1、 湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-8791007湖北十堰职业技术（集团）学校教 案教 研 室： 机械教研室 授 课 教 师： 吕 超 课程（课题）： 金属切削原理与刀具 使 用 班 级： 师专模具 1502 班 2016 2017 学年一学期湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-87968901第一章 金属切削加工的基本定义课题 第一章 金属切削加工的基本定义 课时 24 课时教学内容1、绪论、切削运动、刀具切削部分基本定
2、义2、刀具角度目的要求1、掌握切削运动的基本概念2、掌握刀具切削部分几何参数及刀具角度的概念重点难点重点为：六个基本角度、刀具切削部分几何参数的基本定义。难点为：六个基本角度、刀具切削部分几何参数的基本定义。教具 讲述法。使用多媒体课件。时间分配 12X90 分钟首页教学进程项目 1 结论教学目标1、使学生了解金属切削加工在机械制造中的作用，了解我国金属切削技术的发展概况，掌握金属切削加工的概念及意义等； 2、掌握切削运动的基本概念。项目 1 结论一、金属切削加工与机械制造1、机械制造过程分析2、从图中可以看出，机器中的组成单元是一个个的零件，都是由毛坯经过相应的机械加工工艺过程，变为合格零件
3、的，加工成在形状、尺寸、表面质量教学过程毛坯 零件零件零件加工工艺加工工艺加工工艺基准零部件机器湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-87968902等各方面都符合使用要求的合格零件。3、金属切削加工常作为零件的最终加工方法，它需要用金属切削刀具直接对零件进行加工，它们之间要有确定的相对运动，需要承受很大的切削力二、课程性质和任务金属切削加工是使用高于工件硬度的刀具，在工件上切除多余金属，使工件达到规定的几何形状、尺寸精度和表面质量的一种加工方法。1、基本理论知识：掌握金属切削过程基本规律（如切削变形、切削力、
4、切削热及切削温度、刀具磨损和刀具耐用度等）的知识；掌握常用刀具材料的类型、性能及其选用方法；掌握改善切削条件、控制已加工表面质量、合理选择刀具几何参数及切削用量的基本知识。2、基本技能：具备根据切削加工的具体要求，合理配置切削条件的能力；具有运用切削原理和刀具的基本知识，分析和解决切削加工工艺技术问题的能力；具有合理选择与正确使用刀具的能力；具备从事非标准刀具设计的基础能力；具有一定的切削加工实验技能。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。本课程是研究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
5、问题奠定一定的基础。本课程是由金属切削原理和金属切削刀具两部分组成，前者又是本课程及其它专业课程的基础，主要讲述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；后者主要讲述通用刀具和专用刀具的类型、结构特点、应用范围及设计计算方法等。三、能力培养学习本课程后，应具备以下能力：能正确图示并合理选择刀具几何参数；掌握金属切削基本规律，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、结构特点与应用范围，并能正确选用；初步掌握专用刀具的设计计算方法；对刀具的发展趋势和新成就有初步的了解；具有较强的自学能力和创新意识，能进一步研究探讨金属切削与刀具设计
6、理论。四、我国金属切削加工发展概况1、公元前二千多年青铜器时代：青铜刀、锯、锉等；春秋中晚期考工记介绍有木工、金工等三十个专业技术知识，特别指出“材美工巧”是制造良器的必要条件；唐代已有原始的车床。2、公元 1668 年（明代）制造天文仪器 2mm 直径的铜环，其外圆、内孔平面及刻度的加工精度与表面粗糙度均达到相当高的水平。3、近代：1915 年上海荣锠泰机器厂造出国产第一台车床。4、建国后：50 年代开始使用高速钢、硬质合金；创造了大量的先进刀具，如群钻、75强力车刀、高速螺纹刀、细长轴车刀、宽刃精刨刀等5、现代：五、本课程内容与学习方法湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江
7、路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-879689031、切削原理：四大规律：切削变形的变化规律；切削力的变化规律；切削温度的变化规律；刀具磨损及耐用度。三个方面：工件材料方面：物理、机械性能；刀具方面：刀具材料、刀具几何角度；切削条件：切削用量、切削液的冷却；两个提高：加工质量、生产效率；一个降低：降低加工成本。2、刀具：通用刀具：工件有理、结构特点、选择原则；非标准刀具：成形车刀、铣刀、铰刀、拉刀、滚刀等。项目 2 切削运动与工件表面金属切削加工：是工件与刀具相互作用的过程，是用刀具从工件表面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、
