金屬切削原理知識(shí)與刀具含習(xí)題答案

PAGEPAGE10第九章金屬切削原理知識(shí)與刀具本章重點(diǎn)1．切削用量的概念及選擇；2．車刀主要幾何角度的作用及選擇；3．常用刀具材料的性能及用途；4．切削液的作用及選擇；5．切削力的概念及其影響因素；6．切削熱、切削溫度的概念及影響切削熱的因素；7．刀具磨損的基本形式、過程及刀具壽命的概念；8．砂輪的選擇及刃磨900外圓車刀的基本方法；9．切屑的類型、積屑瘤的成因及其對(duì)切削加工的影響；10．?dāng)嘈嫉母拍罴捌溆绊懸蛩兀?1．減小表面粗糙度值的工藝措施。內(nèi)容提要一、切削用量1．切削用量的概念切削用量（又稱切削三要素）是衡量切削運(yùn)動(dòng)大小的參量。它包括切削深度（背吃刀量）、進(jìn)給量和切削速度。（1）切削深度（背吃刀量）ap：切削時(shí)工件上待加工表面與已加工表面之間的距離。單位：mm。①車外圓時(shí)：ap=（dw-dm）/2式中dw——待加工表面的直徑（mm）；dm——已加工表面的直徑（mm）；②切斷和車槽時(shí)的切削深度（背吃刀量）等于車刀主切削刃的寬度。（2）進(jìn)給量f：工件每轉(zhuǎn)一圈，刀具沿進(jìn)給方向移動(dòng)的距離。單位：mm/r。（3）切削速度v：主運(yùn)動(dòng)的線速度。單位：m/min。v=nπdw/1000式中：v——切削速度（m/min）；n——主軸轉(zhuǎn)速（r/min）；dw——待加工表面直徑（mm）。2．切削用量的選擇（1）粗加工時(shí)切削用量的選擇①選擇原則：以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率為主。②選擇方法：首先選用一個(gè)大的切削深度（背吃刀量），其次為縮短進(jìn)給時(shí)間再選一個(gè)較大的進(jìn)給量，最后在保證刀具壽命的前提下，再選擇一個(gè)相對(duì)大而合理的切削速度。（2）半精加工、精加工時(shí)切削用量的選擇①選擇原則：以保證加工精度為主。②選擇方法：切削余量原則一次進(jìn)給完成，也可分多次，但最后一次進(jìn)給的余量不得小于0.1mm；進(jìn)給量應(yīng)選小一些；切削速度應(yīng)根據(jù)刀具材料選擇，高速鋼刀具一般小于5m/min，硬質(zhì)合金可大于80m/min。二、刀具的幾何角度1.切削運(yùn)動(dòng)——切削時(shí)刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，包括主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。（1）主運(yùn)動(dòng)——切削時(shí)形成切削速度的運(yùn)動(dòng)。車削時(shí)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是主運(yùn)動(dòng)。（2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)——使工件多余材料繼續(xù)投入切削的運(yùn)動(dòng)。車削時(shí)車刀的縱向或橫向移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。2.切削時(shí)工件上形成的表面切削時(shí)工件上有三個(gè)不斷變化的表面：（1）待加工表面——工件上將要被切去多余金屬的表面。（2）已加工表面——已經(jīng)切去金屬層而形成的表面。（3）過渡（加工）表面——刀具切削刃在工件上形成的表面。3.車刀的主要角度（1）車刀的組成:①刀桿——把車刀裝夾在刀架上；②刀體——擔(dān)負(fù)切削工作。包括：三“面”兩“刃”一“尖”。a.前刀面——切屑排出時(shí)經(jīng)過的刀面。b.主后刀面——和工件過渡表面相對(duì)的面。c.