第一章 金屬切削原理(2011)

1、2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院1面向面向21世紀(jì)世紀(jì)普通高校機(jī)械類專業(yè)系列教材普通高校機(jī)械類專業(yè)系列教材機(jī)械制造工程學(xué)金屬切削原理金屬切削原理授課：張傳偉2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院21 1 金屬切削原理金屬切削原理 本講提要基本定義切削運(yùn)動(dòng)和切削用量刀具組成本講重點(diǎn)切削運(yùn)動(dòng)切削用量三要素刀具組成要素（三面二刃一尖）2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院31.1基本定義 金屬切削過程工件工件與與刀具刀具相互作用的過程相互作用的過程 金屬切削加工 用刀具從工件表面上切除多余的材料，使工件的幾何形狀幾何形狀、尺寸精度尺寸精度、表面質(zhì)量表面質(zhì)量等各個(gè)方面均符合技術(shù)

2、要求，同時(shí)要求高質(zhì)量高質(zhì)量，高效率高效率，低成本低成本。 2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院41.1基本定義 實(shí)現(xiàn)切削過程的三個(gè)條件切削運(yùn)動(dòng)切削運(yùn)動(dòng)工件與刀具之間要有相對運(yùn)動(dòng)工件與刀具之間要有相對運(yùn)動(dòng)刀具的切削性能刀具的切削性能刀具材料必須具備一定的切削性能刀具材料必須具備一定的切削性能刀具的切削角度刀具的切削角度刀具必須具有合理的幾何參數(shù)刀具必須具有合理的幾何參數(shù)2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院5工件加工工件加工2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院6 2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院71.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量1.1.1.1工件加工表面 在切削過程

3、中，工件上通常存在著三個(gè)不斷變化的表面。待加工表面待加工表面工件上即將切除的表面已加工表面已加工表面工件上已經(jīng)切除而形成的新表面過渡表面過渡表面( (切削表面切削表面) )工件上正在切削的表面， 介于已加工表面和待加工表面之間。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院8外圓車削的加工表面2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院9平面刨削的加工表面2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院101.1.1.2 切削運(yùn)動(dòng) 切削運(yùn)動(dòng)刀具與工件間的相對運(yùn)動(dòng)（即表面成形運(yùn)動(dòng)） 切削運(yùn)動(dòng)可分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的向量和稱為合成切削運(yùn)動(dòng)2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院1

4、1(1)(1)主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)【主運(yùn)動(dòng)】【主運(yùn)動(dòng)】由機(jī)床提供的刀具與工件間主要的相對運(yùn)動(dòng)，它使刀具切削刃極其毗鄰的刀具表面切入工件材料,從而形成工件新表面的運(yùn)動(dòng)【主要特征】【主要特征】速度高、消耗功率大、通常只有一個(gè)【形式】【形式】直線或旋轉(zhuǎn)【狀態(tài)】【狀態(tài)】連續(xù)或間歇【主運(yùn)動(dòng)方向】【主運(yùn)動(dòng)方向】在在不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的條件下，切削刃上選定點(diǎn)相對于工件的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)方向【切削速度【切削速度vcvc】切削刃上選定點(diǎn)相對于工件的主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院12切削速度切削速度v vc c 刀具切削刃上選定點(diǎn)相對于工件主運(yùn)動(dòng)的速度，單位為m/s。由于切削刃上各點(diǎn)的切削速度可能是不同

5、，計(jì)算時(shí)常用最大切削速度代表刀具的切削速度。 車削外圓時(shí)的切削速度計(jì)算公式：V=dwn/1000其中: dw工件待加工表面的直徑(mm)； n工件的轉(zhuǎn)速(r/s)。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院13(2)(2)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)【進(jìn)給運(yùn)動(dòng)】【進(jìn)給運(yùn)動(dòng)】使主運(yùn)動(dòng)能夠依次或連續(xù)進(jìn)行，切除工件上多余材料, 形成滿足一定要求的已加工表面的運(yùn)動(dòng)【主要特征】【主要特征】速度低、消耗功率小、可以有多個(gè)【形式】【形式】直線或旋轉(zhuǎn)，或他們的組合【狀態(tài)】【狀態(tài)】連續(xù)或間歇【進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向】【進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向】不考慮主運(yùn)動(dòng)的條件下，切削刃上選定點(diǎn)相對于工件的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)方向?！具M(jìn)給速度【進(jìn)給速度v vf f 】切

6、削刃上選定點(diǎn)相對于工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院14進(jìn)給量進(jìn)給量f f 在主運(yùn)動(dòng)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)或往返一行程時(shí)，刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對于工件的位移量，單位是mm/r(用于車削、鏜削等) 往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)mm/d.str(毫米/雙行程，double stroke) (刨削、磨削)。 進(jìn)給量表示進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度還可以用進(jìn)給速度Vf（單位mm/s) 每齒進(jìn)給量fz(銑刀、鉸刀等多刃刀具，單位是mm/齒)表示。 Vf=nf=nzfz其中： n主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速(mm/s)； z刀齒齒數(shù)。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院15(3)(3)合成切削運(yùn)動(dòng)合成切削

7、運(yùn)動(dòng)合成切削運(yùn)動(dòng)：由主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)合成切削運(yùn)動(dòng)方向： 切削刃上選定點(diǎn)相對于工件瞬時(shí)合成切削運(yùn)動(dòng)的方向合成切削運(yùn)動(dòng)速度ve： 切削刃上選定點(diǎn)相對于工件沿合成切削運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度合成切削速度角：瞬時(shí)主運(yùn)動(dòng)方向與合成切削運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角進(jìn)給運(yùn)動(dòng)角: 瞬時(shí)主運(yùn)動(dòng)方向與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院16外圓車削的切削運(yùn)動(dòng)2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院17平面刨削的切削運(yùn)動(dòng)2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院18背吃刀量（切削深度）背吃刀量（切削深度）ap 在垂直于主運(yùn)動(dòng)方向和進(jìn)給方向的工作平面內(nèi)測量的刀具切削刃與工件切削表面的接觸長度

8、。 注：它是主切削刃的工作長度在包含主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度的平面的垂線上的投影長度。 對于外圓車削，背吃刀量為工件上已加工表面和待加工表面間的垂直距離，單位為mm。 ap=(dw-dm)/2 其中： dw工件待加工表面的直徑(mm)；dm工件已加工表面的直徑(mm)。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院19(4)(4)切削用量三要素切削用量三要素 q切削速度切削速度v vc cq進(jìn)給量進(jìn)給量ffq背吃刀量（切削深度）背吃刀量（切削深度）a ap p 2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院20切削加工的成形運(yùn)動(dòng)切削加工的成形運(yùn)動(dòng) 在切削和磨削加工中，工件表面的形狀、尺寸及相互在切削和

