金属切削

金属切削 掌握 第一章

金属切削加工是用切削刀具将坯料或工件上的多余材料切除，以获得所要求的尺寸、形状、位置精度和表面质量的加工方法。 切削过程中工件上常存在三个表面： 待加工表面：即将被切除的工件表面。

已加工表面：已被切除多余金属的工件新表面。

过渡表面：切削刃正在切削的表面，又称：切削表面或加工表面。 切削用量三要素：1.切削速度 vc ：（单位：m/s 或m/min）2.进给量 f ：（单位： mm/r 或 mm/d.str ）3.背吃刀量 ap ：（单位：mm） 车刀切削部分的组成：车刀切削部分一般由三个刀面、两个切削刃和一个刀尖组成，简称：三面两刃一刀尖。

车刀切削部分的标注角度的假定条件： a）刀尖恰在工件中心线上； b）刀具轴线与工件轴线垂直； c）忽略进给运动 f 的影响。 标注角度：

在正交平面Po内测量的角度：

① 前角：在正交平面内度量的基面Pr与前刀面Aγ的夹角。 ② 后角：主后刀面与切削平面Ps间的夹角 。 ③ 楔角：前刀面Aγ和主后刀面之间的夹角。 ▲在基面Pr内测量的角度：

④ 主偏角：主切削刃S在基面上的投影与进给方向的夹角。 ⑤ 副偏角：副切削刃在基面上的投影与进给反方向的夹角。 ⑥ 刀尖角：主切削刃与副切削刃在基面上投影的夹角。 ▲在切削平面Ps内测量的角度：

⑦ 刃倾角：主切削刃S与基面Pr间的夹角。 ▲副刃正交平面内测量的角度 ：

⑧ 副后角：是副后刀面与副切削平面之间的夹角。

f sin? r （单位：mm） 切削层公称厚度hD（曾记为ac） h D ?

切削层公称宽度bD（曾记为aw） b D ? a p / sin ? r （单位：mm） 切削层公称横截面积AD ? b ? f ? a （单位：mm2） AhDDDP

第二章

刀具材料应具有的性能：

1.较高的硬度（一般62HRC）和耐磨性。

2.足够的强度和韧性，以承受切削力的冲击和振动。 3.较高的耐热性（红硬性）和传热性。 4.较好的工艺性和积极性。

刀具材料可分为：工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、超硬合金

第三章

切削过程中的三个变形区：

第Ⅰ变形区内金属的剪切变形 ：OA---始剪切线（始滑移线）；OM---终剪切线（终滑移线）。在OA到OM之间的第Ⅰ变形区内，其变形的主要特征是沿滑移线的剪切变形，以及随之产生的加工硬化 。 剪切角φ：剪切面和切削速度方向的夹角。 剪切 切屑 刀具 面 φ 切削层 vc vc 2. 第Ⅱ变形区内金属的挤压变形

切屑沿前刀面滑移排出时紧贴前刀面的底层金属进一步受到前刀面的挤压阻滞和摩擦，再次剪切滑移变形而纤维化，其方向基本上和前刀面平行，亦称摩擦变形区。

3. 第Ⅲ变形区

已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压、摩擦与回弹，造成纤维化与加工硬化。 切屑的类型：

工件材料的塑性不同，切削条件不同，就会形成不同类型的切屑。从变形观点出发，可分为：

1.带状切屑；2.节状切屑；3.单元切屑；4.崩碎切屑

积屑瘤现象及形成原因：

在一定的切削速度范围内切削钢料、球墨铸铁或铝合金等塑性金属时，有时会在刀具前刀面靠近切削刃的部位粘附着一小块很硬的金属，这就是积屑瘤。 形成原因：切屑底层和前刀面发生冷焊；加之很高的压力和适当的温度。 积屑瘤对切削加工的影响： 有利方面：（1）保护刀具；（2）增大了刀具实际工作前角 不利方面：（3）影响工件尺寸精度（增大了实际切削厚度）；（4）增大已加工表面粗糙度

第四章

切削力的来源

主要来自两方面：切削层金属、切屑和工件表面层金属产生弹性、塑性变形所产生的抗力；刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力。 切削合力和分力：

主切削力FC：其大小约为切削合力的85%~90%。它消耗机床的主要功率，是计算切削功率、选取机床电动机功率和设计机床主传动机构的依据。 背向力FP：作用于基面内，与进给方向垂直，能使工件产生变形。 Fp=(0.15 ~ 0.7) Fc

