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1、1-1 1-1 切削运动及切削要素切削运动及切削要素1-2 1-2 刀具材料及刀具构造刀具材料及刀具构造1-3 1-3 金属切削过程金属切削过程1-4 1-4 切削加工技术经济简析切削加工技术经济简析第一章第一章 金属切削的基础知识金属切削的基础知识金属切削加工虽有多种不同的形式，但在切削运动、切削工金属切削加工虽有多种不同的形式，但在切削运动、切削工具以及切削过程的物理实质等都有着共同的现象和规律，它具以及切削过程的物理实质等都有着共同的现象和规律，它是学习各种切削加工方法的共同基础。是学习各种切削加工方法的共同基础。1金金属属切切削削过过程程:是是用用刀刀具具从从工工件件表表面面上上切切去
2、去多多余余的的金金属属,形形成成已已加加工工表表面面的的过过程程,也也是是工工件件的的切切削削层层在在刀刀具具前前面面挤挤压下产生塑性变形压下产生塑性变形,形成切屑被切下来的过程。形成切屑被切下来的过程。研研究究切切削削过过程程意意义义:切切削削过过程程中中的的许许多多物物理理现现象象，如如切切削削力力、切切削削热热、刀刀具具磨磨损损等等，都都与与金金属属的的变变形形及及其其变变化化规规律律有有密密切切的的关关系系，研研究究切切削削过过程程对对保保证证加加工工质质量量、提提高高生生产产率率、降降低低成成本本和和促促进进切切削削加加工工技技术术的的发发展展，有有着十分重要的意义。着十分重要的意义
3、。第三节第三节 金属切削过程金属切削过程21.切屑的形成过程切屑的形成过程 一、切屑形成过程及切屑种类一、切屑形成过程及切屑种类 三个阶段三个阶段：弹性变形、塑性：弹性变形、塑性变形、切断。变形、切断。经过塑性变形后，切屑的厚度经过塑性变形后，切屑的厚度 h hch ch 大于切削层公称厚度大于切削层公称厚度 h hD D，长度，长度 l lch ch 小于切削层公称长度小于切削层公称长度 l lD D，这种现象称为，这种现象称为切屑收缩切屑收缩。h hchch/l/lchch定义定义为切屑厚度压缩比为切屑厚度压缩比 ，=h=hchch/l/lchch。一般大于一般大于1 1。反映了切削过反映
4、了切削过程中切屑变形程度的大小。一般的，程中切屑变形程度的大小。一般的，越大，切削力越大，切削温度越大，切削力越大，切削温度越高，表面越粗糙。越高，表面越粗糙。32.切屑的种类切屑的种类 v带带状状切切屑屑：连连续续不不断断呈呈带带状状，内内表表面面是是光光滑滑的的，外外表面是毛茸的。表面是毛茸的。v节状切屑节状切屑：底面有裂纹，顶面呈锯齿状。：底面有裂纹，顶面呈锯齿状。v崩碎切屑崩碎切屑：不规则的碎块状屑片。：不规则的碎块状屑片。41.积屑瘤的形成积屑瘤的形成 二、二、积屑瘤积屑瘤 高温高压下，由于摩擦力而滞留在前刀面上部分高温高压下，由于摩擦力而滞留在前刀面上部分切屑转化而成。切屑转化而成
5、。在一定范围的切削速度下切削塑性材料时，在一定范围的切削速度下切削塑性材料时，常发现在刀具前刀面上靠近刀刃的部位粘附着常发现在刀具前刀面上靠近刀刃的部位粘附着一小块很硬的金属称为一小块很硬的金属称为积屑瘤积屑瘤。保护刀刃、减小刀具摩擦，粗加工有利；精加工保护刀刃、减小刀具摩擦，粗加工有利；精加工使尺寸精度，粗糙度下降。使尺寸精度，粗糙度下降。2.积屑瘤对切削加工的影响积屑瘤对切削加工的影响53.积屑瘤的控制积屑瘤的控制 v工工件件材材料料的的力力学学性性能能：主主要要是是塑塑性性。塑塑性性越越大大，越容易形成积屑瘤。越容易形成积屑瘤。v切切削削速速度度：是是影影响响积积屑屑瘤瘤的的主主要要因因
