金属工艺学之切削工艺知识
第02讲金属切削加工基础知识
第02讲金属切削加工基础知识金属切削加工是利用工具在工件上进行剪切、磨削和切断等操作，将工件中的多余材料移除，以获得所需形状和尺寸的工件。
金属切削加工是制造业中最常见和重要的一种加工方式，广泛应用于航空、汽车、机械、电子、医疗等领域。
金属切削加工的基础知识可以归纳为以下几个方面。
1.加工材料金属切削加工常用的材料包括铸铁、钢、不锈钢、铝合金、铜合金等。
不同材料的硬度、韧性、热导率等特性会对切削加工过程产生影响，需要根据具体材料选择合适的切削工艺和工具。
2.切削原理金属切削加工是通过产生相对运动的切削工具和工件之间的作用力来剪切、磨削材料的过程。
切削工具主要有刀具、钻头、铣刀等，通过施加压力和产生相对移动，使工件上的材料被切削、磨削、切割等。
3.切削力和切削温度在切削加工过程中，切削工具对工件的切削力会产生一定的压力和摩擦力，这些力会引起很高的切削温度。
切削力和切削温度的大小对于工件表面的粗糙度、加工质量和刀具寿命都有重要影响。
因此，在切削加工过程中需要合理选择刀具材料、切削速度和进给量等参数，以控制切削力和切削温度。
4.切削工艺金属切削加工的工艺主要包括车削、铣削、钻削、磨削等。
不同的工艺具有不同的适用范围和优势，需要根据工件的形状、尺寸以及加工要求选择合适的工艺。
此外，还需要合理选择刀具类型、切削速度、进给量和切削深度等工艺参数，以确保加工质量和效率。
5.切削润滑和冷却在金属切削加工中，切削润滑和冷却对于提高切削效率、延长刀具寿命和保护工件表面质量起着重要作用。
切削润滑可以减少切削过程中的摩擦和热量的产生，而切削冷却可以降低切削温度，防止材料的热变形和刀具的磨损。
常用的切削润滑和冷却方法包括切削液的使用和喷雾冷却等。
金属切削加工是一门复杂的技术，需要综合考虑材料特性、切削工艺、切削力和温度等因素。
只有掌握了金属切削加工的基础知识，才能更好地应用于实际生产中，提高加工效率和产品质量。
金属工艺学课件
金工实习理论—冷加工
条件：材料б↗（塑性大）硬度HRC↘ V↗ f↘γ↗
解释: 材料б↗
V↗θ°C↗
刀具前刀面金属微熔状态起
润滑作用
f↘切屑厚度小，金属层不易断裂 γ↗切屑变形小，金属层不易断裂 优点：切削力较平稳（不易振动）加工表面光滑（Ra↘） 缺点: 断屑困难，易缠绕工件和刀具，损坏刀具刮伤工件。 注意：需要有断屑措施。
车削细长轴时取主偏角等于75～90°的车刀； 副偏角为5°～15°。
4. 刀具的工作角度
金工实习理论—冷加工
1)刀尖安装高低对工作角度的影响
刀尖与工件回转中心等高 γ0e = γ0
刀尖高于工件回转中心 γ
0e＞γ 0
α0e = α0
α
0e＜α 0
刀尖低于工件回转中心
γ
0e＜γ 0
α
0e＞α 0
金工实习理论—冷加工
Fc vc Pm KW 1000 60
四、切削热和切削液 (一) 切削热的产生、传出及对加工的影响 1.切削热的主要来源 ①切削层的弹塑性变形（是热
量的主要来源）；
②刀具与工件之间的摩擦；
③刀具与切屑之间的摩擦。
金工实习理论—冷加工
2.切削热产生的三个区域 ①剪切面：弹塑性变形； ②刀具前刀面与切屑接触区； ③主后刀面与工件接触区。 3.切削热的传出途径及对切削加工的影响 75%——切屑 改变切屑的颜色，银白色或淡黄色 温度不高/紫色或紫黑色温度较高； 切削热 20%——工件 受热膨胀或变形，影响精度↘ 磨削时易退火； 4% ——刀具 HRC↘ 耐磨性↘ 刀具寿命↘ 1% ——空气
3）热处理性好，淬火不易变形
制造形状复杂的低速切削的刀具。如：铰刀、 用途： 丝锥、板牙等。
金属切削的基础知识概述
金属切削的基础知识概述简介金属切削是一种通过削剪和切割金属材料的方法，是制造业中常见的一项工艺。
