金属切削
合集下载
金属切削原理
切削层是指在切削过程中，由刀具在切削部分的一个 单一动作（或指切削部分切过工件的一个单程，或指只产 生一圈过渡表面的动作）所切除的工件材料层。
三、切削层参数
•切削层厚度hD 垂直于正在加工的表面（过渡表面）度量 的切削层参数。 hD＝f•sinκ r •切削层宽度bD 平行于正在加工的表面（过渡表面）度 量的切削层参数。 bD＝ap／sinκ r •切削层横截面积AD 在切削层参数平面内度量的横截面 积。 AD＝hD•bD=ap•f
常用刀具材料有碳素工具钢(如T10A、T12A)、合金工具钢 （如9SiCr、CrWMn）、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、 立方炭化硼等。
二、常用刀具材料
常用刀具材料的种类及其特性 • 碳素工具钢 • 高速钢 • 硬质合金 • 其它刀具材料（涂层刀具、陶瓷、金刚石、立方氮
化硼 ）
• 优点、缺点、种类、常用牌号、应用等
1. 金属切削过程
刀具从工件上切除多余的金属的过程，并使工件得到符 合图纸要求的尺寸、形状和表面质量。
必须具备以下三个条件： 1.工件和刀具之间要有相对运动及，即切削运动； 2.刀具材料必须具备一定的切削性能； 3.刀具必须有合理的几何参数，即切削角度等。
一、切削运动与切削用量 1.工件加工表面
在切削过程中，工件上存在三个不断变化的表面：
上述公式中可看出 hD、bD均与主偏角有关，但切削层 横截面积 AD 只与 hD、bD 或 f、ap有关。
§1-2 刀具材料
•刀具材料通常是指刀具切削部分的材料。 •加工质量、加工效率、加工成本，在很大程度上取决于 刀具材料的合理选择。因此，材料、结构和几何形状是决 定刀具切削性能的主要因素。 •金属切削过程除了要求刀具具有适当的几何参数外，还 要求刀具材料具备一定性能。
三、切削层参数
•切削层厚度hD 垂直于正在加工的表面（过渡表面）度量 的切削层参数。 hD＝f•sinκ r •切削层宽度bD 平行于正在加工的表面（过渡表面）度 量的切削层参数。 bD＝ap／sinκ r •切削层横截面积AD 在切削层参数平面内度量的横截面 积。 AD＝hD•bD=ap•f
常用刀具材料有碳素工具钢(如T10A、T12A)、合金工具钢 （如9SiCr、CrWMn）、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、 立方炭化硼等。
二、常用刀具材料
常用刀具材料的种类及其特性 • 碳素工具钢 • 高速钢 • 硬质合金 • 其它刀具材料（涂层刀具、陶瓷、金刚石、立方氮
化硼 ）
• 优点、缺点、种类、常用牌号、应用等
1. 金属切削过程
刀具从工件上切除多余的金属的过程，并使工件得到符 合图纸要求的尺寸、形状和表面质量。
必须具备以下三个条件： 1.工件和刀具之间要有相对运动及，即切削运动； 2.刀具材料必须具备一定的切削性能； 3.刀具必须有合理的几何参数，即切削角度等。
一、切削运动与切削用量 1.工件加工表面
在切削过程中，工件上存在三个不断变化的表面：
上述公式中可看出 hD、bD均与主偏角有关，但切削层 横截面积 AD 只与 hD、bD 或 f、ap有关。
§1-2 刀具材料
•刀具材料通常是指刀具切削部分的材料。 •加工质量、加工效率、加工成本，在很大程度上取决于 刀具材料的合理选择。因此，材料、结构和几何形状是决 定刀具切削性能的主要因素。 •金属切削过程除了要求刀具具有适当的几何参数外，还 要求刀具材料具备一定性能。
金属切削与机床金属切削的基本概念资料
用“一刃四角法”原理标注刀具几何角度时，当副切削刃 与主切削刃在同一前刀面上时，副前角和副刃倾角为派生角度， 可以通过计算得到，一般不在刀具图中标出，其计算公式如下：
第1章 金属切削的基本概念
3． 合成切削运动
由主运动和进给运动合成的运动，称为合成切削运动。 刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时合成运动方向称为该点 的合成切削运动方向，其速度称为合成切削速度，如图1－1 所示。
第1章 金属切削的基本概念 1.1.2 加工表面
切削加工时在工件上会形成依次变化的三个表面， 如图 1-2所示。
刃在基面上投影的平面。
第1章 金属切削的基本概念
2） 法平面参考系（Pr－Ps-Pn） 法平面参考系由基面Pr、切削平面Ps和法平面Pn组成，如 图1-7(a)所示。 法平面Pn： 通过切削刃上选定点，垂直于切削刃的平面。
第1章 金属切削的基本概念
3） 假定工作平面、背平面参考系（Pr-Pf-Pp） 假定工作平面、背平面参考系由基面Pr、假定工作平面Pf、 背平面Pp组成，如图1-7(b)所示。 (1) 假定工作平面Pf：通过切削刃上选定点，平行于假定
速度。
vf=fn
（1-2）
式中: vf——进给速度（mm/s）； n——主轴转速（r/s）； f——进给量（mm/r）。
第1章 金属切削的基本概念
3． 背吃刀量ap
背吃刀量一般是指工件上已加工表面和待加工表面间的 垂直距离。 如纵向车外圆时，其背吃刀量可按下式计算：
ap
dw
dm 2
（1－3）
式中:dw——工件待加工表面直径（mm）；
第1章 金属切削的基本概念 图1-1 切削运动
第1章 金属切削的基本概念
2． 进给运动
第1章 金属切削的基本概念
3． 合成切削运动
由主运动和进给运动合成的运动，称为合成切削运动。 刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时合成运动方向称为该点 的合成切削运动方向，其速度称为合成切削速度，如图1－1 所示。
第1章 金属切削的基本概念 1.1.2 加工表面
切削加工时在工件上会形成依次变化的三个表面， 如图 1-2所示。
刃在基面上投影的平面。
第1章 金属切削的基本概念
2） 法平面参考系（Pr－Ps-Pn） 法平面参考系由基面Pr、切削平面Ps和法平面Pn组成，如 图1-7(a)所示。 法平面Pn： 通过切削刃上选定点，垂直于切削刃的平面。
