1、第一篇 金 属 切 削 原 理,金属切削原理： 研究金属切削机理的一门基础科学。,研究内容： 阐述金属切削的基本概念。 解释金属切削的物理现象。 介绍生产中实用的金属切削常识。,研究目的： 后续课程的基础知识。,第一章 金属切削加工的基础知识,第一节 切削运动和切削要素 第二节 刀具的几何角度和结构 第三节 切削层参数 第四节 刀具材料,金属切削加工: 是在机床上，用金属切削刀具将坯料或工件上多余金属材料切除，以获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的方法。 研究地方：机床上 普通加工：用金属切削刀具切 加工对象：金属,相关链接：切削加工概述,完成切削加工必须具备的三个条件： 切削刀具与工件
2、之间必须有相对运动； 刀具材料必须有一定的切削性能； 刀具必须有适当的几何角度。,第一节 切削运动和切削要素,零件的种类及组成,相关链接：金属零件表面成形,一、切削运动分析,切削运动,直线运动,旋转运动,一、切削运动分析,主运动：直接切除工件上的切削层，使之变为切屑，以形成工件新表面的运动。 通常用切削速度 vc (m/s) 表示。,特点：速度高、功耗大、只能有一个。,进给运动：不断地把切削层投入切削的运动。通常用vf、f或 fz表示。,特点：速度低、功耗小、可以是断续运动、可以有多个。,合成切削运动：主运动和进给运动合成的运动。用ve表示。,相关链接：金属切削运动实例,二、工件加工表面,相关
3、链接：工件上的三种表面,三、切削用量三要素,切削速度：(vc),进给量：( f ),背吃刀量：(ap),“工件上已加工表面和待加工表面之间的垂直距离”。 对于外圆车削：,“切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度”。通常以最大线速度为准。 主运动是旋转运动时：主运动是直线运动时：,“工件或刀具每转一转时，两者沿进给方向的相对位移”。 f (mm/r), vf (mm/s), fz (mm/z),切削速度,进给量,背吃刀量,第二节 刀具的几何角度和结构,一、刀具切削部分的结构要素,车刀切削部分的组成,第二节 刀具的几何角度和结构,归结起来： “三面两刃一尖”,前刀面Ar,主后刀面A,副后刀面A,交
4、线,交线,主切削刃s,副切削刃s,刀尖,连接部分,一、刀具切削部分的结构要素,参考系：工作（切削）角度参考系：它是度量刀具切削时实际几何角度的基准，由它度量的刀具角度称为刀具工作（切削）角度。 标注角度参考系：它是刀具在设计时计算、绘图制造、刃磨、测量时的基准，由它确定的刀具角度称为刀具的标注角度。,二、刀具标注角度参考系,标注角度参考系的两个假设：假设运动条件：不考虑进给运动；假设安装条件：车刀刀尖与工件中心等高；刀杆中心线与进给方向垂直；刀具的安装面与基面Pr平行；,正交平面参考系：,基面Pr： “通过主切削刃上选定点垂直于主运动方向的平面”,辅助平面,正交平面参考系：,切削平面Ps： “
5、通过主切削刃上选定点，与切削刃相切并垂直于基面的平面”。,正交平面参考系：,正交平面（主剖面）Po： “通过主切削刃上选定点，并同时垂直于基面和切削平面的平面”。,法平面参考系：,法平面Pn: “通过主切削刃上选定点，并垂直于切削刃的平面”。,假定工作平面、背平面参考系：,假定工作平面（进给剖面）Pf： “通过主切削刃上选定点，平行于进给方向并垂直于基面的平面”,假定工作平面、背平面参考系：,背平面（切深剖面）Pp: “通过主切削刃上选定点，同时垂直于基面和假定工作平面的平面”。,三、刀具的标注角度,在基面内测量的角度：,主偏角： “主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角”。,副偏角： “副切
