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1、金属工艺学金属工艺学第第16章章 金属切削加工的基础知识金属切削加工的基础知识 1理解对刀具切削部分材料的基本要求；理解对刀具切削部分材料的基本要求；熟悉常用金属切削刀具的材料；掌握刀具角熟悉常用金属切削刀具的材料；掌握刀具角度的概念及对切削加工的影响；度的概念及对切削加工的影响；2了解金属切削过程了解金属切削过程、切屑种类；理解切、切屑种类；理解切削运动概念；掌握切削用量的计算与选用；削运动概念；掌握切削用量的计算与选用；3了解影响切削力、切削温度的因素；掌了解影响切削力、切削温度的因素；掌握切削液的选用方法；握切削液的选用方法；4了解改善金属材料可切削性的途径了解改善金属材料可切削性的途径
2、 5了解时间定额的组成；了解提高机械加了解时间定额的组成；了解提高机械加工生产率的一般工艺措施工生产率的一般工艺措施。教学目标教学目标:16.1 切削加工概述切削加工概述金属切削加工：利用刀具和工件作相对运动，从工件上切除多余金属材料的加工方法称为。金属切削加工目的：保证工件的加工精度和表面质量，达到图样规定的要求。切削加工的具体方法主要有：车削、刨削、钻削、铣削、拉削和磨削等。16.2 金属切削刀具金属切削刀具一、刀具材料一、刀具材料 1 对刀具切削部分材料的基本要求对刀具切削部分材料的基本要求 高的硬度高的硬度 高的耐磨性高的耐磨性 足够的强度和韧性足够的强度和韧性 高的热硬性高的热硬性
3、良好的工艺性良好的工艺性 2、常用刀具材料、常用刀具材料 （1）工具钢）工具钢碳素工具钢碳素工具钢合金工具钢合金工具钢高速钢高速钢（2）硬质合金）硬质合金 钨钴类硬质合金钨钴类硬质合金 其代号是其代号是YG，由，由C和基体材料和基体材料WC组成，常用牌号是组成，常用牌号是YG3、YG6等。钨钴类硬质合金适用于加工铸铁、青等。钨钴类硬质合金适用于加工铸铁、青铜等脆性材料。铜等脆性材料。钨钴钛类硬质合金钨钴钛类硬质合金 代号是代号是YT，由，由WC、TiC和和CO组成，常用牌号为组成，常用牌号为YT14、YT30。钨钴钛类硬质合金适用于加工碳钢、合金钢等。钨钴钛类硬质合金适用于加工碳钢、合金钢等塑
4、性材料。塑性材料。钨钽（铌）钴类硬质合金钨钽（铌）钴类硬质合金 其代号为其代号为YA，由，由WC、TaC(Nbc)和和CO组成，适用于组成，适用于加工铸铁、青铜等脆性材料，也可加工碳钢与合金钢。加工铸铁、青铜等脆性材料，也可加工碳钢与合金钢。钨钛钽（铌）钴类硬质合金钨钛钽（铌）钴类硬质合金 代号为代号为YW，由，由WC、TiC、TaC和和CO组成，适用于切组成，适用于切削碳钢、合金钢等塑性材料，也可用于加工脆性材料。削碳钢、合金钢等塑性材料，也可用于加工脆性材料。二、刀具几何形状二、刀具几何形状 车刀的组成车刀的组成刀具的组成：切削部分切削部分夹持部分夹持部分 前刀面前刀面Ar 切屑流出的表面
5、。切屑流出的表面。主后刀面主后刀面A0 与工件上过渡表面与工件上过渡表面相对的面。相对的面。副后刀面副后刀面A0 与工件已加工表与工件已加工表面相对的面。面相对的面。主刀削刃主刀削刃S 前刀面与主后刀面前刀面与主后刀面的交线，担负着主要的切削工作。的交线，担负着主要的切削工作。副切削刃副切削刃S 前刀面与副后刀面前刀面与副后刀面的交线，配合主切削刃最终形成已加的交线，配合主切削刃最终形成已加工表面。工表面。刀尖刀尖 主切削刃与副切削刃的连主切削刃与副切削刃的连接部分。接部分。2刀具标注角度刀具标注角度 确确定定刀刀具具角角度度的的辅辅助助平平面面 如如图图16-4所示所示 基面基面Pr 通过切