8、形状和位置精度、表面质量达到设计与使用要求。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：刀具材料必须具备一定的切削性能。3切削角度：刀具必须具有合理的几何参数。三个表面待加工表面：工件上即将切除的表面。已加工表面：工件上已经切除而形成的新表面。过度表面（加工表面）：工件上正在切削的表面。湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-87968904一、切削运动与切削用量1、切削运动金属切削加工就是用金属切削刀具把工件毛坯上预留的金属材料切除，获得图样所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的方
9、法。在切削加工过程中，刀具和工件之间有一定的相对运动，即切削运动。1） 、主运动主运动是由机床或手动提供的刀具与工件之间主要的相对运动，它使刀具和工件之间产生相对运动。一般情况下，主运动是切削运动中最基本的运动，也是速度最高，消耗功率最大的运动。任何切削过程必须有一个，也只有一个主运动。主运动方向:切削刃上选定点相对于工件的瞬时主运动方向。切削速度 ：切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。cv2） 、进给运动进给运动是由机床或手动传给刀具或工件的运动，它配合主运动依次地或连续地切除切削，同时形成具有所需几何特征的已加工表面。进给运动方向：切削刃选定点相对于工件的瞬时进给运动的方向。进给速
10、度 ：切削刃选定点相对于工件的进给方向的瞬时速度。fv3） 、合成切削运动当主运动和进给运动同时进行时，由主运动和进给运动合成的运动称为合成切削运动。合成切削运动方向：切削刃选定点相对于工件的瞬时合成切削运动方向。合成切削速度 ： 切削刃选定点相对于工件的合成切削运动的瞬时速度。ev合成切削速度 等于主运动切削速度 和进给运动速度 的矢量和。cvfv4） 、常见切削加工方式的主运动和进给运动主运动 进给运动刨削 刨刀的直线运动 工件移动钻削 钻头旋转 钻头轴向移动插齿 插齿刀上下运动 工件分度运动车外圆 工件高速旋转 车刀轴向移动磨外圆 砂轮旋转工件转动、砂轮轴向移动铣平面 铣刀旋转 工件移动
11、镗孔 刀具旋转（绕工件轴线） 刀具径向移动湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-879689052、切削用量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。1）切削速度 c ：切削加工时，切削刃上选定点相对于工件的主运动的速度。单位为 m/s 或 m/min。主运动是旋转时，最大切削运动是： ）或 min/(10csdn2）进给量 f： 是指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。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
12、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 = z fz 进给速度 f ： 指切削刃上选定点相对工件进给运动的瞬间时速度，单位为 mm/s 或 m/min。车削时进给运动速度为： f = n f3）背吃刀量（切削深度）a p ：在基面上，垂直于进给运动方向测量的切削层最大尺寸（已加工表面与待加工表面间的垂直距离） 。外圆车削的背吃刀量： ap（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
13、切削速度 e： 切削刃上选定点相对于工件的合成运动的瞬时速度。 e c+ f切削用量三要素 主运动速度 vc ，主运动速度表示主运动的速度大小和方向。其速度大小可表示为（单位：m/min 或 m/s）: 湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-87968906式中：n主运动的转速（r/s 或 r/min） ；D完成主运动的工件或刀具某一点的回转直径（mm） 。 进给量，是工件或刀具的主运动每转或每一行程时，工件和刀具在进给运动方向上的相对位移。每转进给量 f（mm/r） ，每齿进给量 fz （mm/z） 。进给速
14、度 Vf (mm/min)，刀刃上选定点相对于相对于工件的运动速度。式中： z刀具齿数。 背吃刀量：背吃刀量是车削时已加工表面与待加工表面之间的垂直距离（单位：mm） 。 式中：dw 工件待加工表面的直径，dm 工件已加工表面的直径二、工件上的表面切削加工过程中，工件上形成了三个不断变化着的表面已加工表面：工件上经刀具切削后产生的表面称为已加工表面待加工表面：工件上有待切除切削层的表面称为待加工表面过渡表面：工件上切削刃形成的那部分表面，它在下一切削行程，刀具或工件的下一转里将被切除，或者由下一切削刃切除。项目 3 刀具切削部分的几何角度项目 3 刀具切削部分的几何角度教学目标1、以外圆车刀为
