第四章切削基本理论的应用
金属切削原理与刀具的应用
金属切削原理与刀具的应用1. 金属切削原理金属切削是通过机床上的刀具对金属工件进行切削、铣削、车削、钻孔等加工过程。
在金属切削过程中，刀具与工件之间的相对运动产生切削力，使刀具将工件上的金属材料去除，从而实现对工件的加工。
以下是金属切削的基本原理：1.切削速度：切削速度是指刀具切削工件的速度。
切削速度的选择应根据工件材料、刀具材质和切削类型等因素来确定。
高速切削可以提高生产效率，但也会对刀具和工件产生一定的热影响。
2.进给量：进给量是指刀具在单位时间内前进的距离。
进给量的选择取决于工件表面的粗糙度要求、切削力和刀具的耐久度等因素。
3.切削深度：切削深度是指刀具切削时的最大切削量。
切削深度的选择应根据工件材料的硬度、刀具的尺寸和工艺要求来确定。
4.切削力：切削力是指刀具对工件施加的力。
切削力的大小受到切削参数、刀具材质和刀具几何形状的影响。
2. 刀具的应用刀具是金属切削过程中起到切削作用的工具。
不同的工件和切削任务需要选择合适的刀具来进行加工。
以下是常见的刀具及其应用：1.钻头：钻头用于钻孔加工，适用于加工圆孔和柱形孔。
常见的钻头有直柄钻头和 Morse 锥柄钻头两种。
2.车刀：车刀用于车削加工，常用于加工圆柱形工件的外轮廓。
车刀有内刀和外刀之分，可以用于精细车削和粗车削等不同工艺要求。
3.铣刀：铣刀用于铣削加工，可以用于多种铣削操作，如平面铣削、立体铣削、开槽铣削等。
铣刀可分为立铣刀、面铣刀和球形铣刀等。
4.刨刀：刨刀用于刨削加工，可以进行铺刨、面刨和纵切削等操作。
刨刀可根据切削刃的数量和类型来分类，如单刃刨刀、多刃刨刀和筷子刨刀等。
5.刀片：刀片用于各种切削加工，如割断、倒角、切割等。
刀片的种类繁多，根据刀片的应用需求和加工材料的类型来选择合适的刀片。
3. 刀具材料选择刀具材料选择是决定刀具性能的关键，不同的刀具材料有着不同的加工性能和适用范围。
以下是常见的刀具材料及其特点：1.高速钢（HSS）：高速钢具有良好的耐磨性和耐热性，适用于中等切削速度和较硬的工件材料。
金属切削原理的应用
金属切削原理的应用1. 引言金属切削是一种常见的加工方法，广泛应用于制造业中。
本文将介绍金属切削的基本原理及其在工程领域中的应用。
2. 金属切削的基本原理金属切削是通过切削工具与工件之间的相对运动，在切削力作用下，将工件上的金属材料剥离、断裂，从而进行加工的一种方法。
其基本原理包括以下几个关键要素：2.1. 切削工具切削工具通常由硬质合金等耐磨材料制成，具有尖锐的切削边缘。
常见的切削工具有刀具、钻头、铣刀等。
2.2. 切削速度切削速度是指切削工具与工件接触面上的相对运动速度。
切削速度的选择需要考虑材料的硬度、切削工具的材料等因素。
2.3. 切削力切削力是指切削过程中作用在切削工具上的力，通常由切向力和径向力组成。
切削力的大小会影响切削过程中的工件变形和切削工具的磨损情况。
2.4. 切削液切削液是常用的辅助材料，用于冷却和润滑切削区域，减少切削工具和工件的摩擦，提高切削效率。
3. 金属切削的应用金属切削广泛应用于制造业中的各个领域，下面将分别介绍金属切削在机械加工、航空航天以及汽车制造等领域的具体应用。
3.1. 机械加工在机械加工领域中，金属切削常用于制造零件的精密加工。
通过金属切削可以实现零件的形状加工、孔加工、螺纹加工等。
3.2. 航空航天航空航天是对材料、工艺等要求非常高的领域，而金属切削正是满足这些高要求的一种可行方式。
在航空航天领域，金属切削应用于制造飞机零部件、火箭发动机等。
