金属切削基本理论应用
第二章第1节-金属切削过程及切屑类型分析
lfi
lfo
切屑与前刀面的摩擦
第一节 金属切削过程及切屑类型
积屑瘤
在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢
料或其它塑性材料时，常常在前刀面处粘着一块剖面呈三角
状的硬块,称为积屑瘤。
它的硬度很高，通常是
工件材料的2—3倍，在
切屑
处于比较稳定的状态时，
能够代替刀刃进行切削。
积屑瘤
刀具
积屑瘤
切屑的种类
名称
带状切屑
切屑类型及形成条件
挤裂切屑
单元切屑
崩碎切屑
简图
形态 变形
形成 条件
影响
带状，底面光滑 ，背面呈毛茸状
剪切滑移尚未达 到断裂程度
加工塑性材料， 切削速度较高， 进给量较小， 刀具前角较大
切削过程平稳， 表面粗糙度小， 妨碍切削工作， 应设法断屑
节状，底面光滑有裂 纹，背面呈锯齿状
变形程度表示方法
变形系数
切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本 不变。可用其表示切削层的变形程度。
◆ 厚度变形系数
h
hch hD
◆ 长度变形系数
L
LD Lch
Lch LD
切屑与切削层尺寸
第一节 金属切削过程及切屑类型
根据体积不变原理，则
h
lc lch
hch hDOMຫໍສະໝຸດ sin(90 OM sin
第二章 金属切削基本理论及应用
第一节 金属切削过程及切屑类型
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，在这一过程中，始终存在着刀具切削工件和工件材料抵抗切 削的矛盾，产生许多物理现象，如切削力、切削热、积屑瘤、刀 具磨损和加工硬化等。
机械制造技术基础 第2章
MMT
2.2.3 刀具工作角度
• 在横向进给切削或切断 工件时，随着进给量f值的增 加和加工直径d的减小，工作 后角不断减小，刀尖接近工 件中心位置时，工作后角的 减小特别严重，很容易因后 面和工件过渡表面剧烈摩擦 使刀刃崩碎或工件被挤断， 切削中应引起充分重视。因 此，切断工件时不宜选用过 大的进给量f，或在切断接近 结束时，应适当减小进给量 或适当加大标注后角。
MMT
2.2.3 刀具工作角度
当工件材料和加工性质不同时，常用硬质合金车刀的 合理前角如表2-1所示。
表2-1 合理前角 粗 车 精 车 硬质合金车刀合理前角的参考值 合理前角 粗 车 精 车
工件材料 低碳钢 中碳钢 合金钢 淬火钢
工件材料 灰铸铁 铜及铜合金 铝及铝合金 钛合金 ≤1.177 GP a
MMT
2.1.1 切削运动
3、合成切削运动
刀具与工件间的相对切削运 动是主运动和进给运动的合成运 动。切削刃上选定点相对于工件 的主运动的瞬时速度，称为切削 速度，以vc表示。切削刃上选定点 相对于工件的进给运动的瞬时速 度，称为进给速度，以vf表示。合 成切削运动的瞬时速度用ve表示。 则ve＝vc＋vf 。
MMT
2.2.2 刀具静止角度参考系及其坐标平面
MMT
2.2.2 刀具静止角度参考系及其坐标平面
刀具静止角度
2.
MMT
2.2.2 刀具静止角度参考系及其坐标平面
刀具在正交平面参考系中定义的标注角度有： （1）前角 γo ：前刀面与基面间的夹角（正交平面中测量） 作用：影响切屑的变形程度； 影响刀刃强度
后角α0：后刀面与切削平面间的夹角（正交 平面中测量）
MMT
2.2.2 刀具静止角度参考系及其坐标平面
机械制造技术基础(第1章完成)
在法平面参考系中刀具的标注角度与正交平面参考系基本相同，基面和切削 平面内标注的角度基本不变，只需把正交平面内的标注角度γo 、αo变为法平 面内标注的γn（法前角）、αn（法后角）即可，其正负规定与γo 、αo 相同.
