机械制造知识点总结第二章

第二章金属切削原理与刀具

基本概念：

1. 金属切削加工：利用刀具切去工件毛坯上多余的金属层，以获得具有一定的几何精度和表面质量的机械零件的加工方法。

2. 切削运动：刀具与工件间的相对运动称为切削运动。包括主运动和进给运动两种。主运动：切除多余金属层所必需的最基本的运动，速度最高、功率最大，只能有一个。进给运动：是多余材料不断投入切削，从而加工出完整表面所需要的运动。速度较低，功率较小，是形成已加工表面的辅助运动。

4. 切削速度：切削加工时，刀具切削刃上选定点相对工件的主运动的速度。

5. 进给量：在工件或刀具主运动每转一转或每一行程时，刀具和工件之间在进给运动方向上的相对位移量。

6. 背吃刀量：在垂直于主运动方向和进给运动方向确定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。

7. 削切宽度：在主切削刃上选定点的基面内，沿过渡表面度量的切削层厚度。

8. 切削厚度：在主切削刃选定点的基面内，垂直于过渡表面度量的切削层厚度。

9. 切削层面积：在主切削刃选定点的基面内的切削层横截面积。

10. 自由切削:刀具在切削过程中，如果只有一条直线切削刃参加切削工作，称为自由切削。

11. 非自由切削：刀具在切削过程中，切削刃是曲线或者有几条切削刃都参加切削，并且同时完成整个切削过程，称为非自由切削。切削要素切削用量切削速度进给量背吃刀量切削层几何参数切削宽度