第1章 金属切削的基本概念
3） 假定工作平面、背平面参考系（Pr-Pf-Pp） 假定工作平面、背平面参考系由基面Pr、假定工作平面Pf、 背平面Pp组成，如图1-7(b)所示。 (1) 假定工作平面Pf：通过切削刃上选定点，平行于假定
速度。
vf=fn
（1-2）
式中: vf——进给速度（mm/s）； n——主轴转速（r/s）； f——进给量（mm/r）。
第1章 金属切削的基本概念
3． 背吃刀量ap
背吃刀量一般是指工件上已加工表面和待加工表面间的 垂直距离。 如纵向车外圆时，其背吃刀量可按下式计算：
ap
dw
dm 2
（1－3）
式中:dw——工件待加工表面直径（mm）；
第1章 金属切削的基本概念 图1-1 切削运动
第1章 金属切削的基本概念
2． 进给运动
金属切削加工基本知识
刀具切削部分的几何角度是刀具设计、制造、刃磨和测量时的基本 参数，它是刀具经制造刃磨后形成的结构参数，也是刀具在静止参考系 中的一组角度。
（1）刀具静止参考系
基面Pr 过切削刃上选定点且垂直 于主运动方向的平面。
主切削平面Ps 过切削刃上选定点 且垂直于基面、与主切削刃相切的平 面。
正交平面Po 过切削刃上选定点， 同时垂直于基面和主切削平面的平面。
并按一定要求复合而成。 切削加工所需的切削运动取决于加工方法、刀具种类和工件表面形状。
四、切削加工中的工件表面
在切削过程中，工件上有三个不 断变化的表面：
已加工表面 工件上经刀具切 削后形成的表面。 过渡表面 工件上由切削刃形 成的郡部分表面。 待加工表面 工件上待切除的 表面。
图4—2 切削过程中工件表面
我国最常用的硬质合金分为钨钴类(代号YG)和钨钛钴类(代号YT ) 两种。其中钨钴 类硬质合金硬度与耐热性较低，强度、韧性和导热性较好，主要用于加工脆性材料， 如铸铁、青铜等。钨钛钴类硬质合金硬度和耐热性高于钨钴类硬质合金，所以钨钛钴 类硬质合金更适合于加工钢材等塑性材料。 1) 钨钻类硬质合金碳化物是碳化钨(WC) 。常用的牌号有YG8、YG6、YG3等。YG8 有较高的强度和韧性，能承受较大的冲击载荷，适宜于粗加工，而YG3则适用于精加 工。 2) 钨钛钴类硬质合金碳化物是WC、TiC。常用的牌号有YT5，YTl5，YT30。YT30 的硬度和耐热性很高，但强度和韧性很差，用于精加工；而YT5则相反，适用于粗加 工。
图4—5刀具几何角度
（3）刀具几何角度的选择及其对切削加工的影响 前角(γo)
前角大，刀具锋利，切削层的塑性变形和摩擦阻力减小，切削力和切 削热降低。但前角过大会使切削刃强度减弱，散热条件变差，刀具寿命下 降，甚至会造成崩刃。前角的大小选择原则：
（1）刀具静止参考系
基面Pr 过切削刃上选定点且垂直 于主运动方向的平面。
主切削平面Ps 过切削刃上选定点 且垂直于基面、与主切削刃相切的平 面。
正交平面Po 过切削刃上选定点， 同时垂直于基面和主切削平面的平面。
并按一定要求复合而成。 切削加工所需的切削运动取决于加工方法、刀具种类和工件表面形状。
四、切削加工中的工件表面
在切削过程中，工件上有三个不 断变化的表面：
已加工表面 工件上经刀具切 削后形成的表面。 过渡表面 工件上由切削刃形 成的郡部分表面。 待加工表面 工件上待切除的 表面。
图4—2 切削过程中工件表面
我国最常用的硬质合金分为钨钴类(代号YG)和钨钛钴类(代号YT ) 两种。其中钨钴 类硬质合金硬度与耐热性较低，强度、韧性和导热性较好，主要用于加工脆性材料， 如铸铁、青铜等。钨钛钴类硬质合金硬度和耐热性高于钨钴类硬质合金，所以钨钛钴 类硬质合金更适合于加工钢材等塑性材料。 1) 钨钻类硬质合金碳化物是碳化钨(WC) 。常用的牌号有YG8、YG6、YG3等。YG8 有较高的强度和韧性，能承受较大的冲击载荷，适宜于粗加工，而YG3则适用于精加 工。 2) 钨钛钴类硬质合金碳化物是WC、TiC。常用的牌号有YT5，YTl5，YT30。YT30 的硬度和耐热性很高，但强度和韧性很差，用于精加工；而YT5则相反，适用于粗加 工。
图4—5刀具几何角度
（3）刀具几何角度的选择及其对切削加工的影响 前角(γo)
前角大，刀具锋利，切削层的塑性变形和摩擦阻力减小，切削力和切 削热降低。但前角过大会使切削刃强度减弱，散热条件变差，刀具寿命下 降，甚至会造成崩刃。前角的大小选择原则：
金属切削的基础知识
弹性变形 塑性变形 挤裂 切离 切屑
切削过程： 三个变形区
（1）第一变形区
（2）第二变形区： （3）第三变形区：
制造技术
切屑种类：
1）带状切屑
外形连绵不断，与前刀 面接触的面很光滑，背面呈毛 茸状。用较大前角、较高的切 削速度和较小的进给量切削塑 性材料时，容易得到带状切屑。
制造技术
2）崩碎切屑 切削铸铁等脆性材料
制造技术
二、切削热的传散
在一般干切削的情况下，大部分的切削热由切屑传散出 去，其次由工件和刀具传散，而周围介质传散出去的热量很 少。但各种传散热量的比例，随着工件材料、刀具材料、切 削用量、刀具角度及切削方式等切削条件的不同而异。 切削热传散给切削及周围介质，对切削加工没有影响， 且传散得越多越好。 切削热传散给刀具切削部分，使刀具磨损加快，缩短刀 具的使用寿命；切削热传散给工件，影响工件的加工精度和 表面质量。 为了减小切削热对工件加工质量的不良影响，可采取的 两方面工艺措施：一是减小工件材料的变形抗力和摩擦阻力， 降低功率消耗和减少切削热；二是要加速切削热的传散，以 降低切削温度。
面粗糙度；严重时，会引起崩刀打刀，加速刀具的磨损。 二、表层材质变化
1.加工硬化
加工硬化是指在切削过程中，工件已加工表面受刀刃和后 面的挤压和摩擦而产生塑性变形，使表层组织发生变化，硬度 显著提高的现象。硬化层深度可达到0.02～0.03mm,表层硬度 约为工件材料的1.2～2倍。
制造技术
对加工硬化的影响因素：刀具几何参数、切削条件、工件
制造技术
