第五篇 金属切削成形(切削加工)

河南工程学院教案首页课程名称：金属材料成形基础任课教师：郝少祥第五篇金属切削加工计划学时：18教学目的和要求：本篇主要介绍了金属切削加工基础知识、各种切削加工方法、零件的结构工艺性、工艺过程的基本知识；重点为各种切削加工方法、零件的结构工艺性、工艺过程的基本知识；难点为金属切削加工基础知识、工艺过程的基本知识。

学完本篇要求学生了解并掌握液态成形工艺方法的基本原理、各种液态成形工艺方法和零件的结构工艺性和铸造工艺设计。

重点：重点为各种切削加工方法、零件的结构工艺性、工艺过程的基本知识。

难点：难点为金属切削加工基础知识、工艺过程的基本知识。

思考题：1．何谓切削运动？说明普通车削、铣削、牛头刨削、磨削的主运动和进给运动？2．切削用量包括哪些要素？各要素的大小对加工质量、生产率、加工成本有何影响？3．何谓刀具耐用度？何谓刀具寿命？4．何谓材料的切削加工性？常用哪些方法来改善材料的切削加工性？5．生产类型有哪几种？它对零件的工艺过程有哪些主要影响？6．在设计需切削加工的零件时，对零件结构工艺性应考虑的一般原则有哪些？7．机械加工工艺规程的拟定包括哪些内容？8．什么是基准？什么是定位基准？精基准的选择原则包括哪些？第五篇 金属切削加工一、切削加工用刀具从金属材料（毛坯）上切去多余的金属层，获得几何形状、尺寸精度和表面质量都符合要求的零件的生产方法。

二、零件的加工质量尺寸精度：IT01、IT0…IT6、IT7、IT8…IT181. 加工精度： 形状精度：圆柱度、平面度等位置精度：平行度、垂直度、同轴度等 表面粗糙度：2. 表面质量： 表面加工硬化的程度和深度表面残余应力的大小和性质第一章 金属切削加工基础知识 §1 切削加工的运动分析及切削要素一、零件表面的形成平面、外圆面、内圆面（孔）、锥面、曲面（成形面）二、切削运动为了形成零件表面形状，刀具与工件之间的相对运动。

1. 主运动：切下切屑最主要的运动。

特点：在整个运动系统中 — 速度最高、消耗的功率最大。

主运动只有一个。

2. 进给运动：使金属层不断投入切削，加工出完整表面所需的运动。

特点：速度低、消耗的功率小。

有一个或多个。

3. 零件上的三个表面： 已加工表面待加工表面加工表面三、切削要素1. 切削用量三要素 1）切削速度（v ）m/s在单位时间内，工件或刀具沿主运动方向的相对位移。

n f 待加工表面 加工表面 已加工表面旋转运动： （m/s ）往复直线运动： （m/s ）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。

单位时间的进给量— 进给速度（v f ）。

（mm/s ）3）切削深度（a p ）（mm ）（mm ）2. 切削层几何参数切削层 — 指工件上正在被切削刃切削的那一层金属。

即两个相邻加工表面之间的那一层金属。

1)切削厚度（ac ） （mm ）两相邻加工表面之间的垂直距离。

（mm ）2)切削宽度（aw ） （mm ）沿主刀刃度量的切削层的长度。

（mm ）3)切削面积（AC ） （mm 2）（mm 2）§2 金属切削刀具一、刀具的组成前刀面：切屑流出所经过的表面。

主后刀面：刀具上与工件的加工表面相对的表面。

副后刀面：刀具上与工件的已加工表面相对的表面。

前刀面 主后刀面 副后刀面601000⨯=nd v w π6010002⨯=r Lnv n f v f ⨯=K r a pddfn d m d w1 2 f f 2mw p d d a -=r c k f a sin ⨯=rpw k a a sin =w c p C a a a f A ⨯=⨯=a f a p Kr a w 切削部分（刀头）夹持部分（刀体）切削部分（刀头） 夹持部分（刀体）主刀刃副刀刃刀尖二、刀具材料1. 对刀具材料的基本要求⑴ 较高的硬度。

