机械制造技术基础课件最新版第二章第3-4节
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机械制造技术基础课件最新版第二章第4节
第四节 金属切削过程及其物理现象
金属切削过程是指在刀具和切削力的作用下形成切屑的过程,在此过程中 会出现许多物理现象,如切削力、切削热、积屑瘤、刀具磨损和加工硬化等。
因此,研究切削过程对切削加工的发展和进步,保证加工质量,降低生产成 本,提高生产效率等,都有着重要意义。
第四节 金属切削过程及其物理现象
一、切削过程 1.切屑形成过程
对塑性金属进行切削时,切屑的形成过程就是切削层金属的变形过程,图 示为低速直角自由切削工件侧面时,用显微镜观察得到的切削层金属变形的情况。 所谓直角自由切削,是指没有副切削刃参与切削,并且刃倾角λs=0°的切削方式。
图2-28 金属切屑层的变形图像
图2-29 直角切削与斜角切削
图2-31 切屑类型 a)带状切屑 b)挤裂切屑 c)单元切屑 d)崩碎切屑
第四节 金属切削过程及其物理现象
(3)单元切屑 如果在挤裂切屑的剪切面上,裂纹扩展到整个面上,则整个单元被切离,成
为梯形的单元切屑。
以上三种切屑只有在加工塑性材料时才可能得到。其中,带状切屑的切削 过程最平稳,切削力波动最小,单元切屑的切削力波动最大。在生产中最常见的是 带状切屑,有时得到挤裂切屑,单元切屑则很少见。
图2-30 切削过程晶粒变形情况及三个变形区 a)切削过程晶粒变形情况 b)切削过程中的三个变形区
第四节 金属切削过程及其物理现象
二、切屑的类型及其控制 由于工件材料不同,切削过程中的变形程度也就不同,因而产生的切屑种
类也就多种多样。 (1)带状切屑
这是最常见的一种切屑。它的内表面是光滑的,外表面是毛茸的。如用显 微镜观察,在外表面上也可看到剪切面的条纹,但每个单元很薄,肉眼看来大体上 是平整的。加工塑性金属材料,当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大 时,一般常得到这类切屑。它的切削过程平稳,切削力波动较小,已加工表面粗糙 度较小。
金属切削过程是指在刀具和切削力的作用下形成切屑的过程,在此过程中 会出现许多物理现象,如切削力、切削热、积屑瘤、刀具磨损和加工硬化等。
因此,研究切削过程对切削加工的发展和进步,保证加工质量,降低生产成 本,提高生产效率等,都有着重要意义。
第四节 金属切削过程及其物理现象
一、切削过程 1.切屑形成过程
对塑性金属进行切削时,切屑的形成过程就是切削层金属的变形过程,图 示为低速直角自由切削工件侧面时,用显微镜观察得到的切削层金属变形的情况。 所谓直角自由切削,是指没有副切削刃参与切削,并且刃倾角λs=0°的切削方式。
图2-28 金属切屑层的变形图像
图2-29 直角切削与斜角切削
图2-31 切屑类型 a)带状切屑 b)挤裂切屑 c)单元切屑 d)崩碎切屑
第四节 金属切削过程及其物理现象
(3)单元切屑 如果在挤裂切屑的剪切面上,裂纹扩展到整个面上,则整个单元被切离,成
为梯形的单元切屑。
以上三种切屑只有在加工塑性材料时才可能得到。其中,带状切屑的切削 过程最平稳,切削力波动最小,单元切屑的切削力波动最大。在生产中最常见的是 带状切屑,有时得到挤裂切屑,单元切屑则很少见。
图2-30 切削过程晶粒变形情况及三个变形区 a)切削过程晶粒变形情况 b)切削过程中的三个变形区
第四节 金属切削过程及其物理现象
二、切屑的类型及其控制 由于工件材料不同,切削过程中的变形程度也就不同,因而产生的切屑种
类也就多种多样。 (1)带状切屑
这是最常见的一种切屑。它的内表面是光滑的,外表面是毛茸的。如用显 微镜观察,在外表面上也可看到剪切面的条纹,但每个单元很薄,肉眼看来大体上 是平整的。加工塑性金属材料,当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大 时,一般常得到这类切屑。它的切削过程平稳,切削力波动较小,已加工表面粗糙 度较小。
机械制造技术基础(课件全)
孔的加工工艺
1、位置度精度要求不高的中、小孔加工工艺 钻、铰 钻、扩、铰 2、位置度精度要求较高的中、小孔加工工艺 钻、镗 钻、扩、镗、（铰）。 3、直径较大孔（D＞50 mm)变化分类
传统成形方法
传统成形加工
塑性加工方法
加温加压成型加工
机械加工方法
锻压、轧压、冷挤、 热挤等加工
铸造、粉末冶金等
切削加工：车、铣、钻、 镗等 磨削加工：磨、研磨、 抛光等
特种成形方法
特种成形方法
高能加工
电及化学加工
电火花、线切割、三束（离子、 电子、激光束）等加工
特点
1、成形运动：砂轮旋转；工件旋转或移动。 2、加工过程平稳。 3、磨削效率低。 4、易加工脆、硬材料。 5、磨削时产生大量热。
加工精度
一般磨削加工：精度—IT6~IT4；表面粗糙度—Ra1.25~0.01um。 精磨时：表面粗糙度—Ra0.1~0.008um.