15、例，使学生了解刀具的基本组成部分，熟记“三面两刃一尖”的概念，并能在刀具上指出；介绍参考系在刀具认识中的作用，理解两个假设条件的含义；发挥能动性，想象出基面、切削平面和正交平面的大致位置。2、教学重点：刀具的“三面两刃一尖” ；参考系的相关概念；用以组成参考系的基面、切削平面及正交平面。一、车刀切削部分的组成湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-879689071、车刀的组成1）刀柄 刀具上的夹持部分；2）刀体 刀具上夹持刀条或刀片的部分；另：刀孔 刀具上用以安装或紧固在主轴、刀柄或心轴上的内孔。2、刀具切削部
16、分的组成三面两刃一尖 主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃3、 以外圆车刀为例，帮助学生了解“三面两刃一尖”在车刀上的真实位置；进行分组讨论，分别指出立铣刀、麻花钻和机夹车刀的“三面两刃一尖”的位置。二、刀具静止角度参考系（一）主剖面系刀具几何角度 面面 相 对 并 相 互 作 用 的 表刀 具 上 与 工 件 已 加 工 表副 后 面 相 对 并 相 互 作 用 的 表 面刀 具 上 与 工 件 过 渡 表 面主 后 面 互 作 用 的 表 面刀 具 上 与 切 屑 接 触 并 相前 刀 面 并 最 终 形 成 已 加 工 表 面切 削 工 作 它 配 合 主 切 削 刃 完 成线前 刀 面
17、与 副 后 刀 面 的 交副 切 削 刃 它 完 成 主 要 的 切 削 工 作前 刀 面 与 后 刀 面 的 交 线主 切 削 刃 , ,圆 弧小 直 线前刀面主后刀面副后刀面主切削刃 S副切削刃 S刀尖湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-879689081、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。设：选定点与工件中心等高，进给运动速度v f = 0（1）参考平面基面P ： P v c 、 刀具安装面（车刀）切削平
18、面Ps: 与 S相切 且 P （2）测量平面主剖面（正交平面）P o: PoP 、P s法剖面（法平面）P n：PnS进给剖面（假定工作平面）P f ：P f P r 、f切深剖面（背平面）P p ：P p P r 、a P（3）参考系主剖面系（正交平面参考系） P r P s P o法剖面系（法平面参考系）：P r P s P n进给、切深剖面系（假定工作平面和背平面参考系）P r P f P p2、车刀切削部分的主要角度 （1）测量车刀切削角度的辅助平面湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-87968909
19、图 3 测量车刀的辅助平面为了确定和测量车刀的几何角度，需要选取三个辅助平面作为基准，这三个辅助平面是切削平面、基面和正交平面，如图 3 所示。1）切削平面 Ps：切削平面是切于主切削刃某一选定点并垂直于刀杆底平面的平面。 2）基面 Pr：基面是过主切削刃某一选定点并平行于刀杆底面的平面。 3）主剖面（正交平面）P 0：主剖面是垂直于切削平面又垂直于基面的平面。可见这三个坐标平面相互垂直，构成一个空间直角坐标系。湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-879689010图 4 车刀的主要角度(2) 车刀的主要几何
20、及其选择 1）前角 ：在主剖面（正交平面）内测量的前刀面与基面间的夹角。前角的正负方向按图示规定表示，即刀具前刀面在基面之下时为正前角，刀具前刀面在基面之上时为负前角。前角一般在-5 25之间选取。前角选择的原则：前角的大小主要解决刀头的坚固性与锋利性的矛盾。因此首先要根据加工材料的硬度来选择前角。加工材料的硬度高，前角取小值，反之取大值。其次要根据加工性质来考虑前角的大小，粗加工时前角要取小值，精加工时前角应取大值。 ）后角 ：在主剖面（正交平面）内测量的主后刀面与切削平面间的夹角。后角不能为零度或负值，一般在 612之间选取。后角选择的原则：首先考虑加工性质。精加工时，后角取大值，粗加工时
21、，后角取小值。其次考虑加工材料的硬度，加工材料硬度高，主后角取小值，以增强刀头的坚固性；反之，后角应取小值3）主偏角 ：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。主偏角一般在 30 90之间选取。主偏角的选用原则：首先考虑车床、夹具和刀具组成的车工工艺系统的刚性，如车工工艺系统刚性好，主偏角应取小值，这样有利于提高车刀使用寿命和改善散热条件及表面粗造度。其次要考虑加工工件的几何形状，当加工台阶时，主偏角应取 90，加工中间切入的工件，主偏角一般取 60 。湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-8
22、79689011图 5 刃倾角的符号）副偏角 ：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。副偏角的选择原则：首先考虑车刀、工件和夹具有足够的刚性，才能减小副偏角；反之，应取大值；其次，考虑加工性质，粗加工时，副偏角可取1015，粗加工时，副偏角可取 5左右。 ）刃倾角 s：在切削平面内测量的主切削刃与基面间的夹角。当主切削刃呈水平时， s =0；刀尖为主切刃上最高点时， s0；刀尖为主切削刃上最低点时， s0（如图 5 所示）。刃倾角一般在-105之间选取。刃倾角的选择原则：主要看加工性质，粗加工时，工件对车刀冲击大， s 0，精加工时，工件对车刀冲击力小，
