切削加工工艺培训教材(PPT 50张)

进给力Ff 总切削力F在进给运动方向上的分力，
它投影在工作基面上， 并与工件轴线平行， 故又称轴向力。
只消耗机床功率的 1％～5％， 是机床进给机构强度与刚度设计的主要依据。
关系： F= Fc 2﹢ Fp 2﹢ Ff 2
影响因素： 工件材料的硬度和强度愈高，则变形抗力愈大，因此 切削力愈大。 切削用量中对切削力影响最大的是背吃刀量，其次是 进给量，而切削速度影响最小。 刀具前角增大，被切金属的变形减小，故切削力减小。 此外，刀具的主偏角和刃倾角的大小、刀具的安装 与磨损及冷却润滑状况等对切削力大小和各分力间的 比例都存在程度不同的影响。
3.3.6 工件材料的切削加工性
切削加工性是指对某种工件材料进行切削加 工的难易程度。 材料的相对加工性 K v 一般以抗拉强度b= 735MPa的45钢的v60作基 准，写作（v60）j
⑵硬质合金
硬质合金是以高硬度、高熔点的金属碳化物(WC、TiC、 NbC、TaC等)粉末为基体，以熔点较低的金属(Co或Ni等) 粉末为粘结剂经高压后烧结制成的。 常温硬度为HRC74~82，耐热温度可达800~1000℃。允 许的切削速度远高于高速钢，可达1.7～5m/s。 硬质合金的抗切削振动和冲击能力较差，目前在复杂 结构的刀具上使用还受到一定限制。 P类 即YT类，适于加工长切屑的黑色金属。 M类 即YW类，适于加工长、短切屑的黑色和有 色金 属。 K类 即YG类，适于加工短切屑的黑色、有色金属及非 金属 。 （硬质合金代号和应用范围见表3-2）
第三章 切削加工工艺
3.1切削加工概述
3.1.1切削加工的分类
切削加工：是指利用刀具从毛坯上切去多余的材料， 从而获得一定几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。 分类 ： 机械切削加工（普通/数控） 切削加工 机械加工 钳工 特种
3.1.2零件表面的分类与成形原理 1.零件表面的分类
基本表面
3.车刀的标注角度及作用
前角0 前面与基面间的夹角。 后角0 后面与切削平面间的夹角。 主偏角kr 主切削平面与假定 工作平面之间的夹角。 副偏角kr′ 副切削平面与假定 工作平面之间的夹角。 刃倾角s 主切削刃与基面间的夹角。
角度的作用 ：
前角0 前角越大，
2.常用刀具材料
一般分为以下四类： ⑴高速钢 按其性能分为通用型高速钢和高性能 高速钢两种。 通用型高速钢热处理后的硬度可达HRC62～66， 在550～600℃时仍能保持正常的切削性能。 常用牌号有W18Cr4V（称W18）W6Mo5Cr4V2 （简称M2）等。 高性能高速钢硬度可达HRC67～70，在600～ 650℃时仍可保持HRC60的硬度。 常用牌号有W2Mo9Cr4VCo8（简称M42）和 W6Mo5Cr4V2Al（简称501）等 。
三个分力 主切削力Fc 力。
总切削力F在主运动方向上的分
它垂直于工作基面， 与切削速度方向平行， 故又称切向力。 消耗机床总功率 的95％以上， 是计算切削功率和车刀强度、确定机床动力的 主要依据。
背向力 Fp 总切削力F在垂直于工作平面方向 上的分力。 它投影在工作基面上， 并与工件轴线垂直， 故又称径向力。 它一般不消耗机床功率， 但易使工件变形、振动， 是影响工件加工质量的主要分力。
⑶涂层刀具材料
是指通过气相沉积或其它技术方法，在硬质合金(或高 速钢)的基体上，涂覆一薄层耐磨性极高的难熔金属化合 物。常用涂层材料有TiC（碳化钛）、TiN（氮化钛）和 Al2O3及其复合材料等。
⑷超硬刀具材料
陶瓷刀具材料 在1200℃时仍能保持HRA90～95的硬度。 人造聚晶金刚石 硬度可达HV10000，是目前人工制成 的硬度最高的刀具材料金刚石刀具，温度达到700～ 800 ℃时就会失去硬度，不宜加工黑色金属。 立方氮化硼 硬度为HV8000～9000，仅次于金刚石， 其耐热性可达1400℃。