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14
1.2 金属切削的基本知识
1.2.2 刀具的几何形状
1.2 金属切削的基本知识
1.2.2 刀具的几何形状
1. 切削刀具的组成
前面 A 主后面 A ' A 副后面 主切削刃 S ' S 副切削刃 刀尖
刀柄 切削部分 S' A' A S 刀尖 Aα 安装面
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11
1.2 金属切削的基本知识
1.2.2刀具的几何形状
V
f
nf nz
f
z
式中：Vf —为进给速度 fz—为每齿进给量 z—刀齿齿数
1.2 金属切削的基本知识 2. 切削用量
(3)背吃刀量（切削深度）ap
在垂直于主运动方向和进给方向的工作平面内测 量的刀具切削刃与工件切削表面的接触长度。 对于外圆车削，背吃刀量为工件上已加工表面和 待加工表面间的垂直距离，单位为mm。即 ap=(dw-dm)/2 式中：dw—工件待加工表面的直径，(mm)； dm—工件已加工表面的直径，(mm)。
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1.2 金属切削的基本知识
■1.2.1 切削运动与切削用量
1. 切削运动 ⑴主运动：使工件与刀 具产生相对运动以进行切削 的最基本运动。 主运动通常是切削运动中 速度最高、消耗功率最多的运 动，任何一种机床，必定有、 且通常只有一个主运动。 图1-1 提供切削可能性的运动。 主运动的速度以Vc 表示，称作切削速度。
通过“课程思政”培养学生工匠精神的实践与探索———以“金属切削原理与刀具”为例
2020.5黑龙江教育·理论与实践作者简介：贾娜（1975—），女，黑龙江齐齐哈尔人，博士，副教授，研究方向：机械设计、木质材料加工、木材加工刀具。
基金项目：东北林业大学“课程思政”示范课程建设项目2016年，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上指出，要用好课堂教学这个主渠道，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应；2019年3月总书记在学校思想政治理论课教师座谈会上再次强调，“要坚持显性教育和隐性教育相统一，挖掘其他课程和教学方式中蕴含的思想政治教育资源，实现全员全程全方位育人”。
在此精神的指导下，我校开展了以“课程思政”为目标的教学改革，以机械类专业基础课金属切削原理与刀具为例，从完善教学大纲、改革课程教学方法、优化教学团队等方面完善教学设计，梳理课程所蕴含的思想政治教育元素，使其融入课堂教学的各个环节，探索课程育人的有效方法和手段。
一、“课程思政”教学融入点设计金属切削原理与刀具是机械设计制造及其自动化专业的一门重要专业基础课，关联了金属切削机床、夹具、刀具和工件等整个机械加工工艺体系，面向机械制造的大学科背景，该课程具有体现先进加工方法与理念、智能制造发展趋势和工匠精神的优势，是专业课程融入“课程思政”思想的有效课程载体，需要综合考虑课程目标后对教学内容进行细致的顶层设计，将知识能力与思想教育有机融合，培养学生的家国情怀和工匠精神，在学习知识的过程中立德树人。
（一）课程目标工程教育融合了新一代制造发展战略，并促使了高等工程教育理念的变革，基于OBE （基于学习产出的教育模式，Outcomes-based Education）教学理念，以学生工程能力培养为出发点所设计的课程教学大纲中，利用金属切削原理与刀具课程重点培养学生分析问题、设计/开发解决方案和研究等3个方面的能力，对应的4个课程目标为：2020年第5期（总第1317期）No.5，2020Serial No.1317黑龙江教育（理论与实践）HEILONGJIANG EDUCATION（Theory &Practice ）摘要：“课程思政”是高等教育教学改革的新思路，以金属切削原理与刀具课程为依托，将培养学生工匠精神作为课程思政的主要目标，依据课程目标和教学内容，从理想信念、职业素养和敬业精神三个方面设计课程思政教学融入点，在教学过程中利用课堂讲授、课内实训和考试方法改革等不同方式进行实践，探索在专业课课程中开展课程思政教育的方法，为“课程思政”在工科专业中的推广提供参考。
2 金属切削基础知识
高速钢按用途不同，可分为普通高速钢和高性 能高速钢；按制造工艺不同，可分为熔炼高速钢和 粉末冶金高速钢。
（1）切削用量
切削速度 进给量
vc
nd
1000
3.14 220 75 1000
51.8（1 m/min）
背吃刀量
f 60l 601.6 0.44（mm/r）
n 220
ap
dw
dm 2
75 66 2
4.5（mm）
（2）切削层参数