适用范围
平面—平面磨床 内外圆柱面—内、外圆磨床 圆锥面、异形面—
一、车削加工
特点
1、成形运动：工件旋转；刀具相对工件移动。 2、易保证各加工表面间的位置精度。 3、切削过程平稳。 4、切削效率高。 5、刀具简单。
加工精度
普通车削加工：精度—IT8~IT7；表面粗糙度—Ra6.3~1.6um。 精车时：精度—IT6~IT5；表面粗糙度—Ra0.4~0.1um. 超精密车削：表面粗糙度—Ra0.04um
电解加工、电化学抛光等
成形方法按制造过程中质量M的变化分类
按由原材料制造成 零件的过程中，质 量M的变化分类
△M＜0 （质量减少）
△M=0 （质量基本不变）
机械制造技术基础课件
人和设备 —支撑条件 政策与法规 —约束条件
现在学习的是第22页，共44页
机械制造技术基础
0.2.2 产品制造过程
制造过程 —将原材料转变成成品的全过程
直接生产过程 使加工对象的尺寸、形状或性能产生变化
辅助生产过程
不使加工对象产生直接的变化
现在学习的是第23页，共44页
机械制造技术基础
0.2.2 产品制造过程
现在学习的是第39页，共44页
机械制造技术基础
0.3.2 材料去除工艺（Δm<0）
●发散流程 —质量减少工艺
①切削加工 ②磨削加工 ③特种加工 —利用电能、热能、化学能、光能、
声能等去除工件材料 电火花加工、电解加工、激光加工、 超声加工、水喷射加工、
电子束加工、离子束加工等
◆特点：以柔克刚
现在学习的是第40页，共44页
对工 需要技术熟练的 需要一定技术水
人的 工人
平的工人
要求
对操作工人要求低， 对调整工人的技术 要求较高
工艺 文件
有简单的工艺过 程卡，关键工序 有工序卡
有详细的工艺规 程， 关键零件有 工序卡
有详细的工艺规程 和工序卡，关键工 序有调整卡、检验 卡
现在学习的是第29页，共44页
机械制造技术基础
0.2.3 生产类型与组织
0.1 制造业与制造技术
0.1.1 机械制造业在国民经济中的地位
0.1.2 机械制造技术的现状与发展前景 0.1.3 本课程的性质、研究内容、特点与学习方法
现在学习的是第5页，共44页
机械制造技术基础
0.1.1 机械制造业在国民经济中的地位
制造 —人类按所需目的，运用知识和技能， 应用设备和工具，采用有效的方法， 将原材料转化为产品并投放市场的全 过程。
现在学习的是第22页，共44页
机械制造技术基础
0.2.2 产品制造过程
制造过程 —将原材料转变成成品的全过程
直接生产过程 使加工对象的尺寸、形状或性能产生变化
辅助生产过程
不使加工对象产生直接的变化
现在学习的是第23页，共44页
机械制造技术基础
0.2.2 产品制造过程
现在学习的是第39页，共44页
机械制造技术基础
0.3.2 材料去除工艺（Δm<0）
●发散流程 —质量减少工艺
①切削加工 ②磨削加工 ③特种加工 —利用电能、热能、化学能、光能、
声能等去除工件材料 电火花加工、电解加工、激光加工、 超声加工、水喷射加工、
电子束加工、离子束加工等
◆特点：以柔克刚
现在学习的是第40页，共44页
对工 需要技术熟练的 需要一定技术水
人的 工人
平的工人
要求
对操作工人要求低， 对调整工人的技术 要求较高
工艺 文件
有简单的工艺过 程卡，关键工序 有工序卡
有详细的工艺规 程， 关键零件有 工序卡
有详细的工艺规程 和工序卡，关键工 序有调整卡、检验 卡
现在学习的是第29页，共44页
机械制造技术基础
0.2.3 生产类型与组织
0.1 制造业与制造技术
0.1.1 机械制造业在国民经济中的地位
0.1.2 机械制造技术的现状与发展前景 0.1.3 本课程的性质、研究内容、特点与学习方法
现在学习的是第5页，共44页
机械制造技术基础
0.1.1 机械制造业在国民经济中的地位
制造 —人类按所需目的，运用知识和技能， 应用设备和工具，采用有效的方法， 将原材料转化为产品并投放市场的全 过程。
机械制造技术基础课件第二章
配合前C角o改p变yr切ig削ht刃2的0锋19利-程20度1与9刃A口sp强o度s。e Pty Ltd.
（3）主偏角,在基面中测量的主切削平面与假定工作平面间的夹 角。主要影响切削刃工作长度和背向力的大小。 （4）副偏角, 在基面中测量的副切削平面与假定工作平面间的夹 角。主要影响已加工表面的粗糙度。
2.1 刀具的结构
（2） 进给量 f
进给量是工件或刀具的主运动每转或每一行程 时，刀具切削刃相对工件在进给运动方向上的移动
量。车削时的进给E量vaf l是ua工ti件on每转on一ly转. ，切削刃沿 ted wi进th给A方s向po的s移e动.S量lid，e单s位fo为rm.mN/rE，T其3进.5给C速l度iev nf t为Profile 5.2
刀具的结构
（5）刃倾角,在切削平面中测量的主切削刃与基面之间的夹角。 刃倾角主要影响切屑流向及刀尖强度。当刀尖相对车刀刀柄安装 面处于最高点时，刃倾角为正值；刀尖处于最低点时，刃倾角为
负值；当切削刃平行于刀Ev柄a安lu装a面tio时n，o刃n倾ly.角为零度，此时切削 te刃d在w基it面h内A。sp刃o倾se角.对Sl排id屑e的s 影fo响r .如N图E1T-73所.示5 。Client Profile 5.2
C切op削y速rig度h是t 刀20具1切9削-2刃01上9选A定s点po相s对e于P工ty件L的td主. 运动
的速度。当主运动为
2.1 刀具的结构
旋转运动时，刀具或工件最大直径处的切削速度 由下式确定式中 v d n