9、磨削加工中，工件表面的形狀、尺寸及相互位置關(guān)系是通過刀具相對于工件的運(yùn)動(dòng)形成的。按照在切位置關(guān)系是通過刀具相對于工件的運(yùn)動(dòng)形成的。按照在切削過程中所起的作用，切削運(yùn)動(dòng)可分三類：削過程中所起的作用，切削運(yùn)動(dòng)可分三類：1）主運(yùn)動(dòng)）主運(yùn)動(dòng) 直接切除工件上的切削層，以形成工件新直接切除工件上的切削層，以形成工件新表面的基本運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)通常是切削運(yùn)動(dòng)中速度最高、消表面的基本運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)通常是切削運(yùn)動(dòng)中速度最高、消耗功率最多的運(yùn)動(dòng)，且主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)。主運(yùn)動(dòng)的速度以耗功率最多的運(yùn)動(dòng)，且主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)。主運(yùn)動(dòng)的速度以 表示，稱作切削速度。表示，稱作切削速度。2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)）進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 是指不斷地把切削層投入切削的

10、運(yùn)動(dòng)。它是指不斷地把切削層投入切削的運(yùn)動(dòng)。它的速度較低。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可能是連續(xù)性的運(yùn)動(dòng)，也可能是間的速度較低。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可能是連續(xù)性的運(yùn)動(dòng)，也可能是間歇性的。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)有時(shí)僅有一個(gè)，但也可能有幾個(gè)。進(jìn)給歇性的。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)有時(shí)僅有一個(gè)，但也可能有幾個(gè)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度用進(jìn)給量運(yùn)動(dòng)的速度用進(jìn)給量f或進(jìn)給速度或進(jìn)給速度vf表示。表示。切削加工的主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)往往是同時(shí)進(jìn)行的，因切削加工的主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)往往是同時(shí)進(jìn)行的，因此刀具切削刃上某一點(diǎn)與工件的相對運(yùn)動(dòng)應(yīng)是上述兩運(yùn)動(dòng)此刀具切削刃上某一點(diǎn)與工件的相對運(yùn)動(dòng)應(yīng)是上述兩運(yùn)動(dòng)的合成。其合成速度的合成。其合成速度 。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院21切

11、削加工的成形運(yùn)動(dòng)切削加工的成形運(yùn)動(dòng)3）定位和調(diào)整運(yùn)動(dòng)）定位和調(diào)整運(yùn)動(dòng) 使工件或刀具進(jìn)入正確加工位置的運(yùn)動(dòng)。如調(diào)整切削深度，工件分度等。主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是實(shí)現(xiàn)切削加工的基本運(yùn)動(dòng)，可以由刀具來完成，也可以由工件來完成，還可以由刀具和工件共同來完成。同時(shí)，主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是直線運(yùn)動(dòng)（平動(dòng)Translation），也可以是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（轉(zhuǎn)動(dòng)Rotation），還可以是平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。正是由于上述不同運(yùn)動(dòng)形式和不同運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件的多種組合，產(chǎn)生了不同的加工方法。在加工中，工件上出現(xiàn)三個(gè)不斷變化著的表面：待加工表面-即將被切除切削層的表面；加工表面-切削刃正在切削著的表面；已加工表面-已經(jīng)切去切屑形成

12、的新表面。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院22典型表面加工方法典型表面加工方法-外圓表面加工外圓表面加工 表2-5列出了一些常用的外圓表面加工方法。表中T表示平動(dòng)，R表示轉(zhuǎn)動(dòng)，T/R表示平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。實(shí)線箭線表示主運(yùn)動(dòng)，虛線箭線表示進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，點(diǎn)劃線箭線表示調(diào)整運(yùn)動(dòng)。1）車削）車削 外圓表面加工中，車削應(yīng)用最為廣泛。通常，工件通過夾具安裝在車床主軸上，并與車床主軸一起回轉(zhuǎn)，形成主運(yùn)動(dòng)。刀具安裝在刀架上，與縱溜板一起作平行于主軸回轉(zhuǎn)軸線的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，形成圓柱面；或作與主軸回轉(zhuǎn)軸線成一定角度的的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，形成圓錐面；或沿靠模曲線運(yùn)動(dòng)，形成回轉(zhuǎn)曲面。2）成形車削）成形車削 用

13、成形車刀車削外圓通常采用徑向進(jìn)給方式，少數(shù)也有采用切向進(jìn)給方式的。成形車削多用于自動(dòng)車床上的小件加工。3）旋轉(zhuǎn)拉削）旋轉(zhuǎn)拉削 工件旋轉(zhuǎn)，拉刀沿切向作直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，完成外圓加工。旋轉(zhuǎn)拉削是一種高生產(chǎn)率的加工方式，適用于大批量生產(chǎn)。4）研磨）研磨 工件回轉(zhuǎn)，研具沿工件軸向作往復(fù)直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。研磨屬零件表面光整加工，材料去除量很小。5）銑削外圓）銑削外圓 刀具與工件均作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（刀具運(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)，工件運(yùn)動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)），可用于加工長度較短、具有不完整圓柱形的表面。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院23典型表面加工方法典型表面加工方法-外圓表面加工外圓表面加工 6）成形外圓磨）成形外圓磨（橫磨

14、） 運(yùn)動(dòng)形式與銑削外圓相同，多用于長度較短或不完整圓柱形表面的精加工。7）普通外圓磨）普通外圓磨 砂輪回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)，工件進(jìn)給運(yùn)動(dòng)包括轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)。多用于黑色金屬、特別是淬硬鋼外圓表面的精加工。8）無心磨）無心磨 工件放在砂輪和導(dǎo)輪之間，砂輪高速回轉(zhuǎn)進(jìn)行磨削，導(dǎo)輪低速回轉(zhuǎn)，帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)并作軸向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。無心磨生產(chǎn)率高，適用于大批量生產(chǎn)。9）車銑加工）車銑加工 這是一種新的加工方法。加工偏心零件外圓表面時(shí)，由于零件不能高速旋轉(zhuǎn)，采用車削方法無法充分發(fā)揮刀具的潛力。此時(shí)若采用端銑刀銑外圓，不僅可以獲得高的切削效率，且可保證可靠的斷屑。車銑時(shí)，端銑刀與工件互相垂直布置。通過改變工件轉(zhuǎn)速、軸

15、向進(jìn)給和切深，可在工件上車銑出不同的形狀。由于其運(yùn)動(dòng)模型較復(fù)雜，需采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和加工過程仿真。 10）滾壓加工）滾壓加工 通過自由旋轉(zhuǎn)的磙子對工件表面均勻施加壓力，使被滾壓表面得到強(qiáng)化，并形成表面殘余壓應(yīng)力，表面粗糙度也得到減小。滾壓加工還常用來成形表面花紋。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院24 表2-6列出了幾種常用的內(nèi)圓表面加工方法。1）鉆孔）鉆孔 通常用于在實(shí)心材料上加工直徑0.550mm的孔。鉆孔加工有不同的運(yùn)動(dòng)形式：在鉆床或鏜床上加工，主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均由刀具完成；在車床上鉆孔，主運(yùn)動(dòng)由工件完成，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由刀具完成；在組合機(jī)床上加工時(shí)，刀具完成主運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)或

