湖南工业大学《金属切削原理与刀具》(本人原创)

《金属切削原理与刀具》复习资料

1. 切削加工是指利用刀具切除被加工零件多余材料的方法。经切削加工后的零件能获得要求的尺寸精度与表面质量，是机械制造业中最基本的加工方法。

2. 切削用量是切削加工过程中切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）的总称。它表示主运动及进给运动量，用于调整机床的工艺参数。

①切削速度c v 指切削刃选定点相对工件主运动的瞬时速度，单位：m/s 或m/min ；

②进给量f 为刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，可用工件每转（行程）的位移量来度量，单位为mm/r ； ③背吃刀量p a 指垂直进给速度方向测量的切削层最大尺寸，单位为mm 。

3. 四个基本刀具角度的定义以及在哪个平面内测量：

①前角o γ：正交平面中测量的前面与基面间的夹角；

②后角o α：正交平面中测量的后面与切削平面间夹角；

③主偏角r κ：基面中测量的主切削平面与假定工作平面间夹角；

④刃倾角s λ：切削平面中测量的切削刃与基面间夹角。

（副偏角'

r κ：基面中测量的副切削平面与假定工作平面间夹角）

法剖面n P ：过切削刃某选定点垂直于切削刃的平面；

主剖面o P （正交平面）

：过切削刃选定点同时垂直于切削平面与基面的平面。

4. 切削层与切削方式：

切削层定义：切削层为切削部分切过工件的一个单程所

切除的工件材料层。

切削层尺寸是指在刀具基面中度量的切削层长度与宽

度，它与切削用量p a 、f 大小有关。但直接影响切削

过程的是切削层参数：①切削层公称横截面积D A ②切

削公称厚度D h ③切削公称宽度D b 。

切削公称厚度D h （简称切削厚度）：垂直于过渡表面度

量的切削层尺寸。r D f h κsin =

切削公称宽度D b （简称切削宽度）：平行于过渡表面度

量的切削层尺寸。r p

D a b κsin =

a ）车外圆

b ）车端面法剖面n P 和主剖面o P 的夹角为刃倾角s λ

5. 刀具材料应具有的性能：

刀具材料应具备高硬度和高耐磨性、足够的强度与韧性，以及高耐热性。

6. 刀具材料类型：当前使用的刀具材料只要有工具钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼、金刚石等。 ☆ 课本P24～P25 P 类、M 类、K 类、H 类、S 类、N 类。

7. 高速钢是含有W 、Mo 、Cr 、V 等合金元素较多的合金工具钢。 高速钢是综合性能较好、应用范围最广的一种刀具材料。热处理后硬度和抗弯强度高、耐热性好、热处理变形小、能锻造、易磨出较锋利的刃口等优点。应用：高速钢的使用占很大比例，特别是用于制造结构复杂的成型刀具。

8. 硬质合金的组成和性能

组成：金属碳化物(WC 、TiC 、TaC 、 NbC 等)＋金属粘接剂 (Co 、Ni 等) 高压成形后，高温烧结而成。

性能：硬度、耐热性、耐磨性很高，切削速度远高于高速钢；抗弯强度低、脆性大，抗冲击振动性能差。

9. 三个切削变形区

①第Ⅰ变形区

第Ⅰ变形区内金属的剪切变形。变形的主要特征：⑴剪切滑移变形 ⑵加工硬化

②第Ⅱ变形区

第Ⅱ变形区内金属的挤压变形。切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和

摩擦，使靠近前刀面的金属纤维化，基本与前刀面平行。

③第Ⅲ变形区

第Ⅲ变形区内金属的挤压摩擦回弹。已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的

挤压和摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化和加工硬化。

10. 切屑类型：带状切屑、节状切屑、粒状切屑、崩碎切屑。

11. 由 ()φ

γφsin cos o h -=Λ、()o γβφ--45︒=可知，增大刀具前角o γ，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。

12. 积屑瘤的形成：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，它是在第Ⅱ变形区内，是由摩擦和变形形成的物理现象。（原因：切屑在刀具前面上粘结造成的）