3.3. 汽车制造汽车制造过程中需要大量的零部件加工，金属切削可以满足对零部件精度、质量的要求。
金属切削在汽车制造中应用广泛，包括发动机零部件、车身零部件等。
4. 金属切削的优势和挑战金属切削作为一种常用的加工方法，具有以下优势：•可以实现高精度加工，满足不同领域对零部件精度的要求；•可以加工各种金属材料，具有较广的适用性；•可以进行批量生产，提高生产效率。
然而，金属切削也面临一些挑战：•切削工具的磨损和损伤会影响加工精度和质量；•切削过程中产生的高温和切屑可能对工件造成损害。
金属切削原理基础知识解析
金属切削原理基础知识解析金属切削是一种常见的加工方法，广泛应用于制造业中。
了解金属切削的基础原理对于合理选择切削工艺和工具，提高加工效率和质量非常重要。
本文将解析金属切削的基础知识，包括切削原理、切削力、毛坯形状与切削刃的几何形状以及金属切削中常用的切削材料。
1. 切削原理金属切削是指通过刀具对金属工件进行机械加工，从而使工件形状发生改变的过程。
在切削过程中，刀具通过对工件施加切削力，使工具切削刃与工件产生相对运动，将工件上的金属层削除或形成所需形状。
2. 切削力切削力是指切削过程中刀具作用在工件上的力。
切削力的大小与材料的物理性质、切削刃的几何形状、切削速度等因素有关。
通常，切削力可分为切削力、切向力和法向力。
切削力的准确计算可以帮助选择合适的刀具、预测工具寿命以及优化切削工艺。
3. 毛坯形状与切削刃的几何形状切削和加工形状的选择取决于所需产品的要求。
毛坯形状的设计决定了切削刃的几何形状。
常见的切削刃形状包括直角切削刃、圆弧切削刃和锥形切削刃。
不同形状的切削刃适用于不同的切削操作，可以获得不同的切削效果。
4. 切削材料在金属切削过程中，刀具与工件之间会产生高温、高压和强大的切削力。
因此，切削工具需要具备较高的硬度、耐磨性和热稳定性。
常用的切削材料包括高速钢（HSS）、硬质合金和陶瓷等。
每种材料都有其适用的加工范围和特点，根据加工要求和具体情况选择合适的切削材料可以提高加工效率和工具寿命。
综上所述，金属切削是一种重要的加工方法，对于提高加工效率和产品质量至关重要。
了解金属切削的基础知识，包括切削原理、切削力、毛坯形状与切削刃的几何形状以及切削材料，可以帮助选择合适的切削工艺和工具，提高加工效率和质量。
在实际应用中，根据具体的加工要求和材料性质选择合适的刀具和切削参数，可以更好地发挥金属切削的功能。
金属切削原理的基本原理与应用探析
金属切削原理的基本原理与应用探析金属切削是指在机械加工过程中，通过刀具对金属材料进行切削加工的一种方法。
切削加工是现代工业生产中非常重要的一环，广泛应用于制造业的各个领域，如汽车制造、航空航天、机械制造等。
本文将探析金属切削原理的基本原理和应用。
一、金属切削原理的基本原理1. 切削力与材料性质的关系切削力是刀具和工件之间产生的力，它直接影响到切削加工的效率和质量。
切削力与金属材料的性质有密切关系，例如硬度、韧性和塑性等特性。
一般来说，材料硬度越高，切削力越大。
2. 切削热的生成与影响在切削过程中，由于刃口与工件接触产生摩擦，会产生大量的切削热。
切削热的大小和分布对切削加工有着重要影响。
过高的切削热可能导致刀具磨损加剧、工件变形，甚至热裂纹的产生。
因此，有效控制切削热对于提高切削加工质量至关重要。
3. 切削液的作用切削液在切削过程中起到冷却、润滑和防腐的作用。
通过降低切削热，它可以有效地控制切削加工过程中的温度，减少工件表面的热变形，提高切削加工质量和效率。