2.润滑作用 金属切削加工液（简称切削液）在切削过程中的润滑作用， 可以减小前刀面与切屑，后刀面与已加工表面间的摩擦，形成部 分润滑膜，从而减小切削力、摩擦和功率消耗，降低刀具与工件 坯料摩擦部位的表面温度和刀具磨损，改善工件材料的切削加工 性能。在磨削过程中，加入磨削液后，磨削液渗入砂轮磨粒－工 件及磨粒－磨屑之间形成润滑膜，使界面间的摩擦减小，防止磨 粒切削刃磨损和粘附切屑，从而减小磨削力和摩擦热，提高砂轮 耐用度以及工件表面质量。 3.清洗和排屑作用 在金属切削过程中，要求切削液有良好的清洗作用。除去生 成切屑、磨屑以及铁粉、油污和砂粒，防止机床和工件、刀具的 沾污，使刀具或砂轮的切削刃口保持锋利，不致影响切削效果。 对于油基切削油，粘度越低，清洗能力越强，尤其是含有煤油、 柴油等轻组份的切削油，渗透性和清洗性能就越好。含有表面活 性剂的水基切削液，清洗效果较好，因为它能在表面上形成吸附
切削过程： 三个变形区
（1）第一变形区
（2）第二变形区： （3）第三变形区：
制造技术
切屑种类：
1）带状切屑
外形连绵不断，与前刀 面接触的面很光滑，背面呈毛 茸状。用较大前角、较高的切 削速度和较小的进给量切削塑 性材料时，容易得到带状切屑。
制造技术
2）崩碎切屑 切削铸铁等脆性材料
制造技术
二、切削热的传散
在一般干切削的情况下，大部分的切削热由切屑传散出 去，其次由工件和刀具传散，而周围介质传散出去的热量很 少。但各种传散热量的比例，随着工件材料、刀具材料、切 削用量、刀具角度及切削方式等切削条件的不同而异。 切削热传散给切削及周围介质，对切削加工没有影响， 且传散得越多越好。 切削热传散给刀具切削部分，使刀具磨损加快，缩短刀 具的使用寿命；切削热传散给工件，影响工件的加工精度和 表面质量。 为了减小切削热对工件加工质量的不良影响，可采取的 两方面工艺措施：一是减小工件材料的变形抗力和摩擦阻力， 降低功率消耗和减少切削热；二是要加速切削热的传散，以 降低切削温度。
面粗糙度；严重时，会引起崩刀打刀，加速刀具的磨损。 二、表层材质变化
1.加工硬化
加工硬化是指在切削过程中，工件已加工表面受刀刃和后 面的挤压和摩擦而产生塑性变形，使表层组织发生变化，硬度 显著提高的现象。硬化层深度可达到0.02～0.03mm,表层硬度 约为工件材料的1.2～2倍。
制造技术
对加工硬化的影响因素：刀具几何参数、切削条件、工件
制造技术
2.润滑作用 金属切削加工液（简称切削液）在切削过程中的润滑作用， 可以减小前刀面与切屑，后刀面与已加工表面间的摩擦，形成部 分润滑膜，从而减小切削力、摩擦和功率消耗，降低刀具与工件 坯料摩擦部位的表面温度和刀具磨损，改善工件材料的切削加工 性能。在磨削过程中，加入磨削液后，磨削液渗入砂轮磨粒－工 件及磨粒－磨屑之间形成润滑膜，使界面间的摩擦减小，防止磨 粒切削刃磨损和粘附切屑，从而减小磨削力和摩擦热，提高砂轮 耐用度以及工件表面质量。 3.清洗和排屑作用 在金属切削过程中，要求切削液有良好的清洗作用。除去生 成切屑、磨屑以及铁粉、油污和砂粒，防止机床和工件、刀具的 沾污，使刀具或砂轮的切削刃口保持锋利，不致影响切削效果。 对于油基切削油，粘度越低，清洗能力越强，尤其是含有煤油、 柴油等轻组份的切削油，渗透性和清洗性能就越好。含有表面活 性剂的水基切削液，清洗效果较好，因为它能在表面上形成吸附
第十七章 金属切削加工基础知识
图17-17 刀具磨损的三个阶段
• 第五节
工件材料的切削加工性
• 一、 衡量工件材料切削加工性的指标 • 由于切削加工性是对材料多方面的综合评价，所以很难用一个简单的 物理量来精确规定和测量。在生产和实验中，常取某一项指标来反映 材料切削加工性的某一具体方面，最常用的是vT和Kr。 • vT——指在一定的切削条件下，当刀具的寿命为T分钟时，切削某种材 料所允许的最大的切削速度。vT越高，表示材料的切削加工性越好。 通常取T＝60min，则vT可写作v60。 • Kr——称为相对加工性，一般以正火状态45钢的v60为基准，写作 （v60），然后将其它各种材料的v60与之相比所得的比值。当Kr＞1时， 表示该材料比45钢容易切削。反之，则比45钢难切削。常用工件材料 的相对加工性可分为八级，见表17-2。
• 五、切削热与切削温度 • 1.切削热的来源： • ⑴是正在加工和已加工表面所发生的弹性和塑性变形而产生的大量的热， 是切削热的主要来源； • ⑵是切屑与刀具前刀面之间的摩擦产生的热； • ⑶是工件与刀具后刀面之间的摩擦产生的热。切削时所消耗的功约有98% －99%转换为切削热。 • 2.切削温度 • 切削温度过高，会使刀头软化，磨损加剧，寿命下降；工件和刀具受热膨 胀，会导致工件精度超差影响加工精度，特别是在加工细长轴、薄壁套时， 更应注意热变形的影响。 ⑴ • 在生产实践中,为了有效地降低切削温度，常应用切削液，切削液能带走 大量的热，对降低切削温度的效果显著，同时还能起到润滑、清洗和防锈的 作用。常见的切削液有： • ⑴切削油 主要是各种矿物油、动植物油和加入油性、极压添加剂的混 合油。其润滑性能好，但冷却性能较差，主要用来减少磨损和降低工件的表 面粗糙度，一般用于低速精加工，如铣削加工和齿轮加工等。 • ⑵水溶液 主要成分是水并加入防锈剂、表面活性剂或油性添加剂。其 热导率高、流动性好，主要起冷却作用，同时还具有防锈、清洗等作用。 • ⑶乳化液 由乳化油加水稀释而成，呈乳白色或半透明状，有良好的流 动性和冷却作用，是应用最广泛的切削液。低浓度的乳化液用于粗车、磨削。 高浓度乳化液用于精车、钻孔和铣削等。在乳化液中加入硫、磷等有机化合 物，可提高润滑性。适用于螺纹、齿轮等精加工。
金属切削基本知识及刀具角度
04
切削液及其应用
切削液的种类和作用
油基切削液
以矿物油为主要成分，适用于多 种切削加工。
水基切削液
以水为主要成分，适用于高速切 削和难加工材料的切削。
切削液的种类和作用
乳化切削液
油和水混合而成的切削液，具有较好的润滑性和冷却性。
切削油膏
一种特殊的切削液，具有极佳的润滑性和防锈性。
切削液的种类和作用
详细描述
前角的大小决定了刀具切削刃的锋利 程度，较大前角可减小切削力、降低 切削热，提高刀具寿命，但可能导致 加工表面质量下降。
后角
总结词
影响刀具强度、刀具寿命和加工表面质量的重要角度。
