机械加工工艺基础 第一章 切削加工工艺理论基础

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4 、陶瓷刀具材料 陶瓷材料比硬质合金具有 更高的硬度（HRA91～95） 和耐热性，在1200℃的温 度下仍能切削，耐磨性和 化学惰性好，摩擦系数小， 抗粘结和扩散磨损能力强， 因而能以更高的速度切削， 并可切削难加工的高硬度材料。 *主要缺点是性脆、抗冲击 韧性差，抗弯强度低。
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⑤主偏角Kr —主切 削刃与进给方向 在基面上投影的 夹角 ⑥副偏角K´r —副切 削刃和进给方向在 基面上投影的夹角 ⑦楔角—在正交平 面中测量的前刀面 与主后刀面的夹角 ⑧刃倾角λs— 在切 削平面中测量的主 切削刃与基面间的夹角
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角度大小的影响
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* 主偏角对切削力分配的影响
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三、切削加工的分类 1、机工：在机床上利用机械对工件进行加 工的切削加工方法 2、钳工：在钳台上以手持工具为主，对工 件进行加工的切削加工方法 四、切削加工的特点 1、加工的零件几何精度范围广，可适应不 同的需求 2、加工零件的材料、形状、尺寸和重量的 适应范围大 3、生产率高 4、要求刀具材料硬度高于工件 5、工艺过程较为严密
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二、刀具的几何参数
为定量地表示刀具切削部分的几何形状，必须把刀具放在一个确定的参考系 中，用一组确定的几何参数确切表达刀具和切削刃在空间的位置，这就是刀 具的几何参数（即刀具的角度）。
刀具的参考系：
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三、车刀的标注角度 1、设立正交平面参考系 ① 基面Pr — 通过主切削 刃选定点,垂直于该 点切削速度的平面 ② 主切削平面Ps —通过 主切削刃选定点,切 于工件过渡表面且与 基面垂直的平面 ③ 正交平面P0 —通过主切削刃上选定点,并垂直 于基面和切削平面的平面
周铣
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垂直铣刀轴向测量的切削层尺寸
二、磨削用量： 1、磨削速度vc 2、工件速度vw 3、纵向进给量fa 4、径向进给量fr （即磨削深度）
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§1-2 刀具
§1-2-1 车刀 一、车刀的组成 1、刀柄：刀具的夹持部分 2、刀体：刀具的切削部分
（1）前刀面:切屑流过的刀面 （2）主后刀面:与工件表面相对的刀面 （3）副后刀面:与工件已加工表面相对的刀面 （4）主切削刃:前刀面与主后刀面相交的棱边形成 （5）副切削刃:由前刀面与副后刀面相交的棱边形成 （6）刀尖:主、副切削刃实际交点
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三、积屑瘤
在一定的温度和压力下切削塑性材料时， 切屑沿刀具的前刀面流出的阻力很大，流速 降低。当金属与前刀面的摩擦阻力超过切屑 本身分子间的结合力时，切屑底层金属被阻 滞并粘附在刀尖上长出一个“瘤”状的金属块， 这就是积屑瘤，俗称“冷焊” 1、积屑瘤形成的条件： 在切削速度(υc = 5 ~ 60m / min) 切削塑性材料时,温度在300~ 350º C，以及一定压力的情况下， 最易产生积屑瘤 2、不形成积屑瘤的条件 ⑴ 脆性材料 ⑵ 低速切削 (υc < 5m /min) ⑶ 高速切削 (υc > 60m /min)
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五、常见零件的种类 1、轴套类零件 2、轮盘类零件 3外圆面 3、平面 4、锥面 5、成形面 6、螺旋面（螺纹、齿形、蜗杆）
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七、零件表面的成形方法 1、轨迹法： 利用非成形刀具，在一定的切削运动下，由 刀尖在工件上运动的轨迹获得零件所需表面 的方法
下册：
机械加工工艺基础
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学习本课程的主要要求 1、两本教材的不同点 A.《材料成形工艺基础》 B.《机械加工工艺基础》 2、学习的目的： A.掌握金属切削的基本理论，具有根据加工条 件合理选择刀具种类、刀具材料、刀具几何参数、 切削用量及切削液的能力； B.熟悉各种机床的用途和工艺规范； C.掌握机械制造工艺的基本理论，具备制订机 械加工工艺规程和装配工艺规程的能力，学会分 析机械加工过程中产生误差的原因，并能针对具 体工艺问题提出相应的改善措施； 3、对机械制造技术的发展趋势有一定的了解
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十、切削用量三要素 1、切削速度Vc — 切削刃上选定点相对于 工件主运动的瞬时速度 即：主运动的线速度叫切削速度 ⑴ 主运动为旋转运动：如车外圆 Vc= πdn／1000×60 (m／s) 式中 d—切削刃选定点处工件或刀具的直 径 n—工件或刀具的转速