4. 切削刃部分的结构与刀具磨损切削刃是切削工具的重要部分，其结构设计直接影响到切削加工的效果。
一般来说，切削刃的设计要使切削力分布均匀，降低切削热和切削力，延长切削工具的寿命。
此外，选择合适的材料和硬度对切削刃的寿命也有很大影响。
二、金属切削的应用探析1. 汽车制造汽车制造是金属切削应用的重要领域之一。
在汽车制造中，金属切削广泛应用于发动机、底盘、车身等零部件的加工。
通过金属切削，可以精确加工出复杂形状的零部件，提高汽车的质量和性能。
2. 航空航天工业航空航天工业对金属切削的要求更为严格。
在航空航天工业中，金属切削应用于航空发动机、机翼、航天器等部件的加工。
金属切削技术的发展和应用，推动了航空航天工业的进步和发展。
3. 机械制造金属切削在机械制造领域中扮演着重要角色。
在机械制造中，金属切削应用于制造各种机床、工具以及零部件等。
通过金属切削技术，可以提高机械制造的精度和效率，满足不同行业和领域的生产需求。
现代切削理论(技术)
现代切削理论（技术）授课内容第一章概论1、切削技术的发展史2、切削刀具基本知识3、现代切削应用领域第二章现代切削基础理论1、金属切削原理2、切削力—热耦合3、断屑机理与切屑形态的三维描述第三章现代刀具设计原理1、主切削刃形成原理2、三维槽型的建模3、HSK刀柄工作原理4、刀具结构有限元分析第四章现代刀具材料应用基础1、硬质合金2、超硬材料3、表面涂层（PVD/CVD）第五章高速切削技术1、高速切削概述2、高速切削基础理论3、高速切削相关技术第六章先进切削工艺技术1、最小容量润滑（MQL）2、低温切削3、干式切削第七章难加工材料的可切削性1、工件材料的可切削性2、工件材料分类及影响可切削性因素3、几种难加工材料的可切削性分析第一章概论1、切削加工是用切削工具，把坯料或工件上多余的材料层切去，使工件获得规定的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。
2、任何切削加工都必须具备三个基本条件：切削工具、工件和切削运动。
3、现代刀具3个关键技术：1、几何结构2、基体材质3、表面涂层4、现代切削刀具（数控刀具）的应用及组成：现代切削刀具主要应用于机械制造业中的数控机床（NC）、加工中心（MC）、柔性制造系统（FMS），它由硬质合金可转位刀片（carbide inserts,或其他超硬刀片）与刀盘(body)、刀柄（holder) 组成一个刀具系统单元，实现对金属的切削加工。
5、刀片槽型的作用：刀片上的断屑槽使切屑能按预先设定的方式，进行卷曲、流动和折断，实现对切屑的有效控制。
第二章现代切削基础理论1、金属切削的变形过程金属切削层的变形可用金属切削过程中的滑移线和流线示意图来表示。
流线表示被切削金属的某一点在切削过程中流动的轨迹，可大致划分为三个变形区：（1）、第一变形区金属的剪切变形从OA线开始发生塑性变形，到OM线晶粒的剪切滑移基本完成（剪切滑移面）。
这个变形区汇集在切削刃附近，此处的应力比较集中而复杂，金属的被切削层就在此处与工件本体材料与离，是切的过程，使被切削工件的切削层转变成切屑。
切屑控制与断屑措施
切屑控制与断屑措施
三. 断屑措施
１、作出断屑槽
a),b)加工碳钢、合金钢、工具钢和不锈钢； c)加工塑性更高的材料
切屑控制与断屑措施
断屑槽位置及刃倾角作用
• 外倾式刃倾角-λs，断屑范围广，粗加工； • 平行式刃倾角λs =0，碰到切削表面折断，
切屑控制与断屑措施
主要内容
• 切屑形状的分类 • 切屑流向和折断 • 断屑措施
切屑控制与断屑措施
一、切屑形状的分类
切屑控制与断屑措施
切屑形状分析