详细描述
后角的大小决定了刀具后刀面的磨损程度和加工表面的质量，较大后角可减小 后刀面的磨损，提高加工表面质量，但可能降低刀具强度和寿命。
冷却
降低切削温度，防止工件热变形。
润滑
减少切削阻力，降低刀具磨损。
切削液的种类和作用
清洁
去除切屑和污物，保持切削区域清洁。
防锈
防止金属材料生锈，延长工件和刀具的使用寿命。
切削液的选用原则
根据加工材料选择
不同材料的切削加工需要选用不同类型的切削液 。例如，切削软钢材料时，可以选择油基切削液 ；切削硬钢材料时，可以选择水基切削液。
刀具在切削过程中，由于受到较大的 侧向力或热量影响，导致刀具出现卷 刃现象，影响切削效率和加工质量。
破损
刀具在切削过程中，由于受到较大的 冲击或热量影响，导致刀具出现裂纹、 崩刃等现象，影响切削效率和加工质 量。
03
刀具角度及其作用
前角
总结词
影响切削力、切削热、刀具寿命和加 工表面质量的重要角度。
第一章 金属切削基本知识
刀具角度对加工过程的影响
1. 前角（0） ① 减小切屑的变形；
作用 ② 减小前刀面与切屑之间的摩擦力。
a .减小切削力和切削热； 所以 0 ： b .减小刀具的磨损；
c .提高工件的加工精度和表面质量。
0
0选择：
加工塑性材料和精加工—取大前角（ 0 ） 加工脆性材料和粗加工—取小前角（0 ）
前角（0）可正、可负、也可以为零。
➢ 偏挤压：金属材料一部分受挤压时 ，OB线以下金属由于母体阻碍，不 能沿AB线滑移，而只能沿OM线滑移
F
B
O
a）正挤压
45° M A F
BO
b）偏挤压
➢ 切削：与偏挤压情况类似。弹性变
M
形→剪切应力增大，达到屈服点→产 生塑性变形，沿OM线滑移→剪切应
O F
力与滑移量继续增大，达到断裂强度
c）切削
后角（ 0）只能是正的。
精加工： 0= 80~120 粗加工： 0= 40~80 3 . 主偏角（kr）
作用：改善切削条件，提高刀具寿命。
减小kr：当ap、f 不变时，则 aw 、ac — 使切削条件得到改善，提高了刀具寿命。
dw
ap
dm
但减小kr
Fy 、
n
Fx ，加大工件的变形
挠度，使工件精度降
化学惰性
低 惰性大 惰性小 惰性小 惰性大
耐磨性 低 加工质量
低
较高
高 最高
最高
很高
一般精度 Ra≤0.8 Ra≤0.8 IT7-8 IT7-8
高精度 Ra=0.1-0.05
IT5-6
Ra=0.4-0.2
IT5-6 可替代磨削
低速加 加工对象 工一般
六种常见的金属切削工艺
六种常见的金属切削工艺
金属切削工艺是机械加工领域的重要组成部分，包括以下六种常见的工艺：
1. 车削：车削是一种利用工件旋转作为主运动，以刀具直线移动作为进给运动的切削加工方法。
这种工艺特别适用于加工具有回转面的零件，如轴、盘、环等。
2. 铣削：铣削是利用旋转的多刃刀具对工件进行切削，以完成金属切削加工的方法。
铣削广泛应用于加工各种平面、沟槽、成形面等，是一种应用非常广泛的金属切削工艺。
3. 刨削：刨削是利用刨刀对工件作往复直线运动，以完成金属切削加工的方法。
刨削主要用于加工平面、沟槽等，如导轨面、平面轴承座等。
4. 磨削：磨削是利用磨具对工件表面进行磨削加工的方法。
磨削可以获取较高的加工精度和表面光洁度，适用于各种金属材料的加工，如铸铁、钢、铜、铝等。
5. 钻孔：钻孔是一种在工件上加工出孔的方法，常用的钻孔设备有钻床。
钻孔应用广泛，可用于加工各种类型的孔，如通孔、盲孔、沉头孔等。
6. 镗孔：镗孔是一种在工件上加工出孔的方法，常用的镗孔设备有镗床。
镗孔通常用于加工较大的孔或精密孔，如轴承孔、齿轮孔等。
这些金属切削工艺各自有着不同的特点和应用范围，需要根据具体的加工要求和材料选择合适的工艺。
熟练掌握这些工艺，对于提高机械加工效率和质量具有重要意义。
1。
金属切削原理(基本理论)
切削液中含有活性物质，能迅速渗入加工表面和刀具之间，
减小切屑与刀具前刀面的摩擦，并能降低切削温度，所以不易
产生积屑瘤。
积屑瘤对切削过程的影响
1. 影响刀具耐用度：
积屑瘤包围着切削刃，同时覆盖着一部分前刀面。积屑
瘤相对稳定时，可代替切削刃进行切削。切削刃和前刀面
都得到积屑瘤的保护，减少了刀具的磨损，提高刀具耐用
如铜、20钢、40Cr钢、1Crl8Ni9Ti等，随着工件材料的强
度和硬度的依次增大，摩擦系数μ略有减小；
这是由于在切削速度不变的情况下，材料的硬度、强度
大时，切削温度增高，故摩擦系数下降。
切削厚度ac增加时， μ也略为下降；如20钢的ac从0.
lmm增大到0. 18mm， μ从0 .74降至0 .72。因为ac增加
最后长成积屑瘤。
影响积屑瘤产生的因素：
①工件材料的影响：塑性高的材料，由于切削时塑性
变形较大，加工硬化趋势较强，积屑瘤容易形成；而
脆性材料一般没有塑性变形，并且切屑不在前刀面流
过，因此无积屑瘤产生。
②切削速度主要通过切削温度影响积屑瘤。
低速(Vc＜3～5m／min)时，切削温度较低（低于
300℃），切屑流动速度较慢，摩擦力未超过切屑分子的结
工件母体分离，一部分变成切屑，很小一部分留在已加
工表面上。
第Ⅰ变形区
近切削刃处切削层内产生的塑性变形区——剪切滑移变形；
第Ⅱ变形区
与前刀面接触的切屑底层内产生的变形区——挤压变形；
第Ⅲ变形区
近切削刃处已加工表层内产生的变形区——已加工表面变形。
三） 第一变形区内金属的剪切变形
追踪切削层上任一点P，可以观察切屑的变形和形
系数ξ可直观反映切屑的变形程度，并且容易测量。
减小切屑与刀具前刀面的摩擦，并能降低切削温度，所以不易
产生积屑瘤。
积屑瘤对切削过程的影响
1. 影响刀具耐用度：
积屑瘤包围着切削刃，同时覆盖着一部分前刀面。积屑
瘤相对稳定时，可代替切削刃进行切削。切削刃和前刀面
都得到积屑瘤的保护，减少了刀具的磨损，提高刀具耐用
如铜、20钢、40Cr钢、1Crl8Ni9Ti等，随着工件材料的强
度和硬度的依次增大，摩擦系数μ略有减小；
这是由于在切削速度不变的情况下，材料的硬度、强度
大时，切削温度增高，故摩擦系数下降。
切削厚度ac增加时， μ也略为下降；如20钢的ac从0.
