金属切削原理与刀具复习大纲

金属切削原理与刀具复习大纲第一章刀具几何角度及切削要素1-1切削运动与切削用量1.切削运动分为主运动与进给运动2.切削用量三要素v=πdn/1000m/s或m/minap=(D-d)/2mm/r切削刃上各点速度不一样，一般取dw1-2刀具切削部分的基本定义一三面二刃一尖3面：前刀面、后刀面、副后刀面2刃：主切削刃、副切削刃1尖：刀尖二、刀具角度参考系正交平面参考系：基面（Pr)、切削平面（Ps)、正交平面(Po)法平面参考系：基面(Pr)、切削平面(Ps)、法平面（Pn)假定工作平面参考系：基面（Pr）、假定进给平面（Pf)、假定切深平面(Pp)基面、切削平面、正交平面的定义。二、刀具切削部分的几何角度（以外圆车刀为例）1、车刀的组成刀头刀杆前刀面主后刀面副后刀面主切削刃副切削刃刀尖三面、两刃、一尖2、车刀的几何角度（1）辅助平面v基面基面切削平面切削平面正交平面正交平面三个辅助平面（2）车刀的主要几何角度v前角γ0后角α0楔角β0γ0+α0+β0=90o主偏角kr副偏角kr’刀尖角ετkr+kr’+ετ=180o七个角（正交平面3个，基面3个，切削平面1个）刃倾角λ0（现在λ0=0）三、刀具的标注角度在基面内测量的角度：主偏角：“主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角”。副偏角：“副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角”。刀尖角：“主切削刃与副切削刃之间的夹角”。εr=180º-(Кr+Кr’)三、刀具的标注角度在正交平面内测量的角度后角：αo“后刀面与切削平面的夹角”前角：γo“前刀面与基面之间的夹角”。在切削平面内：刃倾角：λS“主切削刃与基面之间的夹角”1-5刀具的工作角度•切削刃安装高低对工作前、后角影响：•偏高：，工作前角增大工作后角减小oeoe重点：作图法做出表示外圆、端面、镗孔、切槽刀的几何角度切削三要素及切削层参数的计算§1-6切削层参数1.刀具材料应具备的性能（1）高的硬度和耐磨性（2）足够的强度和韧性（3）高的耐热性与化学稳定性（4）有锻造、焊接、热处理、磨削加工等良好的工艺性（5）导热性好，有利于切削热传导，降低切削区温度，延长刀具寿命，便于刀具的制造，资源丰富，价格低廉。第二章刀具材料2.常用刀具材料高速钢能制造结构复杂的成形刀具硬质合金有钨钴类硬质合金、钨钛钴类硬质合金和钨钛钽（铌）类硬质合金。陶瓷超硬刀具材料推广使用新型刀具材料如涂层刀具、陶瓷刀具、天然金刚石、聚晶金刚石、立方氮化硼等。钨钴类（WC+Co）；YG,属K类加工铸铁、有色金属及其合金，可断续切削或粗加工（不适合加工钢料，因为在640℃严重粘结，使刀具磨损）含Co量高适于粗加工，含Co量低适于精加工钨钛钴类（WC+TiC+Co）；YT,属P类加工碳钢、合金钢，宜在连续切削的半精加工或精加工含TiC高适于精加工，含TiC低适于粗加工.钨钛钽（铌）类硬质合金（WC+TiC+TaC+（NbC）+Co）:YW，属M类适用于加工脆性材料、塑性材料。（1）硬质合金的分类•陶瓷：适用于精细加工硬材料（缺点强度韧性差、热导率低、脆性大、拉伸性能很差）•立方氮化硼：适用于淬硬材料的加工重点：1.刀具切削部分应具有的性能？2.各种刀具材料使用于加工什么材料？第三章金属切削过程的基本规律第一变形区：（基本变形区）OA~OM之间的区域，是切削过程中的主要变形区，是切削力和切削热的主要来源。主要特征：剪切面的滑移变形第二变形区：切屑底层与前刀面之间的摩擦变形区。主要影响切屑的变形和积屑瘤的产生。第三变形区第二变形区第一变形区第三变形区：工件已加工表面与刀具后刀面之间的挤压、摩擦变形区域。造成工件表面的纤维化与加工硬化。该区域对工件表面的残余应力以及后刀面的磨损有很大的影响。1.切削变形区二、切屑的种类•带状切屑•节状切屑•粒状切屑•崩脆切屑切塑性材料带状切屑节状切屑粒状切屑切脆性材料在不同的切削条件下，形成的切屑种类不同，当条件改变时它们可以互相转化。