16、由工件完成，或由刀具完成。鉆孔刀具有麻花鉆、扁鉆、深孔鉆及中心鉆等。2）擴(kuò)、鉸孔）擴(kuò)、鉸孔 擴(kuò)、鉸孔是孔加工的中間或終結(jié)工序，其成形運(yùn)動(dòng)與鉆孔相似。3）鏜孔）鏜孔 一般刀具的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)，刀具或工件的作直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。鏜孔加工可在鏜床上進(jìn)行，也可在車床、銑床、組合機(jī)床或加工中心上進(jìn)行。4）拉孔）拉孔 利用多刃刀具，通過刀具相對于工件的直線運(yùn)動(dòng)完成加工工作?？梢岳瓐A柱孔、花鍵孔、成形孔等，是一種高生產(chǎn)率的加工方法，多用于大批量生產(chǎn)。5）擠孔）擠孔 可以用擠刀擠孔，也可以用鋼球擠孔。擠孔在獲得尺寸精度的同時(shí)，可使孔壁硬化，使被加工孔表面粗糙度降低。6）磨孔）磨孔 是高精度、淬硬內(nèi)孔的主要加工方法

17、，其基本加工方式有內(nèi)圓磨削、無心磨削和行星磨削。 典型表面加工方法典型表面加工方法-內(nèi)圓表面加工內(nèi)圓表面加工2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院25 平面加工方法有刨、銑、磨、車、研等，見表2-7。1）刨平面）刨平面 對于牛頭刨床，刨刀的直線運(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)通常由工件完成；對于龍門刨床，工件的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)通常由刀具完成。目前，牛頭刨床已逐漸被各種銑床所代替，但龍門刨床仍廣泛用于大件的平面加工。寬刃精刨工藝在一定條件下可代替磨削或刮研工作。2）插削）插削 是內(nèi)孔鍵槽的常用加工方法，其主運(yùn)動(dòng)通常為插刀的直線運(yùn)動(dòng)。3）銑平面）銑平面 有周銑和端銑兩種形式。端銑刀由于刀

18、盤轉(zhuǎn)速高，刀桿剛性好，可進(jìn)行高速銑削和強(qiáng)力銑削。 4）磨削平面）磨削平面 也可以分圓周磨和端面磨兩大類。圓周磨由于砂輪與工件接觸面積小，磨削區(qū)散熱排屑條件好，加工精度較高；端面磨允許采用較大的磨削用量，可獲得高的加工效率，但加工精度不如圓周磨。平面磨削一般作為精加工工序，安排在粗加工之后進(jìn)行。由于緩進(jìn)給磨削的發(fā)展，毛坯也可直接磨削成成品。5）車（鏜）車（鏜）平面 在車床上車平面時(shí)，工件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是主運(yùn)動(dòng)，刀具作垂直于主軸回轉(zhuǎn)軸線的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。鏜平面時(shí)，主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均由刀具來完成。6）拉平面）拉平面 平面拉刀相對于工件作直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)拉削加工。平面拉削是一種高精度和高效率的加工方法，適用于大批

19、量生產(chǎn)。典型表面加工方法典型表面加工方法-平面加工平面加工2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院26表2-8列出了幾種常用的螺紋加工方法。1）車螺紋）車螺紋 螺紋車刀結(jié)構(gòu)簡單，通用性好，可用于加工各種尺寸、形狀和精度的內(nèi)外螺紋。但加工效率較低，多用于單件小批生產(chǎn)。2）攻螺紋和套螺紋）攻螺紋和套螺紋 用絲錐攻螺紋和用板牙套螺紋常用于加工精度要求不高的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)、外螺紋。3）盤形銑刀銑螺紋）盤形銑刀銑螺紋 主要用于加工大螺距的梯形螺紋及蝸桿。4）梳形銑刀銑螺紋）梳形銑刀銑螺紋 梳形螺紋銑刀相當(dāng)于若干把盤形銑刀的組合，一般在專用的螺紋銑床上加工短而螺距不大的內(nèi)、外螺紋。5）旋風(fēng)銑螺紋）旋風(fēng)銑螺紋

20、利用裝在特殊旋轉(zhuǎn)刀盤上的硬質(zhì)合金刀頭進(jìn)行內(nèi)、外螺紋的高速銑削，是一種高效率的加工方法。 6）磨螺紋）磨螺紋 是一種高精度的螺紋加工方法，主要用于加工外螺紋。7）滾壓螺紋）滾壓螺紋 是一種高效率的螺紋加工方法。它利用壓力加工方法使金屬材料產(chǎn)生塑性變形以形成螺紋，所用工具有滾絲輪和搓絲板。 典型表面加工方法典型表面加工方法-螺紋加工螺紋加工2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院27 齒形有多種形式，其中以漸開線齒形最為常見。漸開線齒形常用的加工方法有兩大類，即成形法和展成法，見表2-9。1）銑齒）銑齒 采用盤形模數(shù)銑刀或指狀銑刀銑齒屬于成形法加工，銑刀刀齒截面形狀與齒輪齒間形狀相對應(yīng)。此種方

21、法加工效率和加工精度均較低，僅適用于單件小批生產(chǎn)。2）成形磨齒）成形磨齒 也屬于成形法加工，因砂輪不易修整，使用較少。3）滾齒）滾齒 屬于展成法加工，其工作原理相當(dāng)于一對螺旋齒輪嚙合。齒輪滾刀的原型是一個(gè)螺旋角很大的螺旋齒輪，因齒數(shù)很少（通常齒數(shù)z = 1），牙齒很長，繞在軸上形成一個(gè)螺旋升角很小的蝸桿，再經(jīng)過開槽和鏟齒，便成為了具有切削刃和后角的滾刀。4）剃齒）剃齒 在大批量生產(chǎn)中剃齒是非淬硬齒面常用的精加工方法。其工作原理是利用剃齒刀與被加工齒輪作自由嚙合運(yùn)動(dòng)，借助于兩者之間的相對滑移，從齒面上剃下很細(xì)的切屑，以提高齒面的精度。剃齒還可形成鼓形齒，用以改善齒面接觸區(qū)位置。5）插齒）插齒 插

22、齒是除滾齒以外常用的一種利用展成法的切齒工藝。插齒時(shí)，插齒刀與工件相當(dāng)于一對圓柱齒輪的嚙合。插齒刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)是插齒的主運(yùn)動(dòng)，而插齒刀與工件按一定比例關(guān)系所作的圓周運(yùn)動(dòng)是插齒的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。6）展成法磨齒）展成法磨齒 展成法磨齒的切削運(yùn)動(dòng)與滾齒相似，是一種齒形精加工方法，特別是對于淬硬齒輪，往往是唯一的精加工方法。展成法磨齒可以采用蝸桿砂輪磨削，也可以采用錐形砂輪或碟形砂輪磨削。 典型表面加工方法典型表面加工方法-齒形加工齒形加工2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院28討論討論 確定下列加工方法的切削運(yùn)動(dòng) 鉆孔 外圓磨削 滾齒2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院29車刀的組成 202