lmm增大到0. 18mm， μ从0 .74降至0 .72。因为ac增加
最后长成积屑瘤。
影响积屑瘤产生的因素：
①工件材料的影响：塑性高的材料，由于切削时塑性
变形较大，加工硬化趋势较强，积屑瘤容易形成；而
脆性材料一般没有塑性变形，并且切屑不在前刀面流
过，因此无积屑瘤产生。
②切削速度主要通过切削温度影响积屑瘤。
低速(Vc＜3～5m／min)时，切削温度较低（低于
300℃），切屑流动速度较慢，摩擦力未超过切屑分子的结
工件母体分离，一部分变成切屑，很小一部分留在已加
工表面上。
第Ⅰ变形区
近切削刃处切削层内产生的塑性变形区——剪切滑移变形；
第Ⅱ变形区
与前刀面接触的切屑底层内产生的变形区——挤压变形；
第Ⅲ变形区
近切削刃处已加工表层内产生的变形区——已加工表面变形。
三） 第一变形区内金属的剪切变形
追踪切削层上任一点P，可以观察切屑的变形和形
系数ξ可直观反映切屑的变形程度，并且容易测量。
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。
金属切削的基本定义(精)
返回本章目录
返回本章目录
1.1.3 工件上的加工表面 （1）待加工表面 工件上即将被切去的表 面。 （2）已加工表面 刀具切削后在工件上形 成的新表面。 （3）过渡表面 切削刃正在切削的表面。
返回本章目录
1.1.4 切削用量 （1）切削速度 v c 是切削加工时，切削刃 上选定点相对于工件的主运动速度。主运动 为旋转运动时，工件或刀具最大直径处v c ：
d w —工作直径。
返回本章目录
式中
上述角度换算到工作正交平面内，则
tano tan sin k
oe o o
oe o o
f 愈大或 d 愈小，则 值愈大。对于一般的
外圆纵车， 值仅为30-40ˊ,一般忽略不记。
w
返回本章目录
工作角度
返回本章目录
返回本章目录
返回本章目录
外圆车刀在法平面参考系的角度
返回本章目录
（3）刀具在背平面和假定工作平面参考系中的 角度除基面上表示的角度与上面相同外，前角、 后角和楔角是分别在背平面 Pp 和假定工作平面 Pf 内标出的，故有背前角 p 、背后角 p 、背楔角 p 和侧前角 f 、侧后角 f 、侧楔角 f 诸角度（图114）。 p 和 p 前角、后角、楔角定义同前，只不过 p 、 f 和 f 在假定工作平面 Pf 内。 在背平面 Pp 内； f 、
返回本章目录
3）背平面和假定工作平面参考系 基面 Pr 的定义同正交平面参考系。 背平面（ Pp ）——过切削上选定点，平行于 刀杆中心线并垂直于基面 Pr 的平面，它与进给方 向v f 是垂直的。 假定工作平面（ Pf）——过切削刃上选定点， 同时垂直于刀杆中心线与基面 Pr 的平面，它与进 给方向 v f 平行。
返回本章目录
1.1.3 工件上的加工表面 （1）待加工表面 工件上即将被切去的表 面。 （2）已加工表面 刀具切削后在工件上形 成的新表面。 （3）过渡表面 切削刃正在切削的表面。
返回本章目录
1.1.4 切削用量 （1）切削速度 v c 是切削加工时，切削刃 上选定点相对于工件的主运动速度。主运动 为旋转运动时，工件或刀具最大直径处v c ：
d w —工作直径。
返回本章目录
式中
上述角度换算到工作正交平面内，则
tano tan sin k
oe o o
oe o o
f 愈大或 d 愈小，则 值愈大。对于一般的
外圆纵车， 值仅为30-40ˊ,一般忽略不记。
w
返回本章目录
工作角度
返回本章目录
返回本章目录
返回本章目录
外圆车刀在法平面参考系的角度
返回本章目录
（3）刀具在背平面和假定工作平面参考系中的 角度除基面上表示的角度与上面相同外，前角、 后角和楔角是分别在背平面 Pp 和假定工作平面 Pf 内标出的，故有背前角 p 、背后角 p 、背楔角 p 和侧前角 f 、侧后角 f 、侧楔角 f 诸角度（图114）。 p 和 p 前角、后角、楔角定义同前，只不过 p 、 f 和 f 在假定工作平面 Pf 内。 在背平面 Pp 内； f 、
返回本章目录
3）背平面和假定工作平面参考系 基面 Pr 的定义同正交平面参考系。 背平面（ Pp ）——过切削上选定点，平行于 刀杆中心线并垂直于基面 Pr 的平面，它与进给方 向v f 是垂直的。 假定工作平面（ Pf）——过切削刃上选定点， 同时垂直于刀杆中心线与基面 Pr 的平面，它与进 给方向 v f 平行。
金属切削的基础知识
金属切削的基础知识金属切削是一种通过切削工具在金属工件上施加力量，使其产生剪切应力，从而剥离所需形状的金属层的加工方法。
它是目前最常用和广泛应用的金属加工方式之一。
以下是金属切削的基础知识：1. 切削工具：切削工具通常由硬质材料制成，如高速钢、硬质合金等。
常见的切削工具包括刀片、钻头、铣刀等。
刀具的选择根据加工材料、加工形状和加工质量要求等因素进行。
2. 切削速度：切削速度是指在单位时间内切削刀具工作部分对工件的相对运动速度。
它是影响切削加工效果和刀具寿命的重要因素。
通常以米每分钟（m/min）作为单位。
3. 进给速度：进给速度是指切削刀具沿工件表面移动的速度。
它决定了每分钟进给长度。
进给速度的选择需要考虑切削深度、加工精度和刀具强度等因素。
4. 切削深度：切削深度是指切削刀具在每次切削中从工件表面剥离金属的厚度。
切削深度越大，切削力也会增加，刀具磨损加剧。
因此，切削深度的选择要根据材料性质、刀具强度和加工要求等综合考虑。
5. 切削力：切削力是指在切削过程中作用在切削刀具上的力。
它是切削加工过程中的重要力学参数，会影响刀具的磨损和加工精度。
切削力的大小与切削厚度、切削速度、切削角度和材料硬度等因素密切相关。
6. 刀具磨损：切削刀具在切削过程中会不可避免地发生磨损。