一般要求在 HRC 60以上。

⑵ 有足够的强度和韧性。

⑶ 有较好的耐磨性。

⑷ 较高的耐热性。

⑸ 有较好的工艺性。

2. 常用刀具材料 ⑴ 碳素工具钢C= 0.7~1.4%；T8、T10、T10A 、T12等 特点：a. 淬火后硬度高；HRC ≈61~65b. 价格低；ｃ.耐热温度低；250~300℃ ｄ.淬火后应力、变形大。

应用：速度低、形状简单的手动工具。

如锉刀、锯条等。

⑵ 合金工具钢Me<5% ； 9SiCr 、CrWMn 等。

HRC ≈61~68；耐热温度 — 350~400℃应用：速度低、形状复杂的工具。

如绞刀、板牙、丝锥等。

⑶ 高速钢高合金钢。

W=6~20%；Cr=3.8~4.4%；V=1.0~4% HRC ≈62~69；耐热温度 — 600℃；V=20~30（m/min ）应用：各种形状复杂的刀具。

如钻头、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其他成形刀具。

⑷ 硬质合金碳化物+粘结剂——粉末冶金；碳化物：WC 、TiC 、TaC 、NbC ；粘结剂：CoHRC ≈76~84；耐热温度 — 1000℃夹持部分（刀体） 切削部分（刀头） 前刀面 主后刀面 副后刀面 主刀刃 副刀刃 刀尖允许的切削速度是高速钢的4~10倍。

① 钨钴类（YG ）：WC+Co韧性好、硬度低，切削韧性材料时耐磨性较差。

适于加工铸铁、青铜等脆性材料和粗加工。

② 钨钴钛类（YT ）：WC+TiC+Co硬度高、耐磨性好、耐热性好，但韧性较差 。

适于加工韧性材料和精加工。

⑸ 陶瓷材料HRC ≈93~94；耐热温度 — 1200~1450℃主要用于加工半精加工和精加工高硬度、高强度钢及冷硬铸铁等材料。

人造金刚石、立方氮化硼等刀具材料 三、刀具几何形状 1. 三个辅助平面① 基面：过主刀刃上一点，与该点切削速度方向相垂直的平面。

② 切削平面：过主刀刃上一点，与该点加工表面相切的平面。

③ 主剖面：过主刀刃上一点，与主刀刃在基面上的投影相垂直的平面。

2. 刀具的主要标注角度1) 前角（γ0）前刀面和基面之间的夹角。

在主剖面内度量。

2）后角（α0）主后刀面和切削平面 之间的夹角。

在主剖面内度量。

3）主偏角（kr ）4）副偏角（kr ’）5）刃倾角（λS ） 主切削刃与基面之间的夹角。

在切削平面内度量3. 刀具的工作角度d wd m n f 切削平面主剖面 γ0 α0 krKr ’4. 刀具的结构形式1）焊接式车刀；2）机加重磨式车刀；3）机加可转位式车刀四、刀具角度对加工过程的影响1. 前角（γ0）作用：①减小切屑的变形；②减小前刀面与切屑之间的摩擦力。