23、 s 0，一般取 s =0。 3、主剖面系刀具几何角度绘制：1）理解基面、切削平面、主剖面的建立：湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-8796890122）主剖面系几何角度：湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-879689013湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-879689014湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 2
24、6 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-879689015（二）法剖面系刀具几何角度法平面 Pn：过切削刃选定点，并垂直于切削刃的平面。（三）进给、切深面系刀具几何角度进给剖面 Pf：过切削刃选定点，平行于假定进给运动方向，并垂直于基面Pr的平面；切深剖面 Pp：过切削刃选定点，同时垂直于假定工作平面 Pf与基面 Pr的平面。湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-879689016（四）常用几种车刀几何角度举例1、45车刀几何角度图形：2、90 车刀几何角度图形：湖北十堰职业技术（集团）学
25、校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-8796890173、切断刀几何角度图形：三、刀具工作角度参考系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似，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 pre。由于工作基面的变化，将带来工作切削平面 pse 的变化，从而导致工作前角 oe、工作后角 oe 的变化。研究刀具工作角度的变化趋势，对刀具的设计、改进、革新有重要的指导意义。刀具工作参考系工作基面 Pre ： 通过切削刃上的选定点，垂直于合成切削运动速度方向的平
26、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 Poe： 通过切削刃上的选定点，同时垂直于工作基面、工作切削平面的平面。刀具工作角度的定义与标注角度类似。湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-879689018在工作正交平面参考系中，一般考核刀具工作角度（ oe 、 oe 、 re、 re、 oe 、 se）的变化，对刀具角度设计补偿量以及对切削加工过程的影响情况。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，对工件已加工表面
27、质量或切削性能造成不利影响。工作参考系下的刀具几何角度即刀具的工作角度。(1)进给运动对工作角度的影响1)横向进给时，工作参考系为： 、 、湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-879689019工作参考系内的工作角度为： 为合成切削速度角：2)纵向进给时，刀具工作角度参考系 ， 倾斜了一个 角，则工作角度为：湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-879689020(2)刀具安装对工作角度的影响当刀具安装高于工件中心或低于工件中
28、心时，工作前角、后角都会有变化。此外，刀柄中心线与进给方向不垂直时，工作主、副角将发生变化;工件形状也影响刀具工作角度。1、刀尖安装高低对工作前、后角的影响（即：刀具安装高低对工作角度的影响） oe o= +oe o= =arcsin2h/dw2、 刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响（即：刀柄轴线与进给方向不垂直时对工作角度的影响）湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-879689021 re r= + re r= 3、横向进给运动对工作角度的影响切断刀切断工件时，若不考虑刀具的进给运动，则： oe = o，即
29、工作前角和工作后角与刀具的前后角相等，刀具的切削平面和基面不发生变化。但在铲背加工中，由于横向进给量大，所以对车刀工作角度有明显的影响，刀尖的运动轨迹为阿基米德螺旋线，这时切削平面为通过切削刃 A 点切于螺旋面的平面，基面则为螺旋面的法向平面，当刀具在螺旋平面内切削时，从上图当中可以看出其工作角度的变化情况：工作前角增大，而减小。即 由切削速度与进给速度组成的合成速度切与阿基米德螺旋面的过渡表面，包含的工作切削平面与静态切削平面间的夹角为 。同样，垂直于合成速度工作基面与静态基面间的夹角也为 ，在如图所示的矢量三角形中：由（1-2）式和（1-3）式得：式中：进给量，单位为 mm/r；切削过程中