在形成节状切削情况下,改变切削条件,进一步减小切削速度，减小前角,增大切削厚度,就可以得到粒状切削;反之,如增大切削速度,增大前角,减小切削厚度,即可得到带状切削.掌握其变化规律，有助于控制切屑形态，控制切削过程。节状切屑粒状切屑带状切屑三、变形程度的表示方法1.变形系数：(切削厚度压缩比Λh)Dchhhh厚度变形系数：长度变形系数：chclll根据体积不变原理数：1lhsin)cos(sinOM)cos(OMhhooDch切塑性金属时前刀面上应力分布情况→刀-屑接触区可分两部分：粘接区lf1:剪切滑移，内摩擦滑动区lf2:滑动摩擦，外摩擦一般内摩擦力约占总摩擦力的85%四、前面上摩擦特点切屑流出时与刀具前面接触长度为Lf=Lfi+Lfo五积屑瘤在一定速度范围下，切削塑性金属材料形成带状切屑时,常在刀具前刀面靠近切削刃的部位粘结一些工件材料,形成一块硬度很高的楔块，称之为积屑瘤(thebuilt-upedge)，或称刀瘤。1）什么是积屑瘤（1）积屑瘤硬度比工件材料高2-3倍,可以代替切削刃及前刀面进行切削,可以保护切削刃、减小前刀面的磨损；3．积屑瘤对切削过程的影响（5）积屑瘤脱落的碎片会粘结或嵌入工件表面，影响工件已加工表面的质量。因此精加工时必须设法抑制积屑瘤的形成。（4）积屑瘤高低不平，会在工件表面造成“犁沟”现象，影响工件的表面粗糙度；（3）对于积屑瘤突出于切削刃之外，使实际切削厚度增大，形成“过切现象”，影响工件的尺寸精度；（2）在积屑瘤形成后，刀具的实际前角将明显增大，对减小切屑变形及降低切削力起了积极作用；凡有利于减轻刀和屑界面摩擦，减小粘结接触面积的因素，都有利于抑制积屑瘤。4．积屑瘤的控制措施6、采用润滑性能好的切削液，减小摩擦。5、对工件材料进行适当的热处理，提高其硬度，减小塑性；4、提高刀具刃磨质量，降低刀面的表面粗糙度；3、减小进给量；2、增大刀具的前角，以减小刀—屑接触压力；1、采用低速或高速切削，避开容易形成积屑瘤的切削速度；第二节切削力一、切削力的来源：1.工件、切屑的变形抗力2.刀具与切屑、工件与刀具之间的摩擦阻力Fc:Fp:Ff=1:(0.4-0.5):(0.3-0.4)主运动方向上的力，95%-99%功率不做功进给力1%-5%功耗二、影响切削力的因素•1.切削用量apfVc(ap影响最大，f次之，Vc影响最小）•2.刀具几何参数•前角γo:γo↑---Fc↓•主偏角kr：kr(30℃-60℃)↑---Fc↓,•kr(60℃-70℃)↑---Fc↑3-3切削热切削层挤裂变形前刀面与切屑摩擦一、切削热的来源：切削热的分布：热量的20%∼50%传给刀具→刀具磨损、硬度降低二、影响切削温度的因素分析1、切削用量对切削温度的影响：Vc→f→apvc、f、ap↗θ℃↗zpyxcafvC用YT15刀具，切削45#钢时(σb=75kg/cm2)04.014.04.0314pcafv（二）刀具几何参数的影响1.前角γ0的影响γ0↑→变形程度↓→F↓→Q↓→θ↓但γ0＞20°时，会使刀头部分散热体积↓，对θ的降低有影响。2.主偏角κr的影响κr↑，切削宽度aw↓，散热面积↓→θ↑3-4刀具磨损一、刀具磨损概念切削时刀具在高温条件下，收到工件、切屑的摩擦作用，使刀具材料逐渐被磨耗或出现磨损。二、刀具磨损形式◆正常磨损前刀面磨损（前面磨损）形式：月牙洼形成条件：加工塑性材料，v大，hD大影响：削弱刀刃强度，降低加工质量后刀面磨损（主后面磨损）形式：后角=0的磨损面（参数——VB，VBmax）形成条件：加工塑性材料,v较小,hD较小；加工脆性材料影响：切削力↑,切削温度↑,产生振动，降低加工质量VBmaxa)b)图3-25刀具磨损形态边界磨损（副后面磨损）三、刀具的磨钝标准四、刀具磨损机理1.磨粒磨损2.相变磨损3.粘结磨损4.扩散磨损都与温度影响有关5.氧化磨损“指后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的最大磨损尺寸”。