影响
(传入切屑和空气的热量无影响)
传入工件和刀具的热量:
• 使工件升温变形,产生尺寸、形状误差,精度↓ • “烧伤”工件表面,表面质量↓ • 刀具局部温度↑硬度↓,加速 磨损(导致工件 质量↓)
2. 切削温度
切削温度是指工件、刀具和切屑三者接触表面 上的平均温度。
是产生和传散切削热综合作用的结果。 ⑴工件材料 工件材料的强度、硬度越高，切削温度也就 越高。材料的导热性好，可使切削温度降低。 ⑵切削用量 加大切削用量会使切削温度升高。切削用 量中对切削温度影响最大的是切削速度，其次是进给 量,而背吃刀量的影响最小。 ⑶刀具角度 刀具的前角增大，切削层变形小，切削温 度降低。 ⑷切削液 使用适当的切削液可明显降低切削温度。
3.3金属切削过程
3.3.1切屑的形成及三个变形区
切削过程实质：弹性变形—塑性变形—分离
三个变形区
始滑移线 OA 终滑移线 OM
第Ⅰ变形区 — 剪切区 第Ⅱ变形区 — 滞流区 第Ⅲ变形区 — 塑变区
常见的切屑形态
带状切屑：切削力变化比较小，切削过程较平 稳。 节状切屑：切削过程不够平稳，表面粗糙度Ra 值较大 。 崩碎切屑：切削过程极不稳定，刀具刃口易崩 刃或磨损。
式中， ——机床传动效率，一般取0.75～0.85。
3.3.4切削热与切削温度 1.切削热 切削层金属弹性变形和塑性变形--Q变 刀具前刀面与切屑 ,后刀面与工件之间的摩擦 --Q摩 散热比例 中等速度车削钢件时: (大约) 切屑带走50％～86％, 传入工件9％～3％, 传入刀具40％～10％, 散入空气1% （钻削：见书）
3.2车刀的几何结构及刀具材料
3.2.1车刀的几何结构 1.车刀切削部分的构成要素 ⑴几何表面 前面 又称前刀面， 刀具上切屑流过的表面； 主后面 又称主后刀面， 刀具上与前面相交形成 主切削刃的表面。 副后面 又称副后刀面，刀具上与前面相交形成副切削 刃的表面。
⑵切削刃
主切削刃 起始于切削刃 上主偏角为零的点，并至 少有一段切削刃拟用来在 工件上切出过渡表面的那个整段切削刃、它担 负着主要的切削工作； 副切削刃 切削刃上除主切削刃以外的刃，亦 起始于主偏角为零的点，但它向背离主切削刃 的方向延伸。它担负着部分切削工作。 ⑶刀尖 指主切削刃与副切削刃的连接处相当少 的一部分切削刃。
刀刃锋利，越利于切削， 但前角过大会削弱切削 刃的强度。 后角0 影响主后面与工件过渡表面间的摩擦及刀刃的强 度。 主偏角kr 主要影响切削条件和刀具寿命，也影响切削分 力之间的比例。 副偏角kr′影响副切削刃与工件间的摩擦及表面质量。 刃倾角s 主要影响切屑流向和刀体的强度。

3.2.2刀具材料
刀具的角度
1 为什么要讲刀具的角度
2 标注角度和工作源自文库度
前提条件： 刀尖与工件轴线等高，进 给量为零，刀柄中心线垂直于进给方向 等。
2.刀具角度参考系
⑴基面 pr 通过主切削刃选定点的平面 ， 一般其方位要垂直于 假定的主运动方向。 ⑵主切削平面 ps 通过主切削刃选定点 与主切削刃相切并 垂直于基面的平面。 ⑶正交平面 po 通过主切削刃选定点并同时垂 直于基面和切削平面的平面。正交平面原称作 主剖面。
3.3.2积屑瘤
1.形成 (在第Ⅱ变形区) 条件: 外摩擦力>内摩擦力 有瘤好不好？ 要不要？
2.作用
增大工作前角,保护切削刃. 使实际切削深度变化, 易引起震动, 降低工件表面质量. ∴ 粗加工—允许存在(切削轻快). 精加工— 不允许存在(保证质量). 能否想要就要？
3.影响因素
⑵进给量 刀具在进给运动方向上相对于工件的 位移量 ，用 f 表示 。 车、钻、镗、铣削时单位为mm/r ⑶背吃刀量 又称切削深度，指在垂直于进给运 动方向上测量的主切削刃切入工件的深度，用 ap表示。 单位为 mm。 车削外圆时： ap=（dw－dm）/2 (mm)
式中：dw--待加工表面的直径，mm； dm--已加工表面的直径，mm。