30、不断地减小着的工件半径，单位为 mm。湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-879689022由公式（1-4）可知工件直径与刀具的进给量 f 成正比，而与成反比。而夹角的取值范围又在 0450 内变化，是个单调增函数。刀具在螺旋平面内切削时，当切削刃越接近工件中心时，越大，那么这样一来是逐渐增大的，由于横向进给量大，就有可能会增大，这与我们实际不相符，工件直径应该是逐渐减小才是，为了克服这样的矛盾，我们为此常常会增大铲背车刀的刃磨后角，即=0;180。这样刀具在螺旋平面内切削时，夹角的增量才有可能会更大，进而值
31、才会减小。而对与切槽和不切削到工件中心的车端面，由于较小较大，所以工作角度变化较小，可以忽略不计。4、纵向进给运动对工作角度的影响其中：Pse：工作切削平面；Pre：工作基面。左侧后角：左侧前角：左侧工作前角：左侧工作后角：右侧后角：右侧前角：右侧工作前角：右侧工作后角 P：螺纹导程（方牙螺纹为单头，单位为 mm）：方牙螺纹两侧的螺旋升角刀具在车削方牙螺纹时，方牙螺纹两侧均为螺旋升角为的阿基米德螺旋线，刀具静态状态与工作状态间的夹角也为，左、右两侧工作切削平面中的合成速度切于阿基米德螺旋面，即面倾斜了角，左、右两侧切削刃的工作基面也倾斜了角。于是，螺纹车刀左、右切削刃工作角度将发生变化：左侧切
32、削刃的工作前角和工作后角分别为：右侧切削刃的工作前角和工作后角分别为：(2-2)在如图矢量三角形中：湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-879689023式中： 方牙螺纹的中径，单位为 mm刀具静态状态与工作状态间的夹角P螺纹导程（方牙螺纹为单头，单位为 mm）因为方牙螺纹 的较大（几度到十几度） ，所以就有增大的可能性，又因为和为定值，所以这时会产生矛盾。为此，为抵消工作时刀具角度的变化，螺纹车刀两侧切削刃的静态后角应事先刃磨得不一样大小，但其右侧切削刃的工作前角仍负得相当多。为改善切削条件，可在螺纹车刀右
33、侧切削刃上加磨静态前角（图 3a） ，或将螺纹车刀倾斜角安装（图 3b） 。在后者情况下两侧切削刃上的工作前角、工作后角就等于其刃磨前角和刃磨后角(静态角度，即标注角度) 了。图 3 螺纹车刀静态状态的调整而对于纵车外圆，由于进给量 f 较小、工件直径有比较大，所以工作角度变化甚小，可以忽略不计。项目 4 切削方式一、 自由切削与非自由切削1、 自由切削只有一条直线切削刃参加切削工作，这种情况称之为自由切削。切金属的变形基本上发生在二维平面内。切削刃为曲线，或有几条切削刃（包括副切削刃）都参加了切削，金属变形更为复杂，且发生在三维空间内。2、非自由切削主切削刃和副切削刃同时参加切削，称之为非自
34、由切削。非自由切削时，主切削刃与副切削刃交汇处金属变形相互干涉，从而变形比较复杂。实际切削通常都是非自由切削。二、正切削与倒切削1、正切削背吃刀量 ap 远大于进给量 f 的切削方式称为正切削。正切削时切屑沿着接近正交平面方向流出（图 1-20a） ，前述刀具几何角度的定义均为正切削得出。湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-8796890242、倒切削背吃刀量 ap远小于进给量 f 的切削方式称为倒切削（图 1-20b） 。倒切削时，切屑沿着接近副正交平面方向流出，原来的副切削刃起主切削刃的作用，原来的主切削
35、刃却变为副切削刃了。这种倒切削常见于宽刃大进给切削中。三、直角切削与斜角切削1、直角切削 所谓直角切削是指刀刃垂直于合成切削运动方向的切削方式，如图 1-21左所示，直角切削时，其刀刃刃倾角 s=0 。2、斜角切削斜角切削时刀刃不垂直于合成切削运动方向，即 s 0 ，如图 1-21 右所示。直角切削方式，其切屑流出方向在刀刃法平面内；而斜角切削方式，切屑流出方向不在法平面内。湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-879689025当 s0 是的刀具进行切削都是斜角切削。良刃倾角 s 较大时（如S=45 0750
36、时） ，斜角切削具有刃口锋利，实际前角明显增大，排屑轻快等优点。尤其当 s75 0时，实际前角 oe 接近于刃倾角 s。目前使用较多的大刃倾角（s=75 0850） 、薄切削（a p=0.11mm） ，f 为几十 mm）精刨平面，实现以刨代磨就是利用这个原理。教学后记【课题实施的自我反思。本次课教法、学法、感想小结，包括成功的地方、需要改进的地方，教学效果分析、教学经验归纳、设想与改进措施等。 】末页湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-879689026第二章 刀具材料课题 第二章 刀具材料 课时 4 课时教
37、学内容1、刀具材料应具备的性能；2、常用刀具材料及其性能。目的要求1、掌握常用刀具材料的种类；2、掌握常用刀具材料性能及应用：高速钢 硬质合金。重点难点重点为：常用刀具材料性能及应用：高速钢 硬质合金。难点为：高速钢 硬质合金等常用刀具材料的合理应用。教具 讲述法。使用多媒体课件。时间分配 2X90 分钟首页教学进程项目 1 结论教学目标1、刀具材料应具备的性能； 2、掌握常用刀具材料性能及应用：高速钢 硬质合金。第二章 刀具材料刀具材料一般是指刀具切削部分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表面的任务。刀具的切削性能好坏，取决于刀具切削部分的材料、几何参数以及结构的合