以VB表示五、刀具的使用寿命一）刀具寿命概念：“刀具从开始切削一直到磨损量达到磨钝标准为止的总的切削时间”。记为：T切削用量与刀具使用寿命的关系：ppnmcTafvCT11175.025.25pcTafvCT可见：vc对T的影响最大，f次之，aP最小。在优选切削用量以提高生产率时，首先应尽量选大的aP，然后根据加工条件和要求选允许最大的f，最后根据T选取合理的vc。第四章切削基本理论的应用第一节切屑控制第二节工件材料的切削加工性第三节切削液的选择第四节已加工表面质量第五节刀具几何参数的合理选择第六节切削用量的合理选择一、切屑形状的分类1带状切屑2管状切屑3盘旋状切屑6弧形切屑5锥形螺旋切屑4环形螺旋切屑7单元切屑8针形切屑二.切屑的卷曲与流向1切屑的卷曲切屑的卷曲是由于切屑内部变形，或碰到刀具前刀面上磨出的断屑槽、凸台、附加挡块以及碰到其它障碍物后造成的。2切屑的流向切屑的流向主要受刃倾角的影响。§4-2工件材料的切削加工性“指对某种材料进行加工的难易程度”相对加工性：KrjrVVK)(60601.铸铁2.碳素合金钢：加入硫S、磷P、铅Pb、钙Ca等一种或几种元素可改善切削的难易程度3.难加工材料§4-3切削液的选用一、切削液的作用切削液(cuttingfluid)的冷却作用主要靠热传导带走大量的切削热，从而降低切削温度，提高刀具寿命；减少工件、刀具的热变形，提高加工精度；降低断续切削时的热应力，防止刀具热裂破损等。1）.切削液的冷却作用2）.切削液的润滑作用使用切削液后，切屑、工件与刀面之间形成完全的润滑油膜，成为流体润滑摩擦，此时摩擦系数很小；实际情况是属于边界润滑摩擦，其摩擦系数大于流体润滑，但小于干摩擦。3）切削液的排屑和清洗作用4）切削液的防锈作用二.切削液的分类•水溶液:主要成分是水，并加入少量的防锈剂等添加剂,有良好的冷却作用和清洗作用。（1）水溶液•矿物油•少量动植物油非溶性切削液主要起润滑作用。（3）切削油（2）乳化液•乳化液乳化油用水稀释而成，具有良好的流动性和冷却作用，并有一定的润滑作用1.水溶液组成：水+防锈剂、清洗剂、油性添加剂（增加润滑性和清洗性）。常用于普通磨削、粗加工2.乳化液组成：乳化油+水（混合后再搅拌）适用于：粗加工，普通磨削（低浓度乳化液）精加工和复杂刀具加工（高浓度乳化液）3.合成切削液组成：水+表面活性剂+化学添加剂常用于不锈钢、钛合金等难加工材料的钻孔、铣削和攻螺纹。（一）水溶性切削液1.切削油组成：矿物油、+动植物油+复合油常用于：滚齿、插齿、车螺纹、一般精加工煤油渗透作用和冲洗作用比较突出，故用于精加工铝合金、精刨铸铁平面和高速钢铰孔2.极压切削油组成：切削油+硫、氯和磷极压添加剂常用于难加工材料的精加工（二）油溶性切削液二硫化钼（MoS2）摩擦系数小、熔点高抗压性能高和牢固的附着能力，能防止和抑制积屑瘤产生，减小切削力，显著延长刀具寿命、减小表面粗糙度。（三）固体润滑液一已加工表面质量表面粗糙度表面波度表面物理力学性能的变化表面微观几何形状特征表面层冷作硬化表面层残余应力表面层金相组织的变化4-4已加工表面质量的含义机械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可归纳为几何因素和物理力学因素两个方面。•刀尖圆弧半径rε•主偏角kr、副偏角kr′•进给量fH=f/(cotκr+cotκr′)H=f2/(8rε)二、影响加工表面粗糙度的主要因素及其控制H——残留面积高度H粗糙度1、几何因素rr'fHHfr2、影响切削加工表面粗糙度的因素A)理论粗糙度——刀具切削进给时，刀具对工件表面的不完全切除造成的残留面积所形成。影响残留面积高度H的因素主偏角r副偏角r’刀尖圆弧半径r进给量f加大r或减小f、r、r’可以得到数值小的横向粗糙度Xao•（1）积屑瘤和鳞刺影响在较低的切削速度，切削塑性材料时，会在工件已加工表面上形成近似与切削方向相垂直的横