金属切削加工基本知识

工作法子面Pne
2）刀具工作角度
工作前角γoe
工作后角αoe
工作侧前角γfe 工作侧后角αfe
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2.进给运动对刀具工作角度的影响 1）横车外圆对工作角度的影响
以Kr=90º的切断刀为例(见图1—13)，由于 受进给运动速度υf的影响，刀具工作角度 发生了变化，它与标注角度的关系为
γoe = γo + µ αoe = αo - µ
5. 特殊刀具材料 1）陶瓷刀具 （1）材料组成：主要由硬度和熔点都很高的Al2O3 Si3N4 等氧化物、氮化物和少量的金属碳化物、氧化物 等添 加剂组成。通过粉末冶金工艺方法制粉，再压制 烧结 而成。 （2）常用种类： Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷
（3）优点：硬度91～95HRA，耐热性为1200 ℃ ，耐磨
应在62HRC以上；高速钢硬度为63HRC～ 70HRC；硬质合金刀具硬度为89HRC～93HRC 。
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（2）足够强度和韧性
刀具材料在切削时受到很大的切削力与冲击 力。
如车削45钢，在背吃刀量ap＝4㎜，进给量f
＝0.5㎜/r的条件下，刀片所承受的切削力达 到4000N，可见，刀具材料必须具有较高的强 度和较强的韧性。
Aα′、主切削刃S、副切削刃S′ 、刀尖 。 2.刀具静止角度参考系及其坐标平面 1)刀具静止角度参考系
①假定运动条件: ②假定安装条件:
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2)刀具静止参考系的坐标平面 ①基面Pr 基面是通过切削刃上选定点，垂直 于假定主运动方向的平面。 ②切削平面Ps 切削平面是指切削刃上选定点与主 切削刃相切并垂直于基面的平面。 ③正交平面Po(也称主剖面) 正交平面是通过切削刃上选定点， 并同时垂直于基面精品和课件 切削平面的平面
和耐磨性
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（3）高速钢的分类 ①普通高速钢 A、钨系高速钢（简称 W18）
优点：钢磨削性能和综合性能好，通用性强。 缺点：碳化物分布常不均匀，强度与韧性不够
强，热塑性差，不宜制造成大截面刀具。 B、钨钼钢（将一部分钨用钼代替所制成的钢 ）
优点：减小了碳化物数量及分布的不均匀性 。 缺点：高温切削性能和W18相比稍差。
模块一 金属切削加工基本知识
项目一 金属切削基础 任务一 切削运动和切削用量 1.切削运动 在切削加工中刀具与工件的相对运动，使刀具和工件 之间产生相对运动，称为切削运动。 1)主运动 由机床或人力提供的主要运动。 特点：切削速度最高，消耗功率最大。 如车削时工件的旋转运动，刨削时工件或刀具的往复 运动，铣削时铣刀的旋转运动等。
⑤碳化钛基类（WC+TiC+Ni+Mo）（代号YN） 具有很高硬度、耐磨性，较高耐热性和抗氧化
性，摩擦系数较小，抗黏结能力较强，耐用度 高 于WC基硬质合金，抗弯强度和冲击韧性低于WC 基硬质合金。
常用的牌号：YN05、YN10 用于精加工和半精加工，对于大长零件且 加工 精度较高的零件尤其适合，但不适于有冲击载 荷 的粗加工和低速切削。精品课件
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3.2金属切削加工基本知识
一、切削运动和切削用量
1.切削运动:
1)主运动
2)进给运动
3)合成切削运动
2.工件上的加工表面:
待加工表面、已加工表面、过渡表面。
3.切削用量
1)切削速度Vc
2)进给量f
3)背吃刀量ap
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二、刀具角度参考系和刀具角度
1.车刀的组成： 前刀面Aγ、后刀面Aα、副后面
性很高，摩擦系数低，切削力比硬质合金小，切 削速
度高于硬质合金3～5倍，刀具寿命比硬质合金高
。 （4）缺点：强度和韧性差精，品课件热导率低；陶瓷最大缺点是
2）金刚石刀具 （1）分类：天然金刚石刀具；人造聚晶金刚石刀
具；复合聚晶金刚石刀具。 （2）优点：极高的硬度和耐磨性，人造金刚石硬
度达10000HV，耐磨性是硬质合金的60～80 倍；切削刃锋利，能实现超精密微量加工和 镜面加工；很高的导热性。 （3）缺点：耐热性差，强度低，脆性大，对振动 很敏感。 （4）适用范围：用于高速条件下精细加工有色金 属及其合金和非金属材料。
经济性也是刀具材料的重要指标之一，选 择刀具时，要考虑经济效果，以降低生产 成本。
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3.1.2 刀具材料的种类和用途
1.碳素工具钢：（C=0.65%～1.35%） 常用的牌号有T8A、T10A、T12A等。 切削温度≤200℃，切削速度≤8m/min， 硬度60 ～65HRC 主要用于手用工具，如锉刀锯条等。
