机械工程学院_金属切削原理与刀具_期末考试知识点汇总

前角γ。

：正交平面中测量的前面与基面的夹角；后角α。

：正交平面中测量的后面与切削平面的夹角；主偏角κr ：基面中测量的主切削平面与假定工作平面间夹角；刃倾角λs：切削平面中测量的切削刃与基面间夹角。

热裂：在垂直于切削刃方向上因受热而产生裂纹切削区域的最高温度点在前面上近切削刃处
磨粒磨损：在工件材料中存在着氧化物、碳化物和氮化物等硬质点。

在铸锻工件表面上存在着硬的夹杂物和在切屑、加工表面上粘附着硬的积屑瘤残片，这些硬质点在切削时如同“磨粒”对刀具表面摩擦和刻划作用致使切削刃刀面磨损。

属“机械摩擦”性质磨损
相变磨损：工具钢刀具在较高速度切削时，由于切削温度升高，使刀具材料产生相变，硬度降低，若继续切削，会引起前面塌陷和切削刃卷曲。

属“塑性变形”破损
粘结磨损：当刀具材料与工件材料产生粘结时，两者产生相对运动对粘结点产生剪切破坏，将刀具材料粘结颗粒带走所致
扩散磨损：在高温作用下，使工件与刀具材料中合金元素相互扩散置换造成的。

属化学磨损
氧化磨损：在切削时受工件表层中氧化皮、冷硬层和硬杂质点对氧化膜连续摩擦，造成了在待加工表面处的刀面上产生氧化磨损亦称边界磨损。

属化学磨损
磨削温度：指磨削过程中磨削区域的平均温度
磨削表面粗糙度：是由砂轮上的磨料在工件表面上形成的残留面积和磨床、夹具、工件和砂轮系统振动所形成的振纹所组成。

切削层参数1）切削层公称横截面积A D=h D b D =ap·f：切削层横截面积，它是在切削层尺寸平面里度量的横截面积2）切削公称厚度h D = fsinκr：切削厚度，它是在垂直于过渡表面度量的切削层尺寸3）切削公称宽度b D=ap/sinκr：它是在平行于过渡表面度量的切削层尺寸。

三个切削分力作用：1）切削力Fc：作用在工件上，并通过卡盘传送到机床主轴箱，它是设计机床主轴，齿轮和计算主运动功率的主要依据。

也是选用刀杆，刀片尺寸，设计夹具和选择切削用量的主要依据。

2）背向力Fp：是影响加工工作精度，引起切削振动的主要原因3）进给力Ff：作用在机床进给机构上，是计算和检验进给机构薄弱环节零件强度的主要依据
刀具寿命：刀具磨损达到规定标准时的总切削时间（单位为min）
影响刀具寿命的因素：1）切削速度vc：提高切削速度，使切削温度增高，磨损加剧，而使刀具寿命T降低。

2）进给量f与被吃刀量ap：f和ap 增大，均使刀具寿命降低，但f增大后，切削温度升高较多，故对T影响较大；ap增大，改善了散热条件，故使切削温度上升少，因此对T影响较小。

3）刀具几何参数的影响：增r。

，切削温度降低，刀具寿命提高，但前角太大，强度低，散热差，刀具寿命反会降低，因此，在一定的加工条件均有一个最佳的前角值。

减小主偏角kr，副偏角kr"和大刀尖圆弧半径re，都能起到提高刀具强度和降低切削温度作用，因此，均有利于提高刀具寿命。

4）工件材料：加工材料的强度，硬度越高和韧性越高，切削时均能使切削温度升高，刀具寿命降低。

5）刀具材料：是影响刀具寿命的重要因素。

选用涂层刀具和高性能刀具材料，是提高刀具寿命的有效途径。

工件材料的切削加工性：是在一定的加工条件下工件材料被切削的难易程度。

主要母的是为了更有效的找出对各种材料特别是难加工材料便于切削加工用途。

改善材料切削加工途径：调剂工件材料中化学元素和警醒热处理、合理选用刀具材料其他措施：合理选用刀具几何参数、保持切削系统的足够刚性、选用高效切屑液及有效浇注方法、采用新的切屑加工技术。