切削厚度
hD f sinr 0.44 sin 75 0.43（mm）
立方氮化硼：是由六方氮化硼在高温高压下转化 而成的，硬度高，耐磨性好。它主要用于加工淬火 钢、冷硬铸铁、高温合金和一些难加工材料。
四、刀具种类
由于机械零件的材质、形状、技术要求和加工工 艺的多样性，客观上要求进行加工的刀具具有不同的 结构和切削性能。因此，生产中所使用的刀具的种类 很多。
按用途和加工方法，刀具可分为切刀类、孔加工 刀具、拉刀类、铣刀类、螺纹刀具、齿轮刀具、磨具 类、自动线刀具和数控机床刀具等。
bD
aP sin kr
AD hDbD ap f
二、切削方式
1．直角切削和斜角切削
如右图所示：
切屑沿刀刃 法向流出
切屑流出方向
直角切削：是指刀
刃垂直于合成切削运
λs
动方向的切削方式。 斜角切削：是指刀刃
8、金属切削加工基本理论
合成方法，也是利用高温高压加催化剂的方法将六方 氮化硼转变成立方氮化硼。 • 立方氮化硼是六方氮化硼的同素异形体，硬度达 8000~9000HV，是人类已知的硬度仅次于金刚石的材
料，其热稳定性和化学惰性大大优于金刚石，可耐１
３００～１５００°Ｃ的高温，在1200~1300°也不易 与铁系材料发生化学反应，其导热率也大大高于高速
• 2、常用刀具材料
刀具材料类型： 工具钢（高速钢） 硬质合金 陶瓷 超硬材料 最常用
工具钢耐热性差，但抗弯强度高，价格便宜，焊接与 刃磨性能好，故广泛用于中、低切削的成形刀具，不 宜高速切削。
• 3)高速钢 • 高速钢是加入了钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V) 等合金元素的高合金工具钢。它们都是强烈的 碳化物形成元素，在熔炼与热处理过程中与碳 形成了高硬度的碳化物，从而提高了钢的耐磨 性。 • 高速钢的强度（抗弯强度为硬质合金的2~3倍 ，为陶瓷的5~6倍）、硬度（62~70HRC）、耐 热性（600~700°C）、韧性、耐磨性和工艺性 均较好，刃磨锋利，故又称“锋钢”，适合于 大部分常用材料的切削加工。
6）超硬刀具材料
• 超硬刀具材料有金刚石和立方氮化硼。金刚石可分天然和人造两 种，其代号分别用JT和JR表示，都是碳的同素异形体。
• 天然金刚石大多属于单晶金刚石，单晶天然金刚石具 有各向异性（即不同晶面上强度、硬度和耐磨性差异很 大，可在100~500倍范围内变化，故制造时应考虑刃磨 方向），选择正确的刃磨方向，可使刀的刃口圆角半 径磨到最小，刀具极为锋利，可用于有色金属及非金 属的超精密加工。 • 天然金刚石价格十分昂贵，使用较少。
第8章 金属切削加工概论
【主要内容】 1．切削加工的基本慨念 (1)切削运动 (2)工件上的加工表面 (3)切削用量及切削层参数 2．切削刀具 (1)刀具材料 (2)刀具的几何形状及角度 (3)刀具的耐用度 3．切削过程中的物理现象 (1)切屑 (2)积屑瘤 (3)切削力 (4)切削热
金属切削原理与刀具复习大纲
2. 各种刀具材料使用于加工什么材料？
第三章 金属切削过程的基本规律
第一变形区：（基本变形区） OA~OM之间的区域，是切削 第二变形区： 第三变形区： 过程中的主要变形区，是切削 切屑底层与前刀面之间的摩擦 工件已加工表面与刀具后刀面之 力和切削热的主要来源。 间的挤压、摩擦变形区域。 变形区。主要影响切屑的变形 主要特征： 造成工件表面的纤维化与加工硬 和积屑瘤的产生。 剪切面的滑移变形 化。
带状切屑
节状切屑
粒状切屑
三、变形程度的表示方法
1.
变形系数：( 切削厚度压缩比Λ h )
h ch h hD
厚度变形系数：
长度变形系数：
lc l lch
h l 1
根据体积不变原理数：
hch OM cos( o ) cos( o ) hD OM sin sin
延长刀具寿命，便于刀具的制造，资源丰富，价格低廉。
2. 常用刀具材料
高速钢 硬质合金 陶瓷
有钨钴类硬质合金、 钨钛钴类硬质合金和 钨钛钽（铌）类硬质 合金。 推广使用新型刀具 材料如涂层刀具、陶瓷 刀具、天然金刚石、聚 晶金刚石、立方氮化硼 等。 能制造结构复杂 的成形刀具
超硬刀具材料
（1）硬质合金的分类
3-3 切削热
一、切削热的来源：
切削层挤 裂变形 前刀面与切 屑摩擦
切削热的分布：
热量的20%∼50%传给刀具→ 刀具磨损、硬度降低
二、影响切削温度的因素分析
1、切削用量对切削温度的影响：Vc →f →ap
vc、f、ap↗ θ ℃↗
x c y
C v f
ap
z
用YT15刀具，切削45#钢时( σ b=75kg/cm2)
金属切削原理和刀具教学大纲
金属切削原理和刀具教学大纲一、引言金属切削是制造业中常见的一种加工方式，通过使用刀具对金属材料进行切削，实现对工件形状和尺寸的精确加工。