23、2-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院301.1.2刀具幾何參數(shù)1.1.2.1刀具切削部分的組成要素 外圓車刀是最基本、最典型的切削刀具，由刀桿和刀頭（切削部分）組成。 刀具切削部分的組成 刀具切削部分（又稱刀頭）組成可用一句話總結(jié)： “三面兩刃一尖” 前刀面 主后刀面 副后刀面 主切削刃 副切削刃 刀尖（過渡刃）2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院311.1.2.1刀具切削部分的組成要素 前刀面A：切屑沿著流出的表面 主后面A：刀具上與工件過渡表面相對并相互作用的表面。 副后面A：刀具上與已加工表面相對并相互作用的表面。 主切削刃S：前刀面與主后刀面的交線。它完成主要的切削工作。 副

24、切削刃S：前刀面與副后刀面的交線。它配合主切削刃完成切削工作，并最終形成已加工表面。 刀尖：主切削刃和副切削刃連接處的一段刀刃。它可以是小的直線段，折線段，或圓弧。 2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院32刀具組成示意圖2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院33作業(yè)： P51 第1、2題2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院34第二講 本講提要確定刀具角度的參考平面刀具的角度標(biāo)注 本講重點(diǎn)刀具角度標(biāo)注2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院351.1.2.2確定刀具切削刃角度的參考平面 由于大多數(shù)加工表面都不是平面，而是空間曲面，不便于直接用來作為參考平面，因此將構(gòu)造刀

25、具角度坐標(biāo)系的參考平面定義如下：（1）基面Pre 通過主切削刃上選定點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)合成切削運(yùn)動(dòng)向量的平面。（2）切削平面Pse 通過主切削刃上選定點(diǎn)，與切削刃S相切并垂直于基面Pre的平面。 顯然，切削刃上同一點(diǎn)的基面與切削平面是互相垂直的。 上述定義是在刀具與工件的相對運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中給出的，是廣義定義。對切削刃上的不同點(diǎn)會(huì)有不同的Pre和Pse，因而同一切削刃上各點(diǎn)切削角度的數(shù)值也就不一定相等。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院361.1.2.3刀具標(biāo)注角度的參考系 標(biāo)注角度的切削平面與基面的定義不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，因而這時(shí)的基面Pr則是通過該點(diǎn)而垂直于切削速度向量的平面，切削平面Ps只包

26、含切削刃在其選定點(diǎn)的切線和切削速度向量。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院371.1.2.3刀具標(biāo)注角度的參考系 實(shí)際上，除了由上述切削平面和基面組成了刀具標(biāo)注角度參考平面系以外，還需要選一個(gè)用來標(biāo)注和測量刀具前、后角度的平面，即“測量平面”。在切削刃上同一選定點(diǎn)測量其角度時(shí)，如果測量平面選得不同，刀具角度的大小也就不同。 測量平面、切削平面和基面組成了刀具標(biāo)注角度參考系，PrPs。 目前各國由于選用的測量平面不同，故所采用的刀具標(biāo)角度參考系也不完全統(tǒng)一。一般用來標(biāo)注前、后刀面角度的測量平面有如下三種：2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院381.1.2.3刀具標(biāo)注角度的參考系

27、（1）正交平面Po ：通過主切削刃上選定點(diǎn)，垂直于切削平面與基面的平面（與主切削刃在基面上的投影相垂直的平面），PrPsPo。 Po、Ps、Pr構(gòu)成一個(gè)空間正交平面參考系。 （2）法平面Pn 通過主切削刃上選定點(diǎn)并垂直于主切削刃或其切線的平面。Pn、Ps、Pr構(gòu)成一個(gè)法平面參考系。 （3）背平面（也稱切深剖面） Pp和假定工作平面（也稱進(jìn)給剖面）Pf 背平面是通過主切削刃上選定點(diǎn)，平行于刀桿軸線并垂直于基面的平面，它與進(jìn)給方向垂直。 假定工作平面是通過主切削刃上選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于刀桿軸線及其基面的平面，它與進(jìn)給方向平行。 Pf、Pp與Pr構(gòu)成空間正交的假定工作平面、背平面參考系。2022-6-

28、8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院391.1.2.3刀具標(biāo)注角度的參考系2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院40刀具角度的參考平面示意2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院411.1.2.4刀具的標(biāo)注角度 刀具的標(biāo)注角度用于設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測量。它們將保證刀具在使用時(shí)得到必要的切削角度，其參考系的選用與生產(chǎn)中實(shí)際采用的刀具角度刃磨方式和檢測方法有關(guān)。 刀具標(biāo)注角度的內(nèi)容包括兩個(gè)方面： -確定刀具上切削刃位置的角度； -確定前刀面與后刀面位置的角度。 以外圓車刀為例，在正交平面內(nèi)標(biāo)的包含六個(gè)基本角度和三個(gè)派生角度。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院42刀具的標(biāo)注角度 （1）

29、主偏角r：在基面內(nèi)測量的主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角。主偏角一般為正值。 （2）副偏角r：在基面內(nèi)測量的副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向的夾角。副偏角一般為正值。 （3）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. 2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院43刀具的標(biāo)注角度 當(dāng)主切削刃呈水平時(shí),s=0,此時(shí)主切削刃與切削速度方向垂直，稱為直角切削。當(dāng)s0時(shí)稱為斜角切削。 刀尖為主切削刃最低點(diǎn)時(shí)，s0; 刀尖為主切削刃上最高點(diǎn)是，s0.2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院44刀具的標(biāo)注角度 （4）前角0：在正交平面內(nèi)測量的前刀面與基面之間的夾角。前角表示

30、前刀面的傾斜程度，有正、負(fù)和零值之分。 （5）后角0：在正交平面內(nèi)測量的主后刀面與切削平面之間的夾角。后角表示后刀面的傾斜程度，一般為正值。 （6）副后角0：在正交平面內(nèi)測量的副后刀面與副切削平面之間的夾角。副切削平面是過該選定點(diǎn)并包含切削速度向量的平面。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院45刀具的標(biāo)注角度 三個(gè)派生角度： （1）楔角0:在正交平面內(nèi)測量的前刀面與后刀面之間的夾角， 0=90-（0+0） （2）刀尖角r:主切削刃與副切削刃在基面上投影之間的夾角， r=180-（ r+r） （3）余偏角r:主切削刃在基面上投影與進(jìn)給方向垂線之間的夾角， r=90-r2022-6-8西安

31、科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院46（1）正交平面參考系中的標(biāo)注角度2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院47（1）正交平面參考系中的標(biāo)注角度2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院48第三講 本講提要刀具的角度標(biāo)注（法平面和假定工作平面）刀具工作角度-切削層參數(shù) 本講重點(diǎn)刀具角度標(biāo)注切削層參數(shù)2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院49（2）刀具在法平面參考系中的標(biāo)注角度 刀具在法平面參考系中標(biāo)注的角度與正交平面參考系的類似。在基面和切削平面內(nèi)表示的角度是相同的，只需將正交平面內(nèi)的前角、主后角和楔角改為在法還將有面內(nèi)的法前角、法后角與法楔角即可。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程