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⑵ 主运动为直线往复运动： 如刨削加工


5 、 超硬刀具材料 超硬刀具材料包括天然金刚石、聚晶金刚石和聚晶立方氮 化硼三种。 A.天然金刚石:是自然界最硬的材料，耐磨性极好，刃口 锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01μm，刀具寿命可达数 百小时。因价格昂贵，主要用于高速、精密加工。 B.聚晶金刚石:由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，硬 度比天然金刚石略低（HK6500～8000），价格便宜， 焊接方便，可磨削性好，已成为金刚石刀具主要材料。 (金刚石复合刀片:在硬质合金基体上烧结一层0.5mm厚 的聚晶金刚石) * 金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。主要用于加工高精度 及粗糙度很低的非铁金属、耐磨材料和塑料，如铝及铝合 金、黄铜、预烧结的硬质合金和陶瓷、石墨、玻璃纤维等。 C.聚晶立方氮化硼（CBN）由单晶立方氮化硼微粉在高温 高压下聚合而成。硬度为HV 3000～4500，耐热性达 1200℃，化学惰性很好，在1000℃的温度下不与铁、镍 和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷 硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以 代替磨削加工。 30
* 副偏角对表面粗糙度的影响
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* 刃倾角对切屑流向的影响
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三、车刀的工作角度 车刀的标注角度是设计时在图样上标注的角 度,也是刃磨刀具时掌握的角度，车刀的工作 角度是安装在机床上工作的角度
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§1-2-3 刀具材料
* 刀具材料主要是指刀体即切削部分的材料 * 刀具材料必须具备的性能 ⑴ 高硬度； ⑵ 足够的强度和韧性； ⑶ 良好的耐磨性； ⑷ 高的耐热性； ⑸ 好的工艺性； ⑹ 经济性
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2、成形法： 利用成形刀具，在一定的切削运动下，由刀 刃形状获得零件所需表面的方法
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3、展成法： 在一定的切削运动下，利用刀具连续切出微小 面积而包络出所需表面的方法。如插齿
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八、零件在切削过程中形成的三个表面 1、待加工表面：工件上 等待被切削的表面 2、已加工表面:工件上经 刀具切削后产生的新 表面 3、过渡表面：刀刃正在 切削的表面
6、涂层刀具
在韧性较好的硬质合金或高速钢刀具基体上，涂上一薄 层耐磨性高的难熔金属化合物而获得的

涂层材料：TiC、TiN、Al2O3. 喷涂方法：CVD法和PVD法
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§1-3 金属切削过程
金属切削过程： 是指刀具从工件毛坯上切去多余金属形成 已加工表面的过程，也是工件切削层在刀具前刀 面挤压下产生塑性变形，形成切屑而被切下来的 过程
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九、切削运动：是刀具与工件之间形成相互作用、相互 运动的过程。 1、主运动：对切削起主要作用的工作运动，消耗机 床的主要功率。机床主运动只有1个。其特点是： ① 速度最快 ② 消耗功率最大 如车外圆时工件的旋转运动 2、进给运动：使工件不断 投入切削的运动。机床的进给 运动可以有一个或几个(两种 形式：连续进给和间歇进给) 其特点是： ① 速度较低 ② 消耗功率较小 如车外圆时刀具的直线运动
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§1-3-1 切削过程及切屑类型 一、切屑的形成过程 1、形成过程模拟
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2、三个变形区
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3、作用在切屑上的力
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4、前刀面上的摩擦
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二、切削过程的四个阶段 1、弹性变形 2、塑性变形 3、挤裂 4、切离
三、切削过程的实质 1、塑性材料切削过程的实质是一个挤压过程,重 复着弹性变形、塑性变形、挤裂和切离四个阶段； 2、脆性材料的塑性趋于零，其切削过程只经历 了弹性变形、挤裂和切离三个阶段