1000
v —— 切削速度（ m/min ）或（m/s ）；
d —— 完 成E主v运alu动at的io刀n o具nl或y.工 件 的 最 大 直 径 ted wi（thmmA）sp；ose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2
（3）主偏角,在基面中测量的主切削平面与假定工作平面间的夹 角。主要影响切削刃工作长度和背向力的大小。 （4）副偏角, 在基面中测量的副切削平面与假定工作平面间的夹 角。主要影响已加工表面的粗糙度。
2.1 刀具的结构
（2） 进给量 f
进给量是工件或刀具的主运动每转或每一行程 时，刀具切削刃相对工件在进给运动方向上的移动
量。车削时的进给E量vaf l是ua工ti件on每转on一ly转. ，切削刃沿 ted wi进th给A方s向po的s移e动.S量lid，e单s位fo为rm.mN/rE，T其3进.5给C速l度iev nf t为Profile 5.2
刀具的结构
（5）刃倾角,在切削平面中测量的主切削刃与基面之间的夹角。 刃倾角主要影响切屑流向及刀尖强度。当刀尖相对车刀刀柄安装 面处于最高点时，刃倾角为正值；刀尖处于最低点时，刃倾角为
负值；当切削刃平行于刀Ev柄a安lu装a面tio时n，o刃n倾ly.角为零度，此时切削 te刃d在w基it面h内A。sp刃o倾se角.对Sl排id屑e的s 影fo响r .如N图E1T-73所.示5 。Client Profile 5.2
C切op削y速rig度h是t 刀20具1切9削-2刃01上9选A定s点po相s对e于P工ty件L的td主. 运动
的速度。当主运动为
2.1 刀具的结构
旋转运动时，刀具或工件最大直径处的切削速度 由下式确定式中 v d n
1000
v —— 切削速度（ m/min ）或（m/s ）；
d —— 完 成E主v运alu动at的io刀n o具nl或y.工 件 的 最 大 直 径 ted wi（thmmA）sp；ose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2
机械制造技术基础(课程精完整版)ppt课件
1. 机床的性能方面 （4）人机适应性
77
ppt精选版
一、对金属切削机床的基本要求
1. 机床的性能方面 （4）人机适应性
人机适应性的基本要求是可靠、 安全和舒适。
78
ppt精选版
一、对金属切削机床的基本要求
2. 机床的经济性方面
79
ppt精选版
一、对金属切削机床的基本要求
2. 机床的经济性方面 机床的经济性包括两方面： 机床制造厂的经济效益 机床使用厂的经济效益
切削用量三要素
背吃刀量asp、 进给量f 切削速度vc
50
ppt精选版
(6)合成切削运动
切削过程中，由主运动和进给运动合成 的运动称为合成切削运动。 合成切削运动方向：就是切削刃选定点相 对于工件的瞬时合成切削运动的方向；
合成切削速度ve：就是切削刃选定点相对
于工件的合成切削运动的瞬时速度。
51
2. 工件表面的形成
工件表面可以看成是一条线沿着另一条 线移动或旋转而形成的。并且我们把这两
条线叫着母线和导线，统称发生线。
14
ppt精选版
例、工件表面的形成
导线 母线
母线 导线
母线 导线 母线
导线 母线
导线 导线
导线
导线 母线
母线
图2-2 组成工件轮廓的几何表面
3.发生线的形成
1) 成型法——利用成形刀具来形成发生 线，对工件进行加工的方法。
二、金属切削机床的分类
（3）按机床的自动化程度分类
1）手动机床 2）机动机床 3）半自动机床 4）全自动机床
85
ppt精选版
二、金属切削机床的分类
（4）按机床的工作精度分类
1）普通精度机床 2）精密机床 3）高精度机床
77
ppt精选版
一、对金属切削机床的基本要求
1. 机床的性能方面 （4）人机适应性
人机适应性的基本要求是可靠、 安全和舒适。
78
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一、对金属切削机床的基本要求
2. 机床的经济性方面
79
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一、对金属切削机床的基本要求
2. 机床的经济性方面 机床的经济性包括两方面： 机床制造厂的经济效益 机床使用厂的经济效益
切削用量三要素
背吃刀量asp、 进给量f 切削速度vc
50
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(6)合成切削运动
切削过程中，由主运动和进给运动合成 的运动称为合成切削运动。 合成切削运动方向：就是切削刃选定点相 对于工件的瞬时合成切削运动的方向；
合成切削速度ve：就是切削刃选定点相对
于工件的合成切削运动的瞬时速度。
51
2. 工件表面的形成
工件表面可以看成是一条线沿着另一条 线移动或旋转而形成的。并且我们把这两
条线叫着母线和导线，统称发生线。
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例、工件表面的形成
导线 母线
母线 导线
母线 导线 母线
导线 母线
导线 导线
导线
导线 母线
母线
图2-2 组成工件轮廓的几何表面
3.发生线的形成
1) 成型法——利用成形刀具来形成发生 线，对工件进行加工的方法。
二、金属切削机床的分类
（3）按机床的自动化程度分类