基于材料的性质和切削工具的性能，金属切削可以实现高精度和高效率的加工。
本文将介绍金属切削的基本原理、切削工具、切削过程中的参数和常见的切削方式。
基本原理金属切削的基本原理是通过切削工具对金属材料进行削剪，从而使金属材料形成所需的形状和尺寸。
切削工具通常是由刀具和刀具架组成。
刀具用于切削金属材料，而刀具架则用于固定刀具并提供切削力。
切削过程中，刀具和工件之间形成了切削区域。
刀具通过在切削区域施加切削力，将金属材料削去。
这种削去的过程称为切削，并产生了削屑。
削屑是通过切削工具对金属材料进行切割而产生的废料。
切削工具金属切削中常用的切削工具有刀具、铣刀和钻头等。
下面简单介绍几种常见的切削工具：1. 刀具刀具是用于切削金属材料的基本工具。
刀具通常包括刀片和刀柄两部分。
刀片是用来切削金属材料的零件，而刀柄则用于固定刀片和提供切削力。
常见的刀具类型包括车刀、铣刀、刨刀和麻花钻等。
不同的刀具适用于不同的切削任务和金属材料。
2. 铣刀铣刀是一种旋转切削工具，用于将金属材料进行铣削。
铣刀通常由刀柄和多个刀片组成。
刀柄用于固定刀片，而刀片通过旋转进行切削。
铣刀常用于对金属材料进行复杂的零件加工，如开槽、螺纹加工和表面光洁度要求较高的加工。
3. 钻头钻头是一种专门用于钻孔的切削工具。
钻头通常由刀片和刀杆组成。
刀片被用于切削金属材料，并通过刀杆进行固定。
钻头适用于对金属材料进行孔加工，如钻孔和锪孔等。
切削过程中的参数切削过程中有几个重要的参数需要考虑，包括切削速度、进给速度和切削深度。
1. 切削速度切削速度是指切削工具在单位时间内切削的线速度。
切削速度的选择与金属材料的性质和切削工具的性能有关。
切削速度过高容易引起切削工具的损坏，而切削速度过低则会降低加工效率。
因此，在切削过程中需要选择适当的切削速度，以确保切削质量和切削效率。
金属切削加工的基本知识
第一章金属切削加工的根本学问教学方法导入课：金属切削加工，通常又称为机械加工，是通过刀具与工件之间的相对运动，从毛坯上切除多余的金属，从而获得合格零件的加工方法。
切削加工的根本形式有：车、铣、刨、磨、钻等，包括钳工加工〔錾、锉、锯、刮削、钻孔、铰孔、攻丝、套丝等〕一般状况下，通过铸造、锻造、焊接及轧制的型材毛坯精度低和外表粗糙度大，必需进展切削加工才能成为零件。
本章主要介绍金属切削加工中的根本规律和现象。
讲授课：第一节金属切削加工的根本概念一、切削运动和切削要素1、切削运动切削运动是为了形成工件所必需的刀具和工件之间的相对运动。
切削运动按其作用不同，分为主运动和进给运动。
（1）主运动是切削运动中速度最高、消耗功率最大的运动；一般切削运动中，主运动只有一个。
各种机械加工的主运动：车削：工件的旋转铣削：铣刀的旋转刨削：刨刀〔牛头刨〕或工件〔龙门刨〕的往复直线运动钻削：刀具〔钻床上〕或工件〔车床上〕的旋转。
（2）进给运动是使的切削层金属不断地投入切削，从而切出整个外表的运动；进给运动可以是一个或多个。
各种机械加工的进给运动：车削：刀具的移动铣削：工件的移动钻孔：钻头沿轴向移动内外圆磨削：工件旋转和移动切削加工过程中，为实现机械化和自动化，提高效率，除切削运动外，还需要关心运动。
如切入运动，空程运动，分度转位运动、送夹料运动及机床掌握运动等。
切削过程中形成三个外表：待加工外表、加工外表、已加工外表2、切削要素包括切削用量和切削层横截面要素。
（1）切削用量三要素1）切削速度v是主运动的线速度〔m/s 或m/min 〕a = d w旋转主运动：2） 进给速度 v f 或进给量 fv f ：单位时间内刀具对工件沿进给方向的相对位移〔 mm/s或 mm/min 〕进给量 f ：工件或刀具每转一周，刀具对工件沿进给方向的相对位移。