本教学大纲旨在介绍金属切削的基本原理和常用刀具的分类、特点及应用，以帮助学生全面理解金属切削加工的基本知识和技术。
二、金属切削原理1. 金属切削的定义和作用金属切削是指通过刀具对金属材料进行切削，以改变工件的形状和尺寸，达到加工要求的一种加工方法。
金属切削可以实现高效、精确和重复性加工，广泛应用于制造业各个领域。
2. 金属切削的基本原理金属切削的基本原理是通过刀具对金属材料施加切削力，使切削刃与工件接触并产生相对运动，从而移除工件上的金属层，实现加工目标。
切削过程中，刀具的切削刃与工件之间形成一定的切削角度，刀具在切削过程中产生切削力和切削热，同时也会产生切削振动和切削噪声。
3. 金属切削的影响因素金属切削的质量和效率受到多个因素的影响，包括切削速度、进给速度、切削深度、刀具材料和刀具几何形状等。
合理选择这些参数，可以提高切削效率和加工质量，减少切削力和切削热。
三、刀具分类及特点1. 刀具分类根据刀具的用途和结构特点，刀具可以分为以下几类：- 轴向刀具：如平面铣刀、立铣刀，用于平面加工和开槽加工。
- 径向刀具：如钻头、铰刀，用于孔加工和外圆加工。
- 侧面刀具：如刀片、车刀，用于车削加工和切槽加工。
- 特殊刀具：如刃磨刀具、切槽刀具，用于特殊形状的加工。
2. 刀具特点不同类型的刀具具有不同的特点和适用范围，主要包括以下几个方面：- 刀具材料：刀具材料应具有较高的硬度、耐磨性和热稳定性，常用材料有高速钢、硬质合金和陶瓷等。
- 刀具几何形状：刀具的几何形状包括刀片的前角、后角、刃倾角、切削角等参数，不同的形状适用于不同的切削任务。
- 刀具涂层：刀具涂层可以提高刀具的耐磨性和切削性能，常用涂层有涂层碳化物、涂层氮化物和涂层氧化物等。
四、刀具教学内容安排1. 金属切削原理的介绍- 金属切削的定义和作用- 金属切削的基本原理- 金属切削的影响因素2. 刀具分类及特点的讲解- 轴向刀具的分类和特点- 径向刀具的分类和特点- 侧面刀具的分类和特点- 特殊刀具的分类和特点3. 刀具选择和使用的技巧- 刀具选择的原则和方法- 刀具使用的注意事项- 刀具的保养和维护4. 刀具故障分析和排除- 常见刀具故障的原因和表现- 刀具故障的排查和排除方法- 刀具寿命的评估和提高方法五、教学方法和评价方式1. 教学方法本教学大纲推荐采用多种教学方法，包括理论讲解、实例演示、实验操作和案例分析等。
金属切削的基本理论
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3.2 切削变形
相应的轮廓算术平均偏差Rα为
Ra 1 Rz mm
用圆头刀加工时，残留层4的最大高度Rz为:
2.实际粗糙度
Rz f 2 mm
8
实际粗糙度是在理论粗糙度上叠加着非正常因素，例如:积屑 瘤、鳞刺、刀具磨痕和切削振纹等附着物和痕迹，因此，增 大了残留面积的高度值。
刀具几何形状和切削运动对表面粗糙度的影响主要是通过刀 具的主偏角、副偏角、刀尖圆弧半径厂以及进给量对切削后 工件上的残留层高度来体现的。主偏角、副偏角、进给量越 小表面粗糙度越小;刀尖圆弧半径厂越大，表面粗糙度越小。
如图3-8所示，用尖头刀加工时，残留层的最大高度Rz为
Rz
f
mm
cot cot '
教学单元3 金属切削的基本理论
3.1 知识引入 3.2 切削变形 3.3 切削力 3.4 切削热与切削温度 3.5 刀具磨损
教学单元3 金属切削的基本理论
金属切削的基本理论是关于金属切削过程中基本物理现象变 化规律的理论。金属切削过程就是刀具从工件表面上切除多 余的金属，形成切屑和已加工表面的过程。伴随这一过程将 产生一系列物理现象，包括切削变形、切削力、切削温度和 刀具磨损等，而这些现象均以切削过程中金属的弹性、塑性 变形为基础，将直接或间接地影响工件的加工质量和生产率 等。生产实践中出现的积屑瘤、鳞刺、振动等问题，又都同 切削过程中的变形规律有关。因此，了解并掌握这些变化规 律，对分析解决切削加工中出现的问题有着十分重要的意义。
(1)积屑瘤和鳞刺影响钻附在刀刃上的积屑瘤顶端切入加工表 面后使已加工表面粗糙不平。在已加工表面上垂直于切削速 度方向会产生突出的鳞片状毛刺，通常称作鳞刺(如图3-9所 示)。
金属切削的基本理论
此外，切屑的形状还与刀具切削角度及切削用量有关，当切 削条件改变时，切屑形状会随之作相应地改变，例如在车削 钢类工件时，如果我们逐渐增加车刀的锋利程度(如加大前角 等措施)，提高切削速度，减小走刀量，切屑将会由粒状逐渐 变为节状，甚至变为带状。同样，采用大前角车刀车削铸铁 工件时，如果切削深度较大，切削速度较高，也可以使切屑 由通常的崩碎状转化为节状，但这种切屑用手一捏即碎。在 上述几种切屑中，带状切屑的变形程度较小，而且切削时的 振动较小，有利于保证加工精度与粗糙度，所以这种切屑是 我们在加工时所希望得到的，但应着重注意它的断屑问题。