切屑用量合理选择：1.选择背吃刀量a p：对于粗加工：在加工余量不多并较均匀加工工艺系统刚性足够时，应使背吃刀量一次切除余量A即a p=A。

如果在加工面上有硬化层，氧化皮或硬杂质情况下，此时，加工余量足够，则背吃刀量a p 也应加大，a p1=(2/3~3/4)A a p2=(1/3~1/4)A ；对于半精加工：由于粗加工后形成表面的质量较为良好，应使半精加工的
背吃刀量一次切除余量。

2.选择进给量f：粗加工：增大进给量，可提高生产效率，但过大进给量，会使切削力Fc剧增而影响机床进给系统，刀具和工件的强度和刚度，此外，也会显著加大表面粗超度，为此，制定的进给量应考虑上述影响因素；精加工：进给量f主要根据表面粗超度要求选择。

3.选择切削速度vc ：由于切削速度对刀具寿命的影响最大，其次是背吃刀量ap和f后，即的根据要求达到的刀具寿命T来确定刀具寿命允许的切削速度vt。

生产中随着数控机床和加工中心的使用，促进了高性能刀具材料和数控刀具的新发展，刀具使用寿命较低，切削用量选择原理改变：由原来的先选背吃刀量ap,再选用进给量f，最后选择切削速度vc而改变为首选高的切削速度vc及进给量f，然后选用较小背吃刀量ap。

切削变形区：第一变形区：OA-OM之间的塑性变形区域称为第I变形区。

当切削刃处于起始切削点O位置时，在切削层面上受到刀具的力作用后，使OA面上产生的切应力达到材料屈服强度，引起了金属材料组织中晶格上剪切滑移，滑移方向与切应力方向一致。

继而，切削层移动到OM面时，其上晶格在晶面上滑移方向仍与切削力Fr' 方向呈45度。

切削层经OM面后即刀具切离形成了切屑。

第二变形区，是指刀具前面接触的切屑底层内产生塑性变形的区域。

切屑在刀具前面上流出时，又受到前面的挤压和摩擦作用，使贴近前面厚度为切屑层内的近表面层流速很低，远离表面层切削流速为，各层流速的变化近似为，因此，层被称为滞留层。

滞留层内变形剧烈，使晶粒拉长，并在平行前面方向晶粒纤维化，在一定温度，压力条件小出现粘屑。

第三变形区：是指已加工表面层内近切削刃附近的变形区域。

在已加工表面的层内，受到切削刃钝圆弧的挤压和摩擦作用，使变形加剧，在该层内引起晶粒伸长和晶粒纤维化、扭曲、破碎，致使已加工表面产生硬化。

变形程度表示：相对位移ε,指切削层在剪切面上的相对滑移量，切削厚度压缩比Λh表示切屑外形尺寸的相对滑移量；剪切角Φ是从切削根部金像组织中测定的晶格滑移方向与切削速度方向之间的夹角。

Λh=cos（φ—γo）/sinφ;影响切削变形主要的是前角和剪切角。

φ=45º—（β—γo），β由刀具前面上摩擦系数μ而定的摩擦角，tanβ=μ；增大刀具前角γo，减小刀—屑面间摩擦，使之剪切角φ增大，是减小切削变形的重要途径。

影响切削变形的主要因素：1、加工材料，材料的强度，硬度越高，刀削面间正压力越大，平均正应力бav越大，摩擦系数μ=tanβ减小，剪切角φ增大，切削变形小。

2、前角γo，前角γo增大，楔角βo减小，切削刃钝圆弧半径ro减小，切削流出阻力小，使摩擦系数μ减小，剪切角φ增大，故切削变形减小。

3、切削速度vc，低速时切削温度低，刀削面间不易粘结，摩擦系数μ小，切削变形小，随着速度提高，温度增加，粘结逐渐严重，摩擦系数μ增大，切削速度进一
步提高，温度使加工材料屈服强度降低，切应力小，摩擦系数小，切削变形小。