〔mm/r 〕切削时间 t = L/v f = L/nf3〕背吃刀量 a p 〔切削深度〕工件已加工外表和待加工外表的垂直距离〔mm 〕 教学方法 外圆车削： - d p 2钻孔： a = d mp 2合成切削运动 ：v e = v +v f 〔向量的关系〕（2） 切削层横截面要素切削层是指刀具与工件相对移动一个进给量时，相邻两个加工外表之间的金属层，切削层的轴向剖面称为切削层横截面。
2技能准备篇之金属切削加工的基本知识
图2-2 切削运动及选定点
2．进给运动
进给运动是指使新的切削层金属不断地投入 切削，从而切出整个工件表面的运动。进给 运动形式可以是连续的，也可以是间断的； 可以是直线运动，也可以是旋转运动。进给 运动的运动方式主要有：车削是刀具移动； 铣削是工件移动；钻削是钻头沿其轴线方向 移动；内、外圆磨削是工件旋转和移动等。 进给运动可以是一个、多个或者没有。进给 运动的速度较小，消耗的功率也较小。
被切除的金属层）。切削层（沿工件）的轴向
剖面称为切削层横截面，如图2-3所示。切削层
的尺寸被称为切削
参数。切削层横截
面要素包括切削层
公称宽度bD、公称 厚度hD和公称横截 面积AD三个要素。
图2-3 纵车外圆时的切削层要素
1．切削层公称宽度bD 切削层公称宽度bD是指 刀具主切削刃与工件的接触长度，沿工件过渡 表面度量，单位为mm。当λs=0°时，有
（2）刀具工作角度参考系，它是确定刀具在 切削运动中有效工作角度的参考系。
两类角度参考系的区别在于：刀具标注角度参 考系由主运动方向确定，而刀具工作角度参 考系则由合成切削运动方向确定。由于通常 进给速度远小于主运动速度，所以刀具工作 角度近似等于刀具标注角度。
为了方便理解，以刨刀为例建立静止参考系。
宽刃刨刀垂直自由切削刀具标注角度参考系
通过对上图的分析发现，宽刃刨削具有以下特 点：刀刃为直线、刀刃长度大于工件宽度、前 面和后面均为平面、无进给运动(只有主运动)。
1．宽刃刨刀静止参考系的建立
选取三个相互垂直的参考平面构建宽刃刨刀的 静止参考系，即正交平面参考系。
取过主切削刃上选定点，平行于主运动方向并 切于工件过渡表面的平面为切削平面（ps）。
图2-2 合成切削运动
第1章金属切削的基础知识
横向进给运动对工作角度的影响
① 如图2-38所示,工件每转一转
，车刀横向移动距离f ，切削
刃选定点相对于工件的运动轨
迹为一阿基米德螺旋线。
oe
o
oe
o
式中： 、 ——工作前角
图2-38 横向进给运动对工作角度的影响
② 当进给量f增大，则η值增大；当瞬时直径d 减小，η值也增大。因 此，车削接近工件中心时，d 值很小，η值急剧增大，工作后角αoe将变
和测量角度时的基准。 另一类是刀具工作角度参考系，它是确定刀具在实际切削
运动中角度的基准。 建立刀具标注角度参考系的假定条件： 车削时假定切削刃选定点与工件轴线等高。 主运动方向与刀杆底面垂直。 进给运动方向与刀杆中心线垂直。 参考平面通常有基面、切削平面、正交平面等，如图2-
35所示
1）基面Pr 通过切削刃
抗冲击性能强；具有一定的耐磨性，适合于各类切削刀具的要求，用 它可以加工从有色金属到高温合金范围内的材料，也可用于刚性较差 的机床上加工。 高速钢的工艺性能好，能锻造，容易磨出锋利的刀刃，适宜制造各类 切削刀具尤其在复杂刀具（钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具 等）的制造中，高速钢占有重要的地位；高速钢的性能较硬质合金和 陶瓷稳定，在自动机床上使用可靠。 2）高速钢的分类 3）常用高速钢的牌号及其用途
式中：n—主运动的转速，r/s
或r /min ；
z—刀具的齿数 。
2-附图6
⑶背吃刀量（切削深度）（mm）