2.切屑的形成和种类 切削塑性金属材料(如钢等)时，被切层一般经过弹性变形、
塑性变形(滑移)、挤裂和切离四个阶段形成切屑。切削脆性 材料(如铸铁等)时，被切层一般经过弹性变形、挤裂和切离 三个阶段形成切屑。图3-3、图3-4分别表示在刨床上加工这 两种不同材料时的切削过程。
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3.2 切削变形
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3.2 切削变形
二、积屑瘤
在用中等或较低的切削速度切削一般钢料或其他塑性金属材 料时，常在前刀面接近刀刃处，钻结硬度很高(为工件材料硬 度的2~3.5倍)的楔形金属块，这种楔形金属块称为积屑瘤， 如图3-1所示。
积屑瘤的形成 (1 )形成条件简单地概括为3句话:中等切削速度，切削塑性材
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3.1 知识引入
车削
63
0 0.05
短轴外圆时，在CKS6116车床(7.5kW)上加工，
进给量为0.3 mm/ r ,背吃刀量为1.5mm，转速为800 r/min,设机
金属切削基本原理
北汽福田汽车股份有限公司发动机事业部
时间：2014.9.22
变形程度表示式：
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1.4 刀具前面上的摩擦特点
切屑在流经刀具 的前面时，由于 强烈的挤压和剧 烈的摩擦，会产 生高温和高压， 使切屑底面与前 面的接触面之间 形成粘结，亦称 冷焊。内摩擦区 内剪切应力 如图 a。
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1.5 积屑瘤
用中、低切削速度切削塑性金属材料时，往往 会因冷焊现象而在刀具前面靠近切削刃处由切屑 堆积而粘附一个楔形硬块，称为积屑瘤。 在切削速度不高 而又能形成连续性切 屑的情况下，加工一 般钢料或其他塑性材 料时，常常在刀具前 面处粘着一块剖面常 呈三角状的硬块。它 的硬度很高，通常是 工件材料的2～3倍， 在处于比较稳定状态 时，能够代替刀刃进 行切削。
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主要内容
一、切削变形与切屑的形成
二、切削力
三、切削热与切削温度
四、刀具磨损与刀具寿命 五、磨削
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1.1 金属切削层的切削变形
1.1.1 切削变形的力学本质
切削金属形成切屑的过 程是一个类似于金属材料受挤 压作用，产生塑性变形进而产 生剪切滑移的变形过程 （如 图3.1 ）
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切削变形过程示意图
刀
具
工
件
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金属切削原理与刀具
第四章 切削条件的合理选择
第一节 工件材料的切削加工性 第二节 切削液 第三节 刀具几何参数的合理选择 第四节 切削用量的合理选择
第一节 工件材料的切削加工性
“指对某种材料进行加工的难易程度”
相对加工性：Kr
Kr
V60 (V60 ) j
改善材料切削加工性的主要途径
1、热处理，改变材料的组织和机械性能 2、合理选用刀具材料 3、调整材料的化学成分
f
0.14
a0.04 p
三、影响切削温度的因素
3. 刀具几何参数对切削温度的影响 控制切削温度的措施
γO ↗
1、正确使用切削液
θ ℃↙
2、合κ理选r 择↗切削用量
在满足工艺要求的前提下，取小的
θ ℃↗
vc较大的
ap、f
3、γ改O↗r善ε刀↗具几θ何℃条↙件：
θ ℃↙
第四节 刀具磨损
一、刀具的磨损形式：
二、刀具磨损的原因
4. 氧化磨损： 刀具上的表面膜被切屑或工件表面划擦掉后，在高温 下（700~800℃）与空气中的氧作用产生松脆氧化物， 造成刀具磨损。
综上所述：
三、刀具磨损过程与磨损标准
11、、刀具磨损过程
2、刀具磨损标准（磨损限度）
“指后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的 最大磨损尺寸”。以VB表示
2、产生条件： ①中等速度切削塑性材料。
②切削区的温度、压力和界 面状况符合在刀面上发生 冷焊的条件。
2、特点： ①硬度是工件材料的2~3.5倍，
可以代替刀具切削。
②周而复始的生长、脱落。
3. 对切削过程的影响：
4、精加工控制积屑瘤的措施
①
积屑瘤代替刀刃进行切削，保护 了刀刃，增大了前角。
