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1、Chapter11 金屬切削本章架構l11.1 前言前言l11.2 金屬切削刀具金屬切削刀具l11.3 金屬切屑形狀金屬切屑形狀l11.4 切削力切削力l11.5 切削刀具材質切削刀具材質l11.6 刀具的幾何形狀與角度刀具的幾何形狀與角度l11.7 刀具壽命刀具壽命l11.8 刀具磨耗刀具磨耗l11.9 磨耗形式磨耗形式211.1 前言311.1 前言l金屬切削金屬切削（metal cutting）通常是在產品製造時通常是在產品製造時，將工件多餘的外形與尺寸切削成碎屑將工件多餘的外形與尺寸切削成碎屑（chips）並去除掉並去除掉。l切削刀具切削刀具（cutting tool）則被運用來除去碎
2、屑成則被運用來除去碎屑成為機械的工作中心為機械的工作中心。l切削方法包含七種切削操作切削方法包含七種切削操作：鉋削鉋削（shaping）、車削車削（turning）、鉨切鉨切(milling)、鑽孔鑽孔（drilling）、鋸截鋸截（sawing）、拉孔拉孔（broaching）與輪磨與輪磨（grinding）。411.2 金屬切削刀具5金屬切削刀具（1/3）l單鋒刃刀具單鋒刃刀具（single-point cutting tool）如車刀鉋刀等如車刀鉋刀等l多鋒刃刀具多鋒刃刀具（multiple-point cutting tool）兩個或兩個以上的單鋒刀具依某種排列方式兩個或兩個以上的單鋒
3、刀具依某種排列方式組成一體組成一體，如鉨刀如鉨刀（milling cutter）及拉刀及拉刀（broaching tool）6金屬切削刀具（2/3）7金屬切削刀具（3/3）l車削是使用單鋒刀刃具除去工件不必要車削是使用單鋒刀刃具除去工件不必要部份的材料部份的材料，產生旋徑產生旋徑、端面的過程端面的過程，這種操作是在車床上完成的這種操作是在車床上完成的。811.3 金屬切屑形狀911.3 金屬切屑形狀l11.3.1 非連續型或斷碎型非連續型或斷碎型（discontinuous chip）l11.3.2 簡單連續型簡單連續型（continuous chip）l11.3.3 組合切刃之連續型切屑組合
4、切刃之連續型切屑1011.4 切削力1811.4 切削力l車刀切削時車刀切削時，刀具的切削力可分由縱向刀具的切削力可分由縱向力力FL、經向力經向力FR及切削力及切削力FT等三種切等三種切削力削力（cutting force）所形成所形成。1911.5 切削刀具材質2011.5 切削刀具材質l高速鋼高速鋼（high speed steel，HSS）l硬質合金刀頭硬質合金刀頭（sintered carbides tool bit）l陶瓷刀具陶瓷刀具（ceramic cutting tool）l碳化物刀具碳化物刀具（carbides）碳化鎢碳化鎢（tungsten carbide）碳化鈦碳化鈦（TI
5、C）l鑽石鑽石（diamond）2111.6 刀具的幾何形狀與角度2211.6 刀具的幾何形狀與角度（1/2）l車刀為單鋒刃刀具車刀為單鋒刃刀具(single-point tools)，其幾何形狀和角度切削作用極為重要其幾何形狀和角度切削作用極為重要，影響工件的加工品質影響工件的加工品質、切削量切削量。23刀具的幾何形狀與角度（2/2）2411.7刀具壽命2511.7刀具壽命l壽命之判斷壽命之判斷刀具上肢刀面或刀腹刀具上肢刀面或刀腹，部份區域逐漸磨耗致部份區域逐漸磨耗致使刀具無法使用使刀具無法使用。刀具的破斷致使刀具不堪使用刀具的破斷致使刀具不堪使用。2611.8 刀具磨耗2711.8 刀具磨
6、耗l通常影響刀具壽命的磨損通常影響刀具壽命的磨損，計有下列五種基本型式計有下列五種基本型式：1.磨蝕磨損磨蝕磨損(abrasion wear)2.黏著磨損黏著磨損(adhesion wear)3.擴散磨損擴散磨損(diffusion wear)4.化學與電解磨損化學與電解磨損(chemical and electrolytic wear)5.氧化磨損氧化磨損(oxidation wear)簡單分類為三種簡單分類為三種：l11.8.1 黏附式磨耗黏附式磨耗l11.8.2 摩擦式磨耗摩擦式磨耗l11.8.3 擴散式磨耗擴散式磨耗2811.8.1 黏附式磨耗l刀具的磨損乃因兩種金屬粗糙焊接結合刀具的
