似。弹性变形→剪切应力增大，达到屈服点→产生塑性变形，沿OM线滑移→剪切应力与滑移量继续增大，达到断裂强度→切屑与母体脱离。金属挤压与切削比较挤压与切削 图3-3切屑根部金相照片M刀具切屑OA终滑移线始滑移线：τ=τsΦ剪切角金属切削变形过程 第Ⅰ变形区：即剪切变形区，金属剪切滑移，成为切屑。金属切削过程的塑性变形主要集中于此区域。切削部位三个变形区ⅠⅢⅡ第Ⅲ变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要原因。三个变形区分析第Ⅱ变形区：靠近前刀面处，切屑排出时受前刀面挤压与摩擦。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。 形成条件影响名称简图形态变形带状，底面光滑，背面呈毛茸状节状，底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状粒状不规则块状颗粒剪切滑移尚未达到断裂程度局部剪切应力达到断裂强度剪切应力完全达到断裂强度未经塑性变形即被挤裂加工塑性材料，切削速度较高，进给量较小，刀具前角较大加工塑性材料，切削速度较低，进给量较大，刀具前角较小工件材料硬度较高，韧性较低，切削速度较低加工硬脆材料，刀具前角较小切削过程平稳，表面粗糙度小，妨碍切削工作，应设法断屑切削过程欠平稳，表面粗糙度欠佳切削力波动较大，切削过程不平稳，表面粗糙度不佳切削力波动大，有冲击，表面粗糙度恶劣，易崩刀带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑切屑类型及形成条件 切屑类型带状切屑挤裂切屑节状切屑崩碎切屑图3-6切屑形态照片 经过塑性变形的切屑，其外形与原来的切削层不同，可用切屑厚度压缩比表征：ζ＝h/hD切屑厚度压缩比反映了切削过程中材料塑性变形程度的大小。对切削力、切削温度和表面粗糙度有重要影响。 4.2.2积屑瘤1.概念在一定的速度下切削塑性材料时，前刀面上经常会粘附着一小块很硬的金属，这块金属就是积屑瘤。2.形成由于切屑在前刀面上粘结造成。切屑底层产生滞流，底层金属流速为零被剪断，粘结在前刀面，加工硬化。积屑瘤不断增大、消失。形成积屑瘤的条件主要决定于切削温度。摩擦生热、受压 3.对加工的影响（1）保护切削刃。（2）增大工作前角，使切削轻快（3）不断地产生和脱落，使切削有振动，影响尺寸精度；还会粘在已加工表面上，影响表面质量。粗加工希望产生精加工应该避免 3.避免（1）正火或调质处理，以提高其强度，硬度。（2）避免中速,5~50m/min。低速时温度低，摩擦小，如拉削、铰削、精刨高速时温度高，摩擦小，如精车、精铣（3）增大前角、减小切削厚度、降低前刀面粗糙度、合理使用切削液 4.2.3残余应力与冷硬现象1.形成切削加工时，一小部分内应力和裂纹会残留在工件的已加工表面的表层金属里，从而影响零件的表面质量和使用性能。在细长零件或扁薄零件加工时易引起零件变形。切削加工时，由于前刀面的推挤与后刀面的挤压与磨擦，工件已加工表面层的晶粒发生很大的变形，致使其硬度比原有的硬度有显著的提高，这种现象称为冷硬现象或加工硬化。2.措施减少切削变形、摩擦和切削热。 κrFcFFpFf·pFfFf·pFf·pfv4.2.4切削力与切削功率切削力来源★3个变形区产生的弹、塑性变形抗力★切屑、工件与刀具间摩擦力F切削合力Fc主切削力Fp吃刀抗力Ff进给抗力切削力分解 4.2.4切削力与切削功率切削加工最大的特点就是有力的作用1.切削力的分解切削力Fc做功最多；进给力Ff很小；背向力Fp不做功，Fp影响细长轴的加工 2.切削力的估算设计时要选电机，算功率，要估算切削力Fc=CaxpfyK(N)K是修正系数；C与材料相关的系数；x,y指数；f进给量；ap背吃刀量切削功率Pm=Fc×vc×10-3(kW)vc是切削速度(m/s) 4.切削热和切削温度1.切削热的产生、传出及对加工的影响切削热的主要来源有：(1)切屑变形所产生的热，是切削热的主要来源；(2)切屑与刀具前刀面之间的摩擦所产生的热；(3)工件与刀具后刀面之间的摩擦所产生的热。 