《金属切削加工》课件
《金属切削加工》课件一、教学内容二、教学目标1. 理解金属切削的基本概念，掌握切削过程中各参数之间的关系。
2. 学会分析刀具的材料与结构，并能够选择合适的刀具进行金属切削加工。
3. 掌握切削力的计算方法，了解切削过程中温度与热量的分布情况。
三、教学难点与重点教学难点：切削力的计算与温度分布的理解。
教学重点：金属切削的基本概念，刀具的选择与应用。
四、教具与学具准备1. 教具：金属切削加工实物模型，刀具样品，切削力演示装置。
2. 学具：教材，笔记本，计算器。
五、教学过程1. 实践情景引入（5分钟）：展示金属切削加工实物模型，引导学生思考切削加工在实际生产中的应用。
2. 理论讲解（15分钟）：讲解金属切削的基本概念，刀具的材料与结构，切削力的产生与计算。
3. 例题讲解（10分钟）：通过具体例题，演示切削力的计算方法。
4. 随堂练习（10分钟）：让学生根据给定条件，选择合适的刀具并进行切削力计算。
5. 讨论与分享（5分钟）：学生分享计算结果，讨论切削过程中可能存在的问题。
6. 温度与热量分布讲解（15分钟）：介绍切削过程中的温度与热量分布情况，分析其对加工质量的影响。
六、板书设计1. 金属切削基本概念2. 刀具的材料与结构3. 切削力的计算方法4. 切削过程中的温度与热量分布七、作业设计1. 作业题目：（1）简述金属切削的基本概念。
（2）阐述刀具的材料与结构对切削加工的影响。
（3）计算给定条件下的切削力，并分析其大小与方向。
（4）论述切削过程中温度与热量分布对加工质量的影响。
答案：（1）金属切削是利用刀具对金属进行切削，以达到所需形状和尺寸的加工方法。
（2）刀具的材料与结构影响切削性能、加工质量和生产效率。
（3）切削力计算公式：F=Kf·ap·f，其中F为切削力，Kf为材料切削力系数，ap为切削深度，f为进给量。
（4）切削过程中的温度与热量分布会影响工件的热处理性能、尺寸精度和表面质量。
机械制造技术课件第二章金属切削基本原理
机械制造技术课件第二章金属切削基本原理一、教学内容二、教学目标1. 理解金属切削的基本概念，掌握金属切削过程的基本原理。
2. 了解金属切削刀具的材料、结构及其对切削加工的影响。
3. 掌握切削力、切削热及切削温度的计算方法，分析其对加工质量的影响。
三、教学难点与重点教学难点：金属切削过程中的物理现象及其对加工质量的影响。
教学重点：金属切削基本概念、刀具结构及其对切削加工的影响、切削力的计算。
四、教具与学具准备1. 教具：金属切削刀具实物、切削加工视频、PPT课件。
2. 学具：笔记本、教材、计算器。
五、教学过程1. 导入：通过展示金属切削加工视频，让学生了解金属切削的实际应用，激发学习兴趣。
时间：5分钟2. 知识讲解：（1）讲解金属切削的基本概念，如切削、切削速度、进给量等。
（2）介绍金属切削刀具的材料、结构及其对切削加工的影响。
（3）分析金属切削过程中的物理现象，如切削力、切削热等。
（4）讲解切削力、切削热及切削温度的计算方法。
时间：30分钟3. 例题讲解：选择一道具有代表性的例题，详细讲解切削力的计算过程。
时间：15分钟4. 随堂练习：出一道与例题相似的练习题，让学生独立完成，巩固所学知识。
时间：10分钟5. 课堂小结：时间：5分钟六、板书设计1. 金属切削基本概念2. 金属切削刀具的材料及结构3. 金属切削过程中的物理现象4. 切削力、切削热及切削温度的计算5. 课堂练习题及答案七、作业设计1. 作业题目：（1）简述金属切削的基本概念。
（2）列举金属切削刀具的常见材料，并说明其特点。
2. 答案：（1）金属切削是指利用切削工具将工件上的材料去除，使其达到一定尺寸和表面质量的过程。
（3）切削力的计算公式：F = ap f cos(λ) K其中，ap为切削深度，f为进给量，λ为刀具前角，K为工件材料系数。
带入数据计算得：F ≈ 300N八、课后反思及拓展延伸1. 课后反思：本节课通过实践情景引入、例题讲解、随堂练习等方式，使学生掌握了金属切削基本原理。
金属切削的基本概念问题
金属切削的基本概念问题用金属切削刀具从工作上切除多余的(或预留的)金属, 从而获得在形状上、尺寸精度及表面质量上都合乎预定要求的加工。
＿称为金属切削加工。
在切削加工过程中，刀具同工件之间必须有相对的切削运动，它由金属切削机床来完成。
机床、夹具、刀具和工件，构成金属切削加工的工艺系统，切削过程的各种现象、规律及其本质，都要在这个工艺系统的运动状态中去考察研究。
一、车削中的运动和加工表面车削加工是一种常见的典型的切削加工方法。
如图所示，普通外圆车削加工中的切削运动是由两种运动单元组合成的，其一是工件的回转运动，它是切除多余金属以形成加工表面的基本运动；其二是车刀的(纵向或横向)进给运动，它保证了切削工作的连续进行。
