專題一：緒論、金屬切削原理與刀具

1專題一

金屬切削原理與刀具2專題一金屬切削原理與刀具一、切削變形二、切削過程的物理現(xiàn)象

切削力的產(chǎn)生、切削熱的產(chǎn)生、積屑瘤的形成、表面變形強(qiáng)化與殘余應(yīng)力。Ⅰ--塑性變形和剪切滑移區(qū)域，也是切屑形成區(qū)。Ⅱ--前刀面與切屑底面摩擦變形區(qū)域，也是積屑瘤形成區(qū)域。Ⅲ--后刀面與已加工表面摩擦、擠壓變形區(qū)，工件加工硬化及殘余應(yīng)力形成區(qū)域。3專題一金屬切削原理與刀具4專題一金屬切削原理與刀具產(chǎn)生原因

克服金屬層的彈塑性變形及切削過程的各種摩擦。總切削力F可分解為：切削力-Fc進(jìn)給力-Ff背向力-Fp

對(duì)工藝過程影響：產(chǎn)生振動(dòng)、工件夾緊、工件變形等。

切削力5專題一金屬切削原理與刀具影響切削力的因素

影響切削力的因素很多，凡是影響切削變形和摩擦系數(shù)的因素都會(huì)影響切削力。主要影響因素有：1.工件材料一般講，材料的硬度越大、強(qiáng)度越高，則切削力越大。在強(qiáng)度、硬度相近的材料中，塑性、韌性大的，或加工硬化嚴(yán)重的材料，由于切削時(shí)產(chǎn)生的摩擦力較大，故切削力也大。所以，在同等條件下，脆性材料的切削力一般小于塑性材料。2.切削用量切削用量三要素中，背吃刀量ap和進(jìn)給量f對(duì)切削力的影響較大，切削速度vc的影響相對(duì)較小。3.刀具幾何參數(shù)4.其他因素刀具材料、刀具磨損等。同等條件陶瓷、硬質(zhì)合金、高速鋼刀具切削力依次變大。

6專題一切削加工工藝基礎(chǔ)（一）切削熱

切削熱來自何處？

三個(gè)變形區(qū)Ⅰ－基本變形區(qū)：晶格

滑移、扭曲，材料

剪切變形;Ⅱ－切屑與前刀面摩擦

變形區(qū);Ⅲ－工件已加工表面與

后刀面間的摩擦變

形區(qū)。

7專題一金屬切削原理與刀具切削熱的傳散途徑刀具、工件（此途徑最有害）切屑介質(zhì)（空氣或切削液）不加切削液時(shí)，傳熱量排序：

切屑刀具工件介質(zhì)。8專題一金屬切削原理與刀具產(chǎn)生原因：塑性材料，中等切速（25-50m/min）(高速V≧100m/min

低速V≦5m/min）有利方面：加大前角，保護(hù)刀尖

不利方面：時(shí)生時(shí)滅，動(dòng)態(tài)變化，影響尺寸精度和表面粗糙度

積屑瘤（光盤36秒）9專題一金屬切削原理與刀具表面變形強(qiáng)化：加工塑性材料時(shí)，工件已加工表層的硬度提高，塑性下降的現(xiàn)象稱為表面變形強(qiáng)化。殘余應(yīng)力：外力消失后，殘存在材料內(nèi)部保持總體平衡的內(nèi)應(yīng)力。強(qiáng)化—應(yīng)力—變形。力、熱的綜合作用，同時(shí)產(chǎn)生變形強(qiáng)化和殘余應(yīng)力減少殘余應(yīng)力，必須減少切削力和切削熱。表面變形強(qiáng)化與殘余應(yīng)力10專題一金屬切削原理與刀具第二節(jié)金屬切削刀具一、常用刀具種類按刀具用途分類切刀孔加工刀具拉刀銑刀螺紋刀具齒輪刀具磨具專題一金屬切削原理與刀具按切削刃特點(diǎn)分類單刃刀具多刃刀具按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類整體式裝配式12專題一金屬切削原理與刀具按工藝特點(diǎn)分類通用刀具定尺寸刀具成形刀具13專題一金屬切削原理與刀具二.刀具結(jié)構(gòu)（以外圓車刀為例）

切削刀具的種類很多，形狀復(fù)雜，但它們的切削部分的幾何形狀和參數(shù)都有共同的特征：切削部分的基本形態(tài)為楔形。車刀是最典型的楔形刀頭的代表，其它刀具可以視為由車刀演變或組合而成。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）在確定金屬切削刀具的工作部分幾何形狀的通用術(shù)語時(shí)，就是以車刀切削部分為基礎(chǔ)的。為什么要以外圓車刀為例？

是因?yàn)椋?4專題一金屬切削原理與刀具

刀具結(jié)構(gòu)（以外圓車刀為例）刀體刀柄15專題一金屬切削原理與刀具

副后刀面

主切削刃副切削刃主后刀面前刀

面刀尖一尖兩刃三面刀具結(jié)構(gòu)(以車刀為例)16三、車刀的結(jié)構(gòu)類型專題一金屬切削原理與刀具17專題一金屬切削原理與刀具四、刀具的幾何角度

1.確定刀具角度的靜止參考系182.