副后刀面——和工件已加工表面相對(duì)的面。d.主切削刃——前刀面和主后刀面的相交部位。e.副切削刃——前刀面和副后刀面的相交部位。f.刀尖——主切削和副切削刃的相交部位。補(bǔ)充：修光刃——副切削刃前段近刀尖處的一段平直刀刃。裝夾刀具時(shí)修光刃必須與進(jìn)給方向平行，且長度大于進(jìn)給量才能起到修光作用。（2）確定刀具切削角度的輔助平面①切削平面（Ps）——通過主切削刃上的任一點(diǎn)，并與工件加工表面相切的平面。②基面（Pr）——通過主刃上任一點(diǎn)，并垂直于該點(diǎn)切削速度方向的平面。③主截面（Po）——通過主刃上任一點(diǎn)，并與該點(diǎn)切削平面和基面垂直的平面。[注意]：Ps、Pr、Po互相垂直，構(gòu)成一個(gè)空間直角坐標(biāo)系。（3）車刀的主要角度①在主截面(P0)內(nèi)測(cè)量的角度：前角γo——前刀面與基面之間的夾角。后角αo——后刀面與切削平面之間的夾角。楔角βo——前刀面與后刀面之間的夾角。②在切削平面（Ps）內(nèi)測(cè)量的角度：刃傾角λs——主切削刃與基面之間的夾角。③在基面（Pr）內(nèi)測(cè)量的角度：主偏角κr——主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向之間的夾角。副偏角κr’——副切削刃在基面上的投影與背離進(jìn)給方向之間的夾角。刀尖角εr——主切削刃與副切削刃在基面上的投影之間的夾角。4.車刀角度的作用和選擇（1）前角γo①作用：a.主要影響車刀的鋒利程度，切削力的大小和切屑變形的大??；b.影響車刀強(qiáng)度，受力情況和散熱情況；c.影響加工表面質(zhì)量。②選擇：前角的選擇原則是在刀具強(qiáng)度允許的情況下，盡量選較大的前角，具體選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)工件材料、刀具材料、加工性質(zhì)等因素合理選取。a.加工脆性材料、高硬度材料時(shí)選小前角,加工塑性材料、低硬度材料時(shí)選大前角；b.高速鋼刀具前角一般大于硬質(zhì)合金刀具材料；c.精加工選大前角，粗加工選小前角。（2）后角αo①作用：a.減小后刀面與過渡表面之間的摩擦力，提高工件的表面質(zhì)量，延長車刀的使用壽命；b.增大后角使車刀刃口鋒利，但楔角減小，易造成車刀強(qiáng)度減小，散熱條件變差和磨損加快等不利現(xiàn)象。②后角的的選擇：a.粗加工時(shí)，要求刀具有足夠的強(qiáng)度，應(yīng)選較小的后角；b.精加工時(shí)，為減小后刀面和工件過渡表面之間的摩擦，保持刃口鋒利，應(yīng)選較大的后角；c.繼續(xù)切削或切削力較大時(shí)應(yīng)選較小的后角。(3)主偏角κr①主偏角的作用：主要影響車刀的散熱條件，影響軸向切削力和徑向切削力之比及斷屑情況，主偏角增大，車刀散熱條件變差，徑向力減小，軸向力增大，切削厚度增大易斷屑。②主偏角的選擇：工件剛性差時(shí)選較大的主偏角，車細(xì)長軸時(shí)應(yīng)選較大的主偏角，車高硬度工件應(yīng)選較小的主偏角。(4)副偏角κr’①作用：主要影響副切削刃和工件已加工表面之間的摩擦，影響車刀強(qiáng)度和工件的表面粗糙度。②選擇：粗加工時(shí)應(yīng)選稍大一點(diǎn)的副偏角，精加工時(shí)應(yīng)選較小的副偏角。(5)刃傾角①刃傾角的正負(fù)：λs為正值——刀尖位于主刃上最高點(diǎn)。λs為負(fù)值——刀尖位于主刃上最低點(diǎn)。λs為零度——主刃和基面平行時(shí)。②刃傾角的作用：控制排屑方向；影響刀尖強(qiáng)度和切削的平穩(wěn)性；影響切削前角及刀刃的鋒利程度。③選擇：主要根據(jù)工件材料、刀具材料和加工性質(zhì)決定。精加工時(shí)選正值刃傾角，斷續(xù)切削時(shí)或沖擊力大時(shí)選負(fù)值刃傾角，大前角車刀選負(fù)的刃傾角，微量進(jìn)給時(shí)選大的刃傾角。