4、进给量f，当进给量增大时，切削厚度h D与切屑厚度h ch增加，使前面上正压力Frn增大，使平均正应力бav增大，摩擦系数μ减小和切削厚度压缩比Λh减小。

影响切削力：1、被吃刀量和进给量，f不变，由于被吃刀量增加一倍，切削力增加一倍，若进给量增大一倍，切削力增大70%~80。

2，切削速度：在积屑瘤产生区域内的切削速度增大，因前角增大，切削变形小，故切削力下降，积屑瘤消失，切削力又上升。

在中速后进一步提高切削速度，切削力逐渐减小。

3，工件材料：工件材料硬度和强度越高，产生的切削力越大。

工件材料的塑性和韧性越大，切削变形越大，切削力越大。

4前角：前角增大，切削变形小，切削力小。

5，主偏角：主偏角增大，Fc先减小后增大，Fp减小，Ff增大。

刀具磨损：正常磨损，前面磨损，主后面磨损，副后面。

非正常磨损：沟槽磨损，切削刃细小缺口，塑性变形，切削刃崩裂。

切削刃剥落，热裂。

刀具磨损标准：对于正常磨损，规定在后面B区内的磨损带宽度VB=0.3mm，对于非正常磨损，去磨损带最大宽度VBmax=0.6mm。

如果在硬质合金刀具的前面上产生月牙洼磨损，则规定它的深度KT=（0.06+0.3f）mm为前刀面磨损标准。

切削力：切削力Fc，背向力Fp ，进给力Ff。

影响切削力因素：1、切削用量，被吃刀量与进给量，切削速度；2、工件材料；3、刀具几何参数，前角、主偏角；
4、其他影响因素，刃倾角，刀尖圆弧半径，刀具磨损，切削液，刀具材料。

切削力Fc：作用在工件上，并通过卡盘传递到机床主轴箱。

是设计机床主轴、齿轮和计算主运动功率的主要依据，也是选用刀杆、刀片尺寸、设计夹具和选择切削用量的重要依据。

背向力Fp：影响加工工件精度，引起切削振动的主要因素，不消耗功率。

进给力Ff：作用在机床进给机构上，是计算和检验进给机构薄弱环节零件强度的主要依据，消耗1-5％功率。

主偏角Kr作用：减小主偏角可使刀具强度提高、散热条件好、加工表面粗糙度小。

主偏角小，切削宽度长故单位切削刃长度上受力小，主偏角小能使刀具寿命提高。

增大主偏角，使背向力Fy减小，切削平稳，大的主偏角，切削厚度增大，断屑性能好。

主偏角选择原则：1、根据加工材料选择：加工高强度、高硬度、热导率小和表面有硬化层的材料，为提高刀具强度和改善散热条件，应选取较小主偏角。

2、根据加工工艺系统刚性选择：在加工工艺系统刚性不足的情况下，为减少背向力Fy,应选用较大主偏角，一般取Kr=45°。

刃倾角λs的作用：刃倾角征服可控制切削流向。

选用负刃倾角可增加到头强度，提高刀刃冲击能力。

刃倾角的负值过大，使背向力FY增大，易产生振动。

刃倾角的选择原则：1、根据加工要求的选择：一般加工，为防止切屑划伤已将工表面，选择λs= 0°~+5°：粗车时，为提高刀具强度。

选择λs= 0°~-5°。

车削高硬度，高强度等难加工材料时，为提高刀具强度，也常去较大的负刃倾角。

2、根据加工条件的选择：加工断续表面，加工余量不均匀表面，或者在其他产生振动的切削条件下，通常取负的刃倾角
磨削运动：主运动是砂轮的旋转运动，工件旋转进给运动，工件相对砂轮的轴向进给运动，砂轮径向进给运动。

选择：切削深度—进给量—切削速度
磨削用量的选择原则：Vc：氧化铝或碳化硅砂轮25—50m/s，CBD砂轮或人造金刚石砂轮80--150 m/s。

Vw：粗磨20~30mm∕min;粗磨20~60mm∕min。

fa：粗磨（0.3~0.7）Bmm∕r精磨（0.3~0.4）Bmm∕rB为砂轮宽度。

fr：粗磨0.015-0.05mm/单行程或0.015-0.05mm/双行程；精磨0.005-0.01mm/单行程或
0.005-0.01mm/双行程。

砂轮的五个要素：①磨料：人造磨料和天然磨料②粒度：磨粒大小③结合剂：把磨粒固结成磨具的材料④硬度：磨粒在外力作用下从磨具表面脱落的难易程度⑤组织：表示砂轮中磨结合剂和气孔间的体积比例。