1）手动机床 2）机动机床 3）半自动机床 4）全自动机床
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二、金属切削机床的分类
（4）按机床的工作精度分类
1）普通精度机床 2）精密机床 3）高精度机床
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机械制造技术课件
汇报人：
目录
01 02 03 04 05 06
机械制造概述 传统机械制造技术 现代机械制造技术 机械制造工艺流程 机械制造质量控制 机械制造的未来发展
01
机械制造概述
机械制造的定义
机械制造是将原材料转化为成品的生产过程。 机械制造包括产品设计、工艺设计、加工制造、检测和质量控制等环节。 机械制造广泛应用于各个领域，如航空、汽车、机床等。 机械制造的核心目标是提高生产效率、降低成本、保证产品质量。
05
机械制造质量控制
质量控制的方法
统计过程控制 测量系统分析 过程能力分析 质量改进方法
质量检测的步骤
检测计划制定 检测工具准备 样品选择与制备 检测数据记录与分析
质量问题的解决
确定问题：明确机械制造过程中出现的质量问题
分析原因：分析问题产生的原因，如材料、工艺、设备等
制定措施：根据分析，制定相应的解决措施，如改进工艺、更换材料、 调整设备等 实施方案：按照制定的措施实施方案，并对实施过程进行监控和调 整
精密加工技术
定义：使用精密机床和精细加工刀具进行加工 分类：超精加工、镜面加工、纳米加工等 应用：航空航天、医疗器械、光学仪器等领域 发展趋势：高精度、高效率、智能化
04
机械制造工艺流程
零件的定位与装夹
定位原理：六点 定位原理，限制 工件的自由度
装夹方法：如三 爪卡盘、四爪卡 盘等，固定工件
定位元件：如V 形块、定位销等， 限制工件的自由 度
焊接工艺及 设备
焊接种类及 特点
焊接应用及 发展
切削加工技术
定义：利用切削 工具从工件上切 除多余材料的加 工方法
分类：车削、铣 削、钻孔、刨削、 磨削等
机械制造技术课件
汇报人：
目录
01 02 03 04 05 06
机械制造概述 传统机械制造技术 现代机械制造技术 机械制造工艺流程 机械制造质量控制 机械制造的未来发展
01
机械制造概述
机械制造的定义
机械制造是将原材料转化为成品的生产过程。 机械制造包括产品设计、工艺设计、加工制造、检测和质量控制等环节。 机械制造广泛应用于各个领域，如航空、汽车、机床等。 机械制造的核心目标是提高生产效率、降低成本、保证产品质量。
05
机械制造质量控制
质量控制的方法
统计过程控制 测量系统分析 过程能力分析 质量改进方法
质量检测的步骤
检测计划制定 检测工具准备 样品选择与制备 检测数据记录与分析
质量问题的解决
确定问题：明确机械制造过程中出现的质量问题
分析原因：分析问题产生的原因，如材料、工艺、设备等
制定措施：根据分析，制定相应的解决措施，如改进工艺、更换材料、 调整设备等 实施方案：按照制定的措施实施方案，并对实施过程进行监控和调 整
精密加工技术
定义：使用精密机床和精细加工刀具进行加工 分类：超精加工、镜面加工、纳米加工等 应用：航空航天、医疗器械、光学仪器等领域 发展趋势：高精度、高效率、智能化
04
机械制造工艺流程
零件的定位与装夹
定位原理：六点 定位原理，限制 工件的自由度
装夹方法：如三 爪卡盘、四爪卡 盘等，固定工件
定位元件：如V 形块、定位销等， 限制工件的自由 度
焊接工艺及 设备
焊接种类及 特点
焊接应用及 发展
切削加工技术
定义：利用切削 工具从工件上切 除多余材料的加 工方法
分类：车削、铣 削、钻孔、刨削、 磨削等
机械制造技术基础课件第二章
普通机床型号用下列方式表示。
（◎） ○ （○） ◎ ◎ （×◎）（○）（/◎）
分类代号 类别代号 通用特性和结构特性代号 组别、系别代号 主参数或设计序号 第二主参数（用×分开） 重大改进顺序号 同一型号机床的变型代号（用/分开）
其中：有“○”符号者，为大写的汉语拼音字母； 有“◎”符号者，为阿拉伯数字； 有“（）”的代号或数字，当无内容时，则不表示。 1
滚齿机
龙门铣床 升降台铣床 龙门刨床
最大工件直径
工作台工作面宽度 工作台工作面宽度 最大刨削宽度
最大模数
工作台工作面长度 工作台工作面长度
12
13
牛头刨床
卧式拉床
最大刨削长度
额定拉力 最大行程
2）机床的分类 机床的传统分类方法，主要是按机床的加工性 质和使用的刀具分类。根据我国制定的机床型号编 制方法，目前将机床分为12大类：车床、钻床、镗 床、铣床、刨（插）床、拉床、磨床、齿轮加工机 床、螺纹加工机床、切断机床、超声波及电加工机
0.01mm 0.01mm/100mm 0.02mm/300mm 0.04m/100mm，0.06mm/300mm Ra=1.25-2.5 μm （▽6）
2.3.2 CA6140型车床的传动系统分析
CA6140 型普通卧式车床在卧式车床中具有典型的
代表意义。作为示例，下面以CA6140普通卧式车床为 例，分析其传动系统及其换置机构传动比的计算方法。
机床的基本使命就是：牢固地装夹工件和 刀具，并把二者组合在一个统一体中；提供一 定的运动和足够的动力；使二者作表面成形运 动，并通过切削过程形成所要求的加工表面。
为了得到所需要的运动，机床需要通过一 系列的传动件把安装刀具和工件的执行件和动 源，或者把执行件和执行件连接起来，构成一 个传动联系。构成这样一个传动联系的一系列 传动件称为传动链。