在切削运动作用下，工件上的切削层不断地被车刀切削并转变为切屑，从而加工出所需要的工件新表面。
在这一表面形成的过程中，碳硫分析仪工件上有三个不断变化着的表面：待加工表面：即将被切去金属层的表面；加工表面：切削刃正在切削的表面；已加工表面：已经切去多余金属而形成的新表面。
这些定义也适用于其他切削加工。
二、切削运动单元及其组合概念各种切削加工的切削运动，都是由一些简单的运动单元组合而成的。
直线运动和回转运动，是切削加工的两个基本运动单元。
不同数目的运动单元，按照不同大小的比值、不同的相对位置和方向进行组合，即构成各种切削加工的运动。
例如：一个直线运动刨削、拉削等；一个回转运动圆盘拉刀加工；一个回转运动和一个直线运动组合碳硫分析仪车削、镗孔、铣削、钻削、铰孔、车螺纹、攻丝等，它是目前应用最广泛的一种组合形式；式中：d——工件直径dw或刀具(砂轮)直径do(mm)：n——工件或刀具(砂轮)的转速(r/min)。
对于旋转体工件或旋转类刀具，在转速一定时，由于切削刃上各点的回转半径不同，因而切削速度不同。
在计算时，应以最大的切削速度为准。
如外圆车削时计算待加工表面上的速度，钻削时计算钻头外径处的速度。
这是因为从刀具方面考虑，速度大的地方，发热多，磨损快，应当予以注意。
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二、切屑的流向、卷曲和折断
切屑的流向
➢ 为了不损伤已加工表面和方便处理切屑， 必须有效地控制切屑的流。
➢ 由于切屑流向是垂直于各切削刃的方向， 因此最终切屑的流向是垂直于主副切削刃 的终点连线方向，通常该流出方向与正交 平面夹角为ηc，ηc称为流屑角。
➢ 刀具上影响流屑方向的主要参数是λs。
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三、改善难加工材料切削加工性的途径 ➢调整材料化学成分 调整材料化学成分也
是改善其切削加工性的重要途径。如钢中加S、 P、Pb、Ca等元素；铸铁中加Si、Al等元素。
➢合理选择材料的供应状态
➢通过适当热处理 用热处理方法改变材料
金相组织，低碳钢正火，高碳钢、工具钢退火
➢选用易切削钢
流屑角 刃倾角对切屑 流向的影响
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切屑的卷曲机理 ➢ 切屑的卷曲是由于切屑内部变形或碰到
断屑槽等障碍物造成的。 遇到障碍时卷曲
通常未遇障碍时切屑也会由于 内部应力和温度作用自行卷曲
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a) 变形差引起 b) 力矩引起 c) 断屑器作用引起
切屑卷曲机理
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➢ 刃倾角λs使切屑流向改变后，使切屑碰到 加工表面上或刀具后面上造成断屑。
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其它断屑方法
➢附加断屑装置：为了使切屑流出时可靠 断屑，可在前刀面上固定附加断屑挡块， 使流出切屑碰撞挡块而折断。
➢间断进给断屑
采用振动切削 装置，使切削 厚度变化，获 得不等截面切 屑，在狭小截 面处断屑。
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➢通常用来衡量材料切削加工性 的指标为一定耐用度下的切削 速度vT
含义是：当刀具耐用度为T时， 切削某种材料所允许的切削速 度vT。νT越高，加工性越好。
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通常以强度σb=0. 637GPa的45钢 的v60作为基准，写作(v60)j；而把 其它各种材料的v60同它相比，这 个比值Kv称为相对加工性，即
➢合理选择刀具材料、刀具几何参数、 切削用量
➢采用新的切削加工技术
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金属切削加工及装备——第五章
第三节
切削液 及其选用
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一、切削液的功用
在切削过程中，合理使用切削液可以减小切削 力和降低切削温度，改善刀-工、刀-屑之间摩擦状况， 从而改善已加工表面质量，延长刀具寿命，降低动 力消耗。切削液应具有抗泡性、抗霉菌变质能力， 不污染环境、对人体无害，使用经济性合理。
➢冷却作用：切削液是以热传导、对流和汽
化等方式，把切屑、工件和刀具上的热量带 走，降低了切削温度，起到冷却作用，减小 了工艺系统的热变形，减少了刀具磨损。切 削液冷却性能的好坏取决于导热系数、比热 容、汽化热、汽化速度、流量和流速等。