• C、６形切屑５０mm以下短螺旋 切屑最好； • 短锥管状切屑、平盘旋状切屑、 短锥螺旋状切屑、单元切屑等为 可以接受切屑； • 长带状切屑不好； • 缠乱切屑最差。
切屑控制与断屑措施
二. 切屑的流向和折断
副切削刃B点参与
１、切屑的流向
切削终点
主切削刃 A点参与 切削终点
切屑控制与断屑措施
刃倾角对切屑流向的影响
• 刃倾角对切屑流向的影响刃倾角-λs • Κr ，Κr ＝90 ；-γ0 ； • 切屑易流向已加工表面
切屑控制与断屑措施
２.切屑的折断
• 切屑的卷曲 是切屑基本 变形或经过 卷屑槽使之 产生附加变 形的结果
1. 塑性金属； 2. v较高； 3. ac较小； 4. γ0较大。
切屑控制与断屑措施
2. 挤裂切屑
切屑形 1. 内表面有时光滑有时有裂纹；
貌
2. 外表面锯齿状。
产生原 1. 局部剪切位移达到破裂程度，
因
2. 剪应力超过材料极限强度。
特点
1. 切削力有波动，切削过程较不 平稳；
金属切削的原理和应用
金属切削的原理和应用1. 前言金属切削是一种常见的金属加工方式，广泛应用于制造业领域。
本文将从金属切削的原理和应用两个方面进行介绍。
2. 原理金属切削的原理是通过将刀具与工件之间相对运动，在工件表面切削出所需形状。
金属切削过程中主要包括以下几个要素：•刀具：刀具是进行金属切削的关键工具，可以根据切削材料的不同选择不同种类的刀具。
常见的刀具有平头刀、圆头刀、金属锯等。
•工件：工件是需要进行切削加工的金属材料，可以是铁、铜、铝等金属。
•切削速度：切削速度是指单位时间内切削刃通过工件表面的长度。
切削速度的选择需要考虑切削材料的硬度、刀具的耐磨性等因素。
•进给量：进给量是指切削刃在切削过程中每次进给到工件表面的量。
进给量的选择需要考虑切削材料的硬度、刀具的耐磨性等因素。
•切削力：切削力是切削过程中作用在刀具上的力，由切削材料的硬度、切削速度、刀具的材质等因素影响。
3. 应用金属切削广泛应用于制造业领域，以下是几个常见的应用场景：3.1 汽车制造金属切削在汽车制造中起着重要的作用。
汽车零部件的加工过程中，金属切削是一个关键部分，例如轮毂、车架等核心零部件的加工都需要通过金属切削来完成。
3.2 机械制造机械制造是金属切削的另一个重要领域。
在机械制造过程中，金属切削常用来加工各种类型的零部件，如轴、套、齿轮等。
金属切削可以实现精确的加工要求，能够提高机械制造产品的质量。
3.3 航空航天航空航天领域也广泛应用金属切削技术。
航空航天产品对材料要求较高，需要采用高精度的金属切削技术来加工各种复杂形状的零部件，如飞机轴承、发动机零件等。
3.4 制造设备金属切削还广泛应用于制造设备的生产中。
制造设备的加工过程中，金属切削技术可以实现对各种材料的精确加工，如钣金加工、零件加工等。
4. 总结金属切削是一种常见的金属加工方式，通过刀具与工件之间的相对运动，切削出所需形状。
金属切削在汽车制造、机械制造、航空航天和制造设备等领域都有广泛的应用。
金属切削原理与刀具复习大纲
2. 各种刀具材料使用于加工什么材料？
第三章 金属切削过程的基本规律
第一变形区：（基本变形区） OA~OM之间的区域，是切削 第二变形区： 第三变形区： 过程中的主要变形区，是切削 切屑底层与前刀面之间的摩擦 工件已加工表面与刀具后刀面之 力和切削热的主要来源。 间的挤压、摩擦变形区域。 变形区。主要影响切屑的变形 主要特征： 造成工件表面的纤维化与加工硬 和积屑瘤的产生。 剪切面的滑移变形 化。
带状切屑
节状切屑
粒状切屑
三、变形程度的表示方法
1.