三、刀具材料1.對(duì)刀具切削部分材料的要求：(1)高硬度HRC60以上(2)足夠的強(qiáng)度和韌性；(3)高耐磨性；(4)高耐熱性；(5)良好的工藝性；(6)良好的導(dǎo)熱性。2.常用刀具材料及用途(1)碳素工具鋼：含碳量0.65%～1.3%，HRC60以上。①常用牌號(hào)：T10A、T12A。②用途：用于制造手用鉸刀、銼刀和鋸條。(2)低合金工具鋼：韌性、耐熱性、耐磨性較高①常用牌號(hào)：9SiCr、CrWMn。②用途：用于制造絲錐、板牙。(3)高速鋼：韌性好，耐沖擊，切削溫度可達(dá)5400C～①常用牌號(hào)：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。②用途：用來制造車刀、銑刀、鉆頭、鉸刀、拉刀和齒輪刀具。(4)硬質(zhì)合金：硬度高，耐磨性好，耐高溫（可達(dá)10000C），但韌性差，常用的有三類：①鎢鈷類(K類)：常用牌號(hào)YG3、YG6、YG8；用于加工脆性材料。②鎢鈦鈷類（P類）：常用牌號(hào)YT5、YT15、YT30；用于加工塑性材料。③鎢鈦鉭（鈮）鈷類（M類）：常用牌號(hào)YW1、YW2；用于加工難加工材料。四、切削液1.概念：為了提高切削加工效果而使用的液體稱為切削液。2.作用：（1）冷卻作用；（2）潤滑作用；（3）清洗作用；（4）防銹作用。3.種類：(1)乳化液(水基)——主要起冷卻作用。(2)切削油(油基)——主要起潤滑作用。4.切削液的選擇（工件材料、加工性質(zhì)、刀具材料）（1）粗加工時(shí)選以冷卻為主的乳化液；（2）精加工時(shí)選以潤滑為主的切削油；（3）使用高速鋼刀具一般要加切削液；（4）使用硬質(zhì)合金刀具一般不加切削液；（5）加工塑性材料時(shí)通常加切削液，加工脆性材料時(shí)一般不加切削液，加工易燃材料時(shí)不加切削液，只能采用空冷。五、切削力1.概念：工件材料抵抗刀具切削時(shí)所產(chǎn)生的阻力稱為切削力。2.來源：變形與摩擦(1)工件上切削層和已加工表面要產(chǎn)生彈性變形和塑性變形，因而有變形抗力作用在刀具上；(2)工件與刀具、切屑與刀具間的摩擦阻力也作用在刀具上。3.切削力Fr的分解：(1)主切削力（切向力）Fz——垂直于基面的分力。(2)切深抗力（徑向力）Fy——影響加工精度，產(chǎn)生振動(dòng)。(3)進(jìn)給抗力（軸向力）Fx——影響進(jìn)給系統(tǒng)零部件的受力大小。4.影響切削力的因素：凡影響變形和摩擦的因素都能影響切切削力，主要因素有工件材料，刀具角度，切削用量和切削液等。(1)工件材料：工件材料的硬度、強(qiáng)度越大，其切削力越大。(2)切削用量：切削用量中對(duì)切削力影響最大的是切削深度，其次是進(jìn)給量，影響最小是切削速度。(3)刀具角度：對(duì)切削刀影響較大的前角、主偏角和刃傾角。(4)切削液：選用切削液可使切削力減少。六、切削熱、切削溫度1.切削熱的產(chǎn)生和傳導(dǎo)（1）切削熱——在切削加工過程中，由于被切削金屬層的變形，分離及刀具和被切削材料間的摩擦而產(chǎn)生的熱量稱為切削熱。（2）切削熱主要通過切屑、刀具、工件、切削液和周圍空氣傳導(dǎo)出去，若加工時(shí)不用切削液，則主要由切屑傳出。2.切削熱對(duì)切削過程的影響（通過切削溫度）（1）切削熱傳入刀具后，使刀具溫度升高，硬度下降，刀具壽命降低。（2）切削熱傳入工件后，使工件溫度升高，熱變形增大，工件加工精度降低。3.切削溫度（1）切削溫度——切削過程中切削區(qū)域的平均溫度稱為切削溫度。（2）切削溫度的高低取決于產(chǎn)生熱量的多少和熱傳導(dǎo)的快慢。4.影響切削熱的因素（1）工件材料（2）切削用量切削用量中，對(duì)切削溫度影響最大的是切削速度，其次進(jìn)給量，影響最小的是切削深度。（3）刀具角度（4）切削液加注切削液可使切削溫度降低。