金屬切削原理與刀具

1、第二章第二章 金屬切削原理與刀具金屬切削原理與刀具 第一節(jié)第一節(jié) 刀具的結構刀具的結構 第二節(jié)第二節(jié) 刀具材料刀具材料 第三節(jié)第三節(jié) 金屬切削過程及其物理現(xiàn)象金屬切削過程及其物理現(xiàn)象 第四節(jié)第四節(jié) 切削力與切削功率切削力與切削功率 第五節(jié)第五節(jié) 切削熱和切削溫度切削熱和切削溫度 第六節(jié)第六節(jié) 刀具的磨損與刀具壽命刀具的磨損與刀具壽命 第七節(jié)第七節(jié) 切削用量的合理選擇及提高切削用量的途徑切削用量的合理選擇及提高切削用量的途徑 金屬切削過程是刀具和工件相互作用的過程，在此過程中，金屬切削過程是刀具和工件相互作用的過程，在此過程中，為了能將工件上多余的金屬材料切除掉，對刀具的結構及其材料為了能將工件

2、上多余的金屬材料切除掉，對刀具的結構及其材料需提出相應的要求（應具有適當?shù)膸缀螀?shù)即切削角度，刀具材需提出相應的要求（應具有適當?shù)膸缀螀?shù)即切削角度，刀具材料對工件具有一定的切削能力）。本章主要介紹刀具的結構、材料對工件具有一定的切削能力）。本章主要介紹刀具的結構、材料以及切削過程的基本現(xiàn)象。料以及切削過程的基本現(xiàn)象。第一節(jié)第一節(jié) 刀具的結構刀具的結構一、切削運動及切削要素一、切削運動及切削要素（一）切削運動（一）切削運動1.金屬切削加工金屬切削加工利用刀具和工件之間的相對運動，切去工件（毛利用刀具和工件之間的相對運動，切去工件（毛坯）上多余的金屬層（加工余量）。以獲得具有一定的表面精度坯）上

3、多余的金屬層（加工余量）。以獲得具有一定的表面精度（尺寸、形狀和位置精度）和表面質量的機械另件的機械加工方法。（尺寸、形狀和位置精度）和表面質量的機械另件的機械加工方法。2.切削運動切削運動刀具與工件的相對運動。分主運動和進給運動刀具與工件的相對運動。分主運動和進給運動第二章第二章 金屬切削原理與刀具金屬切削原理與刀具 （1）主運動）主運動切下切屑所需要的最基本的運動，速度最高，消耗切下切屑所需要的最基本的運動，速度最高，消耗功率最多的運動，主運動只有一個。功率最多的運動，主運動只有一個。（2）進給運動）進給運動為使切削層金屬連續(xù)不斷的投入切削，從而完為使切削層金屬連續(xù)不斷的投入切削，從而完成

4、整個表面加工的運動，進給運動可以是一個或幾個。成整個表面加工的運動，進給運動可以是一個或幾個。 在大多數(shù)切削加工中，主運動和進給運動是同時進行的，二者在大多數(shù)切削加工中，主運動和進給運動是同時進行的，二者的合成運動就是刀具與工件之間的切削運動。的合成運動就是刀具與工件之間的切削運動。 一般切削運動及其方向用切削運動的速度矢量來表示：一般切削運動及其方向用切削運動的速度矢量來表示：fe（二）切削要素（二）切削要素1.工件上的三表面工件上的三表面待加工表面待加工表面工件上即將被切除的表面。工件上即將被切除的表面。已加工表面已加工表面工件上已切去切削層而形成的新表面。工件上已切去切削層而形成的新表面

5、。過渡表面（加工表面）過渡表面（加工表面）工件上正被刀具切削著的表面，介于已工件上正被刀具切削著的表面，介于已加工表面和待加工表面之間。加工表面和待加工表面之間。 2.切削用量切削用量paf1）切削速度）切削速度單位時間內(nèi)刀具或工件沿主運動方向所移動的距離單位時間內(nèi)刀具或工件沿主運動方向所移動的距離單位單位m/s。smndw601000車外圓車外圓 刨平面刨平面 smLnr60100022）進給量）進給量主運動的一個循環(huán)內(nèi)刀具主運動的一個循環(huán)內(nèi)刀具或工件沿進給運動方向所移動的距離?；蚬ぜ剡M給運動方向所移動的距離。單刃刀單刃刀 刨刨平面車車外圓fstrmmfrmm多刃刀（銑刀、鉸刀等）多刃刀（

6、銑刀、鉸刀等）zf每齒進給量每齒進給量 zmmf進給速度進給速度smmzfnzfnf3）背吃刀量（切削深度）背吃刀量（切削深度）待加工表面到已加工表面之間的垂待加工表面到已加工表面之間的垂直距離直距離車外圓車外圓 )(21mwpddapaf 切削用量三要素切削用量三要素 3.切削層幾何參數(shù)切削層幾何參數(shù)切削層切削層在切削過程中，刀具的在切削過程中，刀具的切削刃在一次走刀中從工件待加工切削刃在一次走刀中從工件待加工表面切下的金屬層，稱為切削層。表面切下的金屬層，稱為切削層。車外圓時切削層就是工件轉一圈，車外圓時切削層就是工件轉一圈，主切削刃所切除的金屬層。主切削刃所切除的金屬層。切削層參數(shù)共有三

7、個，它們通常都在切削層參數(shù)共有三個，它們通常都在V的平面內(nèi)度量。的平面內(nèi)度量。1）切削厚度）切削厚度在過渡表面法線方向測量的切削層尺寸，即相鄰兩在過渡表面法線方向測量的切削層尺寸，即相鄰兩過渡表面之間的距離，反映切削刃單位長度上的切削負荷。過渡表面之間的距離，反映切削刃單位長度上的切削負荷。rckfasin2）切削寬度）切削寬度沿主切削刃（過渡表面）測量的切削層尺寸。反映沿主切削刃（過渡表面）測量的切削層尺寸。反映了切削刃參加切削的工作長度。了切削刃參加切削的工作長度。rpwkaasin3）切削層面積）切削層面積切削厚度與切削寬度的乘積切削厚度與切削寬度的乘積切削層的幾何參數(shù)。切削層的幾何參數(shù)