32、學(xué)院50（3）刀具在假定工作平面和背平面參考系中的標(biāo)注角度 2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院511.1.2.5刀具的工作角度 在實(shí)際的切削加工中，由于刀具安裝位置和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響，上述標(biāo)注角度會(huì)發(fā)生一定的變化。角度變化的根本原因是切削平面、基面和正交平面位置的改變。以切削過程中實(shí)際的切削平面、基面和測量平面為參考平面所確定的刀具角度稱為刀具的工作角度，又稱實(shí)際角度。 2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院52（1）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對刀具工作角度的影響 橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響 可見，當(dāng)f一定時(shí)，切削刃愈近工件中心，值愈小，值急劇增大，工作后角將變?yōu)樨?fù)值。f的大小對值也有很大影響，f增大值也

33、增大，也有可能使工作后角變?yōu)樨?fù)值。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院53縱向進(jìn)給的影響wffffefffedftanwrrfoeooedfsinsintantan 在工作平面（進(jìn)給剖面）內(nèi) 在正交平面內(nèi)2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院54刀具安裝位置對刀具工作角度的影響 刀具安裝高低的影響wppppepppedh2sin2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院55刀桿中心線與進(jìn)給方向不垂直時(shí)的影響GGrrerre 2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院561.1.31.1.3切削層參數(shù)切削層參數(shù) 在切削過程中，刀具的切削刃在一次走刀中從工件待加工表面切下的金屬層

34、，稱為切削層。 切削層公稱厚度ac 切削層公稱寬度aw 切削層公稱橫截面積Ac2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院57切削層參數(shù)示圖切削層參數(shù)示圖2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院58切削層公稱厚度切削層公稱厚度ac（hD) 指在主切削刃選定點(diǎn)的基面內(nèi),垂直于切削表面的切削層尺寸，即相鄰兩過渡表面之間的距離。ac反映了切削刃單位長度上的切削負(fù)荷。 ac=f*sinkrac切削層公稱厚度(mm)；f進(jìn)給量(mm/r）；kr車刀主偏角(。)。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院59切削層公稱寬度切削層公稱寬度aw(bD） 指在主切削刃選定點(diǎn)的基面內(nèi),沿切削表面度量的切削層

35、尺寸。aw反映了切削刃參加切削的工作長度。 aw=ap/sinkraw切削層公稱寬度(mm)。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院60切削層公稱橫截面積切削層公稱橫截面積A Ac c 切削層公稱厚度與切削層公稱寬度的乘積。 Ac=ac*aw=f*ap Ac切削層公稱橫截面積(mm2)。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院61作業(yè) 1、P51 4 2、按照投影關(guān)系，畫出某一車刀正交平面參考系內(nèi)的5個(gè)主要標(biāo)注角度。已知其主偏角75，副偏角15，前角10，后角5，刃傾角10，刀柄端面寬高為2020。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院62第四講刀具材料 本講提要本講提要- 1

36、.2刀具材料刀具材料- 1.3 1.3 金屬切削過程金屬切削過程 本講重點(diǎn)本講重點(diǎn) 刀具材料種類與特征刀具材料種類與特征金屬變形的三個(gè)變形區(qū)及其特點(diǎn)金屬變形的三個(gè)變形區(qū)及其特點(diǎn)常見的切屑種類、產(chǎn)生條件及特點(diǎn)常見的切屑種類、產(chǎn)生條件及特點(diǎn)2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院631.2 1.2 刀具材料刀具材料 刀具切削性能的好壞，取決于構(gòu)成刀具刀具切削性能的好壞，取決于構(gòu)成刀具切削切削部分部分的的材料材料、幾何形狀幾何形狀和和刀具結(jié)構(gòu)刀具結(jié)構(gòu)。刀具材料對。刀具材料對刀具使用壽命、加工效率、加工質(zhì)量和加工成本刀具使用壽命、加工效率、加工質(zhì)量和加工成本等都有很大影響，因此十分重要。等都有很大

37、影響，因此十分重要。1.2.1 1.2.1 刀具材料應(yīng)具備的性能刀具材料應(yīng)具備的性能1.2.2 1.2.2 常用刀具材料的種類與特性常用刀具材料的種類與特性2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院641.2.1 1.2.1 刀具材料應(yīng)具備的性能刀具材料應(yīng)具備的性能 刀具切削部分的材料在切削時(shí)要承受高壓、刀具切削部分的材料在切削時(shí)要承受高壓、高溫、摩擦、沖擊和振動(dòng)，應(yīng)具備以下基本性高溫、摩擦、沖擊和振動(dòng)，應(yīng)具備以下基本性能：能：高硬度、高耐磨性高硬度、高耐磨性足夠的強(qiáng)度和韌性足夠的強(qiáng)度和韌性高的耐熱性（熱穩(wěn)定性）高的耐熱性（熱穩(wěn)定性）良好的工藝性能良好的工藝性能經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性切削性能可預(yù)測性切

38、削性能可預(yù)測性2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院651.2.2 1.2.2 常用刀具材料的種類常用刀具材料的種類碳素工具鋼碳素工具鋼合金工具鋼合金工具鋼高速鋼高速鋼硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金陶瓷陶瓷金剛石金剛石立方氮化硼立方氮化硼2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院661.2.2 1.2.2 常用刀具材料的特性常用刀具材料的特性 高速鋼高速鋼具有較高的熱穩(wěn)定性、高的強(qiáng)具有較高的熱穩(wěn)定性、高的強(qiáng)度，刀具制造工藝簡單。度，刀具制造工藝簡單。 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金具有高耐磨性和高耐熱性，具有高耐磨性和高耐熱性，但抗彎強(qiáng)度低、沖擊韌性差，很少用于制但抗彎強(qiáng)度低、沖擊韌性差，很少用于制造整體刀具。造

39、整體刀具。 陶瓷材料陶瓷材料硬度高、耐用度高，還可用硬度高、耐用度高，還可用于沖擊負(fù)荷下的粗加工，切削效率顯著提于沖擊負(fù)荷下的粗加工，切削效率顯著提高。高。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院671.2.2.1 1.2.2.1 高速鋼高速鋼 在碳素工具鋼中加入了較多的在碳素工具鋼中加入了較多的鎢、鉬、鉻、釩鎢、鉬、鉻、釩等合等合金元金元 素所構(gòu)成的高合金工具鋼。素所構(gòu)成的高合金工具鋼。 熱處理狀態(tài)下，一部分鎢和鐵、鉻一起與碳形成高硬度熱處理狀態(tài)下，一部分鎢和鐵、鉻一起與碳形成高硬度炭化物；另一部分鎢熔于基體中，增加鋼的高溫硬度。鉬的炭化物；另一部分鎢熔于基體中，增加鋼的高溫硬度。鉬的作

40、用與鎢基本相同，且能減少鋼的碳化物不均勻性，細(xì)化碳作用與鎢基本相同，且能減少鋼的碳化物不均勻性，細(xì)化碳化物顆粒?；镱w粒。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：強(qiáng)度高、韌性好、工藝性好、刃磨性好強(qiáng)度高、韌性好、工藝性好、刃磨性好 適用適用：特別適用于制造特別適用于制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)雜的刀具及的刀具及中、低速中、低速切削的各切削的各 種刀具種刀具例如各類成形刀具、孔加工刀具、銑刀、拉刀、齒輪刀例如各類成形刀具、孔加工刀具、銑刀、拉刀、齒輪刀具、螺紋刀具等具、螺紋刀具等 按用途分成兩大類按用途分成兩大類通用型高速鋼通用型高速鋼高性能高速鋼高性能高速鋼2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院68 通用型高速鋼 這類高速