切削热由切屑、工件、刀具及周围的介质传出。传入切屑及介质中的热量越多对加工有利，传入刀具、工件不利。2.传导（高速钢刀具）切屑传出50％～86％工件40％～10％刀具9％～3％辐射1％ 切削热危害切削热主要是由切屑传出的。传入刀具的热量虽然不多，但由于刀具切削部分体积小，散热条件又差，因此切削过程中刀具的温度可能很高（高速切削时，可达1000℃以上）。切削热导致的高温会使工件发生热变形，从而产生形状及尺寸误差；会降低刀具的切削性能，加速刀具的磨损。 切削温度及其影响因素切削温度是指刀具前面与切屑接触区域的平均温度。★切削用量的影响：vc>f>αpvc→2v,32%f→2f,18%αp→2αp,7%★刀具几何参数的影响A前角γ0：γ0<15°时，γ0↑，切削温度↓；B主偏角Kγ:Kγ↓时，切削温度↓，刀具强度↑。 ★工件材料的影响材料强度、硬度和导热系数等性能的不同，对切削温度的影响不同。工件材料的强度及硬度越大，切削中消耗的功越多，切削热产生的也越多，所以切削钢材时的温度比切削铸铁时的高很多。★刀具材料的影响刀具材料导热性好，可以降低切削温度。 4.2.6冷却润滑液的应用生产中常用的冷却润滑液主要有：（1）水基类：如水溶液、乳化液等，热容量大，流动性好，因此冷却效果极佳。多用于粗加工。（2）油基类：如植物油、矿物油等，热容量小，流动性比前者稍差，但润滑效果非常好。常用于精加工或某些成形表面的加工中。合理选用切削用量、刀具材料及几何参数，可以降低切削温度，但其降温作用十分有限。有效降低切削温度的方法是使用冷却润滑液。 1.刀具磨损的形式与过程刀具正常磨损时，其形式可分为三种：后刀面磨损（主要）、前刀面磨损（较小）、前刀面与后刀面同时磨损。4.2.7刀具的磨损与耐用度 刀具的磨损过程可分为三个阶段：A初期磨损阶段（OA）：B正常磨损阶段（AB）：线段基本上呈直线，单位时间内磨损量称为磨损强度。C急剧磨损阶段（BC）： 3.刀具磨损的影响因素（1）切削用量大，则刀具磨损大其中切削速度影响最大（2）刀具材料和角度（3）使用切削液可降低刀具磨损 2.刀具耐用度刀具由开始切削到磨钝为止的切削总时间，称为刀具的耐用度。刀具耐用度合理数值有两种：最高生产率耐用度Tp、最低生产成本耐用度Tc。粗加工时，多以切削时间（min）表示刀具耐用度。硬质合金车刀→60min高速钢钻头→80~120硬质合金端铣刀→120~180高速钢齿轮刀具→200~300 4.刀具耐用度（1）定义：刃磨后的刀具，自开始切削直到磨损量达到磨钝标准，所经历的实际切削时间，称为刀具耐用度。用T表示。（2）磨钝标准用后刀面的磨损程度作为标准。实际上按刀具切削时间来判断。粗加工，切削时间min；精加工，走刀次数或零件个数。 4.2.8材料切削加工性材料切削加工性是指材料被切削加工的难易程度常用热处理改善切削加工性能如：高碳钢退火低碳钢正火 第4节切削加工的技术经济分析一、技术经济指标二、影响因素 一、主要技术经济指标1、产品质量（1）加工精度：尺寸精度、形状精度、位置精度经济精度：在正常情况下所能达到的精度（2）表面质量：表面粗糙度、加工硬化和剩余应力加工硬化：挤压、摩擦使表面硬度提高 2、加工时间和成本（1）加工时间tw：（一个零件）tw＝tm+tc+totm：基本工艺时间，也称机动时间。tc：辅助时间，即调整、装卸、空程时间。to：其他时间，清扫、休息时间。（2）加工成本Cw：（不包括材料成本）Cw=twM+(tm/T)CtM：单位时间全厂开支，包括工资、设备折旧等。T：刀具耐用度。Ct：刀具刃磨一次的费用。 二、影响因素1、切削用量切削用量的选择原则（次序）：背吃刀量、进给量、切削速度粗加工时，考虑加工效率，一般取较大的背吃刀量和进给量,而切削速度不高精加工时，考虑加工质量，常选取较小的背吃刀量和进给量,较高的切削速度 2、切削液作用：冷却、润滑分类：水基：主要是冷却作用。如乳化液油基：主要是润滑作用。如切削油使用方法：粗加工时，主要考虑冷却精加工时，主要考虑润滑高速钢刀具，用切削液硬质合金刀具，可不用切削液 3、工件材料的影响切削加工性：指材料被切削加工的难易程度。常用热处理改善切削加工性能如：高碳钢退火低碳钢正火'