8、。cawacAprprwccafkakfaaAsin.sin二刀具角度二刀具角度（一）刀具切削部分的組成（一）刀具切削部分的組成1.車刀的組成車刀的組成 刀頭刀桿2.切削部分的組成切削部分的組成三面三面 面面相對并相互作用的表刀具上與工件已加工表副后面相對并相互作用的表面刀具上與工件過渡表面主后面互作用的表面刀具上與切屑接觸并相前刀面兩刃兩刃 并最終形成已加工表面削工作它配合主切削刃完成切線前刀面與副后刀面的交副切削刃它完成主要的切削工作前刀面與后刀面的交線主切削刃,一尖一尖 刀尖刀尖主切削刃和副切削刃連接處的一段刀刃主切削刃和副切削刃連接處的一段刀刃 圓弧小直線（二）確定刀具角度的參考平面（

9、二）確定刀具角度的參考平面三個輔助平面三個輔助平面 1.切削平面切削平面過主切削刃上某一點過主切削刃上某一點并與工件過渡表面相切的平面。并與工件過渡表面相切的平面。2.基面基面過主切削刃上某一點并過主切削刃上某一點并與該點切削速度方向相垂直的與該點切削速度方向相垂直的平面。平面。3.正交平面正交平面過主切削刃上某一過主切削刃上某一點并與主切削刃在基面上的投影點并與主切削刃在基面上的投影相垂直的平面。相垂直的平面。切削平面、基面和正交平面共同組成標注刀具角度的正交平面參切削平面、基面和正交平面共同組成標注刀具角度的正交平面參考系。常用的標注刀具角度的參考系還有法平面參考系，背平面考系。常用的標注

10、刀具角度的參考系還有法平面參考系，背平面和假定工作平面參考系。和假定工作平面參考系。（三）刀具的標注角度（三）刀具的標注角度1.1.前角前角o o 作用：它反映了前刀面的傾斜程度。作用：它反映了前刀面的傾斜程度。o o 切削刃越鋒利切削刃越鋒利切削越輕快切削越輕快o o 會削弱刀頭的強度會削弱刀頭的強度 崩刃。崩刃。選擇：選擇：工件材料的工件材料的bb、HRCHRCo o,反之取大值。反之取大值。刀具材料：高速鋼刀具材料：高速鋼o o ； 硬質合金硬質合金o o。范圍：通常范圍：通常o o=-5=-5+25+25 粗加工：粗加工： o o 精加工：精加工： o o2.2.后角后角o o 作用：

11、作用：o o摩擦越小摩擦越小切削刃越鋒利；切削刃越鋒利；o o會削弱刀頭的強度，散熱條件變差，容易崩刃。會削弱刀頭的強度，散熱條件變差，容易崩刃。減少刀具主后刀面和工件過渡表面之間的摩擦。減少刀具主后刀面和工件過渡表面之間的摩擦。范圍：范圍： o o= 6= 61212。精加工時選得大些，粗加工選小些。精加工時選得大些，粗加工選小些。 3.3.主偏角主偏角r r 4.4.副偏角副偏角r r 作用：作用：選擇：主副偏角應根據(jù)工件的剛度及加工要求選取合理的數(shù)值。選擇：主副偏角應根據(jù)工件的剛度及加工要求選取合理的數(shù)值。 范圍：一般車刀常用的主偏角有范圍：一般車刀常用的主偏角有4545、7575、90

12、90等幾種，車等幾種，車削細長軸時取主偏角等于削細長軸時取主偏角等于75759090的車刀；副偏角為的車刀；副偏角為5 51515，粗加工時取較大值。，粗加工時取較大值。主偏角主要影響切削層截面的形狀和參數(shù)，影響切削分力的變主偏角主要影響切削層截面的形狀和參數(shù)，影響切削分力的變化，并和副偏角一起影響已加工表面的粗糙度；副偏角還有減化，并和副偏角一起影響已加工表面的粗糙度；副偏角還有減小副后刀面與已加工表面間摩擦的作用。小副后刀面與已加工表面間摩擦的作用。 r Fp5.刃傾角刃傾角s在切削平面內(nèi)測量的主切削刃與基面之間的夾角。刀在切削平面內(nèi)測量的主切削刃與基面之間的夾角。刀尖高正，低負（圖尖高正

13、，低負（圖27）。）。作用：作用：s影響刀頭強度和切屑流動方向。影響刀頭強度和切屑流動方向。 s=-55粗加工時為增強刀頭強度，粗加工時為增強刀頭強度，s常取負值；常取負值；精加工時為防止切屑劃傷已加工表面，精加工時為防止切屑劃傷已加工表面，s常取正值或零。常取正值或零。另加一把端面車刀舉例說明刀具角度另加一把端面車刀舉例說明刀具角度說明：刀具的標注角度是在刀尖與工件回轉軸線等高，刀桿縱向軸說明：刀具的標注角度是在刀尖與工件回轉軸線等高，刀桿縱向軸線垂直于進給方向以及不考慮進給運動的影響等條件下確定的。線垂直于進給方向以及不考慮進給運動的影響等條件下確定的。（四）刀具的工作角度（四）刀具的工作

14、角度1.刀具安裝位置對工作角度的影響刀具安裝位置對工作角度的影響以車刀車外圓為例，若不考慮進給運動以車刀車外圓為例，若不考慮進給運動當?shù)都獍惭b得高于或低于工件軸線時，將引起工作前角和工作后當?shù)都獍惭b得高于或低于工件軸線時，將引起工作前角和工作后角的變化。角的變化。a) 刀尖高于工件回轉中心刀尖高于工件回轉中心ooeooeb)刀尖低于工件回轉中心刀尖低于工件回轉中心ooeooe(2)(2)刀桿中心線安裝偏斜對工作角度的影響刀桿中心線安裝偏斜對工作角度的影響 2.進給運動對工作角度的影響進給運動對工作角度的影響車削時由于進給運動的存在，使車外車削時由于進給運動的存在，使車外圓及車螺紋的加工表面實際