定义：指主切削刃与工件切削 表面的接触长度在主运动方向 和进给方向所组成平面的法线 方向上测量的值
AP
d
w
2
d
m
式中:
，mm；
mm。
金属切削加工的基本知识
金属切削加工的基本知识金属切削加工是一种高精度、高效率的加工工艺，广泛应用于制造各种金属零件和工业产品。
本文将介绍一些关于金属切削加工的基本知识，包括加工原理、常用工具、加工过程和注意事项等。
1. 加工原理金属切削加工的原理是利用旋转的刀具在金属工件上切削，将金属切屑削除，以达到加工精度和表面质量的要求。
切削加工一般分为转动切削和直线切削两种方式。
转动切削是指刀具绕底线旋转，如车削、铣削、钻削等。
直线切削是指刀具相对于工件作直线运动，如镗孔、拉铣、拉削等。
2. 常用工具金属切削加工的常用工具包括车刀、铣刀、钻头、工具刀、镗刀、拉削刀等。
车刀和铣刀是常见的切削工具，通常由切刃、切削角、刃倾角、切刃宽度等部分组成。
钻头是专门用于钻孔的工具，通常用来钻圆形孔和通孔。
工具刀是用于切削轻质材料、薄板和半成品的工具，镗刀是用于镗孔的工具，拉削刀则是用于削成品的工具。
3. 加工过程金属切削加工的加工过程分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。
粗加工是指在尺寸留出一定的余量后，利用粗加工刀具先将工件上的金属材料削除，以达到快速加工的目的。
半精加工要求切削刃的精度和表面质量比粗加工更高一些，工件尺寸也更加接近目标尺寸。
精加工则是最后通过切削刃对工件进行微调，以达到期望的尺寸和表面精度要求。
4. 注意事项金属切削加工需要注意安全，因为在加工过程中可能会飞溅出热的金属屑、润滑剂和冷却液。
所以在切削加工时需要戴好防护眼镜、手套等个人防护用具。
此外，还要注意刀具的选择、加工参数的调整、加工尺寸的测量等方面，以确保加工质量和效率。
金属工艺学—5切削加工
*
14
切削部分（刀 头）
前刀面
副刀刃 副后刀面
夹持部分（刀 体）
主刀刃
刀尖
主后刀面
*
15
二、刀具材料
1.对刀具材料有如下要求： (1) 高的硬度和耐磨性。 (2) 足够的强度和韧性。 (3) 高的耐热性与化学稳定性。 (4) 良好的工艺性和经0.7~1.4%；T8、T10、T10A、T12等 HRC≈61~65
影响工件表面粗 造度
积屑瘤破裂后会划伤表面，加快刀具磨损 会形成硬点和毛刺，使工件表面粗造度值增大
*
35
3. 积屑瘤的控制
影响积屑瘤的因素
工件材料 切削用量 刀具角度 切削液等
粗加工时对已加工表面质量要求 不高，可利用积屑瘤减小切削力 ，保户刀具；
而精加工时，要保证工件加工质 量，必须避免产生积屑瘤。
第一节 切削加工的运动分析及切削要素 一、零件表面的形成
*
4
二、切削运动 切削运动——刀具和工件之间的相对运动，该相对运动由主运动和进给运动组成。
主运动
切下切屑所需要的最基本的 运动，对切削起主要作用， 速度最高、消耗机床的功率 95%以上。机床主运动只有 1个。
Ⅰ——主运动
切削运动
进给运动
使工件不断投入切削，从而 加工出完整表面所需的运动 。速度低，消耗机床的功率 5%以下。机床的进给运动 可以有一个或几个。
式中： nr — 主运动每分钟往复次数（次/min）； L — 往复直线运动行程长度（mm）。
*
9
（2）进给量（f，mm） 在单位时间内（主运动的一个循环内），刀具或工件沿进
给运动方向的相对位移。 如在车削、镗削、钻削时，进给量表示工件或刀具每转一
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成形工艺基础-切削1
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2)陶瓷刀具材料