变形系数：( 切削厚度压缩比Λ h )
h ch h hD
厚度变形系数：
长度变形系数：
lc l lch
h l 1
根据体积不变原理数：
hch OM cos( o ) cos( o ) hD OM sin sin
延长刀具寿命，便于刀具的制造，资源丰富，价格低廉。
2. 常用刀具材料
高速钢 硬质合金 陶瓷
有钨钴类硬质合金、 钨钛钴类硬质合金和 钨钛钽（铌）类硬质 合金。 推广使用新型刀具 材料如涂层刀具、陶瓷 刀具、天然金刚石、聚 晶金刚石、立方氮化硼 等。 能制造结构复杂 的成形刀具
超硬刀具材料
（1）硬质合金的分类
3-3 切削热
一、切削热的来源：
切削层挤 裂变形 前刀面与切 屑摩擦
切削热的分布：
热量的20%∼50%传给刀具→ 刀具磨损、硬度降低
二、影响切削温度的因素分析
1、切削用量对切削温度的影响：Vc →f →ap
vc、f、ap↗ θ ℃↗
x c y
C v f
ap
z
用YT15刀具，切削45#钢时( σ b=75kg/cm2)
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例 45钢 1Cr18Ni9Ti
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2．相对加工性指标
以切削45钢，刀具寿命T=60分钟的切削速度 v060
作为ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ准，将某种材料的v60与其相比的比值，
即
Kr
v 60 v 060
（4-1）
2．润滑作用
干摩擦
低温低压边界润滑
切削不锈钢应选用高的耐热性、强度和耐磨的刀具材料。
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3．高锰钢
高锰钢的锰质量分数高达(11％～14％) 强度和硬度均较高，在切削时晶格滑移和晶粒扭曲及伸长 变形严重，故加工硬化很严重 韧性和伸长率均很高，故切削力大，切屑不易折断 热导率小，切削温度高 刀具易产生粘结磨损和破损
切削高锰钢可选用耐磨性和韧性较高的硬质合金刀具
应力
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(二)合理选用刀具材料
•高强度、超高强度钢，益选用耐磨性强的刀具材料 •高锰钢，应选用硬度高、有一定韧性、导热系数较 大、高温性能好的刀具材料 •冷硬铸铁，应选用硬度、强度都好的刀具材料 •纯金属，可以用高速钢刀具，也可以用硬质合金刀具 •不锈钢和高温合金，一般宜采用YG类硬质合金 •钛合金，宜采用YG类合金
第四章
切削基本理论的应用
第四章 切削基本理论的应 用
第一节 切屑控制 一、切屑形状的分类
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二、切屑的流向和折断 1．切屑的流向
A点：主切削刃切 削的终了点
B点：副切削刃切 削的终了点
vch：切屑流速， 方向垂直A、B点 的连线
流屑角ηc ：vch流向与正交平面夹角
镍基高温合金----热导率低，切削力大，切削温度高， 加工硬化严重，切削时刀具上粘屑严重。
淬火钢和硬质合金----硬度高、塑性低、热导率小，切削时 冲击力大，切削温度集中刀尖区域，刀具磨损快、破损严重。
冷硬铸铁和高硅铝合金----硬度均很高、性脆，材料中分布 着硬质点，耐磨性高，切屑呈崩碎状，刀刃刀尖处受冲击 力大，刀具产生磨粒磨损和破损。
4．钛合金
具有高的硬度和强度，导热性差；是高度活泼的金属 塑性变形小,屑与刀面间接触长度短，刀尖处受力大、 温度集中；弹性复原大，后刀面上粘屑严重
刀具易产生粘结磨损和扩散磨损，刀尖又易破损 切削钛合金刀具应选用亲合力小、导热性好、强度高的 含钴量多、细晶粒和含稀有金属的硬质合金材料
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5．其它难加工材料加工性特点简介
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(四)难加工材料 1．高强度合金钢
高强度合金钢是含合金的结构钢，经过热处理均有 较好综合性能
金相组织多为马氏体，通常应在退火状态下切削
切削高强度钢应选用高的耐热性、耐磨性和耐冲击 的刀具材料
2．不锈钢