15、上是一個圓及車螺紋的加工表面實際上是一個螺旋面，如圖螺旋面，如圖2-28示。示。車端面或切斷時，加工表面是車端面或切斷時，加工表面是阿基米德螺旋面，如圖阿基米德螺旋面，如圖2-29示。示。作業(yè)作業(yè):1.車刀的標注角度主要有哪幾種車刀的標注角度主要有哪幾種?他們是如何定義的他們是如何定義的?2.已知一外圓車刀切削部分的主要角度為已知一外圓車刀切削部分的主要角度為:o=15、o=8、r=75、r=15、s=-5。試繪出該刀具切削部分的工作。試繪出該刀具切削部分的工作圖。（另畫一把端面刀）圖。（另畫一把端面刀）三、刀具種類三、刀具種類（一）刀具分類（一）刀具分類 由于機械零件的材質、形狀、技術要求和

16、加工工藝的多樣由于機械零件的材質、形狀、技術要求和加工工藝的多樣性，客觀上要求進行加工的刀具具有不同的結構和切削性能。性，客觀上要求進行加工的刀具具有不同的結構和切削性能。因此，生產(chǎn)中所使用的刀具的種類很多。刀具常按加工方式因此，生產(chǎn)中所使用的刀具的種類很多。刀具常按加工方式和具體用途，分為車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋刀和具體用途，分為車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動線及數(shù)控機床刀具和磨具等幾大類型。具、齒輪刀具、自動線及數(shù)控機床刀具和磨具等幾大類型。刀具還可以按其它方式進行分類，如按所用材料分為高速鋼刀具還可以按其它方式進行分類，如按所用材料分為高速鋼刀具、硬質合

17、金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（刀具、硬質合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBNCBN）刀具和）刀具和金剛石刀具等；按結構分為整體刀具、鑲片刀具、機夾刀具金剛石刀具等；按結構分為整體刀具、鑲片刀具、機夾刀具和復合刀具等；按是否標準化分為標準刀具和非標準刀具等。和復合刀具等；按是否標準化分為標準刀具和非標準刀具等。 1. 1.車刀車刀 車刀是金屬切削加工中應用最廣的一種刀具。它可以車刀是金屬切削加工中應用最廣的一種刀具。它可以在車床上加工外圓、端平面、螺紋、內(nèi)孔，也可用于切槽在車床上加工外圓、端平面、螺紋、內(nèi)孔，也可用于切槽和切斷等。圖和切斷等。圖2-302-30列出了幾種常用車刀。列出了幾種常用

18、車刀。4590圖2-30 常用的幾種車刀a)直頭外圓車刀b) 彎頭外圓車刀c) 彎頭外圓車刀d)端面車刀e)內(nèi)孔車刀f)切斷刀g)寬刃光刀 （二）常用刀具簡介（二）常用刀具簡介車刀按結構分為車刀按結構分為 142132圖可轉位車刀圖機夾車刀機械夾固式刀片車刀焊接裝配式車刀整體車刀2.2.孔加工刀具孔加工刀具 孔加工刀具一般可分為兩大類：一類是從實體材孔加工刀具一般可分為兩大類：一類是從實體材料上加工出孔的刀具，常用的有麻花鉆、中心鉆和深料上加工出孔的刀具，常用的有麻花鉆、中心鉆和深孔鉆等；另一類是對工件上已有孔進行再加工的刀具，孔鉆等；另一類是對工件上已有孔進行再加工的刀具，常用的有擴孔鉆、鉸

19、刀及鏜刀等。常用的有擴孔鉆、鉸刀及鏜刀等。 例如，圖例如，圖2-332-33所示所示標準高速鋼麻花鉆的結構。標準高速鋼麻花鉆的結構。工作部分（刀體）的前工作部分（刀體）的前端為切削部分，承擔主端為切削部分，承擔主要的切削工作，后端為要的切削工作，后端為導向部分，起引導鉆頭導向部分，起引導鉆頭的作用，也是切削部分的作用，也是切削部分的后備部分。的后備部分。 圖圖2-33 麻花鉆的結構麻花鉆的結構 先磨出兩條外刃AB，然后再在兩個后刀面上分別磨出月牙形圓弧槽BC，最后修磨橫刃，使之縮短、變尖變低，以形成兩條內(nèi)刃CD，留下一條橫刃，此外，在外刃上還磨出分屑槽。加工直徑2-30的小孔，長徑比可超過10

20、0 3.3.銑刀銑刀 銑刀是一種應用廣泛的多刃回轉銑刀是一種應用廣泛的多刃回轉刀具，其種類很多。按用途分有：刀具，其種類很多。按用途分有：1 1）加工平面用的，如圓柱平面銑）加工平面用的，如圓柱平面銑刀、端銑刀等刀、端銑刀等a a）b b）；）；2 2）加工溝）加工溝槽用的，如立銑刀、兩面刃或三槽用的，如立銑刀、兩面刃或三面刃銑刀、鋸片銑刀、面刃銑刀、鋸片銑刀、T T形槽銑刀形槽銑刀和角度銑刀等；和角度銑刀等；c c）d d）e e）f f）g g）h h）3 3）加工成形表面用的，如凸）加工成形表面用的，如凸半圓和凹半圓銑刀半圓和凹半圓銑刀i i）j j）和加工）和加工其它復雜成形表面用的銑