按化学成分可分为Al2O3基和Si3N4基两类。 陶瓷刀具硬度高而耐磨，允许切削速度达成 12.5m/s，耐热性度可达1200～1450℃，其效率 比硬质合金提高了1～4倍，可制成刀片。
一、刀具材料(指切削部分)
1.对刀具材料的基本要求
切削过程中，刀具的切削部分要承受很大的 压力、摩擦、冲击和很高的温度，刀具切削部分 的材料应具备以下性能：
1)高的硬度
一般刀具材料的硬度应在60HRC以上。
成形工艺基础-切削1
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2)足够的强度和韧性
又称坚韧性，以承受切削中的冲击力和振动， 减少刀具脆性断裂和崩刃。
成形工艺基础-切削1
金属工 艺学
(下册)
第五篇 切削工艺
知识
1
切削:利用切削工具从工件上切除多余材料 的加工方法。
GB4863-85规定：切屑加工（定义同上）；
切削加工=钳工+机械加工
机械加工—利用机械力对各种工件进行加工 的方法。
机械加工的方法许多：车、钻、铣、刨和磨 等多种，但它们在切削运动、切削刀具、切削过 程的物理实质等方面都有着共同的现象和规律。
2.进给运动
是使待加工表面不断地或连续地投入切削并
得出所需几何特性的已加工表面的运动。
成形工艺基础-切削1
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切削过程中主运动只有一个；进给运动可以 有一个或几个。
切削运动的形式有：旋转或直线的。 实际的切削运动是一个合成切削运动. 三、切削用量 一般，切削用量包括： 切削速度、进给量和背吃刀量。 常称为切削三要素
3)耐磨性好
即抵抗磨损的能力，使刀具使用耐久。
4)高的耐热性
是指刀具在高温下仍能保持硬度、强度、韧 性和耐磨性等。
5)工艺性能要好
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为了便于刀具本身的制造，刀具材料还应具 有一定的工艺性能,如: 切削性能、磨削性能、焊 接性能及热处理性能等。
2. 常用刀具材料
1)碳素工具钢
T10钢(WC=1%)制手用钢锯条、简单冷作模; T12钢用于制作铰刀、锉刀、量具等
成形工艺基础-切削1
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第一章 金属切削的基础知识 §1 切削运动与切削要素
一、零件表面的形成
零件表面的组成有：
基本表面平面、外、内圆面；
成形面：沟、槽、螺纹及齿面等
二、切削运动
1.三个表面
成形工艺基础-切削1
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在切削加工过程中，工件上存在三个不断变 化的表面，即：已加工表面、待加工表面和过渡 表面。
1)待加工表面 工件上即将切去切屑的表面。 2)已加工表面 工件上已切去切屑的表面。
3)过渡表面 工件上由切削刃形成的那部分表 面，即已加工表面和待加工表面之间的过渡表面。
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切削运动：刀具与工件之间的相对运动。
切削运动又分主运动和进给运动，其中：
1.主运动
由机床或人力提供的主要运动，它促使刀具 和工件之间产生相对运动，从而使刀具前面接近 工件。
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1.切削速度 υｃ(以车削为例) 切削速度υｃ(m/s) 是主运动的线速度。
νc=
Dn
1000 60
m/s
式中：D—为工件待加工表面的直径(mm)；
n—为转速(r/min)。
车削时指工件待加工表面最大直径处线速度.