分类：①磨料：棕刚玉A、白刚玉WA、铬刚玉PA ②粒度：粗粒F4-F24、中粒F30-46、细粒F54-F100、微粒F120-F220、微粉F230-F1200 ③结合剂：陶瓷V、树脂B、橡胶R ④硬度：超软DEF、软GHJ、中软KL、中MN、中硬PQR、硬ST、超硬Y ⑤组织：0—14（磨粒率相应62％--34％（减2））
砂轮1—300 X 50 X 75—A F60 L5V—35m/s
1（形状代号：平面砂轮）300（处径D）X 50（厚度T）X 75（孔径H）A（磨料：棕刚玉）F60（粒度号：细粒）L（硬度）5（组织号）V（结合剂：陶瓷）35m/s（最高工作速度）
磨削温度：磨削由于切削速度很高，切削厚度很小，切削刃很钝，所以切除单位体积切削层所消耗的功率约为车、铣等切削加工方法的10-20倍，磨削所消耗的能令大部分转变为热能。

磨削温度是指磨削过程中磨削区域的平均温度，约在400-1000℃之间。

磨削温度影响磨粒的磨损磨屑与磨粒的粘附；影响工件表面的加工硬化，烧伤和裂纹，使工件热膨胀，翘曲，形成内应力；为此，磨削时需采用大量的切削液进行冷却，并冲走磨屑和碎落的磨粒。

影响磨削温度因素:主要与砂轮磨削深度（径向进给量）fr，磨削速度Vc和工件进给速度Vw有关。

fr增加，磨削面积增大，磨削厚度增大，Vc增加，挤压与摩擦速度增大；都使磨削热增加，磨削温度提高。

其中，fr的影响更大。

Vw增加，虽然磨削厚度增加，磨削热增加，但由于工件与砂轮的接触时间短了，传入工件表层的热量分子，磨削温度反而降低。

磨削厚度：每颗磨粒的平均磨削厚度h Dav随工件旋转进给速度Vw、砂轮径向进给量fr的增大而增大；随砂轮速度Vc、砂轮直径D、砂轮粒度号的增大（粒度号大，m大）而减小。

影响h Dav 较大的是Vw，Vc和m，影响较小的是fr和D。

h Dav 愈大，磨削生产率愈大高；但是磨粒切削负荷愈大，磨削温度愈高，砂轮磨损愉快，磨出工件的表面质量愈差。

切削温度：是指切削过程中切削区域的平均温度。

接触面特点：接触面压力大，温度梯度大，速度大。

剪切角：是从切削根部金像组织中测定的晶格滑移方向与切削速度方向之间的夹角。

切屑类型：带状切屑，节状变形，粒状变形，崩碎变形
切屑液作用：冷却、润滑、排屑和洗涤、防锈。

切屑液种类：水溶性：水溶液、乳化液、合成切屑液；油溶性：切削油、极亚切屑油；固体润滑剂：MoS2
已加工表面层质量简介：加工硬度表层残余应力表层微裂纹表层金相组织Vc=πdn/1000;vf=n·f;ap=(dw-dm)/2;tm=ιA/vf·ap; tm=πdlA/1000ap·f·vc ;Q=1000ap·f·vc
不锈钢有马氏体、奥氏体不锈钢。

奥氏：以1Cr18Ni9Ti为例，加工等级为：“291HBS·бb=0.539GPa·δ=40％·αk=2452KJ/m²·k=16.3W/(m·k);4·2·6·9·8”常温硬度和角度接近45钢，但切削时温度升高后，材料的硬度和强度随着提高，其伸长率高于45钢3倍，冲击韧度是45钢4倍，热导率为45 钢1/3~1/4。

不锈钢在切削时的塑形变形大，故切削力较45钢提高25%，切削温度高，加工硬化
程度高，易于刀具中合金元素亲和，产生粘屑并易于形成积屑瘤，断屑困难刀具上温度高，导热性，使刀具产生粘结磨损和扩散磨损。