6、素素。切切削削速速度度是是通通过过切切削削温温度度和和摩摩擦擦来来影影响响的的。切切削削速速度度很很小小和很大的时候不易形成积屑瘤。和很大的时候不易形成积屑瘤。v冷冷却却润润滑滑条条件件：选选用用适适当当的的切切削削液液，可可有有效效地地降降低低切切削削温温度度，减减少少摩摩擦擦，也也是是减减少少或或避避免免积积屑屑瘤瘤的重要措施之一。的重要措施之一。61.切削力的来源切削力的来源 三、三、切削力和切削功率切削力和切削功率 金属切削时，刀具使加工材料变形成为切屑所需的力称为切削力金属切削时，刀具使加工材料变形成为切屑所需的力称为切削力F F。v切切削削层层金金属属、切切屑屑和和工工件件表表面面
7、层层金金属属的的弹弹性性、塑塑性性变形变形所产生的所产生的抗力抗力。v刀具与切屑、工件表面间刀具与切屑、工件表面间的的摩擦阻力摩擦阻力。7三、三、切削力和切削功率切削力和切削功率 2.切削力的分解切削力的分解v主切削力主切削力Fc：是切削力是切削力F在切削速度在切削速度方向分力。是设计机床的依据。方向分力。是设计机床的依据。Fc过大易发生过大易发生“闷车闷车”现象。现象。v背向抗力背向抗力Fp：切削力在垂直工作平面切削力在垂直工作平面上分力，易使工件变形。上分力，易使工件变形。v进给力进给力Ff：与进给方向平行，设计进与进给方向平行，设计进给机构的依据，占给机构的依据，占15%。F=(Fc2+
8、Fp2+Ff2)1/283.切削力的估算切削力的估算切切削削力力的的大大小小是是由由很很多多因因素素决决定定的的，其其中中影影响响大大的的是是工工件件材材料料和切削用量。切削力的大小可用经验公式来计算。和切削用量。切削力的大小可用经验公式来计算。如车削外圆的时候如车削外圆的时候 Fc=C Fc=CFcFc*a*ap pxFcFc *f*fyFc*K*KFcFcC CFcFc系数，与工件材料、刀具材料以及切削条件有关系数，与工件材料、刀具材料以及切削条件有关xFcFc、yFc 指数指数K KFcFc修正系数修正系数 实际生产中，用切削层单位面积切削力实际生产中，用切削层单位面积切削力k kc c
9、来估算来估算F Fc c的大小，的大小，F Fc c kc*Akc*AD D kc*b kc*bD D*h*hD D kc*ap*f kc*ap*f kc kc切削层单位面积切削力，切削层单位面积切削力，MPaMPa，查表获取。，查表获取。94.切削功率切削功率 应是三个切削分力消耗功率的总和，但背向力消耗的应是三个切削分力消耗功率的总和，但背向力消耗的功率为零，进给力消耗的功率很小，一般可忽略不计。功率为零，进给力消耗的功率很小，一般可忽略不计。其中：其中：F Fc c切削力，切削力，N N v vc c切削速度，切削速度，m/s m/s 机床电动机的功率机床电动机的功率 P PE E 可用
10、下式计算：可用下式计算：P PE EP Pm m/机床的传动效率，一般取机床的传动效率，一般取0.750.750.850.85。10v工件材料：工件材料：工件材料强度、硬度越大，单位切削力越大。但工件材料强度、硬度越大，单位切削力越大。但切削力增大的幅度与材料强度的增大幅度不成比例。切削力增大的幅度与材料强度的增大幅度不成比例。v切削层参数：切削层参数：切削层公称厚度与切削层公称宽度增加时，切切削层公称厚度与切削层公称宽度增加时，切削力增大，但切削层公称宽度的影响一般大于切削层公称厚度削力增大，但切削层公称宽度的影响一般大于切削层公称厚度的影响。的影响。v切削用量：切削用量：当背吃刀量或进给量