21、刀其它復雜成形表面用的銑刀k k）l l）m m）n n）。如圖）。如圖2-402-40所示。銑削的所示。銑削的生產(chǎn)率一般較高，加工表面粗糙生產(chǎn)率一般較高，加工表面粗糙度值較大。度值較大。 圖圖2-40 銑刀種類銑刀種類 4. 4.拉刀拉刀 拉刀是一種加工精度和切削效率都比較高的多齒刀具，拉刀是一種加工精度和切削效率都比較高的多齒刀具，廣泛應用于大批量生產(chǎn)中，可加工各種內(nèi)、外表面（圖廣泛應用于大批量生產(chǎn)中，可加工各種內(nèi)、外表面（圖2-2-4141）。拉刀按所加工工件表面的不同，可分為各種內(nèi)拉刀）。拉刀按所加工工件表面的不同，可分為各種內(nèi)拉刀（圖（圖2-422-42）和外拉刀（圖）和外拉刀（圖2

22、-432-43）兩類。）兩類。 圖圖2-41 可拉削加工的各種內(nèi)外表面舉例可拉削加工的各種內(nèi)外表面舉例a)圓孔圓孔b)三角形孔三角形孔c)方孔方孔d)鍵槽鍵槽e)花鍵孔花鍵孔f)內(nèi)齒內(nèi)齒輪輪g)平面平面h)榫槽榫槽i)燕尾槽燕尾槽 5.5.螺紋刀具：螺紋刀具： 螺紋可用切削法和滾壓法進行加工。螺紋可用切削法和滾壓法進行加工。 6. 6.齒輪刀具：齒輪刀具： 齒輪刀具是用于加工齒輪齒形的刀具。按刀具的工作原理，齒輪刀具是用于加工齒輪齒形的刀具。按刀具的工作原理，齒輪分為成形齒輪刀具和展成齒輪刀具。常用的成形齒輪刀具齒輪分為成形齒輪刀具和展成齒輪刀具。常用的成形齒輪刀具有盤形齒輪銑刀和指形齒輪刀具

23、等。常用的展成齒輪刀具有插有盤形齒輪銑刀和指形齒輪刀具等。常用的展成齒輪刀具有插齒刀、齒輪滾刀和剃齒刀等。選用齒輪滾刀和插齒刀時，應注齒刀、齒輪滾刀和剃齒刀等。選用齒輪滾刀和插齒刀時，應注意以下幾點：意以下幾點： （1 1）刀具基本參數(shù)（模數(shù)、齒形角、齒頂高系數(shù)等）應與被加）刀具基本參數(shù)（模數(shù)、齒形角、齒頂高系數(shù)等）應與被加工齒輪相同。（工齒輪相同。（2 2）刀具精度等級應與被加工齒輪要求的精度等）刀具精度等級應與被加工齒輪要求的精度等級相當。（級相當。（3 3）刀具旋向應盡可能與被加工齒輪的旋向相同。滾）刀具旋向應盡可能與被加工齒輪的旋向相同。滾切直齒輪時，一般用左旋齒刀。切直齒輪時，一般用

24、左旋齒刀。a）加工外齒輪和大直徑的內(nèi)齒輪。b）加工多聯(lián)齒輪和某些內(nèi)齒輪。c）加工內(nèi)齒輪第二節(jié)第二節(jié) 刀具材料刀具材料一一. .刀具材料應具備的性能刀具材料應具備的性能（1 1）高的硬度）高的硬度 刀具材料要比工件材料硬度高，常溫硬度在刀具材料要比工件材料硬度高，常溫硬度在6060HRC 以上；以上；（2 2）高的耐磨性）高的耐磨性 耐磨性表示抵抗磨損的能力，一般情況下，刀具材料硬度越耐磨性表示抵抗磨損的能力，一般情況下，刀具材料硬度越高，耐磨性越好。高，耐磨性越好。（3 3）足夠的強度和韌性）足夠的強度和韌性 為了承受切削中的壓力沖擊和振動，避免崩刃和折斷，刀具為了承受切削中的壓力沖擊和振動，

25、避免崩刃和折斷，刀具材料應具有足夠的強度和韌性。材料應具有足夠的強度和韌性。（4 4）高耐熱性（熱穩(wěn)定性、又叫紅硬性）高耐熱性（熱穩(wěn)定性、又叫紅硬性） 刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強度和韌性的能力。刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強度和韌性的能力。耐熱性耐熱性V（5 5）良好的工藝性）良好的工藝性 為了便于制造，要求刀具材料有較好的可加工性。如，切削為了便于制造，要求刀具材料有較好的可加工性。如，切削加工性、鑄造性、鍛造性和熱處理性等。加工性、鑄造性、鍛造性和熱處理性等。（6 6）良好的熱物理性能和耐熱沖擊性。）良好的熱物理性能和耐熱沖擊性。1. 1. 碳素工具鋼（含碳量在碳素工具鋼（

26、含碳量在0.7%0.7%1.3%1.3%） 特點：特點： 1 1）刃磨性好）刃磨性好2 2）淬火后硬度為）淬火后硬度為61616464HRC3 3）價格便宜）價格便宜 4 4）耐熱性低）耐熱性低 200200C C喪失原來的硬度，喪失原來的硬度，V切5 5）熱處理時易變形，產(chǎn)生裂紋。）熱處理時易變形，產(chǎn)生裂紋。 用途：用途： 制造形狀簡單的低速手動工具。如：銼刀、鋼鋸條、絲錐等。制造形狀簡單的低速手動工具。如：銼刀、鋼鋸條、絲錐等。 牌號：牌號：T7、T7A、T8、T8A、 T13、T13A二、常用的刀具材料二、常用的刀具材料2. 2. 合金工具鋼（在碳素工具鋼的基礎上加入少量的合金元素）合金

27、工具鋼（在碳素工具鋼的基礎上加入少量的合金元素）W（1.21.21.6%1.6%）、）、Cr（0.40.41.7%1.7%） 特點：特點： 1 1）耐磨性好）耐磨性好2 2）耐熱性仍不太高）耐熱性仍不太高 250250300300C C， V切3 3）熱處理性好，淬火不易變形）熱處理性好，淬火不易變形用途：用途： 制造形狀復雜的低速手動工具。如：鉸刀、板牙等。制造形狀復雜的低速手動工具。如：鉸刀、板牙等。 牌號：牌號：9 9siCr、CrWMn 3. 3. 高速鋼（合金元素提高了的一種高合金工具鋼）高速鋼（合金元素提高了的一種高合金工具鋼） W（9 920%20%）、）、Cr（3 35%5%）