刀具磨损会使切削力增加、切削质量下降，并且降低了刀具的寿命。
因此，定期更换和修磨切削刀具是保证加工质量和生产效率的重要措施。
7. 切削液：切削液是指在金属切削过程中加入的一种液体。
它主要用于降低切削温度、润滑切削表面、冲洗切削区域，以减少金属切削时产生的摩擦和热量。
良好的切削液选择能够有效地提高加工质量和刀具寿命。
金属切削是工业生产中广泛应用的加工方式之一，掌握金属切削的基础知识对于提高加工质量、降低生产成本具有重要意义。
因此，对于从事金属加工的工作者来说，了解切削工具、切削速度、进给速度、切削深度、切削力、刀具磨损以及切削液等基础知识是十分必要的。
金属切削加工基本知识
第一章金属切削及机床的基本知识
基本内容： 主要介绍刀具几何角度及工作角度、切削变形
与积屑瘤、切削力、切削热、切削温度、刀具磨 损与刀具耐用度、切削液及刀具几何参数的合理 选择、机床的基本知识等。 2.基本要求：
刀具几何角度和积屑瘤的成因、作用及控制措施 影响切削力、切削热、切削温度、刀具磨损的因 素； 合理选择刀具材料、几何参数、切削液等。
部分表面。
3.切削用量 切削用量是切削速度、进给量(或进给速度)和背吃刀量 的总称。
1）切削速度（Vc）是指在切削加工时，切削刃上选定 点相对于工件的主运动瞬时线速度。
Vc=πDn/1000
2）进给量（f）是指工件（或刀具）每回转一周时，刀 具（或工件）在进给运动方向上的相对位移量。
3）背吃刀量（ap）指待加工表面和已加工表面之间的 垂直距离。
度达10000HV，耐磨性是硬质合金的60～80 倍；切削刃锋利，能实现超精密微量加工和 镜面加工；很高的导热性。 （3）缺点：耐热性差，强度低，脆性大，对振动 很敏感。 （4）适用范围：用于高速条件下精细加工有色金 属及其合金和非金属材料。
3）立方氮化硼刀具
（1）概念：立方氮化硼（简称CBN）是由六方氮化 硼为原料在高温、高压下合成。
A、刀具耐磨性是刀具抵抗磨损能力。 一般刀具硬度越高，耐磨性越好。 刀具金相组织中硬质点（如碳化物、氮化物等）越多，
颗粒越小，分布越均匀，则刀具耐磨性越好。 B、刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主要标志，
通常用高温下保持高硬度的性能来衡量，也称热硬性。 刀具材料高温硬度越高，则耐热性越好，在高温抗塑性
γoe = γo + µ αoe = αo - µ
2)纵向进给运动对工作角度的影响
金属切削基础ppt课件
21
基面
基面Pr： “通过主切削刃上选定 点垂直于主运动方向的 平面”
22
切削平面
2.切削平面Ps： 3.通过主切削刃上选定 点，与切削刃相切并垂 直于基面的平面
23
主剖面
主剖面Po： 通过主切削刃上选定点，并 同时垂直于基面和切削平面 的平面
24
法平面
法平面Pn: 通过主切削刃上选定点，并垂直 于切削刃的平面。
热塑性差，不宜制造成大截面刀具。
B、钨钼钢（将一部分钨用钼代替所制成 的钢 ）典型牌号：Ｗ 6 Mo 5 Cr 4 V 2
优点：减小了碳化物数量及分布的不均匀性 。 缺点：高温切削性能和W18相比稍差。
66
高性能高速钢
在通用型高速钢的基础上，通过调整基本 化学成分并添加其他合金元素，使其常温 与高温力学性能得到显著提高
45
刀具的工作角度
•刀杆轴线安装的偏 斜的影响: •改变了主偏角和副 偏角 •(也就是说：实际的 主偏角和标注时的 主偏角不同)
46
刀具的工作角度
进给运动的 影响
进给量改变了 合成运动的方 向
(从而改变了基 面的位置以及 其他面的位置, 影响所有的角 度)
47
刀具的工作角度
刀尖的安装位 置的影响
63
高速钢
概念：
高速钢是一种含有钨、钼、铬、钒等合金元 素较多的工具钢
性质：
①、具有良好的热稳定性 ②、具有较高强度和韧性 ③、具有一定的硬度(63～70HRC)和耐磨性
64
高速钢的分类
普通高速钢 钨系高速钢 钨钼钢
高性能高速钢
65
普通高速钢
A、钨系高速钢（简称 W18） 典型牌号：W18Cr4V 优点：钢磨削性能和综合性能好，通用性强。 缺点：碳化物分布常不均匀，强度与韧性不够强，
基面
基面Pr： “通过主切削刃上选定 点垂直于主运动方向的 平面”
22
切削平面
2.切削平面Ps： 3.通过主切削刃上选定 点，与切削刃相切并垂 直于基面的平面
23
主剖面
主剖面Po： 通过主切削刃上选定点，并 同时垂直于基面和切削平面 的平面
24
法平面
法平面Pn: 通过主切削刃上选定点，并垂直 于切削刃的平面。
热塑性差，不宜制造成大截面刀具。
B、钨钼钢（将一部分钨用钼代替所制成 的钢 ）典型牌号：Ｗ 6 Mo 5 Cr 4 V 2
优点：减小了碳化物数量及分布的不均匀性 。 缺点：高温切削性能和W18相比稍差。
66
高性能高速钢
在通用型高速钢的基础上，通过调整基本 化学成分并添加其他合金元素，使其常温 与高温力学性能得到显著提高
45
刀具的工作角度
•刀杆轴线安装的偏 斜的影响: •改变了主偏角和副 偏角 •(也就是说：实际的 主偏角和标注时的 主偏角不同)
46
刀具的工作角度
进给运动的 影响
进给量改变了 合成运动的方 向
(从而改变了基 面的位置以及 其他面的位置, 影响所有的角 度)
47
刀具的工作角度
刀尖的安装位 置的影响
63
高速钢
概念：
高速钢是一种含有钨、钼、铬、钒等合金元 素较多的工具钢
性质：
①、具有良好的热稳定性 ②、具有较高强度和韧性 ③、具有一定的硬度(63～70HRC)和耐磨性
64
高速钢的分类
普通高速钢 钨系高速钢 钨钼钢
高性能高速钢
65
普通高速钢
A、钨系高速钢（简称 W18） 典型牌号：W18Cr4V 优点：钢磨削性能和综合性能好，通用性强。 缺点：碳化物分布常不均匀，强度与韧性不够强，