38、理性等。刀具材料对刀具寿命、加工生产效率、加工质量以及加工成本都有很大影响，因此必须合理选择。刀具材料的发展受着工件材料发展的促进和影响。一、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基本特性。刀具要从工件上切下切屑，其硬度必须比工件材料的硬度大。切削金属所用刀具的切削刃的硬度，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能力。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，
39、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，刀具材料必须具备足够的强度和韧性。教学过程湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-879689027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，刀具材料还应具有在高温下抗氧化的能力以及
40、良好的抗粘结和抗扩散能力，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。刀具材料的发展应结合本国资源。有的刀具（如超硬材料刀具）虽然单件成本很贵，但因其使用寿命很长，分摊到每个零件的成本不一定很高。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可靠，有一定的可预测性和高度的可靠性。 二、常用刀具材料工具钢：包括碳素工具
41、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。1、高 速 钢它是一种加入较多钨、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 时仍能进行切削。由于热处理变形小、能锻易磨，所以特别适合于制造结构和刃型复杂的刀具，如成
42、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、粉末冶金高速钢和表面涂层高速钢。按基本化学成份可分为：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：W18Cr4V（1841）由于钨价高，热塑性差，碳化物分布不均匀等原因，目前国内外已很少采用。钨钼钢 ：它是钨钢中部分钨用钼取代而获得的一种高速钢。典型牌号W6Mo5Cr4V2（ 6542） ，简称 M2 钢。强度、韧性、热塑性好，但热处理湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路
43、 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-879689028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。另一种是 W9Mo3Cr4V（934 1）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 W2Mo9Cr4VCo8（M42 ）W6Mo5Cr4
44、V2Al （501）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，磨削表面粗糙度可显著减小。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. 适用于制造精密刀具、大尺寸（
45、滚刀、插齿刀）刀具、复杂成形刀具、拉刀等。2、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
46、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 量分别为湖北十堰职业技术（集团）学校校址：湖北省十堰茅箭区丹江路 26 号网址： 电话：0719-8796880 传真：0719-8796890293%、6%、6% 、8%。YG（K）类硬质合金，有较好的韧性、磨削性、导热性。硬度为 8991.5HR
47、A，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89.592.5HRA，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 YT（P）类硬质合金中加入 TaC 或 NbC，这样可提高抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、抗氧化能力、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）：这类合金是 TiC 为主要硬质相，以N