11、加大时，切削力明显加大。当背吃刀量或进给量加大时，切削力明显加大。v前角的影响：前角的影响：前角增加，切削力下降。前角增加，切削力下降。5.影响切削力的因素影响切削力的因素111.1.切削热的产生、传出及对工件的影响切削热的产生、传出及对工件的影响四、四、切削热和切削温度切削热和切削温度 切削热和由它产生的切削温度，是刀具磨损和影响加工精切削热和由它产生的切削温度，是刀具磨损和影响加工精度的重要原因。高的切削温度使刀具磨损加剧，耐用度下降；度的重要原因。高的切削温度使刀具磨损加剧，耐用度下降；工件和刀具受热膨胀会导致工件精度达不到要求。工件和刀具受热膨胀会导致工件精度达不到要求。v切屑变形。切
12、屑变形。v切屑与刀具前刀面的摩擦。切屑与刀具前刀面的摩擦。v工件与刀具后刀面的摩擦。工件与刀具后刀面的摩擦。切削热的产生切削热的产生12刀具温度升高，加速磨损；刀具温度升高，加速磨损；工件受热膨胀，影响加工精度。工件受热膨胀，影响加工精度。切削热的传出切削热的传出由切屑、工件、刀具、周围的介质（空气）等介质传出。由切屑、工件、刀具、周围的介质（空气）等介质传出。切削热对加工的影响切削热对加工的影响影响因素：工件材料和刀具材料的导热性能、周围介质、影响因素：工件材料和刀具材料的导热性能、周围介质、切屑与刀具的接触时间切屑与刀具的接触时间等。等。132.2.切削温度及其影响因素切削温度及其影响因素
13、切削温度是指切削区的平均温度。切削温度是指切削区的平均温度。v切切削削用用量量：切切削削速速度度增增加加时时，单单位位时时间间产产生生的的切切削削热热随随之之增增加加，对对温温度度的的影影响响最最大大。进进给给量量和和背背吃吃刀刀量量增增加加时时，切切削削力力增增大大，摩摩擦也大，所以切削热会增加。擦也大，所以切削热会增加。v工工件件材材料料：强强度度及及硬硬度度愈愈高高，切切削削中中消消耗耗的的功功愈愈大大，产产生生的的切切削削热热愈愈多多。切切钢钢时时发发热热多多，切切铸铸铁铁时时发发热热少少，因因为为钢钢在在切切削削时时产产生生塑性变形所需的功大。塑性变形所需的功大。v刀刀具具材材料料及
14、及几几何何形形状状：导导热热性性好好的的刀刀具具材材料料，可可以以降降低低切切削削温温度度。主主偏偏角角减减小小时时，切切削削刃刃参参加加切切削削的的长长度度增增加加，传传热热条条件件好好，可可降降低低切切削削温温度度。前前角角的的大大小小直直接接影影响响切切削削过过程程中中的的变变形形和和摩摩擦擦，前前角角大大时时，产产生生的的切切削削热热少少，切切削削温温度度低低。但但当当前前角角过过大大时时，会会使刀具的传热条件变差，反而不利于切削温度的降低。使刀具的传热条件变差，反而不利于切削温度的降低。影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素141.1.刀具磨损的形式与过程刀具磨损的形式与过程五
15、、刀具磨损和刀具耐用度五、刀具磨损和刀具耐用度刀具寿命：刀具从开始切削到完全报废，实际切削时间的总和。刀具寿命：刀具从开始切削到完全报废，实际切削时间的总和。刀具磨损形式刀具磨损形式刀具的磨损过程刀具的磨损过程 经验表明，在刀具正常磨损阶段的经验表明，在刀具正常磨损阶段的后期、急剧磨损阶段之前，换刀重磨为后期、急剧磨损阶段之前，换刀重磨为最好。这样既可保证加工质量又能充分最好。这样既可保证加工质量又能充分利用刀具材料。利用刀具材料。152.2.影响刀具磨损的因素影响刀具磨损的因素v增增大大切切削削用用量量时时切切削削温温度度随随之之增增高高，将将加加速速刀刀具具磨磨损损。在在切切削削用量中，用