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➢润滑作用：切削液中带油脂的极性分子吸
附在刀具新鲜的前、后刀面上，形成物理或 化学吸附膜。减小刀-屑、刀-工摩擦或粘结 及刀具磨损，提高加工表面质量。
➢清洗作用：清除细碎切屑和磨粒等。清
洗性能的好坏与切削液的渗透性、流动性和 使用压力有关。
➢防锈作用：添加防锈剂在金属表面吸附或
化合形成保护膜，起到防锈作用。
➢ 由此：改善切削条件、减少刀具磨损、提高切削速 度、提高已加工表面质量、改善切削加工性
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金属切削加工及装备——第五章
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一、切削加工性的概念及评定指标
切削加工性是指工件材料被切削加工的 难易程度
切削加工性的标志方法有如下几个： ➢考虑生产和刀具耐用度的标志方法 ➢考虑已加工表面质量的标志方法 ➢考虑安全生产和工作稳定性的标志方法
某材料被切削时，刀具的耐用度大，允许的切削速 度高，表面质量易保证，切削力小，易断屑，则这 种材料的切削加工性好；反之，切削加工性差。
生热脆、冷脆现象），改善切削性
➢碳的石墨化使切削加工性变好（硬度 下降、润滑性变好）
➢Fe4C3使硬度增加，磨损加快
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金相组织 ➢钢 的 金 相 组 织 ： 铁 素 体 、 奥 氏 体 易
粘结；珠光体加工性好；索氏体、 马氏体硬度、强度高，加工性差 ➢铸铁的金相组织：灰口铁、白口铁、 麻口铁、球墨铸铁性能各异
改变切削用量
在切削用量参数中，对断屑影响最大 的是进给量f，其次是背吃刀量ap，最小为 切削速度vc。进给量增大，使切屑厚度hch 增大，当受到碰撞后切屑容易折断。背吃 刀量增大时对断屑影响不明显，只有当同 时增加进给量时，才能有效地断屑。
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改变刀具角度
➢ 主偏角kr是影响断屑的主要因素。主偏角 kr增大，切屑厚度hch增大，容易断屑。断 屑良好的车刀均选取较大的主偏角＞60º
削刃破损加剧和工件已加工表面质量下降。过大 或过小，均使其切削加工性变差
➢导热性好，切削加工性好，但加工尺 寸精度会发生变化 导热性差，加工性差。
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材料的化学成分 ➢Cr、Ni、V、Mo、W、Mn等提高钢
的强度和硬度，使其切削加工性差
➢Si、Al与氧化合后使刀具磨损加快
➢合金元素（如镍Ni）降低导热系数 ➢Pb[铅]、P[磷] 、S[硫]等降低塑性（发
第一节
金属切削加工及装备——第五章
切屑控制
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一、切屑形状的分类 根据ISO规定、并由我国生产工程学
会切削专业委员会推荐的国标 GB/T16461—1996的规定，切屑的形 状与名称分为八类，如表5-1所列。 切屑形状有：带状、管状、盘旋状、环
形螺旋、锥形螺旋、弧形、单元、针形。
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切屑的折断机理
➢ 切屑经第I、第II
变形区的严重变形
后，硬度增加，塑
性降低，性能变脆。
当切屑经变形自然
卷曲或经断屑槽等
障碍物强制卷曲产
生的拉应变ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ过切
屑材料的极限应变
值时，切屑即会折
断。
切屑折断时的受力及弯曲
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三、断屑措施 磨制断屑槽
断屑槽的形式
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断屑 槽的 位置
Kv＝v60/(v60)j
当Kv＞1时，表示该材料比45钢易 切削
当Kv＜1时，表示该材料比45钢难 切削
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二、影响切削加工性的因素
金属材料的物理力学性能 ➢硬度和强度：常温以及高温的硬度和
强度高、硬质点多，切削加工性差
➢塑性、冲击韧性：材料的塑性和韧性高，刀
具容易磨损，切削加工性差；若是过低，刀具切