6、削刃在基面上的投影与进给方向的夹角”。,刀尖角： “主切削刃与副切削刃之间的夹角”。r=180-(r+r),车刀的主要几何角度2,三、刀具的标注角度,在正交平面内测量的角度,后角：o “后刀面与切削平面的夹角”,前角：o “前刀面与基面之间的夹角”。,车刀的主要几何角度1,三、刀具的标注角度,在切削平面内：,刃倾角：S “主切削刃与基面之间的夹角”,车刀的主要几何角度3,四、刀具的工作角度,四、刀具的工作角度,刀具安装高低对工作角度的影响：,四、刀具的工作角度,四、刀具的工作角度,刀具安装偏斜对工作角度的影响：,四、刀具的工作角度,第三节 切削层参数,一、切削层： “刀具沿进给方向移动一个进给
7、量 f，由刀具正在切削着的金属层”。 切削层的大小和形状直接影响： 刀具切削部分承受的载荷大小； 决定了切屑的尺寸和形状；,二、切削层的参数,切削厚度：hD “垂直于过渡表面度量的切削层尺寸” hD=fsinr (mm),切削宽度：bD “沿着过渡表面度量的切削层尺寸” bD=ap/sinr (mm),切削面积：AD AD=hDbD (mm2) 对于外圆车削： AD=fap (mm2),三、残留面积：,第四节 刀具材料,一、刀具材料应具备的基本性能： 高的硬度与耐磨性：必须高于工件硬度，通常应62HRC以上，硬度高，耐磨性好； 足够的强度和韧性：强度高，韧性好，但硬度低，耐磨性差； 较高的耐热
8、性和化学稳定性； 良好的热物理性能和耐热冲击性能； 良好的工艺性； 良好的经济性。,二、常用刀具材料,常用的刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷以及超硬材料等。机械制造中应用最广的刀具材料有高速钢和硬质合金。高速钢 是加入了钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素的高合金工具钢。硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物微米数量级的粉末和金属黏结剂高压成形经高温烧结而成的粉末冶金材料。碳素工具钢和合金工具钢耐热性差。用于制造简单手工工具。,二、常用刀具材料,高速钢（1900年首次使用）,基本性能：硬度：6265HRC耐热性：500600 切削速度：V 30 m/mi
9、n 工艺性好，适用于制造复杂刀具。,常用牌号： W18Cr4VW6MO5Cr4V2,分类：按成份、性能、制造工艺分类。,二、常用刀具材料,硬质合金：硬质相和粘结相构成,基本性能：硬度：7482HRC耐热性：8001000 切削速度：V=100 300 m/min 工艺性差，不适用于制造整体结构的复杂刀具。,典型牌号：钨钴类YG （K类）钨钴钛类YT （P类）通用类YW （M类）,成分：WC+Co 其强度、韧性较好，可加工铸铁等脆性材料不易崩刃；导热性能好可加工不锈钢、钛合金等导热性差的材料；刃磨性好可加工有色金属等韧性好的材料。 常用牌号： YG3(K01)、YG6(K20)、YG8(K40)
10、等精加工 粗加工,成分：WC+TiC+Co 硬度、耐磨性好且耐热性好可加工钢材等塑性材料；因含Ti不能加工含Ti工件。 常用牌号： YT5(P30)、YT15(P20)、YT30(P10)等粗加工 精加工,成分：WC+TiC+TaC(NbC)+Co既可用于加工短切屑的铸铁，也可用于加工长切屑的钢材。 常用牌号： YW1(M10)、YW2(M20)、YW3(M30)等精加工 粗加工,三、超硬刀具材料,陶瓷 金刚石立方氮化硼（CBN）,“Al2O3或Si3N4添加不同的金属元素(Ni、Co、Mo、W)或金属炭化物(TiC、WC)，采用热压和烧结的方法获得”。 特点：硬度高、耐磨性好。9195HRA耐热性高。1200 切削速度高达100400 m/min抗弯强度、冲击韧性较差。 主要用于冷硬铸铁、高硬钢等精加工和半精加工。,“高温下借助合金触媒的作用，由石墨转化而成”。 特点： 硬度高、耐磨性极好。10000HV以上。 耐热性：700800 ，不能在高温下切削 冲击韧性、抗弯强度低。只有硬质合金的1/4。 与Fe的亲和力强，不能加工铁族材料。 适用于硬质合金、玻璃等高硬材料的精加工,与金刚石相比： 硬度：80009000HV。 耐热性：13001500 与Fe的亲和力小，能加工铁族材料。 主要适用于淬硬钢、耐磨铸铁、高温合金等高硬铁族材料的精加工或半精加工。,