16、量中，切削速度切削速度对刀具磨损的影响最大。对刀具磨损的影响最大。v刀刀具具材材料料、刀刀具具几几何何形形状状、工工件件材材料料以以及及是是否否使使用用切切削削液液等等，也都会影响刀具的磨损。也都会影响刀具的磨损。3.3.刀具耐用度刀具耐用度磨钝标准：磨钝标准：最大允许磨损值。最大允许磨损值。刀具耐用度：刀具耐用度：刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准所经历的实际切削时间，用准所经历的实际切削时间，用T表示。表示。粗加工时，多以切削时间粗加工时，多以切削时间(min)来指标。如：硬质合金车刀来指标。如：硬质合金车刀60min，高速钢钻头，高速钢
17、钻头80-120min等。等。精加工时以走到次数或加工零件数目指标。精加工时以走到次数或加工零件数目指标。返返 回回16第四节第四节 切削加工技术经济简析切削加工技术经济简析一、切削加工主要技术经济指标一、切削加工主要技术经济指标 劳动耗费劳动耗费是指生产过程中消耗与占用的劳动量、材料、是指生产过程中消耗与占用的劳动量、材料、动力、工具和设备等，称为费用消耗。动力、工具和设备等，称为费用消耗。使用价值使用价值是指生产活动创造出来的劳动成果，包括质量是指生产活动创造出来的劳动成果，包括质量和数量两个方面。和数量两个方面。技术经济效果描述：技术经济效果描述：17v尺尺寸寸精精度度：表表面面本本身身
18、的的尺尺寸寸精精度度(如如圆圆柱柱面面的的直直径径)和和表面间的尺寸精度表面间的尺寸精度(如孔间距离等如孔间距离等)。v形形状状精精度度：零零件件表表面面与与理理想想表表面面之之间间在在形形状状上上接接近近的的程度，如圆柱面的圆柱度、圆度，平面的平面度等。程度，如圆柱面的圆柱度、圆度，平面的平面度等。v位置精度：位置精度：表面、轴线或对称平面之间的实际位置与表面、轴线或对称平面之间的实际位置与理想位置接近的程度，如两圆柱面间的同轴度，二平理想位置接近的程度，如两圆柱面间的同轴度，二平面间的平行度或垂直度等。面间的平行度或垂直度等。1.1.产品质量产品质量精度：精度：零件在加工之后，其尺寸、形状
19、等参数的实际零件在加工之后，其尺寸、形状等参数的实际数值同它们绝对准确的各个理论参数相符合的程度。数值同它们绝对准确的各个理论参数相符合的程度。18v表表面面粗粗糙糙度度：已已加加工工表表面面具具有有的的较较小小间间距距和和微微小小峰峰谷谷的的不不平平度度。在在一一般般情情况况下下，零零件件表表面面的的尺尺寸寸精精度度要要求求愈愈高高，其其形形状状和和位位置置精精度要求愈高，表面粗糙度的值愈小。度要求愈高，表面粗糙度的值愈小。v已已加加工工表表面面的的加加工工硬硬化化和和剩剩余余应应力力：在在切切削削过过程程中中，由由于于前前刀刀面面的的推推挤挤以以及及后后刀刀面面的的挤挤压压与与摩摩擦擦，工
20、工件件已已加加工工表表面面层层的的晶晶粒粒发发生生很很大大的的变变形形，致致使使其其硬硬度度比比原原来来工工件件材材料料的的硬硬度度有有显显著著提提高高，这这种种现现象象称称为为加加工工硬硬化化。切切削削加加工工所所造造成成的的加加工工硬硬化化，常常常常伴伴随随着着表表面面裂裂纹纹，因因而而降降低低了了零零件件的的疲疲劳劳强强度度和和耐耐磨磨性性。另另一一方方面，硬化层的存在加速了后续加工中刀具的磨损。面，硬化层的存在加速了后续加工中刀具的磨损。表面质量：表面质量：包包括括表表面面粗粗糙糙度度、表表层层加加工工硬硬化化的的程程度度和和深深度度、表表层剩余应力的性质和大小。层剩余应力的性质和大小