（2）硬质合金的性能特点
优点：硬质合金中高熔点、高硬度碳化物含 量
高，热熔性好 ,热硬性好，切削速度高。 缺点：脆性大，抗弯强度和抗冲击韧性不强源自文库
。 抗弯强度只有高速钢的1/3～1/2，冲击韧性
只有 高速钢的1/4～1/35。 力学性能：主要由精品组课件成硬质合金碳化物的种
（3）普通硬质合金的种类、牌号及应用 按其化学成分的不同可分为 ： ①钨钴类（WC+Co）（代号YG） 硬度89～91.5HRA，耐热性800～900 ℃ ， 常用牌号YT3、YT6、YT8等。 用于铸铁有色金属合和非金属材料。 金钴含量越高，韧性越好，适于粗加工； 钴含量低，适于精加工。
一般刀具材料的韧性用冲击韧度aK表示，反
映刀具材料抗脆性和崩刃能力。
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（3）高的耐磨性和耐热性
A、刀具耐磨性是刀具抵抗磨损能力。 一般刀具硬度越高，耐磨性越好。 刀具金相组织中硬质点（如碳化物、氮化物
等）越多，颗粒越小，分布越均匀，则刀具 耐磨性越好。 B、刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主 要标志，通常用高温下保持高硬度的性能来 衡量，也称热硬性。 刀具材料高温硬度越高，则耐热性越好，在 高温抗塑性变形能力、抗磨损能力越强。
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3）立方氮化硼刀具
（1）概念：立方氮化硼（简称CBN）是由六方氮化 硼为原料在高温、高压下合成。
（2）优点：硬度高8000～9000HV，耐热性为1200 ℃ 热稳定性好，导热性较高，摩擦系数较小
（3）缺点：强度和韧性较差，抗弯强度仅为陶瓷刀 具的1/5～1/2。
（4）适用范围：适用于加工高硬度淬火钢、冷硬铸 铁和高温合金材料。 不宜加工塑性大的钢件、镍基合金、铝合金和 铜合金。
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（4）优良导热性
刀具导热性好，表示切削产生的热量容易 传导出去，降低了刀具切削部分温度，减 少刀具磨损。
刀具材料导热性好，其抗耐热冲击和抗热 裂纹性能也强。
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（5）良好的工艺性与经济性
刀具不但要有良好的切削性能，本身还应 该易于制造，这要求刀具材料有较好的工 艺性，如锻造、热处理、焊接、磨削、高 温塑性变形等功能。
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③钨钽（铌）钴类（WC+TaC（Nb）+Co） （代号YA） 常温有高硬度、耐磨性、高温强度和抗氧化性 。 常用的牌号：YA6 用于加工冷硬铸铁、有色金属及合金半精加工 ， 也能用于高锰钢、淬火钢等材料的半精加工和 精加工。
④钨钛钽（铌）钴类（WC+TiC+TaC（Nb）+Co） （代号YW） 性能高于钨钛钴类，通用性好等。 常用的牌号：YW1、精Y品课W件2
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②高性能高速钢 优点：具有较强的耐热性，刀具耐
用度是普通高速钢的1.5～3倍 。
缺点：强度与韧性较普通高速钢 低，高钒高速钢磨削加工性差。
适合加工的零件：奥氏体不锈钢、高 温合金、钛合金、超高强度钢等难加 工材料。
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③粉末冶金高速钢
优点：无碳化物偏析，提高钢的强度、韧性和 硬度，硬度值达69～70HRC；
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2)进给运动 由机床或人力提供的运动，它使刀具和工件之间产生 附加的相对运动。 3）合成切削运动
由主运动和进给运动合成的运动，称为合成切削运 动。
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2.工件上的加工表面 切削加工时在工件上产生的表面
。 待加工表面 工件上有待切除的表面。 已加工表面 工件上经刀具切削后产生的表
3.刀具静止角度的标注 （正交平面参考系Pr、Ps、Po）
1）主偏角Kr 2）副偏角Kr′ 3）刃倾角λs 4）前角γo 5）后角αo 6）副后角αo′
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三、刀具的工作角度
1.刀具工作参考系及工作角度
1）刀具工作参考系
工作基面Pre、 工作切削平面Pse、
工作正交平面Poe、工作平面Pfe、
2.合金工具钢：（锰、铬、钨、硅） 常用的牌号有9SiCr、GCr15、CrWMn等。 切削温度≤600℃，硬度63 ～66HRC 主要用于制造低速手用工具，如丝锥绞刀等。