13. 积屑瘤对切削加工的影响：①能代替切削刃，并保护了切削刃；②增大实际工作前角，减小切削变形；③造成挤压和过切现象，降低加工精度；④使表面粗糙不平。

14. 抑制或消除积屑瘤的措施：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；③合理调整各切削参数值，以防止形成中温区域。

15. 已加工表面变形和加工硬化：加工硬化是在第Ⅲ变形区内产生的物理现象。

16. 影响切削力的因素

(一)切削用量的影响

1．背吃刀量p a 与进给量f

p a ↑→c A 成正比↑， r κ不变，p a 的指数约等于1，因而切削力成正比增加

f ↑→c A 成正比↑，但c κ略减小，f 的指数小于1，因而切削力增加但与f 不成正比

2．切削速度c v

速度v 对F 的影响在无积屑瘤阶段，v ↑→变形程度↓→切削力减小

1) 在积屑瘤增长阶段 随v ↑→积屑瘤高度↑变形程度↓，F ↓

2) 在积屑瘤减小阶段 随v ↑→ 变形程度↑，F ↑

3) 在无积屑瘤阶段 随v ↑， F ↑, v 中速后，温度升高，摩擦系数↓变形程度↓→ F ↓

(二)工件材料的影响 (三)刀具几何参数影响

17. 刀具磨损形式

刀具磨损分为正常磨损和非正常磨损两类；

正常磨损：①前面磨损 ②主后面磨损 ③前后刀面同时磨损

非正常磨损：①崩碎 ②崩刃 ③热裂 ④塌陷

18. 刀具磨损原因：①磨粒磨损 ②相变磨损 ③粘结磨损 ④扩散磨损 ⑤氧化磨损

相变磨损（概念）：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。硬质合金刀具在高温（＞900℃）、高压状态下切削也会因产生塑性变形而失去切削性能。因此，相变磨损是一种“塑性变形”破损。

粘结磨损（概念）：粘结磨损也称冷焊磨损。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。刀面与工件间产生粘结是由于刀面上存在着微观不平度，并在一定温度条件下，刀具前面上粘附着积屑瘤，刀面硬度降低并与工件材料粘结以及工件与刀具元素间亲和造成的。在高温高压作用下刀具表面层材料性能变化，当工件与工具产生相对运动时，刀具材料的粘结颗粒被带走而形成了粘结磨损。

19. 刀具磨损标准：为达到急剧磨损阶段时的磨损量VB 值。 为了及时对磨损的刀具进行重磨，国家标准规定了磨损标准为：在正常磨损时，VB=0.3mm ；如果产生崩刃、剥落和沟痕等不正常磨损时max VB =0.6mm ；产生月牙洼时，KT=（0.05+0.3f ）。

20. 刀具寿命的衡量标准：生产中常采用达到正常磨损VB=0.3mm 时的刀具寿命。有时也采用在规定加工条件下，按质完成额定工件数量的可靠性寿命；在自动化生产中为保持工件尺寸精度的寿命，通常用达到该尺寸精度的工件数量来表示；刀具达到规定承受冲击次数的疲劳寿命等。

21. 相对加工性指标概念：以切削45钢，刀具寿命T=60min 的切削速度600v 作为标准，将某种材料的60v 与其相比的比值r K 称为相对加工性坐标，即60

060r v v K =，r K 越大，越难切削。

22. 切削液的作用：①冷却作用 ②润滑作用 ③排屑和洗涤作用 ④防锈作用 23. 切削液种类

常用的切削液有：以冷却为主的水溶性切削液和以润滑为主的油溶性切削液。

水溶性切削液主要分为：水溶液、乳化液和合成切削液。

油溶性切削液主要有：切削油和极压切削油。

24. 影响表面粗糙度的因素：

（一）切削用量的影响

1.切削速度c v ：切削速度是影响已加工表面质量的一个重要因素，低速时易形成积屑瘤和鳞刺；中速时积屑瘤最大； 高速时可获得较小表面粗糙度。

2.进给量f 越小，残留面积高度max R 越小；进给量太小，硬化严重。

（二）刀具几何参数影响

1.前角o γ：前角o γ↑，表面粗糙度↓，但o γ太大，会削弱刀具强度和减小散热体积，加速刀具磨损。应在刀具强