28、、）、V（1 13%3%）特點：）特點：）63-67HRC ）耐熱性）耐熱性（550-600C）切 比前兩種提高倍。比前兩種提高倍。 ）熱處理性好（風鋼）。）熱處理性好（風鋼）。 ）刃磨性好（又叫鋒鋼）。）刃磨性好（又叫鋒鋼）。 ）工藝性好在復雜刀具制造中，高速鋼占有重要地位。）工藝性好在復雜刀具制造中，高速鋼占有重要地位。 6）抗彎強度和韌性好）抗彎強度和韌性好分類：分類：)456)(82456(4V2)5C(W6M 4V)(W18Ci)2rorAlVCMWCVCMWrooro高性能高速鋼通用高速鋼高速鋼按用途不同分為粉末冶金高速鋼熔煉高速鋼為按制造工藝方法不同分)ii用途：制作形狀復雜的中

29、速刀具，如車刀、鉆頭、拉刀、銑刀、用途：制作形狀復雜的中速刀具，如車刀、鉆頭、拉刀、銑刀、齒輪刀具等。齒輪刀具等。)()()()(NbcCTTiCMYWPYTKYGa黃色標志藍色標志紅色標志通用硬質合金鎢鈦鈷類類鎢鈷類分類4.硬質合金由硬質合金由WC、TiC 和和 Co、Ni 等材料用粉末冶金的方法制等材料用粉末冶金的方法制成的合金。成的合金。 8393HRA（相當于（相當于7482HRC）。耐熱性）。耐熱性8001000C,耐磨耐磨性好?？杉庸ぐù阌蹭撛趦?nèi)的多種材料，但性好。可加工包括淬硬鋼在內(nèi)的多種材料，但w、k。所以。所以很少用于制造整體式刀具，一般用它制造各種形狀的刀片焊接很少用于制

30、造整體式刀具，一般用它制造各種形狀的刀片焊接或直接夾固在刀體上使用?；蛑苯訆A固在刀體上使用。 1)1)鎢鈷類鎢鈷類( ( YG ) ) 由由W C + + Co 組成，組成，Co 起粘結劑的作用（相當于起粘結劑的作用（相當于ISO 的的K K類）類）特點：特點： 1) 701) 70HRC2)w2)w（相對（相對YTYT類而言）類而言） 3)3)耐熱性耐熱性800800900900C C牌號：牌號：用途：加工鑄鐵、青銅等脆性材料。用途：加工鑄鐵、青銅等脆性材料。 2) 2) 鎢鈦鈷類鎢鈦鈷類 （YT ） W C + Ti C+ Co（相當于（相當于ISO 的的P P類）類） 細晶粒合金粗加工半

31、精精加工xyGxyGyGyGyG63863HRCCokw特點：特點： 1) 751) 75HRC2)w2)w（相對于（相對于YG 類）類） 3)耐熱性高（耐熱性高（90090010001000C C） 牌號：牌號： 數(shù)字表示含數(shù)字表示含TiC 的百分數(shù)的百分數(shù)用途：加工鋼等塑性材料。用途：加工鋼等塑性材料。硬質合金的改進：硬質合金的改進：1）調整化學成分）調整化學成分就是在就是在YT類合金中加入碳化鉭（類合金中加入碳化鉭（TaC）或碳化）或碳化鈮（鈮（NbC）而組成）而組成通用硬質合金通用硬質合金(YW)特點：特點：k，抗粘附性，抗粘附性，耐磨性，耐磨性。用途：既能加工鑄鐵，又能切削鋼，特別適

32、合加工各種難加工的用途：既能加工鑄鐵，又能切削鋼，特別適合加工各種難加工的合金鋼（耐熱鋼、高錳鋼、不銹鋼），因此叫通用硬質合金。合金鋼（耐熱鋼、高錳鋼、不銹鋼），因此叫通用硬質合金。精加工粗加工3015145yTyTyTyT牌號：牌號：YW1 YW2 2）細化合金的晶粒）細化合金的晶粒用粉末冶金法細化晶粒，消除炭化物用粉末冶金法細化晶粒，消除炭化物的偏析，致使韌性好、硬度高，熱處理時變形小，適于制造的偏析，致使韌性好、硬度高，熱處理時變形小，適于制造各種高精度的刀具各種高精度的刀具.3）采用涂層刀片）采用涂層刀片在韌性較好的硬質合金（在韌性較好的硬質合金（YG類）基體表面，類）基體表面，涂敷涂

33、敷5-10m厚的一層厚的一層TiC或或TiN，以提高表層的耐磨性。，以提高表層的耐磨性。三、新型刀具材料三、新型刀具材料1陶瓷材料陶瓷材料32OA43NSi添加劑添加劑 高溫高壓燒結而成。高溫高壓燒結而成。 特點：（）特點：（）93 94HRA （）耐熱性（）耐熱性1200C1450C（允許的（允許的比硬質合金高）。比硬質合金高）。（）耐磨性（）耐磨性。（）（）w、k，性脆。，性脆。用途：鑄鐵、鋼及高硬度材料（淬火鋼）的半精加工和精加工。用途：鑄鐵、鋼及高硬度材料（淬火鋼）的半精加工和精加工。牌號：牌號： AMAMF76A3SG4SG735L陶瓷刀具與傳統(tǒng)硬質合金刀具相比，具有下列優(yōu)點：陶瓷刀