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3.高速钢 （1）概念：
高速钢是一种含有钨、钼、铬、钒 等合 金元素较多的工具钢 （2）性质： ①高速钢具有良好的热稳定性 ②高速钢具有较高强度和韧性 ③高速钢具有一定的硬度(63～ 70HRC)
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第一章金属切削及机床的基本知识
基本内容： 主要介绍刀具几何角度及工作角度、切削变形
与积屑瘤、切削力、切削热、切削温度、刀具磨 损与刀具耐用度、切削液及刀具几何参数的合理 选择、机床的基本知识等。 2.基本要求：
刀具几何角度和积屑瘤的成因、作用及控制措施 影响切削力、切削热、切削温度、刀具磨损的因 素； 合理选择刀具材料、几何参数、切削液等。
保证材料各向同性，减小热处理内应力和变形 ；
磨削加工性好，磨削效率比熔炼高速钢提高2 ～3倍；
耐磨性好。 适于制造切削难加工材料的刀具、大尺寸刀具
（如滚刀和插齿刀），精密刀具和磨加工量大 的复杂刀具。
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4．硬质合金 （1）硬质合金组成
硬质合金是由难熔金属碳化物和金属粘结剂经 粉
末冶金方法制成。
面。 过渡表面 工件上由刀具切削刃形成的正
在切削的那一部分表面。
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3.切削用量 切削用量是切削速度、进给量(或进给速度) 和背吃刀量的总称。 1）切削速度（Vc）是指在切削加工时，切削 刃上选定点相对于工件的主运动瞬时线速度 。
Vc=πDn/1000
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2）进给量（f）是指工件（或刀具）每回转 一周时，刀具（或工件）在进给运动方向上 的相对位移量。 3）背吃刀量（ap）指待加工表面和已加工表 面之间的垂直距离。
（2）高强度与强韧性
温下保持高硬度 的性能来衡量，
（3）较强的耐磨性和耐热性 也称热硬性
（4）优良导热性
（5）良好的工艺性与经济性
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（1）高硬度
刀具是从工件上去除材料，所以刀具材料 的硬度必须高于工件材料的硬度。
刀具材料最低硬度应在60HRC以上。 对于碳素工具钢材料，在室温条件下硬度
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②钨钛钴类（WC+TiC+Co）（代号YT） 硬度89.5～92.5HRA，耐热性900～1000 ℃ 常用牌号YT5、YT14、YT15，数值表示TiC 的百分含量。 用于加工塑性材料，不适合加工含TiC不锈 钢。
合金中TiC含量高，则耐磨性和耐热性提高， 但强度降低 → 粗加工一般选择TiC含量少的 牌 号，精加工选择TiC含量多的牌号。
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6.涂层刀具 1）概念：涂层刀具是在韧性较好的硬质合金基体上或高 速钢刀具基体上，涂覆一层(5～12μm)耐磨性较高 的难熔金属化合物而制成。 2）常用的涂层材料有：TiC、TiN、Al2O3等 3）涂层形式：可以采用单涂层和复合涂层 4）优点：涂层刀具具有高的抗氧化性能和抗粘结性能， 因此具有较高的耐磨性 5）适用范围：主要用于车削、铣削等加工，由于成本较 高，还不能完全取代未涂层刀具的使用。 不适合受力大和冲击大的粗加工，高硬材料的加工以 及进给量很小的精密切削。
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几个平面
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刀具静止角度 1）主偏角Kr 2）副偏角Kr′ 3）刃倾角λs 4）前角γo 5）后角αo 6）副后角αo′
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刀具材料
3.1.1 刀具材料的基本要求
刀具材料需满足一些基本要求
：
刀具材料耐热性 是衡量刀具切削
（1）高硬度
性能的主要标 志 ，通常用高
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4.切削层参数 切削层是指在切削过程中，刀具的切削部分沿进 给方向在一次走刀中切除的工件材料层。 切削层参数包括切削层公称宽度bD、切削层公称 厚度hD和切削层公称横截面积AD，它的形状和尺 寸规定在刀具的基面中度量。
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任务二 刀具角度 一、刀具切削部分的组成 前刀面Aγ、后刀面Aα、副后面Aα′、主切削 刃S、副切削刃S′ 、刀尖。 安装车刀时，规定刀尖 与工件中心等高，刀杆 中心线垂直于进给运动 方向。