41、鋼的含碳量為這類高速鋼的含碳量為0709。其切削速。其切削速度一般不太高，切削普通鋼料時(shí)為度一般不太高，切削普通鋼料時(shí)為4060mmin。按。按鋼中含鎢量的不同，可分為鎢系高速鋼和鉬系高速鋼。鋼中含鎢量的不同，可分為鎢系高速鋼和鉬系高速鋼。 （1）鎢系）鎢系:W18Cr4V 特點(diǎn)特點(diǎn):有一定的硬度和強(qiáng)度，能承受較大的沖擊負(fù)荷，可有一定的硬度和強(qiáng)度，能承受較大的沖擊負(fù)荷，可磨性好，是制造復(fù)雜刀具的主要材料。磨性好，是制造復(fù)雜刀具的主要材料。 其它牌號(hào)：其它牌號(hào)：W14Cr4MnRE，塑性較大，用于熱軋刀具，塑性較大，用于熱軋刀具 （2）鉬系：）鉬系：W6Mo5Cr4V2 特點(diǎn)特點(diǎn):具有良好的綜合

42、性能。由于碳化物細(xì)小均勻，抗具有良好的綜合性能。由于碳化物細(xì)小均勻，抗彎強(qiáng)度比彎強(qiáng)度比W18Cr4V高高1520，具有較高的高溫塑，具有較高的高溫塑性，也是熱軋刀具的主要材料。主要缺點(diǎn)是熱處理脫碳性，也是熱軋刀具的主要材料。主要缺點(diǎn)是熱處理脫碳敏感性大，淬火溫度范圍窄。敏感性大，淬火溫度范圍窄。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院69高性能高速鋼高性能高速鋼 高碳高碳: 9W18Cr4V(C:0.9%): 9W18Cr4V(C:0.9%) 高釩高釩: W6Mo5Cr4: W6Mo5Cr4V3V3 高鈷高鈷: W6Mo5Cr4V2: W6Mo5Cr4V2Co8Co8 超硬超硬: W2Mo

43、9Cr4VCo8,W6Mo5Cr4V2Al: W2Mo9Cr4VCo8,W6Mo5Cr4V2Al 刀具的耐用度約為通用型高速鋼刀具的刀具的耐用度約為通用型高速鋼刀具的153倍，適合于加工難加工材料。倍，適合于加工難加工材料。 超硬高速鋼是指硬度達(dá)到超硬高速鋼是指硬度達(dá)到HRC 6770的高速的高速鋼。就其成分而言，可分為含鈷和不含鈷的超硬鋼。就其成分而言，可分為含鈷和不含鈷的超硬高速鋼。它們在高速鋼。它們在600C時(shí)的高溫硬度可達(dá)到時(shí)的高溫硬度可達(dá)到HRC 54左右，具有較高的強(qiáng)度、韌性和優(yōu)良的切削性左右，具有較高的強(qiáng)度、韌性和優(yōu)良的切削性能。能。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院7

44、01.2.2.2 1.2.2.2 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是用高硬度、高熔點(diǎn)的金屬碳硬質(zhì)合金是用高硬度、高熔點(diǎn)的金屬碳化物微米級(jí)粉末和金屬粘接劑經(jīng)過高溫、高化物微米級(jí)粉末和金屬粘接劑經(jīng)過高溫、高壓燒結(jié)而成的粉末冶金材料。壓燒結(jié)而成的粉末冶金材料。特點(diǎn)特點(diǎn)：硬度高、熱硬性高、耐磨性好，但較脆：硬度高、熱硬性高、耐磨性好，但較脆適用：適用：剛性好、刃形簡單的刀具剛性好、刃形簡單的刀具例如車刀、深孔鉆、端銑刀、鉸刀等例如車刀、深孔鉆、端銑刀、鉸刀等 2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院711.2.2.2 1.2.2.2 硬質(zhì)合金的硬質(zhì)合金的牌號(hào)與選擇牌號(hào)與選擇 YG類，類，硬鈷硬鈷（K類）：

45、類）：YG3X,YG6X,YG8YG3X,YG6X,YG8，數(shù)字越大韌性越好；數(shù)字越大韌性越好； 切鑄鐵、有色金屬、非金屬、高溫合金切鑄鐵、有色金屬、非金屬、高溫合金 YT類，類，硬鈦硬鈦（P類）：類）： YT5,YT14,YT30,YT5,YT14,YT30,數(shù)字越小韌性越好；數(shù)字越小韌性越好； 切碳素鋼、合金鋼切碳素鋼、合金鋼 YW類，類，硬鎢硬鎢（M類）：類）： YW1,YW2YW1,YW2，數(shù)字越大韌性越好；數(shù)字越大韌性越好； 切耐熱鋼、不銹鋼、普通鋼和鑄鐵切耐熱鋼、不銹鋼、普通鋼和鑄鐵 TiCTiC基硬質(zhì)合金基硬質(zhì)合金: :精加工和半精加工精加工和半精加工涂層硬質(zhì)合金涂層硬質(zhì)合金選用

46、：選用：粗加工：選韌性好、耐沖擊的材料粗加工：選韌性好、耐沖擊的材料 精加工：選硬度高、耐高溫、細(xì)晶粒的材料精加工：選硬度高、耐高溫、細(xì)晶粒的材料 2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院72金屬陶瓷金屬陶瓷是硬質(zhì)合金的一種型式，它含有堅(jiān)硬的鈦基化合金屬陶瓷是硬質(zhì)合金的一種型式，它含有堅(jiān)硬的鈦基化合物物(碳化鈦、碳氮化鈦和氮化鈦碳化鈦、碳氮化鈦和氮化鈦)，粘結(jié)劑是鎳或鎳鉬。金屬陶，粘結(jié)劑是鎳或鎳鉬。金屬陶瓷比常規(guī)硬質(zhì)合金能承受更高的切削溫度，但是缺乏硬質(zhì)合瓷比常規(guī)硬質(zhì)合金能承受更高的切削溫度，但是缺乏硬質(zhì)合金的耐沖擊性、在中型到重型加工時(shí)的韌性、以及在低速大金的耐沖擊性、在中型到重型加工時(shí)

47、的韌性、以及在低速大進(jìn)給時(shí)的強(qiáng)度。但是它在高切削速度下的耐高溫和耐磨性能進(jìn)給時(shí)的強(qiáng)度。但是它在高切削速度下的耐高溫和耐磨性能更好，持續(xù)時(shí)間更長，加工的工件表面更光潔。當(dāng)用于加工更好，持續(xù)時(shí)間更長，加工的工件表面更光潔。當(dāng)用于加工軟的和粘性的材料時(shí)，它也有較好的抗積屑瘤性能，表面質(zhì)軟的和粘性的材料時(shí)，它也有較好的抗積屑瘤性能，表面質(zhì)量很好。量很好。 由于金屬型粘結(jié)劑的溫度局限性，典型的金屬陶瓷牌號(hào)，由于金屬型粘結(jié)劑的溫度局限性，典型的金屬陶瓷牌號(hào)，在加工的材料硬度超過在加工的材料硬度超過HRC40時(shí)，不具備足夠高的熱硬性。時(shí)，不具備足夠高的熱硬性。 金屬陶瓷比起涂層和非涂層硬質(zhì)合金，對斷裂和進(jìn)給