机械制造技术基础全册课件
第一章 机械加工方法
1
等一系列高新技术，属于技术密集型产业。 三、△M＞0 的制造过程 △M＞0 的工艺即材料累加法制造（MIM）工艺 出现 于上个世纪80年代，通过材料逐渐累加成型 。这一 工艺又称RP技术（Rapid Prototyping） 。其优点是： 无需编程，即可以成型任意复杂形状的零件，而无 需刀、夹具等生产准备活动。
第一章 机械加工方法
刨削加工
第一章 机械加工方法
1
刨床的结构形式 牛头刨床和龙门刨床。牛头刨床一般只用于单件生 产，加工中小型工件；龙门刨床主要用来加工大型 工件，加工精度和生产率都高于牛头刨床。 加工精度 一般可达IT8～IT7，表面粗糙度为Ra3.2～
第一章 机械加工方法
1
第二节 机械加工方法 采用机械加工方法获得零件的形状，是通过 机床利用刀具将毛坯上多余的材料切除来获得的。 根据机床运动的不同、刀具的不同，可分为不同的 加工方法，主要有：车削、铣削、刨削、磨削、钻 削、镗削及特种加工等。
第一章 机械加工方法
1
一、车削 主运动－工件的旋转运动 进给运动－刀具相对于工件的运动 刀具 刀具的结构和形状是基本的，“一尖二刃三刀面”。 能加工的表面
第一章 机械加工方法
1
二、铣削 主运动－铣刀的旋转运动 进给运动－工件的直线运动 铣削的不同型式 卧铣和立铣 卧铣时，平面的形成是由铣刀的外圆面上的刃形 成的；立铣时，平面是由铣刀的端面刃形成的。
第一章 机械加工方法
铣削加工
第一章 机械加工方法
顺铣和逆铣
第一章 机械加工方法
1 顺铣和逆铣
第一章 机械加工方法
1
刀具 铣刀的结构较复杂，属于多刃刀具。 能加工的表面 平面、曲面（成形铣刀铣削齿轮、球头铣刀加工复 杂型面）。 加工精度 一般可达IT8～IT7，表面粗糙度为Ra6.3～0.8μm。
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图2-31 切屑类型 a)带状切屑 b)挤裂切屑 c)单元切屑 d)崩碎切屑
第四节 金属切削过程及其物理现象
(4)崩碎切屑 属于脆性材料的切屑。这种切屑的形状是不规则的,加工表面是凹凸不平
的 成机理也不 同,它的脆断主要是由于材料所受应力超过了它的抗拉极限。加工脆硬材料,如高 硅铸铁、白口铸铁等,特别是当切削厚度较大时常得到这种切屑。
下合成的,是继人造金刚石问世后出现的又一种新型高新技术产品。
它具有很高的硬度、热稳定性和化学惰性,以及良好的透红外形和较宽的 禁带宽度等优异性能,它的硬度仅次于金刚石,但热稳定性远高于金刚石,可承受 1200℃以上的切削温度。对铁系金属元素有较大的化学稳定性,在高温下 (1200~1300℃)不会发生化学反应。
合金工具钢是在碳素工具钢中加入少量的Cr、W、Mn、Si 等合金元素 形成的刀具材料(如9SiCr)。由于合金元素的加入,与碳素工具钢相比,其热处理变 形有所减少,耐热性也有所提高。
以上两种刀具材料因其耐热性都比较差,所以常用于制造手工工具和一些 形状较简单的低速刀具,如锉刀、锯条、铰刀等。
第三节 刀具的材料
第三节 刀具的材料
(3)硬质合金 它是以高硬度、高熔点的金属碳化物(WC,TiC)为基体,以金属Co、Ni等
为粘结剂,用粉末冶金方法制成的一种合金。 其硬度为74~82HRC,能耐800~1000℃的高温,因此耐磨、耐热性好,许用
切削速度是高速钢的6倍,但强度和韧性比高速钢低,工艺性差,因此硬质合金常用 于制造形状简单的高速切削刀片,经焊接或机械夹固在车刀、刨刀、面铣刀、钻 头等刀体(刀杆)上使用。
第三节 刀具的材料
二、常用刀具材料
在切削加工中常用的刀具材料有:碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬 质合金等。
种类
碳素 工具钢 合金 工具钢 高速钢
硬质合金
陶瓷材料 立方 氮化硼 金刚石
牌号
T8A T10A T12A
9CrSi CrWMn等
W18Cr4V W6Mo5Cr4V2Al W10Mo4Cr4V3Al
车刀刀头大部分采用硬质合金,铣刀、钻头、滚 刀、丝锥等也可镶刀片使用。钨钴类加工铸铁,有 色金属;钨钴钛类加工碳素钢、合金钢、淬硬钢等
压制烧结后使用,不能冷热加工,多 镶片使用,无须热处理
多用于车刀,性脆,适于连续切削
用于硬度、强度较高材料的精加工。在空气中达 压制烧结而成,可用金刚石砂轮磨削 1300℃时仍保持稳定
因此,研究切削过程对切削加工的发展和进步,保证加工质量,降低生产成 本,提高生产效率等,都有着重要意义。
第四节 金属切削过程及其物理现象
一、切削过程 1.切屑形成过程
对塑性金属进行切削时,切屑的形成过程就是切削层金属的变形过程,图 示为低速直角自由切削工件侧面时,用显微镜观察得到的切削层金属变形的情况。 所谓直角自由切削,是指没有副切削刃参与切削,并且刃倾角λs=0°的切削方式。
第三节 刀具的材料
为了提高高速钢的硬度和耐磨性,常采用如下措施来提高其性能:
➢在高速钢中增添新的元素。如我国制成的铝高速钢,增添了铝元素,使其硬 度达70HRC,耐热性超过600℃,被称之为高性能高速钢或超高速钢。
➢用粉末冶金法制造的高速钢称为粉末冶金高速钢,它可消除碳化物的偏析 并细化晶粒,提高了材料的韧性、硬度,并减小了热处理变形,适用于制造各 种高精度刀具。
图2-28 金属切屑层的变形图像
图2-29 直角切削与斜角切削
第四节 金属切削过程及其物理现象