所以：γ0：a .减小切削力和切削热；b .减小刀具的磨损；c .提高工件的加工精度和表面质量。

选择：加工塑性材料和精加工—取大前角加工脆性材料和粗加工—取小前角前角（γ0）可正、可负、也可以为零。

高速钢车削碳钢：γ0=200~300；硬质合金车削碳钢：γ0=100~200 2. 后角（α0）作用：减小工件加工表面与主后刀面之间的摩擦力。

所以：α0：a .减小切削力和切削热；b .减小刀具的磨损；c .提高工件的加工精度和表面质量。

选择：加工塑性材料和精加工—取大后角加工脆性材料和粗加工—取小后角后角（α0）只能是正的。

精加工：α0= 80~120粗加工：α0= 40~803 . 主偏角（kr）作用：改善切削条件，提高刀具寿命。

减小kr：使切削条件得到改善，提高了刀具寿命。

选择：系统刚性好：取较小的kr。

100~300、450。

系统刚性差：取较大的kr。

600、750、900。

4 . 副偏角（kr’）γ0α0作用：最终形成已加工表面。

Kr ’ ：使已加工表面残留密集的高度减小，降低工件的表面粗糙度。

选择：在不产生振动的前提下，取小值。

5 . 刃倾角（ λS ）作用：① 影响切削刃的锋利程度；②影响切屑流出方向；③影响刀头强度和散热条件；④影响切削力的大小和方向。

选择：精加工：取 正（+λS ）粗加工：可取零或负（ λS =0、- λS ）§3 金属切削过程金属材料在刀具的作用下变形、分离的过程。

一、切屑的形成过程及切屑的种类 1. 切屑的形成过程与切屑变形切屑的变形程度用变形系数ξ表示。

ξ = Lc/Lch=a c h /a c >1 影响切屑变形的因素： ① 刀具角度：γ ζ ② 切削速度：ν ζ ③ 材料塑性：δ ζ④ 刀具与切屑之间的摩擦系数 ζ 。

2. 切屑的种类 1) 带状切屑特征：内表面光滑，外表面呈毛茸状。

形成条件：塑性材料、速度中等、较大的γ0 、较小的f 和a p 。

2) 节状切屑特征：内表面有时有裂纹，外表面呈锯齿状。

形成条件：中等硬度的塑性材料、速度较低、较小的γ0 、较小的f 和a p 。

3) 崩碎状切屑特征：不规则的碎块状。

形成条件：脆性材料。

二、积屑瘤在一定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一小块很硬的金属—称为积屑瘤。

450A MB O F M A F OB oMLc a c Lch a c h1. 积屑瘤的形成1) 积屑瘤的形成过程 2) 积屑瘤的形成条件： ① 工件材料：塑性材料；② 切削速度：中等（10~50m/min ），温度约300℃；③ 刀具角度： γ0 偏小； ④ 冷却条件：不加切削液。

2. 积屑瘤对加工过程的影响有利：① 使 γ0 增大，使切削过程变得轻快。

② 可代替主刀刃和前刀面进行切削，保护刀具。

所以：粗加工时可以利用。

不利：① 积屑瘤不稳定，易引起振动，使 Ra 增大。

② 会引起ap 的变化，使加工精度降低。

所以：精加工时应尽量避免。

3. 积屑瘤的抑制① 利用切削液；② 控制切削速度；③ 加大刀具前度 γ0 ；④ 对工件进行正火、调质处理，降低 δ、a k 。

三、切削力和切削功率 1. 切削力刀具切削工件时作用在刀具或工件上的力。

1) 切削力的构成① 材料的弹性变形和塑性抗力； ② 切屑、工件表面与刀具的摩擦力。

2) 切削力的分解将总切削力Fr 沿速度方向、轴向和径向三个相互垂直的发现分解为Fz 、Fx 、Fy 。

① 主切削力（切向分力）Fz是Fr 在切削速度方向上的分力。

主切削力占总切削力的80%~90%，消耗 的功率占总功率的95%以上。

是计算机床动 力及主要传动零件强度和刚度的依据。

② 进给抗力（轴向分力）Fx 是Fr 在进给方向上的分力。

消耗的功率仅占总功率的1~5%。

是设计和计算进给机构零件强度和刚度的依据。

③ 切深抗力（径向分力）Fy是Fr 在切削深度方向上的分力。

3) 影响切削力的因素① 切削用量：ap 、f 增大， Fr 越大。

②工件材料：材料的强度、硬度越高，塑性韧性越好，Fr 越大。

③ 刀具角度： 增大 γ0 ，Fr 减小；增大kr ，oM滞留层o M F 弹、塑 F 摩1 F 摩2 Fr Fz FxFyF X 、YFy 减小、Fz 增大。