七、刀具的磨損、壽命及刃磨1.磨損原因：機(jī)械摩擦和切削熱2.磨損形式：（1）非正常磨損：裂紋、崩刃、卷刃、碎裂（2）正常磨損：①前刀面磨損；②后刀面磨損；③前后刀面同時(shí)磨損。3.刀具磨損過程：（1）初期磨損階段（2）正常磨損階段（3）劇烈磨損階段4.刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)（1）概念：刀具從開始切削到不能繼續(xù)使用為止，在后刀面上的那段磨損量。（2）種類：①粗加工磨鈍標(biāo)準(zhǔn)（經(jīng)濟(jì)磨鈍標(biāo)準(zhǔn)）②精加工磨鈍標(biāo)準(zhǔn)（工藝磨鈍標(biāo)準(zhǔn)）5.刀具壽命（1）刀具壽命——刀具開始切削一直到達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止的總切削時(shí)間。（2）刀具總壽命——一把新刀具可經(jīng)過無數(shù)次刃磨，直到喪失切削能力為止的總切削時(shí)間。（3）影響刀具壽命的因素：（1）工件材料（2）切削用量影響最大的是切削速度，其次是進(jìn)給量，最小的是切削深度。（3）刀具角度（4）切削液6.刀具的刃磨（1）砂輪的選擇①白色氧化鋁砂輪——磨高速鋼刀具及硬質(zhì)合金刀桿。②綠色碳化鋁砂輪——磨硬質(zhì)合金刀具。（2）車刀的刃磨：機(jī)械刃磨和手工刃磨。900硬質(zhì)合金刀具刃磨步驟如下：①磨刀桿底平面；②粗磨刀桿上的主后面和副后面；③粗磨刀頭上的主后面和副后面；④磨斷屑槽；⑤精磨刀頭上的主后面和副后面；⑥磨負(fù)倒棱；⑦磨過渡刃。八、切屑和積屑瘤1.切屑的種類：（1）帶狀切屑；（2）擠裂切屑（節(jié)狀切屑）；（3）單元切屑（粒狀切屑）；（4）崩碎切屑；[注意]：切削塑性金屬時(shí)，一般產(chǎn)生前三種切屑，切削脆性金屬時(shí)，一般產(chǎn)生崩碎切屑，但不能絕對(duì)。2.積屑瘤：（1）概念：用中等切削速度加工塑性材料時(shí)，在刀具前刀面近刀尖處會(huì)“冷焊”上一小塊金屬，這塊金屬就是積屑瘤。（2）成因：用中等切削速度加工塑性材料時(shí)，由于切屑和削刀面之間劇烈摩擦，當(dāng)切削溫度超過3000C左右，而摩擦力超過加屑內(nèi)部結(jié)合力時(shí)，一部分金屬被“冷焊（3）對(duì)切削加工的影響：①粗加工時(shí)能起到保護(hù)前刀面和刀尖的作用；②增加刀具實(shí)際前角，減小切屑變形和切削力；③積屑瘤無法形成穩(wěn)定的前刀面和刀刃，造成切削不穩(wěn)定性，易引起振動(dòng)。④積屑瘤超出刀尖時(shí)，影響尺寸精度，脫落嵌入工件后會(huì)影響工件加工精度和表面質(zhì)量。（4）避免措施：①采用低進(jìn)切削（高速鋼刀具）；②采用高速切削（硬質(zhì)合金）；③采用潤滑性好的切削液；④增加刀具前角，精磨前刀面；⑤適當(dāng)提高工件材料硬度。九、斷屑1.概念：金屬切削過程就是把多余的金屬變成切屑的過程，切屑在流動(dòng)或卷曲的過程中，如果碰到障礙物，將加速切屑的變形，如果變形程度超過了材料的極限強(qiáng)度，切屑就自行折斷，這就是斷屑。2.影響斷屑的因素：（1）刀具角度（2）切削用量在切削用量中，對(duì)斷屑影響最大的是進(jìn)給量，其次是背吃刀量和切削速度。（3）斷屑槽的尺寸形狀十、表面粗糙度1.概念：指加工表面較小的間距和峰谷所形成的微觀幾何不平度。2.評(píng)定參數(shù)：（1）輪廓算術(shù)平均偏差Ra；（2）輪廓最大高度Ry；（3）微觀不平度十點(diǎn)高度Rz。3.影響因素：（1）殘留面積高度；（2）積屑瘤；（3）振動(dòng)。4、減小表面粗糙度值工藝措施：（1）減小殘留面積高度的措施：①減小主偏角和副偏角；②增大刀尖圓弧半徑；③減小進(jìn)給量。（2）避免工件表面有硬點(diǎn)及毛刺的措施：應(yīng)避免積屑瘤的產(chǎn)生，高速鋼刀具采用低速切削(<5m/min),硬質(zhì)合金刀具采用高速切削（>70m/min）。