48、引起的金屬陶瓷比起涂層和非涂層硬質(zhì)合金，對斷裂和進(jìn)給引起的壓力更加敏感。因此，它最好用于高精度工件和表面質(zhì)量要壓力更加敏感。因此，它最好用于高精度工件和表面質(zhì)量要求較高時(shí)。理想的加工工序是切削那些連續(xù)的表面。求較高時(shí)。理想的加工工序是切削那些連續(xù)的表面。 2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院73 金屬陶瓷工具應(yīng)用納米材料取得重大突破 長期以來，在我國被稱為長期以來，在我國被稱為“工業(yè)牙齒工業(yè)牙齒”的刀具，主要材料為的刀具，主要材料為硬質(zhì)合金鋼?，F(xiàn)在一種比硬質(zhì)合金鋼重量輕、切削速度快、使硬質(zhì)合金鋼?，F(xiàn)在一種比硬質(zhì)合金鋼重量輕、切削速度快、使用壽命長用壽命長2倍以上的新型納米工具材料在合肥

49、工業(yè)大學(xué)問世。倍以上的新型納米工具材料在合肥工業(yè)大學(xué)問世。這是這是合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院年輕的材料學(xué)院年輕的劉寧教授劉寧教授主持研究的主持研究的“納米納米氮化鈦、氮化鋁改性的碳化鈦基金屬陶瓷刀具制造技術(shù)氮化鈦、氮化鋁改性的碳化鈦基金屬陶瓷刀具制造技術(shù)”的重的重要?jiǎng)?chuàng)新成果要?jiǎng)?chuàng)新成果. 納米氮化鈦、氮化鋁改性的碳化鈦基金屬陶瓷刀具是一種納米氮化鈦、氮化鋁改性的碳化鈦基金屬陶瓷刀具是一種高技術(shù)含量、高附加值的新型刀具，該刀具的問世，填補(bǔ)了國高技術(shù)含量、高附加值的新型刀具，該刀具的問世，填補(bǔ)了國內(nèi)外空白。它具有耐磨、耐氧化、耐腐蝕、耐高溫等一系列優(yōu)內(nèi)外空白。它具有耐磨、耐氧化、耐腐蝕、耐高溫

50、等一系列優(yōu)點(diǎn)。在硬度與硬質(zhì)合金鋼相同時(shí)，這種納米材料制成的刀具耐點(diǎn)。在硬度與硬質(zhì)合金鋼相同時(shí)，這種納米材料制成的刀具耐磨性高于硬質(zhì)合金鋼；其密度只有硬質(zhì)合金鋼的一半，即相同磨性高于硬質(zhì)合金鋼；其密度只有硬質(zhì)合金鋼的一半，即相同重量的粉末，金屬陶瓷可獲得重量的粉末，金屬陶瓷可獲得2倍于硬質(zhì)合金鋼數(shù)量的制品，倍于硬質(zhì)合金鋼數(shù)量的制品，而成本與現(xiàn)在使用的硬質(zhì)合金鋼刀具相當(dāng)或略低而成本與現(xiàn)在使用的硬質(zhì)合金鋼刀具相當(dāng)或略低。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院74陶瓷 陶瓷刀具類似于金屬陶瓷，它比硬質(zhì)合金有更高的化學(xué)陶瓷刀具類似于金屬陶瓷，它比硬質(zhì)合金有更高的化學(xué)穩(wěn)定性，可在高的切削速度下進(jìn)行加

51、工并持續(xù)較長的時(shí)間。穩(wěn)定性，可在高的切削速度下進(jìn)行加工并持續(xù)較長的時(shí)間。純氧化鋁可以純氧化鋁可以耐非常高的溫度耐非常高的溫度，但是它的，但是它的強(qiáng)度和韌性很低強(qiáng)度和韌性很低，工作條件如果不好，容易破碎。工作條件如果不好，容易破碎。 為了減低陶瓷對破碎的敏感為了減低陶瓷對破碎的敏感性，在企圖改善其韌性、提高耐沖擊性能時(shí)，加入了氧化鋯性，在企圖改善其韌性、提高耐沖擊性能時(shí)，加入了氧化鋯或加入碳化鈦與氮化鈦的混合物。盡管加入了這些添加劑，或加入碳化鈦與氮化鈦的混合物。盡管加入了這些添加劑，但是陶瓷的韌性比硬質(zhì)合金還是低得多。但是陶瓷的韌性比硬質(zhì)合金還是低得多。 雖然使用陶瓷刀加工效率可以很高，但是應(yīng)

52、用必須正確。雖然使用陶瓷刀加工效率可以很高，但是應(yīng)用必須正確。例如，陶瓷刀具不能用于加工鋁，而對灰鑄鐵、球墨鑄鐵、例如，陶瓷刀具不能用于加工鋁，而對灰鑄鐵、球墨鑄鐵、淬硬鋼和某些未淬硬鋼、耐熱合金則特別適合?？墒菍@些淬硬鋼和某些未淬硬鋼、耐熱合金則特別適合。可是對這些材料而言，應(yīng)用得成功還有賴于開始切削之前刀具刃口外觀材料而言，應(yīng)用得成功還有賴于開始切削之前刀具刃口外觀的準(zhǔn)備、機(jī)器和裝備的穩(wěn)定性和選用最佳的加工參數(shù)。的準(zhǔn)備、機(jī)器和裝備的穩(wěn)定性和選用最佳的加工參數(shù)。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院75 涂層刀具涂層刀具是近涂層刀具是近20年出現(xiàn)的一種新型刀具材料，是刀具發(fā)年出現(xiàn)的一

53、種新型刀具材料，是刀具發(fā)展中的一項(xiàng)重要突破，是解決刀具材料中硬度、耐磨與強(qiáng)度、展中的一項(xiàng)重要突破，是解決刀具材料中硬度、耐磨與強(qiáng)度、韌性之間矛盾的一個(gè)有效措施。涂層刀具是在一些韌性較好韌性之間矛盾的一個(gè)有效措施。涂層刀具是在一些韌性較好的硬質(zhì)合金或高速鋼刀具基體上，涂覆一層耐磨性高的難熔的硬質(zhì)合金或高速鋼刀具基體上，涂覆一層耐磨性高的難熔化金屬化合物而獲得的。常用的涂層材料有化金屬化合物而獲得的。常用的涂層材料有TiC、TiN和和Al2O3等。等。本世紀(jì)本世紀(jì)70年代初首次在硬質(zhì)合金基體上涂覆一層碳化鈦年代初首次在硬質(zhì)合金基體上涂覆一層碳化鈦(TiC)后，把普通硬質(zhì)合金的切削速度從后，把普通硬