零件的表面
型面 （各种沟槽、螺纹、齿轮及特型面 ） 回转型 二维特型面 平移型
特型面
三维特型面 列表曲面 函数曲面 仿生曲面
二维特型面
列表曲面
（三维）
2.零件表面的成形原理
⑴成形法 以切削刃的形状来保证工件表面形 状的成形原理。 特点：刀具切削刃的几何形状 复杂，而刀具相对工件 的进给运动极为简单。 ⑵包络法 以切削刃相对于工件表面的运动轨 迹而形成的包络面即成为工件表面 的成形原理 。 特点：一般刀具相对简单 而切削运动较为复杂。 （动画）
主运动为旋转运动，则：
式中：d--工件或刀具的直径，mm； n--工件或刀具的转速 r/min。
vc= d n /1000×60 (m/s)
主运动为往复运动，则：
式中：L--往复运动行程长度，mm;
vc= 2 Lnr /1000×60 (m/s)
nr --工件或刀具每分钟往复的次数，str/min。
2.刀具耐用度
刀具磨钝标准是指刀具允许的最大磨损量， 通常以主后面中间部分平均磨损量 VB 作为磨 钝标准。 刀具寿命是指一把新刀由开始切削到报废为止 的总切削时间，用 t 表示。 显然，刀具耐用度T与刀具寿命 t 之间存在以 下关系： t = n ·T （min）
式中，n ——刀具刃磨次数。
通常，耐用度 T: 硬质合金车刀 T = 60～90 min； 高速钢钻头 T= 80～120 min； 硬质合金面铣刀 T= 90～180 min； 齿轮滚刀 T= 200～300 min。 选择刀具耐用度有两种方法： 根据单件工时最短的原则来确定的最高生产率 耐用度 Tp ； 根据工序成本最低的原则来确定的经济耐用度 Tc 。 Tc ＞ Tp
工件材料: 塑性↑,积屑瘤↑;可正火,调质。 切削速度: ＊低速(＜0.08m/s )或很高速(＞1.67m/s ), 积屑瘤↓ ＊中速(0.08～1.67m/s ),积屑瘤↑ (300℃) 刀具： 增大前角，减小走刀量，提高刀具表面质量及 合理使用润滑液，可使积屑瘤↓
3.3.3切削力与切削功率 1.切削力 切削过程中，刀具对工件所施加的力称为切削 力。 来源于两个方面： 被切材料层因弹性变形和塑性变形而产生的变 形抗力 — P变； 刀具前刀面与切屑之间、后刀面与工件过渡表 面之间相对运动而产生的摩擦阻力 — P摩。 总切削力 F 是一个空间矢量，其大小和方向随 切削条件而变化。可分解为三个互相垂直的分 力。
Fp = (0.15 ～ 0.7 ) Fc Ff = (0.1 ～ 0.6 ) Fc
2.切削功率
背向力Fp方向运动速度为零（不做功），进给 力Ff 很小，往往忽略不计，切削功率： Pm = Fc ·vc × 10 -3 ( KW )
式中，vc ——切削速度，m /s。
机床电动机功率为： Pe ≥ Pm /
1.对刀具材料的要求 ⑴高硬度 一般应在HRC60以上。 ⑵高耐磨性 含有硬质点的数量越多、晶粒越细， 分布越均匀，则耐磨性越好。 ⑶足够的强度和韧性 别用抗弯强度和冲击韧度 来衡量。 ⑷高耐热性 又称红硬性，指刀具材料在高温下 保持其常温硬度的能力。是衡量刀具材料优劣的 一项重要指标。 此外，刀具材料还应具有良好的工艺性和经济 性。
3.1.3切削运动与切削用量
1.切削运动 是指刀具与工件之间的相对运动。 ⑴主运动 即刀具从工件上切下切屑所需要的基本 运动。 ⑵进给运动 即使工件继续投入切削的运动。
(常见机床的切削运动见表3-1)
2.加工中的工件表面
3.切削用量 是调整机床用的参量。切削速度、进给量和背 吃刀量称作切削用量三要素。 ⑴切削速度
3.3.5刀具磨损与耐用度
1.刀具磨损 ⑴刀具磨损的形式
前刀面磨损
高速、大厚度塑性材料 KT表示
后刀面磨损
脆性、小厚度塑性材料 VB表示
前后刀面同时磨损
⑵刀具磨损的过程
刀具后面磨损量VB与切削时间之间的磨损曲 线。分为三个阶段： AB段 初期磨损 BC段 正常磨损 CD段 剧烈磨损