34、具與傳統(tǒng)硬質合金刀具相比，具有下列優(yōu)點： 1）可加工硬度高達）可加工硬度高達65HRC的高硬度難加工材料；的高硬度難加工材料； 2）可進行扒荒粗車及銑、刨等大沖擊間斷切削；）可進行扒荒粗車及銑、刨等大沖擊間斷切削； 3）耐用度可提高幾倍至幾十倍；）耐用度可提高幾倍至幾十倍； 4）切削效率提高）切削效率提高3-10倍，可實現(xiàn)以車、銑代磨。倍，可實現(xiàn)以車、銑代磨。2立方氮化硼（立方氮化硼（CBN）70年代研制的一種人工合成的新型刀年代研制的一種人工合成的新型刀具材料，它是由立方氮化硼在高溫、高壓下加入催化劑轉變而具材料，它是由立方氮化硼在高溫、高壓下加入催化劑轉變而成的。成的。特點：（）硬度高，僅

35、次于金剛石特點：（）硬度高，僅次于金剛石80009000HV。（）耐熱性好（）耐熱性好13001500C。（）親鐵性差不與（）親鐵性差不與Fe原子反應。原子反應。（）價格昂貴。（）價格昂貴。（）性脆。（）性脆。用途：既能勝任淬硬鋼，冷硬鑄鐵的粗車和精車，又能勝任高溫用途：既能勝任淬硬鋼，冷硬鑄鐵的粗車和精車，又能勝任高溫合金、熱噴涂材料、硬質合金及其它難加工材料的高速切削。合金、熱噴涂材料、硬質合金及其它難加工材料的高速切削。3人造金剛石人造金剛石通過合金的觸媒作用，在高溫高壓下由石墨轉通過合金的觸媒作用，在高溫高壓下由石墨轉化而成?；?。特點：（特點：（1）硬度高，）硬度高，HV10000

36、。（2）耐磨性好）耐磨性好（2）耐熱性）耐熱性700-800C（4）親鐵性）親鐵性-與與Fe原子反應原子反應金剛石與金剛石與Fe親合力較大，加工黑色金屬易粘刀，適合加工有色金親合力較大，加工黑色金屬易粘刀，適合加工有色金屬件。屬件。第三節(jié)第三節(jié) 金屬切削過程及其物理現(xiàn)象金屬切削過程及其物理現(xiàn)象概述：金屬切削過程就是由刀概述：金屬切削過程就是由刀具從工件上切除多余的金屬層具從工件上切除多余的金屬層而成為切屑，得到所需零件幾而成為切屑，得到所需零件幾何形狀的過程，在這個過程中，何形狀的過程，在這個過程中，刀具與工件的相互作用會伴隨刀具與工件的相互作用會伴隨產(chǎn)生許多物理現(xiàn)象，如切削變產(chǎn)生許多物理現(xiàn)象

37、，如切削變形、切削力、切削熱、切削溫形、切削力、切削熱、切削溫度、積屑瘤、鱗刺、加工硬化、度、積屑瘤、鱗刺、加工硬化、殘余應力、刀具磨損、刀具壽殘余應力、刀具磨損、刀具壽命、卷屑、斷屑等，對這些現(xiàn)命、卷屑、斷屑等，對這些現(xiàn)象內(nèi)在機理的分析研究、探索，象內(nèi)在機理的分析研究、探索，從而掌握其規(guī)律，對保證加工從而掌握其規(guī)律，對保證加工質量，提高生產(chǎn)率，降低成本質量，提高生產(chǎn)率，降低成本和勞動強度具有重大意義。和勞動強度具有重大意義。 用顯微鏡直接觀察低速直角自由切削工件側面得到的金屬變形情況一、切屑形成過程及切屑的種類一、切屑形成過程及切屑的種類1.切屑形成過程切屑形成過程切屑的形成過程就是切削層金

38、屬變形的過程。圖切屑的形成過程就是切削層金屬變形的過程。圖3-1就是以低速就是以低速直角自由切削塑性金屬材料時，用顯微鏡觀察到的變形圖象，直角自由切削塑性金屬材料時，用顯微鏡觀察到的變形圖象，將其繪制成圖將其繪制成圖3-2所示流線的示意圖所示流線的示意圖 ，其中，其中OA、OM 線為滑移線，線為滑移線，其余為流線，流線即是金屬某一點的軌跡，由圖可劃分為其余為流線，流線即是金屬某一點的軌跡，由圖可劃分為、三個變形區(qū)三個變形區(qū) 2.三個變形區(qū)（根據(jù)圖三個變形區(qū)（根據(jù)圖3-2所示的金屬切削過程和流線示意圖把金所示的金屬切削過程和流線示意圖把金屬切削層的變形分為三個變形區(qū)）屬切削層的變形分為三個變形區(qū)

39、）第一變形區(qū)第一變形區(qū) 從從OA 線開始發(fā)生剪切滑移變形，到線開始發(fā)生剪切滑移變形，到OM 線剪切滑線剪切滑移變形結束的區(qū)域。移變形結束的區(qū)域。第二變形區(qū)第二變形區(qū) 切屑沿前刀面排出時進一步受到前刀面的擠壓和切屑沿前刀面排出時進一步受到前刀面的擠壓和摩擦，使靠近前刀面處金屬纖維化，基本上和前刀面相平行。摩擦，使靠近前刀面處金屬纖維化，基本上和前刀面相平行。第三變形區(qū)第三變形區(qū) 工件已加工表面和刀具后刀面接觸的區(qū)域工件已加工表面和刀具后刀面接觸的區(qū)域這三個變形區(qū)匯集在切削刃附近，此處的應力比較集中而復雜，這三個變形區(qū)匯集在切削刃附近，此處的應力比較集中而復雜，金屬的被切削層就在此處與工件本體分離