切削时的塑性变形大，故切削力大，切削温度高， 加工硬化程度高，易与刀具中合金元素亲合，产生粘 屑并易形成积屑瘤。断屑困难。刀具上温度高、导热 差，使刀具产生粘结磨损和扩散磨损。
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(三)其它措施 1．合理选择刀具 几何参数 2．保持切削系统 的足够刚性 3．选用高效切削 液及有效浇注方式 4．采用新的切削 加工技术
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第三节 切削液的选用
一、切削液作用
1．冷却作用
↓热的产生；将热量带走。冷却性能的好坏取决于本身 导热系数、比热、汽化热及流量、流速、冷却方式等。
工程陶瓷----具有高的硬度2500～3000HV、很高耐磨性和 耐热性，性脆。
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三、 改善材料切削加工性途径
(一)调剂工件材料中化学元素和进行热处理
1.调整材料的化学成分 钢中加硫、铅等元素；铸铁中加入铝、铜合金元素
2.进行适当的热处理 低、中碳钢宜选正火处理，均匀组织，调整硬度塑性； 高碳钢宜用球化退火,降低硬度,均匀组织,改善加工性； 中碳以上的合金钢硬度较高，需退火以降低硬度； 不锈钢常要进行调质处理，降低塑性，以便加工； 铸铁需进行退火处理，降低硬度,降低表皮硬度，消除内
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2．改变切削用量
f↑，使切屑厚度hch↑，在切屑较易折断。 ap↑对断屑作用不大，只有当同时↑f时，才能有 效地断屑。 切削速度对断屑影响较小 3．其它断屑方法
(1)固定附加断屑挡块 (2)采用间断切削 (3)切削刃上开分屑槽
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第二节 工件材料的切削加工性
工件材料切削加工性:是指在一定的加工条件下工件材 料被切削的难易程度 一、切削加工性指标
如：断屑槽宽度LBn ↓ ，刀-屑接触长度l↑和断屑台
高度hBn↑都可ρ ↓ ，并有利断屑
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三、断屑措施 1．作出断屑槽 1）断屑槽的型式
影响断屑效果的主要参数是：槽宽LBn和槽深hBn
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2）断屑槽的位置及刃倾角的作用：
外倾式：-λs,切屑易折小段，并流向已加工表面 平行式：λs=0,切屑呈较短盘螺旋状，并碰在加工 表面上折断 内斜式：+λs,使切屑流向刀具后刀面而折断
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（二）碳素结构钢 碳素结构钢切削加工性取决于含碳量。
低碳钢硬度低，塑韧性高，变形大，断屑难，粘 屑，加工表面粗糙，加工性较差；
高碳钢硬度高，塑性低及热导率低，切削力大， 温度高，刀具耐用度低，加工性差；
中碳钢性能适中，加工性良好。 (三)合金结构钢
在碳素结构钢中加入合金元素，如Si、Mn、Cr、 Ni、Mo、W、V、Ti等，提高了结构钢的性能， 其加工性也随着变化。
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影响流屑方向的主要参数：
刀具刃倾角λs -λs：切屑流向 已加工表面 +λs：切屑流向 待加工表面
主偏角κr κr=90°时，切屑流向是偏向已加工表面 前角γo
-γo切屑易流向加工工件一侧
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2．切屑的折断
有利于断屑的因素：切屑厚度hch↑,切屑卷曲半径 ρ↓及切屑材料的极限应变值εb ↓
3．刀具寿命指标
用刀具寿命高低来衡量被加工材料切削的难易 程度。 V60,V20来表示
二、常用材料切削加工性简述
（一）铸铁
白口铸铁硬度高（HBS600)，难切削； 灰口铸铁硬度适中，强度塑性小，切削力 较小，但高硬度碳化物对刀具有擦伤，崩碎切 屑，切削力热集中刀刃上且有波动，刀具磨损 率并不低，应采用低于加工钢的切削速度。 球墨铸铁、可锻铸铁的强度塑性比灰铁高， 但其切削性比灰铸铁要好 工件表面若有硬皮应进行退火处理