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3、硬质合金 硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物（如WC、 TiC、TaC、NbC等）粉末和金属粘结剂（如Co、Ni、 Mo等）经高压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金 制品。 硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高，允许的切削 速度远高于高速钢，且能切削诸如淬火钢等硬材料。硬质 合金的不足是与高速钢相比，其抗弯强度较低、脆性较大， 抗振动和冲击性能也较差。 硬质合金因其切削性能优良而被广泛用来制作各种刀具。 在我国，绝大多数车刀、面铣刀和深孔钻都采用硬质合金 制造，目前，在一些较复杂的刀具上，如立铣刀、孔加工 刀具等也开始应用硬质合金制造。 常用类别有： ① P类硬质合金(YT类) ② M类硬质合金(YW类） ③ K类硬质合金(YG类）
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常用刀具材料 刀具材料种类很多，常用的有碳素工具钢、合金工具钢、高速 钢、硬质合金、陶瓷、金刚石（天然和人造）和立方氮化硼等。 1 、碳素工具钢和合金工具钢 因其耐热性很差，目前仅用于切削速度低的手工工具。 2、高速钢 高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高 合金 工具钢。 特点：1）强度高，抗弯强度为硬质合金的2～3倍； 2）韧性高，比硬质合金高几十倍； 3）硬度HRc63以上，且有较好的耐热性； 4）可加工性好，热处理变形较小。 应用：常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、 成型刀具、齿轮刀具等）。
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四、切屑的类型 1、带状切屑 3、单元切屑
2、挤裂切屑 4、崩碎切屑
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五、已加工表面的形成
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§1-3-2 切削过程中的物理现象
一、切削力 1、切削力的来源 （1）切削层金属、 切屑和工件表面 层金属的弹性、 塑性变形产生的 抗力 （2）刀具与切屑、刀具与工件 表面间的摩擦阻力
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2、切削力的分解(分解成三个互相垂直的分力) ①切削力Fc ：主运动方向的分力 （切向力） ②进给力Ff：进给方向的分力 （轴向力） ③背向力Fp：切深方向的分力 （径向力） 3、影响切削力的因素 ①工件材料 ②切削用量 ③刀具角度 ④切削液 ⑤刀具材料
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§1 切削加工工艺理论基础
§1-1 概述 一、切削加工的实质 切削加工是利用切削刀具从工件(毛坯)上切去 多余的材料,使零件具有符合图样规定的几何形 状、尺寸和表面粗糙度等方面要求的加工过程。 ⑴ 几何形状— 用形位公差来要求 ⑵ 尺寸— 用尺寸公差IT来要求 ⑶ 表面粗糙度—用轮廓算术平均偏差Ra来要求 二、切削加工的重要性 1、是制造零件的基本方法之一 2、是获得高精度表面质量零件的最主要的方法
式中
VC=2Lnr／（1000×60 ）(m ／s)
L—行程长度（mm） nr—冲程次数（str/min） 2、进给量 f ： 刀具在进给运动方向 上相对工件的位移量 3、背吃刀量 ɑp (切削深度) ： 指已加工表面和待加 工表面之间的垂直距 离
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*说明：铣削和磨削切削用量有四个要素： 一、铣削用量：图1.11 1、铣削速度：切削刃上最大直径处的点相对于工件, 主运动的瞬时速度 2、铣削进给量：有三种表示法 A.每转进给量fr B.每齿进给量fz C.每分钟进给量fs 3、铣削背吃刀量 ɑp (铣削深度) ： 平行铣刀轴向，测量 的切削层尺寸 4、铣削侧吃刀量ae （铣削宽度） ：
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2、设立背平面、假定工作平面参考系
① 基面Pr（同上） ②假定工作平面Pf — 通过主切削刃上选 定点,与基面垂直并 平行于进给方向的 平面 ③背平面Pp —通过切 削刃上选定点，并 同时垂直于基面和 假定工作平面的平面
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3、车刀的标注角度 ①前角γ0 — 在正交平 面中测量的前刀面 与基面间的夹角 ②后角α0 — 在正交平 面中测量的后刀面 与切削平面间的夹角 ③背前角γp — 在背平 面中测量的前刀面 与基面间的夹角 ④背后角αp — 在背平 面中测量的主后刀面 与切削平面间的夹角
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二、切削热 1、切削热的产生： 在切削过程中，切削力使切屑变形、刀具与工件以 及刀具与切屑之间的摩擦共同产生了大量的切削热， 这些切削热实质上是由切削功转变来的 2、切削热的传出： 由切屑、工件、刀具、周围介质（空气） 3、切削热的影响： 加剧刀具磨损，影响工件质量 4、减少切削热的措施： ①合理选用刀具角度 ②合理选用切削用量 ③使用切削液: A.水溶液（加防锈剂 ）; B.切削油; C.乳化液