21、。19v在在可可能能的的条条件件下下，采采用用先先进进的的毛毛坯坯制制造造工工艺艺和和方方法法，减减小小加加工余量。工余量。v合合理理地地选选择择切切削削用用量量，粗粗加加工工时时可可采采用用强强力力切切削削(f和和ap较较大大)，精加工时可采用高速切削。，精加工时可采用高速切削。v在在可可能能的的条条件件下下，采采用用先先进进的的和和自自动动化化程程度度较较高高的的工工、夹夹、量具。量具。v在可能的条件下，采用先进的机床设备及自动化控制系统。在可能的条件下，采用先进的机床设备及自动化控制系统。2.2.生产率生产率切削加工中单位时间内生产的零件数量。切削加工中单位时间内生产的零件数量。提高生产
22、率的途径：提高生产率的途径：20 产品的制造成本：费用消耗的总和，它包括毛坯或原材料费用、产品的制造成本：费用消耗的总和，它包括毛坯或原材料费用、生产工人工资、机床设备的扩旧和调整费用、工夹量具的折旧和修生产工人工资、机床设备的扩旧和调整费用、工夹量具的折旧和修理费用、车间经费和企业管理费用等。理费用、车间经费和企业管理费用等。3.3.经济性经济性 零零件件切切削削加加工工的的成成本本，包包括括工工时时成成本本和和刀刀具具成成本本两两部部分分，并并且且受基本工艺时间、辅助时间、其他时间及刀具耐用度的影响。受基本工艺时间、辅助时间、其他时间及刀具耐用度的影响。切切削削加加工工最最优优的的技技术术
23、经经济济效效果果，是是指指在在可可能能的的条条件件下下，以以最最低低的的成本高效率地加工出质量合格的零件。成本高效率地加工出质量合格的零件。每个零件切削加工的费用：每个零件切削加工的费用：切削加工自动化生产21二、切削用量的合理选择二、切削用量的合理选择 对对加加工工质质量量的的影影响响：切切削削用用量量三三要要素素中中，背背吃吃刀刀量量和和进进给给量量增增大大，都都会会使使切切削削力力和和工工件件变变形形增增大大，并并可可能能引引起起振振动动，降降低低加加工工精精度度和和增增大大表表面面粗粗糙糙度度。进进给给量量增增大大还还会会使使残残留留面面积积的的高高度度显显著著增增大大，表表面面更更加
24、加粗粗糙糙。切切削削速速度度增增大大时时，切切削削力力减减小小，并并可可减减小小或或避避免免积积屑瘤，有利于加工质量的提高。屑瘤，有利于加工质量的提高。1.1.选择切削用量的一般原则选择切削用量的一般原则 对对生生产产率率的的影影响响：在在切切削削用用量量中中，切切削削速速度度对对刀刀具具耐耐用用度度的的影影响响最最大大，进进给给量量次次之之，背背吃吃刀刀量量的的影影响响最最小小。由由于于刀刀具具耐耐用用度度降降低低，势势必增加换刀或磨刀的次数，增加辅助时间，从而降低生产率。必增加换刀或磨刀的次数，增加辅助时间，从而降低生产率。粗粗加加工工首首先先选选尽尽可可能能大大的的背背吃吃刀刀量量，其其
25、次次选选尽尽可可能能大大的的进进给给量量，最后选尽可能大的切削速度最后选尽可能大的切削速度。精加工一般反之。精加工一般反之。2.2.切削用量的选择切削用量的选择22三、切削液的选用三、切削液的选用 作用：作用：冷却；润滑；清洗；防锈。冷却；润滑；清洗；防锈。1.1.切削液的作用和种类切削液的作用和种类 种类：种类：v水水基基切切削削液液：比比热热容容大大，流流动动性性好好，主主要要起起冷冷却却作作用，也有一定的润滑作用。用，也有一定的润滑作用。v油油基基切切削削液液：切切削削油油，主主要要成成分分是是矿矿物物油油，少少数数采采用用动动植植物物油油或或复复合合油油。比比热热容容小小，流流动动性性
