切削加工的基础知识

第14章切削加工的基础知识

切削加工是利用切削刀具从毛坯上切除多余的材料，以获得所需的形状、尺寸精度和表面粗糙度加工方法。

切削加工在工业生产中占有非常重要的地位，除了少数零件可以用铸造和锻造获得外，大部分的零件都要经过切削加工。统计表明，金属切削加工的工作量占机器制造总工作量的40 %〜60%。金属切削

加工与其他的加工方法相比主要有如下的优点：

1、切削加工可获得相当高的尺寸精度和很小的表面粗糙度磨削外圆精度最高可高达IT5〜IT7级,粗糙度Ra=0.1〜0.8卩m,镜面磨削的粗糙度甚至可达0.006卩m,而最精密的压力铸造只能达到IT9〜IT10,R=1.6 〜3.2 口m。

2•切削加工几乎不受零件的材料、尺寸和重量的限制

目前尚未发现不能切削加工的金属材料•实际上，包括橡胶、塑料、木材这些非金属材料在内，也都可进行切削加工，这是任何其它冷热加工方法都无法做到的•金属切削加工的尺寸可小至不到0.1mm,大至

几十米，重达几百吨.

金属切削加工可分为钳工和机械加工。钳工的内容在金工实习中介绍，本章只介绍机械加工的内容，机械加工是通过操纵机床对工件进行切削加工，其生产效率高，加工质量好，是现代金属加工的主要方式。

第一节切削加工的基本概念

切削运动和切削要素在切削过程中是两个经常遇到的概念，因此必须正确理解。

一、切削运动（表面成型运动）

切削加工是靠刀具和工件之间的相对运动来实现的。刀具和工件之间的相对运动叫切削运动，它包括主运动和进给运动。

1.主运动是切除工件表面多余材料的基本运动，在切削运动中通常线速度最高，所消耗的功率也最多。例如车削时工件的旋转运动；钻削时刀具的旋转运动；刨削时工件与刀具的相对往复运动等都属于主运动。

2 .进给运动是使工件未被切除的多余材料不断被切除的运动，又称走刀运动。通过进给运动便可以切削出要加工的表面。进给运动的速度一般远远小于主运动的速度。例如，车削外圆时车刀的纵向移动；钻孔时钻头的轴向移动；铣平面时工件的纵向移动；牛头刨床刨削时工件的横向间歇移动等都属于进给运动。

机床除上述运动外，其它运动均称为辅助运动。如：进刀运动、退刀运动、分度运动、工作台的升降等。

二、切削要素

切削要素指切削用量和切削层几何参数。切削加工时在工件上形成三个表面：

待加工面，是工件上等待切除一层材料的表面；

已加工表面，是工件上经切削后产生的表面；

加工面，正被刀具切削的表面，它是待加工面和已加工表面之间的过渡面。

1、切削用量

切削用量包括切削速度、进给量、与切削深度。要完成切削，这

三者缺一不可，故又称为切削用量三要素。

(1 )切削速度V t指主运动的线速度，当主运动是旋转运动时，

V t 旦m/min

1000

式中v t -切削速度，m/min ;

D-工件待加工表面直径，mm ;

n-工件转速，r/mi n。

(2)进给量f (又称为走刀量) 指刀具在进给运动方向上相对工件移动的距离。可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表示。例

如，车削时进给量为工件每转刀具沿进给方向的位移量，单位mm/r,刨削时进给量指工件或刀具每往复一次，两者在进给方向的相对位移，单位mm/str(毫米/每往复行程)

(3)切削深度a p 指待加工表面与已加工表面的垂直距离。例如车削外圆时切削深度是待加工表面与已加工表面的半径差。

2、切削层几何参数

切削层几何参数包括切削宽度、切削厚度和切削面积。它比进给

量、切削深度更能直观地反映，切削刃单位长度负荷以及切削刃工作长度的变化。如图30-2所示。

(1)切削宽度a w沿刀具主切削刃所量得的切削层尺寸，即切削刃参与切削工作的长度，单位为mm。外圆纵车时：

a w

Sin r

式中r —刀具主切削刃和工件轴线之间的夹角。

(2)切削厚度a c刀具或工件每移动一个进给量f后，刀具主切削刃相邻两个位置间的垂直距离，单位为mm。

a c f sin r

(3)切削面积A c切削层的横截面面积，单位为mm 2。

A c a w a。f a p

由以上公式可以看出，f,P决定A c的大小。A c随着r的减小而增尢而a c 随着r的减小而减小.

第二节切削刀具

金属切削刀具主要由刀头和刀体组成，刀头承担切削任务，刀体用来夹持刀头。选择合适的刀具对切削加工极为重要，选择刀具主要考虑材料和角度两个因素。

一、刀具材料

1 .对刀具材料的要求

(1 )较高的硬度其硬度应高于工件材料的硬度，常温硬度在HRC60以上。

(2)良好的耐磨性使刀具的工作时间延长，提高生产率。

(3)足够的强度和韧性以保证对切削抗力、冲击力与振动有足够的承受能力。

(4)高的耐热性(又称红硬性) 能在高温下维持切削所需的硬度、耐磨性、强度和韧性。

除上述基本切削性能外，还应有良好的工艺性和导热性。

2、刀具的常用材料

(1)合金工具钢有较高的热硬性，耐热温度在220 0C左右，切削速度约在8〜10m/min之间，但价格低廉，常用来制造形状复杂的低速刀具，如铰刀、丝锥和板牙等。

(2)高速工具钢其高温硬度、耐磨性都比合金工具钢好，耐热温度

在560 0C左右，其热处理后的硬度可达到HRC63〜66，切削速度可达

30m/min 左右。由于其热处理性能好，有较高的强度和良好的刃磨性，被广泛用于制造成形车刀、铣刀、钻头和拉刀等各种机用刀具。目前应用最多的材料是W18Cr4V 。

（3）硬质合金是由碳化钨、碳化钛和钴等材料用粉末冶金方法制成的合金。其硬度可达HRA89-92.5 （相当于HRC70-75 ），能耐温度达850 0〜1000 0C，耐磨性很好。切削速度是高速钢的4-10倍，但抗弯强度仅为高速钢的1/3 ，怕冲击振动。通常是将硬质合金刀片固定在刀体上使用，目前硬质合金已成为主要的刀具材料之一。

根据GB2075-87 ，切削用的硬质合金按其排屑形式和加工对象范围。分为三类，分别以字母P、M、K 表示。

P--适于加工长切屑的黑色金属，以蓝色作标志。

M-- 适于加工长切屑或短切屑的黑色金属和有色金属，以黄色作标志。

K-- 适于加工短切屑的黑色金属、有色金属合非金属材料，以红色作标志。

P 类的硬度、耐磨性较高，韧性较差。K 类的韧性较高，硬度、耐磨性略低。M 类的综合性能较好。表30-1 列出了分组代号及应用范围，供实际工作中参考。

每个类别的分组代号中，数字愈大，耐磨性愈低，而韧性愈高，则进给量可选得大些，而切削速度应选得小些。

随着科学技术的发展，刀具材料不断更新。出现了一些新的刀具材料，如钴高速钢，粉末冶金高速钢，钢结硬质合金。人造金刚石，立方氮化硼（CBN ）等。