刀具標(biāo)注角度（幾何角度）專題一金屬切削原理與刀具前角

－前刀面與基面的夾角，在正交平面中測(cè)量。背前角－前刀面與基面的夾角，在背平面中測(cè)量。后角－主后刀面與切削平面間的夾角,在正交平面中測(cè)量。背后角－主后刀面與切削平面間的夾角,在背平面中測(cè)量。主偏角－切削平面與假定工作平面間的夾角，在基面內(nèi)測(cè)量。副偏角－副切削平面與假定工作平面間的夾角，在基面內(nèi)測(cè)量。刃傾角－主切削刃與基面間的夾角，在切削平面中測(cè)量。192.

刀具標(biāo)注角度（幾何角度）--正交平面參考系專題一金屬切削原理與刀具前角－前刀面與基面的夾角，在正交平面中測(cè)量。后角－主后刀面與切削平面間的夾角,在正交平面中測(cè)量。主偏角－切削平面與假定工作平面間的夾角，在基面內(nèi)測(cè)量。副偏角－副切削平面與假定工作平面間的夾角，在基面內(nèi)測(cè)量。刃傾角－主切削刃與基面間的夾角，在切削平面中測(cè)量。20專題一金屬切削原理與刀具刀具標(biāo)注角度示例21

3.刀具的工作角度

進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作前、后角的影響專題一金屬切削原理與刀具22專題一金屬切削原理與刀具車槽刀刀尖高低對(duì)工作前、后角的影響23專題一金屬切削原理與刀具刀柄傾斜安裝對(duì)工作主副偏角的影響244.刀具角度對(duì)切削加工的影響專題一金屬切削原理與刀具25專題一金屬切削原理與刀具26專題一金屬切削原理與刀具27專題一金屬切削原理與刀具285.切屑的種類專題一金屬切削原理與刀具帶狀切屑崩碎切屑擠裂切屑29專題一金屬切削原理與刀具還有兩種分類法（參考）材料塑性材料脆性專題一金屬切削原理與刀具五、刀具材料

1.刀具材料應(yīng)具備的性能高的硬度和耐磨性足夠的強(qiáng)度和韌性高的耐熱性一定的工藝性其次，還需有良好的物理性能、穩(wěn)定的化學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性。31專題一金屬切削原理與刀具2.常用刀具材料種類（1）工具鋼

包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼。碳素工具鋼(如T10A、T12A)及合金工具鋼(如9SiCr、CrWMn)，因耐熱性較差通常僅用于手工工具和切削速度較低的刀具。高速鋼是一種加入了較多的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼。別名：風(fēng)鋼：良好的淬透性，空氣中冷卻就可得到高硬度。鋒鋼：刃容鋒利。白鋼：磨光后，表面光亮。32專題一金屬切削原理與刀具

較高的熱穩(wěn)定性：切削溫度高達(dá)500-650℃，與碳素工具鋼，合金工具鋼相比，切削速度提高1-3倍，耐用度提高10-40倍，可加工有色金屬至高溫合金，可加工的材料范圍廣。

高強(qiáng)度和韌性：抗彎強(qiáng)度為硬質(zhì)合金的2-3倍數(shù)，是陶瓷的5-6倍，韌性比它們高幾十倍。

一定的硬度（HRC63-70）：耐磨性好，適合各類切削刀具的要求，也可用于在剛性較差的機(jī)床上加工。

刀具制造工藝簡(jiǎn)單：能鍛造，制作形狀復(fù)雜刀具，大型成型刀具（這一點(diǎn)極為重要），如鉆頭、絲錐、成型刀具、拉刀、齒輪刀具。高速鋼特點(diǎn)：33專題一金屬切削原理與刀具

材料性能較硬質(zhì)合金和陶瓷穩(wěn)定，在自動(dòng)機(jī)床上使用可靠。因此，盡管各種新型刀具材料不斷出現(xiàn)，高速鋼仍占現(xiàn)用刀具材料的一半以上。高速鋼分：普通高速鋼（通用型）、高性能高速鋼和粉末冶金高速鋼）高性能高速鋼：再加入一些合金、性能高。粉末冶金高速鋼：制造工藝不同，性能高。34專題一金屬切削原理與刀具（2）硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金的分類、使用性能ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）將切削用硬質(zhì)合金分三類：即P、K、M三類。P類：用于加工長(zhǎng)切屑的黑色金屬，相當(dāng)于舊國(guó)標(biāo)YT類。