26、差差，主主要要起润滑作用，也有一定的冷却作用。起润滑作用，也有一定的冷却作用。23 根据加工性质、工件材料和刀具材料等来选择合适的切削液。根据加工性质、工件材料和刀具材料等来选择合适的切削液。2.2.切削液的选择和使用切削液的选择和使用 v粗粗加加工工时时，主主要要要要求求冷冷却却，也也希希望望降降低低一一些些切切削削力力及及切切削削功功率率，一一般般应应选选用用冷冷却却作作用用较较好好的的切切削削液液；精精加加工工时时，主主要要希希望望提提高高表表面面质质量量和和减减少少刀刀具具磨磨损损，应应选选用用润润滑滑作作用用较较好好的的切切削削液液，如如高高浓浓度的乳化液或切削油等。度的乳化液或切削
27、油等。v加加工工一一般般钢钢材材时时，通通常常选选用用乳乳化化液液或或硫硫化化切切削削油油。加加工工铜铜合合金金和和有有色色金金属属时时，不不宜宜采采用用含含硫硫化化油油的的切切削削液液，以以免免腐腐蚀蚀工工件件。加加工工铸铸铁铁、青青铜铜、黄黄铜铜等等脆脆性性材材料料时时，为为了了避避免免崩崩碎碎的的切切屑屑进进入入机机床床运动部件，运动部件，一般不用切削液一般不用切削液。v高速钢刀具高速钢刀具的耐热性较低，为了提高刀具耐用度，应根据加工的的耐热性较低，为了提高刀具耐用度，应根据加工的性质和工件材料选用合适的切削液。性质和工件材料选用合适的切削液。硬质合金刀具硬质合金刀具由于耐热性和由于耐热
28、性和耐磨性较好，耐磨性较好，一般不用切削液一般不用切削液。如果要用如果要用，必须连续地、充分地必须连续地、充分地供给，切不可断断续续供给，切不可断断续续，以免硬质合金刀片因骤冷骤热而开裂。，以免硬质合金刀片因骤冷骤热而开裂。24四、四、材料切削加工性的改善材料切削加工性的改善 切削加工性：切削加工性：材料被切削加工的难易程度。材料被切削加工的难易程度。1.1.材料切削加工性的概念和衡量指标材料切削加工性的概念和衡量指标 衡量指标：衡量指标：v一一定定刀刀具具耐耐用用度度下下的的切切削削速速度度VT：即即刀刀具具耐耐用用度度为为T(min)时时切切削削某某种种材材料料所所允允许许的的切切削削速速
29、度度。VT越越高高，材材料料的的切切削削加加工工性性越越好好。若若取取T=60min，则，则VT可写作可写作V60。v相对加工性相对加工性Kr：即各种材料的即各种材料的V60与与45钢钢(正火正火)的的V60之比值。之比值。v已加工表面质量：已加工表面质量：凡较容易获得好的表面质量的材料，其切削加工凡较容易获得好的表面质量的材料，其切削加工性较好；反之则较差。精加工时，常以此为衡量指标。性较好；反之则较差。精加工时，常以此为衡量指标。v切屑控制或断屑的难易：切屑控制或断屑的难易：凡切屑较容易控制或易于断屑的材料，其凡切屑较容易控制或易于断屑的材料，其切削加工性较好；反之较差。切削加工性较好；反
30、之较差。v切切削削力力：在在相相同同的的切切削削条条件件下下，凡凡切切削削力力较较小小的的材材料料，其其切切削削加加工工性较好；反之较差。性较好；反之较差。25影响因素：影响因素：物理、力学性能。物理、力学性能。2.2.改善材料切削加工性的主要途径改善材料切削加工性的主要途径v若若材材料料的的强强度度和和硬硬度度高高，则则切切削削力力大大，切切削削温温度度高高，刀刀具具磨损快，切削加工性较差。磨损快，切削加工性较差。v若若材材料料的的塑塑性性高高，则则不不易易获获得得好好的的表表面面质质量量，断断屑屑困困难难，切削加工性较差。切削加工性较差。v若若材材料料的的导导热热性性差差，切切削削热热不不易易散散失失，切切削削温温度度高高，其其切切削加工性也不好。削加工性也不好。v通过适当的热处理，可以改变材料的力学性能，从而达到改善通过适当的热处理，可以改变材料的力学性能，从而达到改善其切削加工性的目的。其切削加工性的目的。v通过适当调整材料的化学成分来改善其切削加工性。通过适当调整材料的化学成分来改善其切削加工性。改善途径：改善途径：返返 回回26