2.进给量f(mm/r)
指(车)刀具相对于工件旋转一转,在进给方量。 单位为：mm/r或mm/str。 3.背吃力量ap(mm)指工件上已加工表面与
待加工表面之间的垂直距离，单位为：mm。
aP＝
Dd 2
式中：d 为已加工表面的直径(mm)生产中为提高
效率一般对工件分粗、精加工阶段，如粗加工时
的选择原则：
成形工艺基础-切削1
8
“先定ap ,次选f , 最后定υc”c 四、切削层参数
2)合金工具钢
常用牌号如9SiCr、Cr12、CrMn、GCr15等，
成形工艺基础-切削1
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主要用于制造刃具、模具、量具等工具 3)高速钢
高速钢是含W、Cr、V等合金元素较多的合金 工具钢.
其常用牌号有:W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等,广 泛用于制造形状复杂的高速切削工具,如：麻花 钻、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其他成形刀具。
如车削时：精车用P01,半精车用P10,P20；
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粗车选用P30。
2)M类(黄色)相当于旧牌号YW类硬质合金
适宜加工长切屑或短切屑的金属材料，如 钢、铸钢、不锈钢、灰铸铁、有色金属等。
其代号有M10、M20、M30、M40等，数字 越大，耐磨性低而韧性大。
精 车 选 M10 ； 半 精 车 用 M20 ； 粗 车 时 可 用 M30。
3)K类(红色)相当于旧牌号TG类硬质合金
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适宜加工短切屑的金属或非金属材料，如淬 硬钢、铸铁、铜铝合金、塑料等，其代号有K01、 K10、K20、K30、K40等，数字大，耐磨性降而 韧性大。如车削时：
精车选K01；半精车K10、K20；粗车用K30。
3.新型刀具材料
1)涂层刀具材料
是指通过气相沉积或其他技术方法，在硬质 合金或高速钢的基体上涂覆一薄层高硬耐磨的
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难熔金属或非金属化合物而构成的。
如在硬质合金表面上涂厚4～9μm的涂层时， 表面硬度可达2500～4200HV，是实现刀具要求 “面硬而心韧”的有效方法之一。
常用的涂层材料有TiC、TiN、Al2O3等硬质合 金涂层刀具寿命可比原来提高1～3倍，高速钢涂 层后寿命提高2～10倍，世界各国对涂层刀具运 用很广泛。处于领先地位的瑞典，在车削中使用
1.切削层公称横截面积AD 在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的 实际横截面积，单位为mm2。
2.切削层公称宽度bD ； 3.切削层公称厚度hD 且三者间有关系： AD=bDhD mm2 在车削中可近似认为： AD≈fap mm2
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§2 刀具材料与刀具构造
刀具组成＝切削部分＋夹持部分
4)硬质合金 根据GB/2075-1998规定，按被加工材料
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分了三个大（类）组；
分别用字母P、M、K表示(这些字母完全是
习惯性，本身无其他含义)。
相应识别颜色为蓝、黄、或红.具体应用:
1)P类(蓝色) 相当于旧牌号YT类硬质合金。
适宜加工长切屑的黑色金属，如钢、铸钢 等。其代号P01、P10、P20、P30、P40、P50等， 数字越大，耐磨性越低而韧性越高。