当工件受到刀具的挤压以后,切削层金属在始滑移面OA以左发生弹性变 形,越靠近OA面,弹性变形越大。在OA面上,应力达到材料的屈服强度σs,则发生 塑性变形,产生滑移现象。
随着刀具的连续移动,原来处于始滑移面上的金属不断向刀具靠拢,应力 和变形也逐渐加大。在终滑移面OE上,应力和变形达到最大值。越过OE面,切削 层金属将脱离工件基体,沿着前面流出而形成切屑,完成切离阶段。经过塑性变形 的金属,其晶粒沿大致相同的方向伸长。
人造聚晶金刚石特点: ①硬度和耐磨性极高,它在加工高硬度材料时,寿命是硬质合金刀具的10~100倍, 甚至高达几百倍; ②摩擦系数低,与一些有色金属之间的摩擦系数约为硬质合金刀具的一半; ③切削刃非常锋利,可用于超薄切削和超精密加工; ④导热性能好,金刚石导热系数为硬质合金的1.5~9倍; ⑤热膨胀系数低,金刚石热膨胀系数比硬质合金小,约为高速钢的1/10。
用天然金刚石砂轮刃磨极困难
用于有色金属的高精度、低粗糙度切削 ,700~800℃时易碳化
第三节 刀具的材料
(1)碳素工具钢与合金工具钢 碳素工具钢是含碳量最高的优质钢(碳的质量分数为0.7%~1.2%),如T10A。
碳素工具钢淬火后具有较高的硬度,而且价格低廉。但这种材料的耐热性较差,当 温度达到200℃时,即失去它原有的硬度,并且淬火时容易产生变形和裂纹。
图2-31 切屑类型 a)带状切屑 b)挤裂切屑 c)单元切屑 d)崩碎切屑
第四节 金属切削过程及其物理现象
(2)挤裂切屑 这类切屑与带状切屑不同之处在于外表面呈锯齿形,内表面有时有裂纹。
这类切屑之所以呈锯齿形,是由于它的第一变形区较宽,在剪切滑移过程中滑移量 较大。由滑移变形所产生的加工硬化使剪切力增加,在局部地方达到材料的破裂 强度。这种切屑大多在切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时产生。
从此,PCBN以它优越的切削性能应用于切削加工的各个领域,尤其在高硬 度材料、难加工材料的切削加工中更是独树一帜。
目前应用广泛的是有粘结剂的PCBN刀具复合片,根据添加的粘结剂比例 不同,其硬质特性也不同,粘结剂含量越高硬度就越低,其韧性就会越好。
第四节 金属切削过程及其物理现象
金属切削过程是指在刀具和切削力的作用下形成切屑的过程,在此过程中 会出现许多物理现象,如切削力、切削热、积屑瘤、刀具磨损和加工硬化等。
但人造金刚石的热稳定性差,使用温度不得超过700~800℃,特别是它与铁 元素的化学亲和力很强,因此它不宜用来加工钢铁件,多用于有色金属及其合金和 一些非金属材料的加工,是目前超精密切削加工中的最主要刀具。
第三节 刀具的材料
(3)立方氮化硼 立方氮化硼(Cubic Boron Nitride,CBN)是由六方氮化硼和触媒在高温高压
图2-31 切屑类型 a)带状切屑 b)挤裂切屑 c)单元切屑 d)崩碎切屑
第四节 金属切削过程及其物理现象
(3)单元切屑 如果在挤裂切屑的剪切面上,裂纹扩展到整个面上,则整个单元被切离,成
为梯形的单元切屑。
以上三种切屑只有在加工塑性材料时才可能得到。其中,带状切屑的切削 过程最平稳,切削力波动最小,单元切屑的切削力波动最大。在生产中最常见的是 带状切屑,有时得到挤裂切屑,单元切屑则很少见。
可见,金属切削过程实质是一种剪切—滑移—断裂过程,在这一过程中产 生的许多物理现象,都是由切削过程中的变形和摩擦所引起的。
第四节 金属切削过程及其物理现象
根据晶粒滑移线,可将塑性金属材料在切削时,刀具与工件接触的区域分 为三个变形区。 (1)第一变形区 OA与OE之间是切削层的塑性变形区,称为第一变形区,或称基本 变形区。基本变形区的变形量最大,常用它来说明切削过程的变形情况。 (2)第二变形区 切屑与前面摩擦的区域Ⅱ称为第二变形区,或称摩擦变形区。切 屑形成后与前面之间存在压力,所以沿前面流出时必然有很大的摩擦,因而使切屑 底层又一次产生塑性变形。 (3)第三变形区 工件已加工表面与后面接触的区域Ⅲ称为第三变形区,或称加工 表面变形区。
10000HV。一般有两种:天然金刚石和人造金刚石。
前者性质较脆,容易沿晶体的解理面破裂,导致大块崩刃,并且天然金刚石 价格昂贵,因此往往被人造聚晶金刚石代替。
人造聚晶金刚石(Polycrystalline diamond,PCD)是以石墨为原料,通过合金 触媒的作用,在高温高压下烧结而成。
第三节 刀具的材料
陶瓷刀具与传统硬质合金刀具相比,具有以下优点: ➢可加工硬度高达65HRC的高硬度难加工材料; ➢可进行扒荒粗车及铣、刨等大冲击间断切削; ➢刀具寿命可提高几倍至几十倍; ➢切削效率提高3~10倍,可实现以车、铣代磨。
第三节 刀具的材料
(2)金刚石 金刚石是碳的同素异构体,是自然界已经发现的最硬材料,显微硬度达到
为了克服常用硬质合金强度低、韧性低、脆性大、易崩刃的缺点,常采用 如下措施改善其性能: ➢调整化学成分,使硬质合金既有高的硬度又有良好的韧性。 ➢细化合金的晶粒,提高硬度与抗弯强度。
第三节 刀具的材料
三、新型刀具材料 (1)陶瓷
陶瓷是以氧化铝(Al2O3)或氮化硅(Si3N4)等为主要成分,经压制成形后烧结 而成的刀具材料。陶瓷的硬度高、化学稳定性高、耐氧化,所以被广泛用于高速 切削加工中。但由于其强度低、韧性差,长期以来主要用于精加工。
图2-30 切削过程晶粒变形情况及三个变形区 a)切削过程晶粒变形情况 b)切削过程中的三个变形区