积屑瘤：积屑瘤是由切屑堆积在刀具前面近切削刃处的一个硬楔块，他是在弟II 变形区内，是由摩擦和变形形成的物理现象。

影响：它的硬度高于工件2~3倍，故堆积在切削刃上能代替切削刃切削，并保护了切削刃，增大实际工作前角，减小切削变形，堆积成的钝圆弧刃口造成挤压和过切现象，降低加工精度，切屑瘤脱落后粘附在已加工表面上使表面粗糙不平。

消除切屑瘤：1、采用低速或高速切削。

2、减小进给量，增大刀具前角，提高刀具刃磨质量和合理选用切削液，使摩擦和粘结减少，可达到抑制积屑瘤的作用。

3、合理调整各切削参数，以防止形成中温区域。

金刚石优点：1.极高的硬度与耐磨性；2.良好的导热性较低的热膨胀系数；3、刀面粗糙度小刃上非常锋利。

适用于非铁材料、高硬度非金属材料以及难加工的复合材料的加工。

立方氮化硼优点1、很高的硬度与耐磨性达到3000—4500HV，仅次于金刚石；
2、很高的热稳定性；
3、较好的导热性与钢铁的摩擦系数小；
4、抗弯强度与断刃性介于陶瓷与硬质合金之间。

适用于淬硬钢、冷硬铸铁进行粗加工与半精加工，能告诉切削高温合金热喷涂材料等难加工材料
前角γ。

作用：前角增大使切削刃锋利的切屑流出阻力小、摩擦力小，切削变形小，因此切削力力和切削功率小，切削温度低，刀具磨损小，加工表面质量高。

但过大的前角使刀具的刚性和强度差，热量不易传播，刀具磨损和破坏严重，刀具寿命降低。

前角选择：1、根据被加工的材料选择：加工塑性材料、软材料时，前角大一些；加工脆性材料、硬材料时，前角小一些。

2、根据加工要求选择：精加工的前角大；粗加工和断续切削的前角小，加工成型表面前角要小，能减小刀具和刀型误差对零件加工精度的影响。

3、根据刀具材料的选择：高速钢刀具的抗弯强度和抗冲击韧性高，可选较大的前角；硬质合金刀具的抗弯强度较低，前角较小；陶瓷刀具的抗弯强度是高速钢的1/2~1/3故前角小些。

后角α。

作用：增大后角摩擦小故加工表面质量高过大后角使切削刃强度降低散热条件差刀具磨损大因而刀具寿命低。

后角选择原则：是在摩擦不严重的情况下选取较小的后角：1、根据加工精度的选择：精加工时为了减小摩擦后角取较大值α。

=8°—12°；粗加工时，为了提高刀具强度，后角取较小值α。

=6°—8°；2、根据加工材料选择：加工塑性材料、软材料时，后角取较大值；加工脆性材料硬质材料时后角取较小值，加工易产生硬化层的材料时后角取较大值。

磨削加工的特征：①砂车的周边磨粒是随机分布的，形状也是随机的②磨削可以加工刀具不能加工的硬材料③加工精度高，表面粗糙度小④切削速度高带来了切削温度高，切削液连续使用⑤径向分力很大⑥具有自励性
表面烧伤：磨粒在切削、刻划和抛光工件的过程中产生大量的磨削热，使磨削表面的温度升得很高，表面层金属发生相变，使其硬度与塑性等发生变化，这种表层变质的现象称为表面烧伤。

避免烧伤就要减少磨削热，加速磨削热的传散。

具体措施：（1）合理选用砂轮：要选择硬度较软，组织较疏松的砂轮，并及时修整。

（2）合理选择磨削用量：减小fr，提高工件的旋转进给速度Vw和工件轴向进给量fa。

（3）采取良好的冷却措施：选用冷却性能好的切削液，采用较大的流量，使用能使切削液喷入磨削区
的冷却效果较好的喷嘴。

（4）改进磨床的结构：近代磨床采取静压导轨或滚动导轨，滚珠丝杆，减少传动环节消除传动间隙，提高进给机构刚性等一系列以准确控制砂轮切入量。

这不但提高了磨削精度，也可防止工件表面烧伤。