6、削刃上选定点且通过切削刃上选定点且垂直于假定主运动方向的平面。垂直于假定主运动方向的平面。主（副）切削平面主（副）切削平面Ps（Ps）通通过主（副）切削刃选定点与主（副）过主（副）切削刃选定点与主（副）切削刃相切削并垂直于基面的平面。切削刃相切削并垂直于基面的平面。正交平面正交平面Po 通过切削刃上选定通过切削刃上选定点，并同时垂直点，并同时垂直 于基面和切削平面于基面和切削平面 的平面。的平面。假定工作平面假定工作平面Pf 通过切削刃上通过切削刃上选定点，平行于假定进给运动方向，选定点，平行于假定进给运动方向，并垂直于基面的平面。并垂直于基面的平面。刀具标注角度刀具标注角度基面内测量的角度基
7、面内测量的角度 主偏角主偏角r 主偏角影响切削力的分主偏角影响切削力的分配、切削条件和刀具寿命。配、切削条件和刀具寿命。副偏角副偏角r 副偏角影响工件表面粗糙副偏角影响工件表面粗糙度，减小副偏角可减小表面粗糙度。度，减小副偏角可减小表面粗糙度。刀尖角刀尖角r r180-（rr）在正交平面内的角度在正交平面内的角度 前角（o）前角影响切削刃的锋利程度及切削力和排屑。后角（o）后角的作用是减小后面与工件之间的摩擦。楔角（o）o90-（oo）在切削平面内测量的角度刃倾角（）刃倾角影响切屑的流向。163 金属切削过程及其物理现象金属切削过程及其物理现象一、切削过程和切屑种类一、切削过程和切屑种类 1
8、切削过程切削过程 弹性变形弹性变形塑性变形塑性变形产生裂纹产生裂纹2 切屑种类切屑种类 带状切屑（图16-7a）节状切屑（图16-7b）崩碎切屑（图16-7c）二、积屑瘤和已加工表面的冷硬现象二、积屑瘤和已加工表面的冷硬现象 1 积屑瘤积屑瘤 积积屑屑瘤瘤在在刀刀具具的的前前刀刀面面接接近近切切削削刃刃的地方长出一小块很硬的金属。的地方长出一小块很硬的金属。防防止止积积屑屑瘤瘤的的产产生生通通常常采采取取的的措措施施：采采用用低低速速或或高高速速切切削削，减减小小进进给给量量，增增大大刀刀具具前前角角，精精细细研研磨磨前前刀刀面面，合合理选用切削液等。理选用切削液等。2已加工表面的冷硬现象已加
9、工表面的冷硬现象 加加工工硬硬化化金金属属经经过过冷冷加加工工之之后后，强度、硬度提高，而塑性下降的现象。强度、硬度提高，而塑性下降的现象。常常用用减减轻轻冷冷硬硬现现象象的的措措施施有有：提提高高切切削削刃刃的的锋锋利利程程度度；适适当当减减小小切切削削厚厚度度和和进进给给量量；适适当当增增加加切切削削速速度度；减减小小后后刀刀面的表面粗糙度值。面的表面粗糙度值。三、切削运动三、切削运动 切削运动分类切削运动分类 主运动 是指机床或人力提供的主要运动，从而使刀具表面进入工件，导致切削层转变为切屑。进给运动 由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件之间产生附加的相对运动，从而新的材料不断投入切削
10、。合成切削运动 由主运动与进给运动合成的运动，见图16-9。2主运动与进给运动的判别主运动与进给运动的判别待加工表面待加工表面指工件指工件上有待切除的表面；上有待切除的表面；已加工表面已加工表面指工件指工件上经刀具切削后产生上经刀具切削后产生的表面；的表面；过渡表面过渡表面指工件上指工件上由切削刃直接形成的由切削刃直接形成的那部分表面。那部分表面。四、加工中的工件表面四、加工中的工件表面五、切削用量五、切削用量 1 切削速度切削速度Vc Vc=dn/1000 m/min （16.1）式中，d工件或刀具上选定点的直 径（mm）n工件或刀具转速（rpm）2 进给量f和进给速度Vf ffn （16.