第四节 金属切削过程及其物理现象
二、切屑的类型及其控制 由于工件材料不同,切削过程中的变形程度也就不同,因而产生的切屑种
类也就多种多样。 (1)带状切屑
这是最常见的一种切屑。它的内表面是光滑的,外表面是毛茸的。如用显 微镜观察,在外表面上也可看到剪切面的条纹,但每个单元很薄,肉眼看来大体上 是平整的。加工塑性金属材料,当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大 时,一般常得到这类切屑。它的切削过程平稳,切削力波动较小,已加工表面粗糙 度较小。
(2)高速钢 高速钢又称为锋钢或风钢,它是含有较多W、Cr、V合金元素的高合金工
具钢,如W18Cr4V。与碳素工具钢和合金工具钢相比,高速钢具有较高的耐热性, 温度达600℃时,仍能正常切削,其许用切削速度为30~50m/min,是碳素工具钢的 5~6倍,而且它的强度、韧性和工艺性都较好,可广泛用于制造中速切削及形状复 杂的刀具,如麻花钻、铣刀、拉刀、各种齿轮加工工具。
第四节 金属切削过程及其物理现象
(4)崩碎切屑 属于脆性材料的切屑。这种切屑的形状是不规则的,加工表面是凹凸不平
的 成机理也不 同,它的脆断主要是由于材料所受应力超过了它的抗拉极限。加工脆硬材料,如高 硅铸铁、白口铸铁等,特别是当切削厚度较大时常得到这种切屑。
下合成的,是继人造金刚石问世后出现的又一种新型高新技术产品。
它具有很高的硬度、热稳定性和化学惰性,以及良好的透红外形和较宽的 禁带宽度等优异性能,它的硬度仅次于金刚石,但热稳定性远高于金刚石,可承受 1200℃以上的切削温度。对铁系金属元素有较大的化学稳定性,在高温下 (1200~1300℃)不会发生化学反应。
合金工具钢是在碳素工具钢中加入少量的Cr、W、Mn、Si 等合金元素 形成的刀具材料(如9SiCr)。由于合金元素的加入,与碳素工具钢相比,其热处理变 形有所减少,耐热性也有所提高。
以上两种刀具材料因其耐热性都比较差,所以常用于制造手工工具和一些 形状较简单的低速刀具,如锉刀、锯条、铰刀等。
第三节 刀具的材料
第三节 刀具的材料
(3)硬质合金 它是以高硬度、高熔点的金属碳化物(WC,TiC)为基体,以金属Co、Ni等
为粘结剂,用粉末冶金方法制成的一种合金。 其硬度为74~82HRC,能耐800~1000℃的高温,因此耐磨、耐热性好,许用
切削速度是高速钢的6倍,但强度和韧性比高速钢低,工艺性差,因此硬质合金常用 于制造形状简单的高速切削刀片,经焊接或机械夹固在车刀、刨刀、面铣刀、钻 头等刀体(刀杆)上使用。
第三节 刀具的材料
二、常用刀具材料
在切削加工中常用的刀具材料有:碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬 质合金等。
种类
碳素 工具钢 合金 工具钢 高速钢
硬质合金
陶瓷材料 立方 氮化硼 金刚石
牌号
T8A T10A T12A
9CrSi CrWMn等
W18Cr4V W6Mo5Cr4V2Al W10Mo4Cr4V3Al
车刀刀头大部分采用硬质合金,铣刀、钻头、滚 刀、丝锥等也可镶刀片使用。钨钴类加工铸铁,有 色金属;钨钴钛类加工碳素钢、合金钢、淬硬钢等
压制烧结后使用,不能冷热加工,多 镶片使用,无须热处理
多用于车刀,性脆,适于连续切削
用于硬度、强度较高材料的精加工。在空气中达 压制烧结而成,可用金刚石砂轮磨削 1300℃时仍保持稳定
因此,研究切削过程对切削加工的发展和进步,保证加工质量,降低生产成 本,提高生产效率等,都有着重要意义。
第四节 金属切削过程及其物理现象
一、切削过程 1.切屑形成过程
对塑性金属进行切削时,切屑的形成过程就是切削层金属的变形过程,图 示为低速直角自由切削工件侧面时,用显微镜观察得到的切削层金属变形的情况。 所谓直角自由切削,是指没有副切削刃参与切削,并且刃倾角λs=0°的切削方式。
第三节 刀具的材料
为了提高高速钢的硬度和耐磨性,常采用如下措施来提高其性能:
➢在高速钢中增添新的元素。如我国制成的铝高速钢,增添了铝元素,使其硬 度达70HRC,耐热性超过600℃,被称之为高性能高速钢或超高速钢。
➢用粉末冶金法制造的高速钢称为粉末冶金高速钢,它可消除碳化物的偏析 并细化晶粒,提高了材料的韧性、硬度,并减小了热处理变形,适用于制造各 种高精度刀具。
图2-28 金属切屑层的变形图像
图2-29 直角切削与斜角切削
第四节 金属切削过程及其物理现象
当工件受到刀具的挤压以后,切削层金属在始滑移面OA以左发生弹性变 形,越靠近OA面,弹性变形越大。在OA面上,应力达到材料的屈服强度σs,则发生 塑性变形,产生滑移现象。
随着刀具的连续移动,原来处于始滑移面上的金属不断向刀具靠拢,应力 和变形也逐渐加大。在终滑移面OE上,应力和变形达到最大值。越过OE面,切削 层金属将脱离工件基体,沿着前面流出而形成切屑,完成切离阶段。经过塑性变形 的金属,其晶粒沿大致相同的方向伸长。
人造聚晶金刚石特点: ①硬度和耐磨性极高,它在加工高硬度材料时,寿命是硬质合金刀具的10~100倍, 甚至高达几百倍; ②摩擦系数低,与一些有色金属之间的摩擦系数约为硬质合金刀具的一半; ③切削刃非常锋利,可用于超薄切削和超精密加工; ④导热性能好,金刚石导热系数为硬质合金的1.5~9倍; ⑤热膨胀系数低,金刚石热膨胀系数比硬质合金小,约为高速钢的1/10。
用天然金刚石砂轮刃磨极困难
用于有色金属的高精度、低粗糙度切削 ,700~800℃时易碳化