（3）防止工件表面有振紋的措施：查找振動(dòng)部位，分析振動(dòng)原因，避免振動(dòng)。練習(xí)題一、填空題1.刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，叫做__________運(yùn)動(dòng)。2.在龍門刨床上刨削時(shí)，工件的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)是__________運(yùn)動(dòng)，刨刀的移動(dòng)是__________運(yùn)動(dòng)。3.切削時(shí)，和工件上已加工表面相對(duì)的面稱為刀具的__________。4.刃傾角是在__________內(nèi)測(cè)量的角度。5.刀具在切削中的切削力，可分解為__________力，__________力和__________力。6.粗加工時(shí)選擇切削用量的順序是：首先盡量選大的__________，再盡量選大的__________，最后選大的__________。7.工廠常用的砂輪有兩種，一種是白色的__________砂輪，另一種是綠色的__________砂輪。8.刀具正常磨損有三種，即刀具_(dá)_________、__________和__________。9.影響切削力的因素有__________、__________、__________和__________等。二、選擇題1.工件材料強(qiáng)度和硬度越高，則切削力就_______。A.愈大 B.愈小 C.不變2.在切削用量三要素中，對(duì)切削力影響最大的是_______。A.ap B.f C.V3.在切削用量中，對(duì)刀具壽命影響最大的是_______。A.ap B.f C.V4.確定車刀削角度的三個(gè)輔助平面中，和刃傾角直接有關(guān)系的是_______。A.切削平面 B.基面 C.主截面5.當(dāng)磨鈍標(biāo)準(zhǔn)相同時(shí)，刀具壽命愈高，表示刀具磨損_______。A.愈快 B.愈慢 C.不變6.不在主截面測(cè)量的角度是_______。A.后角 B.主偏角 C.楔角7.過主刃上任一點(diǎn)，與工件過渡表面相切的平面為_______。A.切削平面 B.基面 C.主截面8.當(dāng)?shù)都馕挥谥魅猩献畹忘c(diǎn)時(shí)，刃傾角為_______。A.正值 B.負(fù)值 C.零9.鉆孔時(shí)使用的切削液主要起_______。A.冷卻作用 B.潤滑作用 C.清洗作用10.一般來說，產(chǎn)生_______切屑時(shí)，切削過程平穩(wěn)，切削力變化小。A.帶狀 B.擠裂 C.崩碎 D.單元三、判斷題：（每題2分，共計(jì)20分）1．()切削加工時(shí)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以有幾個(gè)，通常是速度較低，消耗功率較小的運(yùn)動(dòng)2．()刀具在切削中，沿切削速度方向的分力為最大分力，占總切削力90%左右。3.()車削時(shí)，工件每轉(zhuǎn)一圈，刀具沿進(jìn)給方向移動(dòng)的距離為切削速度。4.()刃傾角為正值時(shí)，切屑排向已加工表面。5.()加工脆性材料時(shí)，一定產(chǎn)生崩碎切屑。6．()切削中對(duì)切削力影響較小的是前角和主偏角。7.()在切削用量中，對(duì)切削溫度影響最大的是切削速度，影響最小的是切削深度。8.()切削力的軸向分力與切削進(jìn)給方向相同。9．()工藝磨純標(biāo)準(zhǔn)大于經(jīng)濟(jì)磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。10.()增大主偏角，車刀散熱條件變差，徑向力減小而軸