金属工艺学第一章 金属切削基础知识
主要的影响因素
切削速度 （切中碳钢） <5m/min不产生 5~50m/min形成
控 制 措 降低塑性 施
(正火、调质)
>100 m/min不形成 选用低速或高速
冷却润滑条件
300~500oC最易产 生 >500oC趋于消失
选用切削液
第三节 金属切削过程
三、切削力与切削功率
1、切削力的构成与分解
切削力的来源
热处理变形 不需要
用途
各种刀片
1200
（12~14）
高硬度钢材 精加工
人造金刚石
HV10000 (硬质合金为 HV1300~1800)
700~800
不宜加工钢铁材 料
第二节 刀具材料及刀具构造
三、刀具角度
各种刀具的切削部分形状
第二节 刀具材料及刀具构造
二、刀具角度
1、车刀切削部分的组成
三面
两刃 一尖
（2）作用 ①冷却 ②润滑
第三节 金属切削过程
五、刀具磨损和刀具耐用度
1、刀具磨损形式
（1）前刀面磨损 （2）后刀面磨损 (通常以后刀面磨损值VB表示刀具磨损程度) （3）前后刀面同时磨损
2、刀具磨损过程：
前面磨损、后面磨损、前后面同时磨损 。 刀具磨损过程： 初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧磨损阶段
刀尖高低对刀具工作角度的影响
车刀刀杆安装偏斜对刀具角度的影响
② 进给运动的影响
第二节 刀具材料及刀具构造
三、刀具结构
刀具的结构形式很多，有整体式、焊接式、机夹 不重磨式等。
目前一般整体式的多为高速钢车刀，其结构简单， 制造、使用都方便。而对于贵重刀具材料，如硬质合 金等，可采用焊接式或机夹不重磨式。焊接式车刀结 构简单、紧凑、刚性好，可磨出各种所需角度，应用 广泛。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
钻削力在各切削刃的大约分配比例， 如下表所示。可见在钻一般材料时，轴 向力主要来自横刃，而扭矩主要由主刃 产生。但需要注意的是，当钻削某些弹 性模量E 较小的材料(如钛合金)时，由 于弹性恢复大，使得孔壁与钻头刃带的 摩擦力矩增加，可约占总力矩的64％。
麻花钻切削刃上切削力的分配
切削刃 钻削力 轴向力 扭矩
Hale Waihona Puke 2. 麻花钻的受力对钻削稳定性的影响
(1) 力和力矩对钻削稳定性的影响 当两条主切削刃和横刃刃磨不对称或钻头材质不均匀时,作用 在钻头两条主切削刃和横刃上的切削力 F co和 Fpo将不平衡,导 致轴线歪斜,同时Fp 也发生变化,从而使扭矩 M Fco 也发生变化。 其结果将导致钻头左右主切削刃和刃带磨损不均匀,轴线的稳 定性大大降低,从而影响孔的加工精度和表面质量。 (2) 单元力和力矩对钻削稳定性的影响 1 co 由于钻头某个切削锥截面上单元力Δ Fco,Δ Fc 和Δ F的分布相对 于钻头轴线的对称性变化不同,将会造成单元力、力矩的作用 平面与钻头轴线不垂直,且力矩向量方向与轴线不重合。由此 造成钻头偏移,使作用在双切削刃和横刃上的径向力 F、 Fp po 发生偏移和不平衡,从而造成麻花钻轴线的位置变化、钻削的 稳定性降低、孔的加工精度降低。
vf f n fz Z n
式中，Z为齿数，对普通麻花钻来说， Z=2。n为钻头转速。 3.主运动和进给运动的合成。
二、切削用量与切削层参数 1.钻削用量
钻削背吃刀量（mm）
每刃进给量（mm／z） 钻削速度（m／min）
ap d / 2
fz f / 2
v (dn) / 1000
(3) 动量矩对钻削稳定性的影响 钻削过程要稳定进行,作用在麻花钻上的动量矩N = Jε应当 与向量ω重合。然而开始切削前,钻头瞬时旋转轴线与主轴 旋转轴线偏离一个角度βi ,相应的动量矩N 、钻头尾部和 轴线位置均发生变化,从而造成钻头旋转轴线的变化。此 时,钻头的几何轴线相对于主轴的旋转轴线在每转中附加 了一个变化角αi ,导致钻头几何轴线、钻头旋转轴线和主 轴旋转轴线不重合,从而使钻削的稳定性和孔的加工精度 降低。
三. 普通麻花钻的缺陷
(1) 标准麻花钻主切削刃上各点处的前角数值内外 相差太大。钻头外缘处主切削刃的前角约为+30°；而 接近钻心处，前角约为-30°，近钻心处前角过小，造 成切屑变形大，切削阻力大；而近外缘处前角过大， 在加工硬材料时，切削刃强度常显不足。 (2) 横刃太长，横刃的前角是很大的负值，-54°～60°，从而将产生很大的轴向力，定心差。 (3) 与其他类型的切削刀具相比，标准麻花钻的主 切削刃很长，不利于分屑与断屑。 (4) 刃带处副切削刃的副后角为零值，造成副后刀面 与孔壁间的摩擦加大，切削温度上升，钻头外缘转角 处磨损较大，已加工表面粗糙度恶化。
（3）前角γo 由于麻花钻的前刀面是螺旋面，主切削刃上各点的前 角是不同的。从外缘到中心，前角逐渐减小。刀尖处前角 约为30°，靠近横刃处则为-30°左右，约在钻头直径的 1/3以内前角为负值。
（4）后角αo
麻花钻主切削刃上选定点的后角，是通过该点柱剖 面中的进给后角α o来表示的。α o沿主切削刃也是变化 的，越接近中心α o越大。麻花钻外圆处的后角α o，通 常取8°～10°，横刃处后角取20°～25°。这样能弥补 由于钻头轴向进给运动而使主切削刃上各点实际工作后 角减小所产生的影响，并能与前角变化相适应。 （5）横刃斜角ψ 横刃斜角是主切削刃与横刃在垂直于钻头轴线的平 面上投影的夹角。横刃斜角ψ增大，则横刃长度和轴向 抗力减小。标准麻花钻的横刃斜角约为50°～55°。
3）颈部
用于磨柄部时砂轮的退刀。钻头的
材料、规格、商标打印在颈部。
2. 麻花钻工作部分的组成