適宜加工長(zhǎng)切屑的塑性金屬材料，如普通碳鋼、合金鋼等。其牌號(hào)有P01、P10、P20、P30、P40、P50等，數(shù)字愈大耐磨性愈低而韌性愈高，所以，精加工可用P01，半精加工選用Pl0、P20，粗加工宜用P30。K類：適宜加工短切屑的脆性金屬和有色金屬材料，如灰鑄鐵、耐熱合金、銅鋁合金等短切屑的黑色金屬、有色金屬和非金屬材料，相當(dāng)于舊國(guó)標(biāo)YG類。

其牌號(hào)有K01、K10、K20、K30、K40等,數(shù)字愈大耐磨性愈低而韌性愈高，所以精加工可用K01,半精加工選用K10、k20,粗加工宜用K30。35專題一金屬切削原理與刀具

M類：用于加工長(zhǎng)或短切屑的黑色金屬和有色金屬，具

有較好的綜合切削性能，如普通碳鋼、鑄鋼、冷硬鑄鐵、耐熱鋼、高錳鋼、有色金屬等。其牌號(hào)有M10、M20、M30、M40相當(dāng)于舊國(guó)標(biāo)YW類。數(shù)字愈大耐磨性愈低而韌性愈高，所以，精加工可用M10、半精加工選用M20、粗加工宜用M30。現(xiàn)代加工材料中90～95%可用P和K類硬質(zhì)合金加工，5～10%可用M類硬質(zhì)合金加工。(3)涂層刀具材料在硬質(zhì)合金或高速鋼基體上，涂敷一層幾微米厚的高硬度、高耐磨性的金屬化合物(如碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁等)而制成的。涂層硬質(zhì)合金的刀具壽命至少可提高l～3倍，涂層高速鋼的刀具壽命可提高2～10倍。36專題一金屬切削原理與刀具（4）超硬刀具材料

包括陶瓷、立方氮化硼和人造聚晶金剛石。

陶瓷：陶瓷刀是以純AL2O3或以AL2O3為主要成份添加一定量的金屬元素或金屬碳化物，在高溫下燒結(jié)而成的一種刀具材料。硬度：91～95HRA,耐磨性很好。紅硬溫度：1200度。切削速度：常用100～400m/min.最高750m/min。切削效率：比硬質(zhì)合金提高1～4倍。缺點(diǎn)：抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性差。主要應(yīng)用：冷硬鑄鐵、高硬鋼和高強(qiáng)鋼等難加工材料的半精加工和精加工。

37專題一金屬切削原理與刀具金剛石是目前世界上已發(fā)現(xiàn)的最硬的一種材料。金剛石刀具具有高硬度、高耐磨性和高導(dǎo)熱性等性能，近年來，由于數(shù)控機(jī)床的普及和數(shù)控加工技術(shù)的高速發(fā)展，可實(shí)現(xiàn)高效率、高穩(wěn)定性、長(zhǎng)壽命加工的金剛石刀具的應(yīng)用日漸普及。金剛石刀具現(xiàn)在和將來都是數(shù)控加工中不可缺少的重要刀具。

硬度：人造5000HV,天然10000HV，耐磨性及好。紅硬溫度：700至800度。切削速度：最高可達(dá)2400m/min。耐用度：比硬質(zhì)合金高幾十至300倍。缺點(diǎn)：抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性很差。與鐵的親和力很強(qiáng)，不宜加工黑色金屬。主要應(yīng)用：在有色金屬和非金屬加工中得到廣泛的應(yīng)用，尤其在鋁和硅鋁合金高速切削加工中，如轎車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、變速箱和各種活塞等的加工中，金剛石刀具是難以替代的主要切削刀具。38專題一金屬切削原理與刀具立方氮化硼是氮化硼的同素異構(gòu)體，其結(jié)構(gòu)與金剛石相似，硬度高達(dá)8000至9000HV,耐熱度達(dá)1400℃，耐磨性好。近年來開發(fā)的多晶立方氮化硼（PCBN）是在高溫高壓下將微細(xì)的CBN顆粒通過結(jié)合相燒結(jié)在一起的多晶材料，既能勝任淬硬鋼（45至65HRC

）、軸承鋼（60至64HRC）、高速鋼（63至66HRC）、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(zhì)合金及其他難加工材料的高速切削加工。

（超硬刀具錄像20分33秒）

39專題一金屬切削原理與刀具六、刀具的磨損及刀具耐用度

１．刀具的磨損形式及過程刀具的磨損形式:前刀面磨損；后刀面磨損；前、后刀面同時(shí)磨損.40專題一金屬切削原理與刀具刀具的磨損過程:初期磨損階段正常磨損階段急劇磨損階段刃磨后的刀具前、后刀面上的高低不平，受到切屑的沖擊和摩擦?xí)r，將“凸峰”很快磨去，時(shí)間很短刀具上的高低不平已被磨去，磨損量增加緩慢且比較穩(wěn)定切削刃變鈍，刀具與工件之間的摩擦變大，切削力增大，切削溫度上升，磨損加劇，刀具失去正常的切削能力41專題一金屬切削原理與刀具42專題一金屬切削原理與刀具七、磨具

grindingtools

1．磨具：砂輪、油石