第三节 刀具的材料
(1)碳素工具钢与合金工具钢 碳素工具钢是含碳量最高的优质钢(碳的质量分数为0.7%~1.2%),如T10A。
碳素工具钢淬火后具有较高的硬度,而且价格低廉。但这种材料的耐热性较差,当 温度达到200℃时,即失去它原有的硬度,并且淬火时容易产生变形和裂纹。
图2-31 切屑类型 a)带状切屑 b)挤裂切屑 c)单元切屑 d)崩碎切屑
第四节 金属切削过程及其物理现象
(2)挤裂切屑 这类切屑与带状切屑不同之处在于外表面呈锯齿形,内表面有时有裂纹。
这类切屑之所以呈锯齿形,是由于它的第一变形区较宽,在剪切滑移过程中滑移量 较大。由滑移变形所产生的加工硬化使剪切力增加,在局部地方达到材料的破裂 强度。这种切屑大多在切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时产生。
从此,PCBN以它优越的切削性能应用于切削加工的各个领域,尤其在高硬 度材料、难加工材料的切削加工中更是独树一帜。
目前应用广泛的是有粘结剂的PCBN刀具复合片,根据添加的粘结剂比例 不同,其硬质特性也不同,粘结剂含量越高硬度就越低,其韧性就会越好。
第四节 金属切削过程及其物理现象
金属切削过程是指在刀具和切削力的作用下形成切屑的过程,在此过程中 会出现许多物理现象,如切削力、切削热、积屑瘤、刀具磨损和加工硬化等。
但人造金刚石的热稳定性差,使用温度不得超过700~800℃,特别是它与铁 元素的化学亲和力很强,因此它不宜用来加工钢铁件,多用于有色金属及其合金和 一些非金属材料的加工,是目前超精密切削加工中的最主要刀具。
第三节 刀具的材料
(3)立方氮化硼 立方氮化硼(Cubic Boron Nitride,CBN)是由六方氮化硼和触媒在高温高压
图2-31 切屑类型 a)带状切屑 b)挤裂切屑 c)单元切屑 d)崩碎切屑
第四节 金属切削过程及其物理现象
(3)单元切屑 如果在挤裂切屑的剪切面上,裂纹扩展到整个面上,则整个单元被切离,成
为梯形的单元切屑。
以上三种切屑只有在加工塑性材料时才可能得到。其中,带状切屑的切削 过程最平稳,切削力波动最小,单元切屑的切削力波动最大。在生产中最常见的是 带状切屑,有时得到挤裂切屑,单元切屑则很少见。
可见,金属切削过程实质是一种剪切—滑移—断裂过程,在这一过程中产 生的许多物理现象,都是由切削过程中的变形和摩擦所引起的。
第四节 金属切削过程及其物理现象
根据晶粒滑移线,可将塑性金属材料在切削时,刀具与工件接触的区域分 为三个变形区。 (1)第一变形区 OA与OE之间是切削层的塑性变形区,称为第一变形区,或称基本 变形区。基本变形区的变形量最大,常用它来说明切削过程的变形情况。 (2)第二变形区 切屑与前面摩擦的区域Ⅱ称为第二变形区,或称摩擦变形区。切 屑形成后与前面之间存在压力,所以沿前面流出时必然有很大的摩擦,因而使切屑 底层又一次产生塑性变形。 (3)第三变形区 工件已加工表面与后面接触的区域Ⅲ称为第三变形区,或称加工 表面变形区。
10000HV。一般有两种:天然金刚石和人造金刚石。
前者性质较脆,容易沿晶体的解理面破裂,导致大块崩刃,并且天然金刚石 价格昂贵,因此往往被人造聚晶金刚石代替。
人造聚晶金刚石(Polycrystalline diamond,PCD)是以石墨为原料,通过合金 触媒的作用,在高温高压下烧结而成。
第三节 刀具的材料
陶瓷刀具与传统硬质合金刀具相比,具有以下优点: ➢可加工硬度高达65HRC的高硬度难加工材料; ➢可进行扒荒粗车及铣、刨等大冲击间断切削; ➢刀具寿命可提高几倍至几十倍; ➢切削效率提高3~10倍,可实现以车、铣代磨。
第三节 刀具的材料
(2)金刚石 金刚石是碳的同素异构体,是自然界已经发现的最硬材料,显微硬度达到
为了克服常用硬质合金强度低、韧性低、脆性大、易崩刃的缺点,常采用 如下措施改善其性能: ➢调整化学成分,使硬质合金既有高的硬度又有良好的韧性。 ➢细化合金的晶粒,提高硬度与抗弯强度。
第三节 刀具的材料
三、新型刀具材料 (1)陶瓷
陶瓷是以氧化铝(Al2O3)或氮化硅(Si3N4)等为主要成分,经压制成形后烧结 而成的刀具材料。陶瓷的硬度高、化学稳定性高、耐氧化,所以被广泛用于高速 切削加工中。但由于其强度低、韧性差,长期以来主要用于精加工。
图2-30 切削过程晶粒变形情况及三个变形区 a)切削过程晶粒变形情况 b)切削过程中的三个变形区
第四节 金属切削过程及其物理现象
二、切屑的类型及其控制 由于工件材料不同,切削过程中的变形程度也就不同,因而产生的切屑种
类也就多种多样。 (1)带状切屑
这是最常见的一种切屑。它的内表面是光滑的,外表面是毛茸的。如用显 微镜观察,在外表面上也可看到剪切面的条纹,但每个单元很薄,肉眼看来大体上 是平整的。加工塑性金属材料,当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大 时,一般常得到这类切屑。它的切削过程平稳,切削力波动较小,已加工表面粗糙 度较小。
(2)高速钢 高速钢又称为锋钢或风钢,它是含有较多W、Cr、V合金元素的高合金工
具钢,如W18Cr4V。与碳素工具钢和合金工具钢相比,高速钢具有较高的耐热性, 温度达600℃时,仍能正常切削,其许用切削速度为30~50m/min,是碳素工具钢的 5~6倍,而且它的强度、韧性和工艺性都较好,可广泛用于制造中速切削及形状复 杂的刀具,如麻花钻、铣刀、拉刀、各种齿轮加工工具。