进给力Ff ：作用于基面内，与进给方向相同。Ff =(0.1 ~ 0.6) Fc 切削合力： F?Fc2?Fp2?Ff2?1.1FC 第五章

切削热的产生和传出：

来源：1.切削层金属发生弹性变形和塑性变形而做的功；2.切屑与前刀面、工件与后刀面间消耗的摩擦功

切削时共有三个生热区：1.剪切区；2.切屑与前刀面接触区；3.后刀面与加工表面接触区

如果忽略进给运动所消耗的功，并假定主运动所消耗的功全部转化为热能，则单位时间内产生的切削热可由下式算出： Q ? F c v c 式中：Q——每秒产生的切削热，J/s； Fc——主切削力，N；Vc——切削速度，mm/s。

切削热Q由切屑、工件、刀具和周围介质（如空气、切削液等）传导出去。影响热传导的主要因素是工件和刀具材料的导热系数以及周围介质的状况。

第六章

刀具磨损形态：1、前刀面磨损（月牙洼磨损）；2、后刀面磨损；3、边界磨损

硬质合金刀具磨损原因：1.硬质点磨损；2.黏结磨损；3.扩散磨损；4.氧化磨损 刀具磨损过程的三个阶段：1.初期磨损阶段；2.正常磨损阶段；3.急剧磨损阶段

第八章

加工硬化：工件表层金属在形成已加工表面的过程中经过强烈塑性变形，使其晶粒伸长、扭曲和破碎而被强化的现象。 加工硬化产生的原因：切屑线以下的未被切下部分金属，经过刀尖和后刀面的挤压变形，形成已加工表面。使表面金属得到强化，硬度提高。

当切削温度低于相变点时，金属弱化、硬度降低；当切削温度高于相变点时则引起相变。加工硬化是强化、弱化、相变三者综合作用结果。

第九章

前角 ? o 的功用：前角直接影响刀具的锋利程度和刃口强度。根据前刀面与基面相对位置的不同，前角可有正、负、零之分。 前角 ? o 的选择原则：前角较大时，刀具刃口锋利，切削变形小，因而切削轻快；但前角过大时，则使切削刃变弱，容易崩刃。常根据刀具材料和工件材料选择前角。

（1）根据加工材料选择：加工塑性材料、软材料时前角大些；加工脆性材料、硬材料时前角小些。

（2）根据刀具材料选择：高速钢刀具的抗弯强度和抗冲击韧性高，可选择较大前角；硬质合金刀具的抗弯强度较低，前角较小。 （3）根据加工要求选择：精加工时的前角较大；粗加工和断续切削的前角较小；加工成形面前角应小，这是为了能减小刀具的刃形误差对零件加工精度的影响。 后角 ? o的功用：后角的主要作用是减少主后刀面与加工表面间的摩擦。增大后角，可使摩擦减小，提高加工表面质量；但过大会使切削刃变弱，散热条件差，磨损较大，降低刀具寿命，并影响工件精度。 后角? o 的选择原则：（1）根据加工精度选择：精加工时为了减小摩擦，后角取

?较大值 ? o=8°~12°；粗加工时为了提高刀具强度，后角取较小值 o =6°~8°。

（2）根据加工材料选择 ：加工塑性材料、较软材料时，后角取较大值；加工脆性材料、硬材料时，后角取较小值；加工易产生硬化层的材料时，后角取大值。

'副后角? o 选择： 副后角选择原则与主后角基本相同。焊接刀具为了便于制造和

'刃磨，可转位刀具要求转位后的后角不变，两种刀具均选取 ? ? o 。 o ?切槽刀和三面刃铣刀，为了加强刀齿强度和重磨后二侧间刃宽变化小，则选用较

'oo? 1小副后角 ? o ~ 2 。

主偏角? r 选择原则：（1）根据加工材料选择：加工高强度、高硬度、导热系数小和表面有硬化的材料，为提高刀具强度和改善散热条件，主偏角取小值。 （2）根据加工工艺系统刚度选择：当工艺系统刚度足够时，应选用较小主偏角；在系统刚度不足时，应选用较大主偏角，以减小背向力Fp，减少振动。 （3）根据加工表面形状要求选择：车细长轴和阶梯轴时，选择 ? ? 90 ? ；用同一把刀车外圆、端面和倒角时，宜取 ? ? 45 ?。 主偏角 ? r 的功用：主偏角主要影响表面粗糙度；影响切削层的形状，并直接影响切削刃的工作长度和单位切削刃上的负荷；影响各切削分力的比值。 刃倾角? s的功用：主要影响切屑流出方向、刀尖强度、切入切出平稳性、切削分力及切削刃工作长度。在保证加工质量的前提下，? s 尽量取小值。