11、2）式中：f进给速度（mmmin）N主运动的转速（rpm）f 进给量（mmr）3 背吃刀量背吃刀量ap ap（dwdm）/（16.3）式中：ap背吃刀量(mm)dm已加工表面直径(mm)dw待加工表面直径(mm)164 切削力、切削温度与切削液切削力、切削温度与切削液一、切削力一、切削力 1 来源来源 变形区的变形力 摩擦力2 切削力的分解切削力的分解3 影响切削力的因素影响切削力的因素 工件材料的影响 切削用量的影响 吃刀量 进给量的影响 切削速度C 刀具几何参数影响 前角 主偏角 切削液 二、切削温度二、切削温度1 切削温度切削温度2 切削温度对切削过程的影响切削温度对切削过程的影响 对刀
12、具的影响对刀具的影响 对工件的影响对工件的影响3 影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素 工件材料的影响工件材料的影响 切削用量切削用量 刀具几何角度刀具几何角度 前角前角 主偏角主偏角 切削液的影响切削液的影响三、切削液三、切削液1 切削液的作用切削液的作用 冷却作用冷却作用 润滑作用润滑作用 清洗作用清洗作用2 切削液的分类切削液的分类 水溶液水溶液 乳化液乳化液 切削油切削油 3 切削液的选用切削液的选用 粗加工粗加工 精加工精加工 难加工材料难加工材料 磨削加工磨削加工4 切削液的使用方法切削液的使用方法16.5 金属材料的可切削性金属材料的可切削性一、金属材料的物理机械性能对可
13、切削性的一、金属材料的物理机械性能对可切削性的影响影响 1 强度和硬度强度和硬度 2 塑性塑性 3 导热性导热性二、改善金属材料可切削性的途径二、改善金属材料可切削性的途径 1 调整化学成分调整化学成分 2 进行热处理16.6 提高生产率的途径提高生产率的途径一、工序单件时间分析一、工序单件时间分析 时间定额指在一定生产条件下，规定生产一件产品或时间定额指在一定生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。完成一道工序所需消耗的时间。1 基本时间基本时间tm2 辅助时间辅助时间ta 3 布置工作地时间ts 4 休息时间tr 5 准备与终结时间te 一、提高机械加工生产率的一般工艺措
14、施一、提高机械加工生产率的一般工艺措施 1 缩短单件时间定额缩短单件时间定额 缩减基本时间 提高切削用量 减少切削行程长度 减少加工余量 缩减辅助时间 直接减少辅助时间 辅助时间与基本时间重合 缩减服务时间 缩减准备结束时间2 采用先进工艺方法 在毛坯制造中采用新工艺 采用少无切削工艺 改进加工方法 应用特种加工新工艺 本章小结本章小结本章主要介绍了以下内容：刀具切削部分材料的基本要求有高硬度、高的耐磨性、足够的强度和韧性、高的热硬性、良好的工艺性。常用刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金等 车刀的角度有前角、后角、楔角、刃倾角、主偏角、副偏角、刀尖角等。切削过程包括三个阶段，即
15、弹性变形阶段、塑性变形阶段和产生裂纹。由于材料和切削条件不同，产生切屑有带状切屑、节状切屑、崩碎切屑三种类型。切削运动分为主运动、进给运动、合成切削运动。切削过程中，在工件上形成三个表面，即待加工表面、已加工表面、过渡表面。切削用量是切削过程中切削速度、进给量、和背吃刀量称。影响切削力的因素有工件材料、切削用量、刀具几何参数和切削液。切削温度使刀具磨损加快，影响工件的加工精度和表面质量。切削液的具有冷却作用、润滑作用、清洗作用。粗加工宜选用以冷却作用为主的切削液；精加工宜选用极压切削油或10%20%的极压乳化液或离子型切削液。金属材料的强度和硬度越高，刀具磨损也越快。塑性好的材料，可切削性差，脆性材料的可切削性要好些。工序单件时间定额包括基本时间、辅助时间、布置工作地时间、休息时间、准备与终结时间。提高机械加工生产率的工艺途径有缩短单件时间定额、采用先进工艺方法。