54、質(zhì)合金的切削速度從80mmin提高到提高到180mmin。1976年又出現(xiàn)了碳化鈦年又出現(xiàn)了碳化鈦氧化鋁雙涂層硬質(zhì)合金，把切氧化鋁雙涂層硬質(zhì)合金，把切削速度提高到削速度提高到250mmin。1981年又出現(xiàn)了碳化鈦年又出現(xiàn)了碳化鈦氧化鋁氧化鋁氮化鈷三涂層硬質(zhì)合氮化鈷三涂層硬質(zhì)合金，使切削速度提高到金，使切削速度提高到300mmin。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院76在高速鋼基體上刀具涂層多為在高速鋼基體上刀具涂層多為TiN，常用物理氣相沉，常用物理氣相沉積法積法(PVD法法)涂覆，一般用于鉆頭、絲錐、銑刀、滾刀等涂覆，一般用于鉆頭、絲錐、銑刀、滾刀等復(fù)雜刀具上，涂層厚度為幾微米，

55、涂層硬度可達(dá)復(fù)雜刀具上，涂層厚度為幾微米，涂層硬度可達(dá)HRC80，相當(dāng)于一般硬質(zhì)合金的硬度，相當(dāng)于一般硬質(zhì)合金的硬度，耐用度可提高耐用度可提高25倍倍，切削，切削速度可提高速度可提高20一一40硬質(zhì)合金的涂層是在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上，涂硬質(zhì)合金的涂層是在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上，涂覆一層幾微米至十幾微米厚的高耐磨、難熔化的金屬化合覆一層幾微米至十幾微米厚的高耐磨、難熔化的金屬化合物，一般采用化學(xué)氣相沉積法物，一般采用化學(xué)氣相沉積法(CVD法法)。我國株洲硬質(zhì)合。我國株洲硬質(zhì)合金廠生產(chǎn)的涂層硬質(zhì)合金的涂層厚度可達(dá)金廠生產(chǎn)的涂層硬質(zhì)合金的涂層厚度可達(dá)9um，表面硬度，表面硬度可達(dá)可達(dá)25004

56、200HV。 目前各工業(yè)發(fā)達(dá)國家對涂層刀具的研究和推廣使用方目前各工業(yè)發(fā)達(dá)國家對涂層刀具的研究和推廣使用方面發(fā)展非常迅速。處于領(lǐng)先地位的瑞典，在車削上使用涂面發(fā)展非常迅速。處于領(lǐng)先地位的瑞典，在車削上使用涂層硬質(zhì)合金刀片已占到層硬質(zhì)合金刀片已占到70一一80，在銑削方面已達(dá)到，在銑削方面已達(dá)到50以上。但是涂層刀具不適宜加工高溫合金、鈦合金及以上。但是涂層刀具不適宜加工高溫合金、鈦合金及非金屬材料，也不適宜粗加工有夾砂、硬皮的鍛鑄件。非金屬材料，也不適宜粗加工有夾砂、硬皮的鍛鑄件。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院77金剛石刀具 金剛石刀具分為天然金剛石和人造金剛石刀具。天然金剛石刀

57、具分為天然金剛石和人造金剛石刀具。天然金剛石具有自然界物質(zhì)中最高的硬度和導(dǎo)熱系數(shù)。但由于金剛石具有自然界物質(zhì)中最高的硬度和導(dǎo)熱系數(shù)。但由于價(jià)格昂貴，加工、焊接都非常困難，除少數(shù)特殊用途外價(jià)格昂貴，加工、焊接都非常困難，除少數(shù)特殊用途外(如如手表精密零件、光飾件和首飾雕刻等加工手表精密零件、光飾件和首飾雕刻等加工)，很少作為切削，很少作為切削工具應(yīng)用在工業(yè)中。工具應(yīng)用在工業(yè)中。隨著高技術(shù)和超精密加工日益發(fā)展。例如微型機(jī)械的隨著高技術(shù)和超精密加工日益發(fā)展。例如微型機(jī)械的微型零件微型零件，原子核反應(yīng)堆及其它高技術(shù)領(lǐng)域的各種反射鏡、，原子核反應(yīng)堆及其它高技術(shù)領(lǐng)域的各種反射鏡、導(dǎo)彈或火箭中的導(dǎo)航陀螺，導(dǎo)

58、彈或火箭中的導(dǎo)航陀螺，計(jì)算機(jī)硬盤芯片計(jì)算機(jī)硬盤芯片、加速器電子加速器電子槍槍等超精密零件的加工，單晶天然金剛石能滿足上述要求。等超精密零件的加工，單晶天然金剛石能滿足上述要求。近年來開發(fā)了多種化學(xué)機(jī)理研磨金剛石刀具的方法和保護(hù)近年來開發(fā)了多種化學(xué)機(jī)理研磨金剛石刀具的方法和保護(hù)氣氧釬焊金剛石技術(shù)使天然金剛石刀具的制造過程變得氣氧釬焊金剛石技術(shù)使天然金剛石刀具的制造過程變得比較簡易因此，在超精密鏡面切削的高技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)比較簡易因此，在超精密鏡面切削的高技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域天然金剛石起到了重要作用。域天然金剛石起到了重要作用。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院78 20世紀(jì)世紀(jì)50年代利用高溫高壓技

59、術(shù)人工合成金剛石粉以年代利用高溫高壓技術(shù)人工合成金剛石粉以后，后，70年代制造出金剛石基的切削刀具即聚晶金剛石年代制造出金剛石基的切削刀具即聚晶金剛石(PCD)。PCD晶粒呈無序排列狀態(tài)不具方向性，因而硬晶粒呈無序排列狀態(tài)不具方向性，因而硬度均勻。它有很高的硬度和導(dǎo)熱性，低的熱脹系數(shù)。高的度均勻。它有很高的硬度和導(dǎo)熱性，低的熱脹系數(shù)。高的彈性模量和較低的摩擦系數(shù)，刀刃非常鋒利。它可加工各彈性模量和較低的摩擦系數(shù)，刀刃非常鋒利。它可加工各種有色金屬和極耐磨的高性能非金屬材料，如鋁、銅、鎂種有色金屬和極耐磨的高性能非金屬材料，如鋁、銅、鎂及其合金、硬質(zhì)合金、纖維增塑材料、金屬基復(fù)合材料、及其合金、

60、硬質(zhì)合金、纖維增塑材料、金屬基復(fù)合材料、木材復(fù)合材料等。木材復(fù)合材料等。 金剛石刀具是目前高速切削金剛石刀具是目前高速切削(25005000m/min)鋁合鋁合金較理想的刀具材料，但由于碳對鐵的親和作用，特別是金較理想的刀具材料，但由于碳對鐵的親和作用，特別是在高溫下，金剛石能與鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此它不宜于切在高溫下，金剛石能與鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此它不宜于切削鐵及其合金工件。削鐵及其合金工件。2022-6-8西安科技大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)院79立方氮化硼 立方氮化硼立方氮化硼(CBN)是純?nèi)斯ず铣傻牟牧稀Ｋ鞘羌內(nèi)斯ず铣傻牟牧?。它?0世紀(jì)世紀(jì)50年代末用制造金剛石相似的方法合成的第二年代末用制造