40、，大部分變成切屑，很金屬的被切削層就在此處與工件本體分離，大部分變成切屑，很小一部分留在已加工表面上。小一部分留在已加工表面上。說明：說明：1）剪切面）剪切面OA與與OM 間變形（即第間變形（即第變形區(qū)）在一般切削速度下變形區(qū)）在一般切削速度下寬度僅為寬度僅為0.02-0.2mm，切削速度越高，其區(qū)域越窄，可用一個，切削速度越高，其區(qū)域越窄，可用一個剪切面來代替這個區(qū)域。剪切面來代替這個區(qū)域。2）剪切角）剪切角剪切面與剪切面與V之夾角。之夾角。V剪切面積剪切面積剪切省力。圖剪切省力。圖）變形系數(shù)值圖）變形系數(shù)值圖切屑的收縮切屑變短、變厚的現(xiàn)象稱為切屑的收縮。切屑的收縮切屑變短、變厚的現(xiàn)象稱為切

41、屑的收縮。厚度變形系數(shù)：厚度變形系數(shù)： cchaaa長度變形系數(shù)：長度變形系數(shù)： chcL由于工件上切削層的寬度與切屑平均寬度差異很小，切削前與由于工件上切削層的寬度與切屑平均寬度差異很小，切削前與切削后的體積可以看作不變。故切削后的體積可以看作不變。故1 la可通過牛頭刨加工測出?？赏ㄟ^牛頭刨加工測出。ac、lc已知，已知，ach、lch用銅絲測出。用銅絲測出。3.切屑的類型及其控制切屑的類型及其控制）帶狀切屑）帶狀切屑 用用o、v、ac （或（或f）加工）加工的鋼材時常得到的鋼材時常得到帶狀屑。帶狀屑。特點：內(nèi)表面光滑，外表面毛茸，連綿不斷，切削過程平穩(wěn)，特點：內(nèi)表面光滑，外表面毛茸，連綿

42、不斷，切削過程平穩(wěn)，F(xiàn)C 、Ra。圖。圖232a2）擠裂切屑）擠裂切屑用用o、v、 ac （或（或 f）加工中等硬度的鋼材。切）加工中等硬度的鋼材。切削過程中有力波動削過程中有力波動 。特點：。特點：外表面呈鋸齒形，內(nèi)表面有時有外表面呈鋸齒形，內(nèi)表面有時有裂紋。裂紋。這類切屑之所以呈鋸齒形，是由于它的第一變形區(qū)較寬，這類切屑之所以呈鋸齒形，是由于它的第一變形區(qū)較寬，在剪切滑移過程中滑移量較大，由滑移變形所產(chǎn)生的加工硬化使在剪切滑移過程中滑移量較大，由滑移變形所產(chǎn)生的加工硬化使剪切力增加，在局部地方達到材料的破裂強度。圖剪切力增加，在局部地方達到材料的破裂強度。圖2-32b由于工件材料不同，由于

43、工件材料不同，切削過程中的變形程切削過程中的變形程度也就不同，因而產(chǎn)度也就不同，因而產(chǎn)生的切屑就多種多樣。生的切屑就多種多樣。如圖如圖232所示所示aR）單元切屑如果在擠裂切屑的剪切面上，裂紋擴展到整個）單元切屑如果在擠裂切屑的剪切面上，裂紋擴展到整個面上，則整個單元被切離，成為梯形的單元切屑。圖面上，則整個單元被切離，成為梯形的單元切屑。圖2-32c以上三種切屑只有在加工塑性材料時，才可能得到。其中帶狀切以上三種切屑只有在加工塑性材料時，才可能得到。其中帶狀切屑的切削過程最平穩(wěn)，單元切屑的切削力波動最大，在生產(chǎn)中最屑的切削過程最平穩(wěn)，單元切屑的切削力波動最大，在生產(chǎn)中最常見的是帶狀切屑。有時

44、得到擠裂切屑，單元切屑則很少見到，常見的是帶狀切屑。有時得到擠裂切屑，單元切屑則很少見到，假如改變擠裂切屑的條件，如假如改變擠裂切屑的條件，如 、v或或 單元切屑。反之得單元切屑。反之得到帶狀切屑，這說明切屑的形態(tài)是可以隨切削條件而轉化的，掌到帶狀切屑，這說明切屑的形態(tài)是可以隨切削條件而轉化的，掌握了它的變化規(guī)律，就可以控制切屑的變形、形態(tài)和尺寸，以達握了它的變化規(guī)律，就可以控制切屑的變形、形態(tài)和尺寸，以達到卷屑和斷屑的目的。到卷屑和斷屑的目的。）崩碎切屑圖）崩碎切屑圖2-32d，加工鑄鐵、青銅等脆材，加工鑄鐵、青銅等脆材 。特點：切屑的形狀是不規(guī)則的，表面是凹凸不平的（特點：切屑的形狀是不規(guī)

45、則的，表面是凹凸不平的（F、Q集中在集中在刀尖附近刀尖附近T），切削過程不平穩(wěn)，），切削過程不平穩(wěn)， 容易破壞刀具，也有損于機容易破壞刀具，也有損于機床，床， ，因此在生產(chǎn)過程中應力求避免，方法是：，因此在生產(chǎn)過程中應力求避免，方法是：aRvac針狀切屑或片狀ocaca二、切屑控制的措施二、切屑控制的措施 在現(xiàn)行切削加工中，切削速在現(xiàn)行切削加工中，切削速度與金屬切除率達到了很高的水度與金屬切除率達到了很高的水平，切削條件很惡劣，常常產(chǎn)生平，切削條件很惡劣，常常產(chǎn)生大量大量“不可接受不可接受”的切屑。的切屑。 所謂切屑控制（又稱切屑處所謂切屑控制（又稱切屑處理，工廠中一般簡稱為理，工廠中一般簡稱

46、為“斷斷屑屑”），是指在切削加工中采?。?，是指在切削加工中采取適當?shù)拇胧﹣砜刂魄行嫉木砬?、適當?shù)拇胧﹣砜刂魄行嫉木砬⒘鞒雠c折斷，使形成流出與折斷，使形成“可接受可接受”的良好屑形。的良好屑形。 1.1.在實際加工中，應用最廣的切在實際加工中，應用最廣的切屑控制方法就是在前刀面上磨制屑控制方法就是在前刀面上磨制出斷屑槽或使用壓塊式斷屑器。出斷屑槽或使用壓塊式斷屑器。以上是四種典型的切屑，但加工現(xiàn)場獲得的切屑，其形狀是以上是四種典型的切屑，但加工現(xiàn)場獲得的切屑，其形狀是多種多樣的。多種多樣的。2 2結合推廣使用可轉位刀具（標準化刀片）結合推廣使用可轉位刀具（標準化刀片） 由專業(yè)化生產(chǎn)的工具廠家和