两个前刀面：指两个螺旋槽面。 两个后刀面：指钻顶的螺旋圆锥面，与被加工表面相对。 两个副后刀面：指麻花钻导向部分的两条略带倒锥形的刃 带，即棱边。 两条主切削刃：前刀面与后刀面相交成的交线。 两条副切削刃：前刀面与刃带的交线， 即刃带边缘刃。 一条横刃：两后刀面的交线。两主切削刃的连接线。
1. 麻花钻切削刃的受力分析
（1）作用在麻花钻上的力与力矩
如图1所示为作用在钻头切削刃上的力与力矩。 由图1可得如下关系:
Ff 2Ffo Ff 2Ffo1
式中 Ff —作用在钻头切削刃上的总轴向力 F fo —切削刃上的轴向分力 F f —横刃上的轴向力
F fo1 —摩擦轴向力 f
钻削力 F co、Fc、和 Fco1 分别产生扭矩 M Fco , M Fc和 M Fco1 ,工件、钻头和切屑之间的摩擦力产生的扭矩为 M f 。当切削刃、 横刃及刃带相对于钻头轴线为对称分布时， po ， p ， po1 力彼 F F F 此相互补偿。力2 F fo 阻止钻头切削金属,而力 F co 产生的主扭矩 M Fco=(0.18～0.19) M ( M 为作用在钻头切削刃上的总力矩) ,则 工作时作用在钻头上的各力矩有下列关系:
硬质合金钻头动、静刚度分析
组员：宋丙文 王辉
本章内容
一. 麻花钻的结构组成
二. 麻花钻的几何角度
三. 普通麻花钻的缺陷
四. 钻削原理
五. 麻花钻的受力分析
六. 硬质合金钻头的动，静刚度分析
麻花钻
麻花钻是应用最广泛的钻头，麻花钻是一种形状较复杂 的双刀槽孔加工工具。 钻头实际上相当于正反安装的两把内 孔车刀的组合刀具，只是这两把内孔车刀的主切削刃高于工 件中心（因为有钻心而形成横刃的缘故）。
四. 钻削原理
1.主运动 麻花钻的旋转运动称为主 运动。钻削时通常以钻头外缘转点处的 速度作为钻削速度，其计算公式如下：
vc
dn
1000
(m / min)
式中： d---钻头直径（mm） n---钻头转速（r/min） 2.进给运动 加工时钻头的轴向移动 称为进给运动。通常用进给速度vf或进 给量f 、每齿进给量fz来表示。其计算 公式如下：
一、硬质合金钻头 硬质合金钻头应用广泛，结构基本上与高速钢钻 头相同，相应差别主要有: 1）硬质合金刀具要求较小的前角，相应的β 角也 要小。 2）硬质合金刀具要求较高的刚度和强度，均修磨， 容屑槽较宽。 3）硬质合金钻头本身备磨量较高速钢钻头少得多， 工作部分长度较短。 4）用加强锥柄，以保证可靠的工作，倒锥较大。
M M Fco M Fc M Fco1 M f
（2） 作用在麻花钻上的单元力和力矩 图2 为作用在麻花钻切削刃上的单元力和力矩。如图2(a) 所示,单元力Δ F co 对高度ΔL 的钻头段产生的单元力矩为 Δ M F = Δ F co co riav —为ΔL 段上钻头的平均半径。iav 式中 该力矩向量方向按螺旋规则确定,力矩 M Fco =ΣΔ M Fco ,则近 似地有 M Fco = F co d / 2 iav
co1
co1
c
co1
（3）作用在麻花钻上的动量矩
角速度ω、力矩 M F 和动量矩N 的向量方向如图3 所示。 co 动量矩(运动数量力矩) 为 N = rmv = Jε 式中 m —钻头重量 v —钻头速度 r —钻头半径 J —惯性矩 ε—角加速度 由于v =ωr ,而钻头绕轴线旋转时,动量矩的向量N 与角速 度向量ω 有相同的变化方向,而ω 在加速或减速运动时的 变化方向与角加速度向量ε一样,因此线速度v 的变化(增加 或减少) 将引起向量ω 和ε的变化,因此动量矩也变化,不排 除出现外力矩时钻头轴线的运动。切削过程中,作用在钻 头上力矩方向的变化与钻头体(包括切削部分) 不对称有关。
主切削刃 ～40％ ～80％
横刃 ～57％ ～8％
刃带（副 切削刃） ～3％ ～12％
六. 硬质合金钻头
硬质合金钻头是在麻花钻切削刃上 嵌焊一块硬质合金刀片。它适用于钻削 很硬的材料， 如高锰钢和淬硬钢，也适 于高速钻削铸铁。
常用的硬质合金刀片材料是YG8或YW2。
硬质合金钻头切削部分的几何参数一般是： γ0=0 °～ 5°，α0=10 °～ 15 °,ψ=77 °, 2φ=110 °～ 120 ° ，主切削刃磨成R2x0.3 的小圆弧 。
2. 麻花钻的几何角度 （1）螺旋角β 螺旋角是钻头螺旋槽上最外圆的螺旋线展开成直线
后与钻头轴线的夹角。由于螺旋槽上各点的导程相同，因而钻头不 同直径处的螺旋角是不同的，外径处螺旋角最大，越接近中心螺旋 角越小。增大螺旋角则前角增大，有利于排屑，但钻头刚度下降。 标准麻花钻的螺旋角为18°～30°。对于直径较小的钻头，螺旋角 应取较小值，以保证钻头的刚度。
tan d0 / P h
tan m
dm d tan m Ph d0
（2）顶角2φ 顶角是两主切削刃在与其平行的平面上投影的夹角。 较小的顶角容易切入工件，轴向抗力较小，且使切削刃工 作长度增加，切削层公称厚度减小有利于散热和提高刀具 耐用度；若顶角过小，则钻头强度减弱，变形增加扭矩增 大，钻头易折断。因此，应根据工件材料的强度和硬度来 刃磨合理的锋角，标准麻花钻的顶角2φ为118°
一、麻花钻的结构组成
1. 麻花钻的组成
标准高速钢麻花钻由工作部分、颈部及柄部三部分组成。
1）工作部分
分切削部分和导向部分。切削部分起 切削工件的作用。导向部分保证钻孔时的 正确方向、修光孔壁，同时还是切削部分 的后备部分。
2）柄部
有锥柄和直柄两种。一般钻头直径 小于13mm的制成直柄，大于13mm的 制成锥柄。此部分的作用是夹持定心和 传递扭矩。
r
式中 d iav —为钻头切削锥的平均直径。
横刃上的单元力矩为(见图2b) : ΔM Fco= Δ Fc ri 式中 Δ Fc—横刃上单元摩擦圆周力 ri —横刃半径单元增量的平均半径(其值在0 到 r 间变化) 则横刃上的力矩为 M F =ΣΔ M F
c c