7、磨損乃因兩種金屬粗糙焊接結合處破裂而生處破裂而生。l在金屬切削加工中在金屬切削加工中，切屑與刀具間之接切屑與刀具間之接結處即構成摩擦式機構之一部份結處即構成摩擦式機構之一部份。2911.8.2 摩擦式磨耗l當切屑底面上具有堅硬之顆粒當切屑底面上具有堅硬之顆粒，則當此則當此切屑流經刀面時切屑流經刀面時，經由機械力的作用經由機械力的作用，一部分刀具材料便因而被磨去一部分刀具材料便因而被磨去，形成磨形成磨耗耗。3011.8.3 擴散式磨耗l當金屬結晶格子中的原子自高原子密度區移向當金屬結晶格子中的原子自高原子密度區移向低原子密度區時低原子密度區時，即發生了固態擴散即發生了固態擴散（solid-sta
8、te diffusion）現象現象。l在金屬切削加工中在金屬切削加工中，工件及刀具材料會因緊密工件及刀具材料會因緊密接觸產生高溫接觸產生高溫，此時固態擴散便會發生此時固態擴散便會發生，有些有些刀具材料中之原子會移向工件材料刀具材料中之原子會移向工件材料；此一現象此一現象會出現在工件與刀具間接觸面之狹窄反應區會出現在工件與刀具間接觸面之狹窄反應區（reaction zone），且能致使刀具之表面結構裡且能致使刀具之表面結構裡弱化弱化，稱之為擴散式磨耗稱之為擴散式磨耗。3111.9 磨耗形式3211.9 磨耗形式l切屑流過刀面時所造成之凹痕切屑流過刀面時所造成之凹痕（crater），常促成刀面之凹
9、痕性磨耗常促成刀面之凹痕性磨耗。l新產生的工件表面所形成之摩擦作用新產生的工件表面所形成之摩擦作用（rubbing action），極易造成刀腹磨耗性極易造成刀腹磨耗性區區，而致刀腹磨耗而致刀腹磨耗。3311.9 磨耗形式l11.9.1 凹痕性磨耗凹痕性磨耗l11.9.2 刀腹磨耗刀腹磨耗l11.9.3 刀具壽命之標準刀具壽命之標準l11.9.4 陶瓷刀具與高速鋼刀具共用之刀具陶瓷刀具與高速鋼刀具共用之刀具壽命標準壽命標準l11.9.5 燒結碳化物刀具之壽命標準燒結碳化物刀具之壽命標準l11.9.6 刀具壽命刀具壽命34刀具壽命l導致刀具損壞、壽命減短的原因，通常導致刀具損壞、壽命減短的原因，
10、通常有下列幾個：有下列幾個：1.刀具角度不適當刀具角度不適當2.刀具硬度喪失刀具硬度喪失3.刀刃斷裂或缺口刀刃斷裂或缺口4.自然的磨損及磨蝕自然的磨損及磨蝕5.因重負荷而使刀具斷裂因重負荷而使刀具斷裂39冷卻劑l使用適當的冷卻劑使用適當的冷卻劑(coolant)，將可達成下列各項功能：，將可達成下列各項功能：1.減低切屑、刀具以及工件間的摩擦力減低切屑、刀具以及工件間的摩擦力2.降低工件和刀具的溫度降低工件和刀具的溫度3.可沖除切屑及控制灰塵可沖除切屑及控制灰塵4.增進工件之表面光滑度增進工件之表面光滑度5.降低所須的動力降低所須的動力6.提高刀具的壽命提高刀具的壽命7.減少工件和機器可能減少
11、工件和機器可能產產生的腐蝕生的腐蝕8.有助於防止刀具上堆積刃的形成有助於防止刀具上堆積刃的形成44冷卻劑l良好的冷卻劑必須具備下列各種性質：良好的冷卻劑必須具備下列各種性質：首先不能有害於操作者的生理健康，對首先不能有害於操作者的生理健康，對機器無害，並且要相當穩定。另外還須機器無害，並且要相當穩定。另外還須要有良好的導熱性、不揮發、不起泡沫、要有良好的導熱性、不揮發、不起泡沫、具潤滑作用，以及高的閃點溫度具潤滑作用，以及高的閃點溫度(flash temperature)45切削性l切削性切削性(machinability)即表示材料切削即表示材料切削的難易性的難易性l材料的切削性通常可以表示
12、為材料的切削性通常可以表示為：刀具壽刀具壽命的長短命的長短、切削所須的動力切削所須的動力、切除定量切除定量材料的必須成本材料的必須成本、以及工件的加工表面以及工件的加工表面等等l切削性並非一個精確定義名詞切削性並非一個精確定義名詞，而是一而是一種觀念種觀念46切削性l影響試驗結果的因素影響試驗結果的因素：材料組成材料組成、硬度硬度、晶粒大小晶粒大小、顯微組織顯微組織、加工硬化性加工硬化性、工工件尺寸件尺寸、切削設備的型式及其剛性切削設備的型式及其剛性、切切削深度與進給量削深度與進給量、冷卻劑的性質以及所冷卻劑的性質以及所用刀具的種類等用刀具的種類等l影響金屬切削性的兩個主要因素為其延影響金屬切
13、削性的兩個主要因素為其延性和硬度性和硬度47切削性l有下列四種試驗法有下列四種試驗法，足以提供概略的切削性數足以提供概略的切削性數值和資料值和資料1.對不同的材料對不同的材料，以固定形狀的刀具以固定形狀的刀具，作相同深度及作相同深度及進給量的切削進給量的切削2.在相同的切削條件下在相同的切削條件下，以刀具的磨損速率來比較彼以刀具的磨損速率來比較彼此的切削性此的切削性3.在相同的切削條件下在相同的切削條件下，以測力計來測量刀具所承受以測力計來測量刀具所承受的作用力的作用力4.繼續進行切削繼續進行切削，直到工件表面呈現出令人不滿意的直到工件表面呈現出令人不滿意的光平表面為止光平表面為止48Q&A4949