47、研究單由專業(yè)化生產(chǎn)的工具廠家和研究單位來集中解決合理的槽形設計和精確的制造工藝問題。位來集中解決合理的槽形設計和精確的制造工藝問題。 三、積屑瘤的形成及其對切削過程的影響三、積屑瘤的形成及其對切削過程的影響定義：定義： 金相磨片圖金相磨片圖積屑瘤的形成積屑瘤的形成切屑對前刀面接觸處的摩擦，使前刀面十分切屑對前刀面接觸處的摩擦，使前刀面十分潔凈，當兩者的接觸面達到一定溫度同時壓潔凈，當兩者的接觸面達到一定溫度同時壓力又較高時，會產(chǎn)生粘結現(xiàn)象。即一般所謂力又較高時，會產(chǎn)生粘結現(xiàn)象。即一般所謂的的“冷焊冷焊”，切屑從粘在刀面的底層上流過，切屑從粘在刀面的底層上流過，形成形成“內(nèi)摩擦內(nèi)摩擦”如果溫度與

48、壓力適當，底層如果溫度與壓力適當，底層上面的金屬因內(nèi)摩擦而變形，也會發(fā)生加工上面的金屬因內(nèi)摩擦而變形，也會發(fā)生加工硬化，而被阻滯在底層，粘成一體。這樣粘硬化，而被阻滯在底層，粘成一體。這樣粘結層就逐步長大，直到該處的溫度與壓力不結層就逐步長大，直到該處的溫度與壓力不足以造成粘附為止。足以造成粘附為止。影響積屑瘤形成的因素影響積屑瘤形成的因素）與加工材料有關）與加工材料有關 加工硬化加工硬化易產(chǎn)生積屑瘤易產(chǎn)生積屑瘤）與）與和壓力有關和壓力有關溫度與壓力溫度與壓力不會產(chǎn)生積屑瘤不會產(chǎn)生積屑瘤產(chǎn)生弱化作用產(chǎn)生弱化作用不會產(chǎn)生積屑瘤不會產(chǎn)生積屑瘤）與）與v有關有關v或或v都不產(chǎn)生，中速產(chǎn)生。都不產(chǎn)生，

49、中速產(chǎn)生。積屑瘤對切削過程的影響積屑瘤對切削過程的影響積極和消極惡性良性）使）使 對切削過程起積極的作用對切削過程起積極的作用oe F） 可能會引起振動，不穩(wěn)定，重復可能會引起振動，不穩(wěn)定，重復產(chǎn)生、成長、脫落的過程。產(chǎn)生、成長、脫落的過程。ca）aR）對刀具壽命的影響。穩(wěn)定時保護刃）對刀具壽命的影響。穩(wěn)定時保護刃口代替刃口進行切削，口代替刃口進行切削，T。不穩(wěn)定，時有時無，時大時小，脫落時不穩(wěn)定，時有時無，時大時小，脫落時將刀具前刀面上的硬質點帶走，將刀具前刀面上的硬質點帶走，T。結論：粗加工可利用，精加工要避免。結論：粗加工可利用，精加工要避免。防止積屑瘤的方法防止積屑瘤的方法）v或或v，

50、高速精車，高速精銑，低速刨、鉸都是為避開積，高速精車，高速精銑，低速刨、鉸都是為避開積屑瘤。屑瘤。）采用潤滑性能好的切削液，減小摩擦。）采用潤滑性能好的切削液，減小摩擦。） 切屑與前刀面接觸區(qū)的壓力。切屑與前刀面接觸區(qū)的壓力。） 工件工件 加工硬化傾向。加工硬化傾向。oHRC第四節(jié)第四節(jié) 切削力與切削功率切削力與切削功率 一、切削力的來源，切削合力及其分一、切削力的來源，切削合力及其分解、切削功率解、切削功率( (一）切削力的來源一）切削力的來源（三個變形區(qū)）（三個變形區(qū)） 由前面對切削變形的分析由前面對切削變形的分析知，切削力來源于三個方面。知，切削力來源于三個方面。 1 1克服被加工材料對

51、彈性變形克服被加工材料對彈性變形的抗力；的抗力；2 2克服被加工材料對塑性變形克服被加工材料對塑性變形的抗力；的抗力；3 3克服切屑對前刀面的摩擦力克服切屑對前刀面的摩擦力和刀具后刀面對過渡表面與已加和刀具后刀面對過渡表面與已加工表面之間的摩擦力。工表面之間的摩擦力。 圖圖3-17 3-17 切削力的來源切削力的來源（二）切削合力及其分解（二）切削合力及其分解 上述各力的總和形成作用在刀具上的合力上述各力的總和形成作用在刀具上的合力 F F 國標為國標為 ）為了實際應用，）為了實際應用， 可分解為相互垂直的可分解為相互垂直的 （國標（國標為為 ）、（國標為）、（國標為 ）和）和 （國標為（國標為 ）三個分力。）三個分力。在車削時：在車削時： 主切削力或切向力。它切于過渡表面主切削力或切向力。它切于過渡表面并與基面垂直。并與基面垂直。 是計算車刀強度，設計機床零件，確是計算車刀強度，設計機床零件，確定機床功率所必需的定機床功率所必需的 進給抗力、軸向力或走刀力。它是處于基面內(nèi)并進給抗力、軸向力或走刀力。它是處于基面內(nèi)并與工件軸線平行與走刀方向相反的力。與工件軸線平行與走刀方向相反的力。 是設計進給（走刀）機構，計算車刀進給功率所