切削厚度

切削面积

12.直角切削（正交切削）：刀具主切削刃的刃倾角等于零时的切削，此时，主切削刃与切

削速度方向成直角。

13.斜角切削：刀具主切削刃的刃倾角不等于零时的切削，此时主切削刃与切削速度方向不

成直角。

直角切削和非直角切削都属于自由切削。

14.切削平面：通过切削刃上选定点，切于工件过渡表面的平面。包含有刀刃在该点的切线

以及合成切削运动向量。

15.基面：通过切削刃上选定点，垂直于该点合成切削运动向量的平面。

16.刀具的工作角度：以切削过程中实际的切削平面、基面和正交平面为参考面所确定的刀

具角度称为刀具的切削角度。

17.剪切角：剪切滑移面与切削速度之间的夹角，它剪切滑移面的位置。

18.切削力：金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并称为切屑所需的力。

19.切削时的三个发热区域：剪切面、切屑与前刀面接触区、后刀面与过渡表面接触区。

20.切削温度：前刀面与切屑接触区域的平均温度。

21.刀具寿命：一把新刀（或刚刃磨过的刀具）从开始使用直到达到磨钝标准所经历的实际

切削时间。对于可重磨刀具，刀具寿命是指刀具两次刃磨之间所经历的实际切削时间。

而对其从第一次投入使用直至完全报废时，所经历的实际切削时间。

22.工件材料切削加工性：在一定的切削条件下，对工件材料进行切削加工的难易程度。

23.良好的切削加工性：

1)刀具寿命较长或者在一定寿命下的切削速度较高；

2)相同的切削条件下切削力较小，切削温度低；

3)容易获得较好的表面质量；

4)切屑形状容易控制或者断屑。

重要原理

1.车刀的切削部分：三面、两刃、一尖

前刀面：切下的切屑沿其流出的表面；

后刀面：与工件上过渡表面相对的表面；

副后刀面：与工件上已加工表面相对的表面；

主切削刃：前刀面和主后刀面相交而得到的边锋，完成主要的切除工作；

副切削刃：前刀面与副后刀面相交而得到的边锋，配合主切削刃完成切削工作，并最终完成工件的已加工表面。

刀尖：主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃。

为增加刀尖强度，往往把它磨成圆弧形或者一段小直线。

2.刀具的标注角度：

1)前角：在正交平面内测量的前刀面与基面之间的夹角。

2)后角：在正交平面内测量的主后角面与切削平面之间的夹角；作用是为了减小后刀

面与工件之间的摩擦和减小后刀面的磨损。

3)主偏角：在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。

4)副切削刃：在基面内测量的福切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。

5)刃倾角：在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。

6)副后角：在副切削刃上选定点的副正交平面内，副后刀面与副切削刃之间的夹角。

3.刀具材料应具备的性能：

1)高的硬度和耐磨性，即比工件硬和抗磨损的能力；

2)足够的强度和韧性，以承受切削中的冲击和振动，避免崩刃和折断；

3)高的耐热性，即高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性；

4)良好的物理性能和耐冲击性能；

5)良好的工艺性，如锻造性、热处理性等；

6)良好的经济性。

4.金属切削时的变形区及其基本特征：

1)第变形区：切削层的塑性变形区。

特征：沿滑移线的塑性变形以及随之产生的加工硬化；

2)第变形区：切屑与前刀面相互摩擦的区域。

特征：是切屑底层靠近前刀面处纤维化，流动速度减慢，甚至滞留在前刀面上；切

屑弯曲；由摩擦产生的热量是切屑与刀具接触面温度升高。

3)第变形区：以加工表面与后刀面相互接触的区域。

特征：已加工表面受到切削刃钝圆部分与后刀面的挤压与摩擦，产生变形和回弹，造成纤维化和加工硬化。

5.切屑的类型及其控制：

1)带状切屑：

产生条件：切削塑性材料，切削速度较高，切削厚度较小，刀具前角较大时产生带

状切屑。

特征：切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙度小。

2)挤裂切屑：

产生条件：切削塑性材料时，切削速度较低，切削厚度较大，刀具前角较小时产生

挤裂切屑。

3)单元切屑：

产生条件：切削塑性材料时，切削速度进一步减小，切削厚度继续加大，刀具前角

进一步减小时产生的单元切屑。

4)崩碎切屑：

产生条件：切削脆性材料时，特别是切削厚度较大时容易产生崩碎切屑。是由于材

料所受应力超过了它的抗拉极限。

特征：切削过程很不平稳，切削力波动很大，已加工表面粗糙度值大。

避免措施：减小切削厚度，使切削成针状或片状；提高切削速度，以增加工件的塑

性。

切屑控制（断屑）：在切削加工中采取适当的措施来控制切屑的卷曲、流出与折断，

使之形成可接受的良好屑形。常用的方法是：在前刀面磨出断屑槽或使用压块式断

屑器。

6.积屑瘤：

1)定义：在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢料或者其他塑性

材料时，常常在前刀面处黏着一块剖面有时呈三角形状的硬块，其硬度很高，当处

于比较稳定的状态下时能代替切削刃进行切削，这块金属叫做积屑瘤或者刀瘤。

2) 对切削过程的影响：

实际前角增大； b)

实际切削厚度增大； c)

使表面粗糙度增大；积屑瘤的突出部分不光滑使加工表面变得粗糙； d) 影响刀具寿命。

3) 积屑瘤产生原因：

切屑与前刀面在一定温度和压力下产生黏结（冷焊），切屑从黏在刀面的底层上流过，形成内摩擦；如果温度和压力适当，底层上面的金属因内摩擦而变形，也会发生加工硬化，从而被阻滞在底层，黏成一体；黏结层逐渐长大，直到该处的温度和压力不至于继续黏结，积屑瘤就产生了。影响因素：金属材料的硬化程度、刃前区的温度与压力。

4) 防止积屑瘤产生的主要方法：

a) 降低切削速度，使切削温度降低，黏结现象不易产生；

b) 提高切削速度，是切削温度升高，黏结现象不易产生；

c) 采用润滑性能好的润滑液，减小摩擦；

d) 增加刀具前角，以减小切屑与前刀面接触区的压力；

e) 适当改变工件材料的加工特性，减小加工硬化倾向。

正常磨损：在切削过程中刀具前刀面和后刀面在高温高压作用下产生的正常磨钝的现象。塑性破损：由于高温高压室前后刀面发生塑性流动而丧失切削能力。

脆性破损：刀具在机械及热冲击作用下产生崩刃、碎断、裂纹等现象。

8. 刀具磨损的原因：

1) 硬质点磨损；低速刀具磨损的主要原因

2) 黏结磨损；刀具与工件材料接触到原子距离时所产生的结合现象，黏结点由于相对

运动，刀具中晶粒或晶粒群受拉或受剪而被带走，造成黏结磨损。切削温度是主要影响因素，温度越高，黏结磨损越严重。刀具磨损正常刀具磨损

前刀面磨损

后刀面磨损边界磨损

非正常刀具

磨损塑性破损脆性破损

3)扩散磨损；两摩擦表面的化学元素扩散到对方去，使刀具表层的化学成分发生变化，

削弱刀具材料的性能，使刀具磨损加快。主要与切削温度和刀具材料的化学成分等

有关。

4)化学磨损（氧化磨损）：在一定条件下，刀具材料与周围介质发生化学作用，在刀

具表面形成一层硬度较低的化合物而被切屑带走，加剧刀具腐蚀或者磨损。

5)热电磨损。在切削区高温作用下，刀具与工件之间形成热电偶，产生热电势，使刀

具与切屑及刀具与工件之间有电流通过，加快扩散磨损。

总结：对于一定工具材料和工件材料，其主导作用的是切削温度，在低温区以硬质点磨损为主；在高温区，以热化学磨损，即黏结磨损、扩散磨损、化学磨损和热点磨损为主。

9.刀具磨损过程：

1)初期磨损阶段：磨损较快。原因：刃磨后的新刀具，后刀面与加工表面的接触面积

较小，压应力较大；新刃磨刀面上的微观粗糙度也加速了磨损。

2)正常磨损阶段：磨损缓慢均匀，后刀面磨损量随切削时间的增长而近似成比例增加。

原因：经初期磨损之后，后刀面上被磨出一条狭窄的棱面，压强减小，磨损速度缓

慢，并且比较稳定。

3)急剧磨损阶段：在这个阶段之前要更换刀具。原因：经过正常磨损阶段之后，切削

刃显著变钝，切削力增大；磨削带宽度达到一定限度之后，切削力与切削温度均急

剧升高，磨削速度增加很快，使刀具损坏而丧失切削能力。

10.切削用量的选择：

1)切削速度是影响刀具寿命最主要的因素，其次是进给量、背吃刀量；

2)选择切削用量的顺序为：首先选择尽可能大的背吃刀量，其次选尽可能大的进给量，

最后选尽可能大的切削速度。

3)粗加工时，应以提高生产率为主，同时保证规定的刀具寿命。一般选取较大的背吃

刀量和进给量，切削速度不能太大；

4)精加工时，应以保证零件的加工精度和表面质量为主，同时考虑刀具寿命和较高的

生产率。用逐渐减小背吃刀量的方法逐步提高加工精度；进给量大小依据表面粗糙

度要求选取；切削速度要避开积屑瘤产生的速度范围。一般选较小的背吃刀量和进

给速度，较高的切削速度。

11.改善材料切削性能要求的措施：

1)调整材料的化学成分；

2)热处理。

另：

12.影响切削力的因素

13.影响切削温度的主要因素