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(共50张PPT)单元一金属切削的基本知识导读 模块一 刀具的几何角度及材料 模块二 金属切削过程模块二金属切削过程一、变形系数、切屑和积屑瘤 1.变形系数图1-12切削层金属的变形模块二金属切削过程2.切屑的类型 (1)带状切屑(图1-13a)外形呈带状，底面光滑，背面无明显裂纹，呈微小锯齿形。 (2)节状切屑(图1-13b)切屑底面较光滑，背面局部裂开成节状。 (3)粒状切屑(图1-13c)切屑沿厚度断裂为均匀的颗粒状。 (4)崩碎切屑(图1-13d)切削脆性金属如铸铁、青铜时，切削层几乎不经过塑性变形就产生脆性崩裂，从而使切屑呈不规则的细粒状。模块二金属切削过程图1-13切屑的基本形态 a)带状切屑b)节状切屑c)粒状切屑d)崩碎切屑3.积屑瘤模块二金属切削过程(1)积屑瘤现象在一定切削速度范围内，加工钢材、有色金属等塑性材料时，在切削刃附近的前刀面上会出现一块高硬度的金属，它包围着切削刃，且覆盖着部分前刀面，可代替切削刃对工件进行切削加工，这块硬度很高(约为工件材料硬度2～3倍)的金属称为积屑瘤，如图1-14所示。表1-4影响切屑形态的因素及其对切削力的影响(切削塑性材料)模块二金属切削过程图1-14积屑瘤(2)积屑瘤的产生与成长关于积屑瘤的形成有许多解释，通常认为是由于切屑在前刀面上粘结造成的。模块二金属切削过程(3)积屑瘤的脱落与消失长高了的积屑瘤受外力或振动的作用，可能发生局部断裂或脱落。 (4) 积屑瘤的作用积屑瘤对切削加工的好处是能保护刀刃刃口，增大实际工作前角。 (5) 减小或避免积屑瘤的措施 1)避免采用产生积屑瘤的速度进行切削(如图1-15所示)，即宜采用低速或高速切削，但低速加工效率低，模块二金属切削过程图1-15积屑瘤高度与 切削速度的关系2)采用大前角刀具切削，以减少刀具与切屑接触的压力；模块二金属切削过程3)提高工件的硬度，减少加工硬化倾向； 4) 其它措施，诸如减小进给量，减小前刀面的粗糙度值，合理使用切削液等。 二、切削力 1.切削力的来源 2.切削力的分解模块二金属切削过程图1-16外圆车削时力的分解 a)刀具对工件的力的分解b)工件对刀具的力的分解模块二金属切削过程图1-17车削力在平面图上的表示模块二金属切削过程3.切削力的计算 4.影响切削力的因素 5.切削功率三、切削热与切削温度 1.切削热 2.切削温度 3.影响切削温度的因素 四、刀具磨损与刀具耐用度模块二金属切削过程图1-18刀具磨损 a)前、后刀面磨损b)磨损量的表示1.刀具磨损的形式模块二金属切削过程(1)前刀面磨损切削塑性材料时，若切削厚度较大，在刀具前刀面刃口后方会出现月牙洼形的磨损现象(如图1-18所示)，月牙洼处是切削温度最高的地方。 (2)后刀面磨损指磨损的部位主要发生在后刀面。 (3)前后刀面同时磨损当切削塑性金属时，如果切削厚度适中，则经常会发生前刀面与后刀面同时磨损的磨损形式。模块二金属切削过程图1-19刀具后刀面磨损过程2.刀具磨损过程 3.刀具磨损限度模块二金属切削过程4.刀具的耐用度表1-5车刀耐用度(min)五、切削液的合理选择 (1)冷却作用切削液浇注到切削区域后，通过切削液的传导、对流和气化，一方面使切屑、刀具与工件间摩擦减小，产生热量减少；另一方面将产生的热量带走，使切削温度降低，起到冷却作用。 (2)润滑作用切削液的润滑作用，是通过切削液渗透到刀具与切屑、工件表面之间，形成润滑性能较好的油膜而达到的。模块二金属切削过程(3)清洗与防锈作用切削液的清洗作用是清除粘附在机床、刀具和夹具上的细碎切屑和磨粒细粉，以防止划伤已加工表面和机床的导轨并减小刀具磨损。 2.切削液的种类 (1)水溶液水溶液是以水为主要成分并加入防锈添加剂的切削液。 (2)乳化液乳化液是乳化油加95%～98%水稀释成的一种切削液。 (3)切削油切削油是以矿物油为主要成分并加入一定的添加剂而构成的切削液。模块二金属切削过程表1-6切削液种类和选用3.切削液的合理选用和使用方法 (1)切削液的合理选用切削液应根据工件材料、刀具材料、加工方法和技术要求等具体情况进行选用。模块二金属切削过程图1-20浇注切削液的几种方法 a)浇注前刀面切削区b) 浇注切削刃的交角区 c) 浇注后刀面区d) 周环浇注法(2)切削液的使用方法切削液的合理使用非常重要，模块二金属切削过程其浇注部位、充足的程度与浇注方法的差异，将直接影响到切削液的使用效果。 六、刀具几何参数的合理选择图1-21内冷却法 a) 焊接车刀b)机夹车刀模块二金属切削过程图1-22喷雾冷却装置 1—调节螺钉2—虹吸管3—过滤器4—软管5—调节杆6—喷嘴1.前角及前刀面的选择模块二金属切削过程(1)前角的功用增大前角能减小切削变形和摩擦，降低切削力、切削温度，减少刀具磨损，改善加工质量，抑制积屑瘤等。图1-23加工材料不同时 前角的合理数值模块二金属切削过程图1-24刀具材料不同时 前角的合理数值(2)前角的选择原则模块二金属切削过程1)根据工件材料的性质选择前角由图1-23可知，加工材料的塑性愈大，前角的数值应选得愈大。 2)根据刀具材料的性质选择前角由图1-24可知，使用强度和韧性较好的刀具材料(如高速钢)，可采用较大的前角；使用强度和韧性差的刀具材料(如硬质合金)，应采用较小的前角。 3)根据加工性质选择前角粗加工时，选择的背吃刀量和进给量较大，为了减小切削变形，提高刀具耐用度，本应选择较大的前角，但由于毛坯不规则和表皮很硬等情况，为增强刀刃的强度，应选择较小的前角；精加工时，选择的背吃刀量和进给量较小，切削力较小，为了使刃口锋利，保证加工质量，可选取较大的前角。模块二金属切削过程表1-7硬质合金车刀合理前角参考值(3)前刀面型式 1)正前角平面型如图1-25a所示，正前角平面型式的特点为：制造简单，能获得较锋利的刃口，但强度低，传热能力差。模块二金属切削过程图1-25前刀面型式 a)正前角平面型b)正前角平面带倒棱型c)正前角曲面带倒棱型 d)负前角单面型e)负前角双面型2)正前角平面带倒棱型如图1-25b所示，倒棱是在主切削刃刃口处磨出一条很窄的棱边而形成的。 3) 正前角曲面带倒棱型如图1-25c所示，这种型式是在正前角平面带倒棱的基础上，为了卷屑和增大前角，在前刀面上磨出一定的曲面而形成的。模块二金属切削过程4) 负前角单面型当磨损主要发生在后刀面时，可制成如图1-25d所示的负前角单面型。 5) 负前角双面型 如图1-25e所示，当磨损同时发生在前、后两个刀面时，制成负前角双面型，可使刀片的重磨次数增多。 2.后角及后刀面的选择 (1)后角的功用增大后角能减小后刀面与过渡表面间的摩擦，减小刀具磨损，还可以减小切削刃钝圆半径 ，使刀刃锋利，易于切下切屑，可减小表面粗糙度值。 (2)后角的选择原则后角主要根据切削厚度大小选择。模块二金属切削过程表1-8硬质合金车刀合理后角参考值模块二金属切削过程图1-26后刀面型式 a)刃带、双重后角b)消振棱(3)后刀面的型式模块二金属切削过程1)双重后角如图1-26a所示，为了保证刃口强度，减小刃磨后刀面的工作量，常在车刀后刀面上磨出双重后角。 2)消振棱 如图1-26b所示，为了增加后刀面与过渡表面之间的接触面积，增加阻尼作用，消除振动，可在后刀面上刃磨出一条有负后角的棱面，称为消振棱。 3)刃带 如图1-26a所示，对一些定尺寸刀具，如拉刀、铰刀等，为便于控制外径尺寸，避免重磨后尺寸精度迅速变化，常在后刀面上刃磨出后角为零度的小棱边，称为刃带。 3.副后角的选择 4.主偏角的选择模块二金属切削过程(1)主偏角的功用主偏角κr影响切削分力的大小，增大κr ，会使Ff力增加，Fp力减小；主偏角影响加工表面粗糙度值的大小，增大主偏角，加工表面粗糙度值增大；主偏角影响刀具耐用度，当主偏角增大时，刀具耐用度下降；主偏角也影响工件表面形状，车削阶梯轴时，选用κr=90°，车削细长轴时，选用κr=75°～90°；为增加通用性，车外圆、端面和倒角可选用κr=45°。 (2)主偏角的选择主偏角的选择原则是，在工艺系统刚性允许的情况下，选择较小的主偏角，这样有利于提高刀具耐用度。模块二金属切削过程表 1-9主偏角的参考值5.副偏角的选择 (1)副偏角的功用减小副偏角，会增加副切削刃与已加工表面的接触长度，能减小表面粗糙度值，并能提高刀具耐用度。 (2)选择原则主要根据加工性质选取，一般情况下选取κ′r =10°～15°，特殊情况，如切断刀，为了保证刀头强度，可选κ′r=1°～2°。模块二金属切削过程图1-27刃倾角对切屑流向的影响 a)?=0b)-?c)+?6.刃倾角的选择模块二金属切削过程(1)刃倾角的功用 1)控制切屑的流向如图1-27所示，当λs=0°时，切屑垂直于切削刃流出；λs为负值时，切屑流向已加工表面；λs为正值时，切屑流向待加工表面。 2)控制切削刃切入时首先与工件接触的位置如图1-28所示，在切削有断续表面的工件时，若刃倾角为负，刀尖为切削刃上最低点，首先与工件接触的是切削刃上的点，而不是刀尖，这样切削刃承受着冲击负荷，起到保护刀尖的作用；刃倾角为正值，首先与工件接触的是刀尖，可能引起崩刃或打刀。模块二 金属切削过程图1-28刃倾角对切削刃接触工件的影响 a)-?b)+?c)?=03)控制切削刃在切入与切出时的平稳性如图1-28所示，模块二金属切削过程断续切削时，当刃倾角为零，切削刃与工件同时接触，同时切离，会引起振动；若刃倾角不等于零，则切削刃上各点逐渐切入工件和逐渐切离工件，故切削过程平稳。 4)控制背向力与进给力的比值刃倾角为正值，背向力减小，进给力增大；刃倾角为负值，背向力增大，进给力减小。 (2)刃倾角的选择选择刃倾角时，按照具体加工条件进行具体分析，一般情况可按加工性质选取。 7.刀尖型式的选择(过渡刃的选择) (1)直线过渡刃如图1-29a所示，过渡刃的偏角κrε≈κr/2、长度bε≈(1/4～1/5)ap，这种过渡刃多用于粗加工或强力切削的车刀上。 (2)圆弧过渡刃如图1-29b所示，过渡刃也可磨成圆弧形。模块二金属切削过程图1-30倒角刀尖与刀尖圆弧半径 a)直线刃b)圆弧刃(刀尖圆弧半径) c)平行刃(水平修光刃)d)大圆弧刃(3)水平修光刃如图1-30c所示，模块二金属切削过程修光刃是在副切削刃靠近刀尖处磨出一小段κ=0°的平行刀刃。 (4)大圆弧刃如图1-30d所示，大圆弧刃是把过渡刃磨成非常大的圆弧形，它的作用相当于水平修光刃。 七、切屑的控制 1.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、附加档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，详见前述刃倾角的选择。 2.断屑的原理和屑形模块二金属切削过程(1)切屑在流出过程中遇到障碍物受到一个弯曲力矩而折断(如图1-31所示)切屑与卷屑阶台相碰后，受到F力作用，形成一个弯曲力矩，产生较大的弯曲应力而折断在卷屑槽内。1J31.tif模块二金属切削过程图1-32切屑与工件待加工表面相碰模块二金属切削过程图1-33切屑与工件过渡表面相碰模块二金属切削过程图1-34切屑与车刀后刀面相碰后折断(2)切屑在流动过程中靠自身重量甩断若切屑从前刀面流出过程中未与刀具或工件相碰，则有可能形成长的带状切屑，模块二金属切削过程或经卷屑槽形成螺旋形切屑后，靠自身重量甩断，如图1-35及图1-36。图1-35切屑未遇阻碍形成长的带状切屑模块二金属切削过程图1-36切屑在卷屑槽内形成螺旋状切屑模块二金属切削过程图1-37切削加工时产生的切屑形状3.影响断屑的因素模块二金属切削过程(1)卷屑槽(断屑槽)由图1-31可知，断屑槽宽度愈小，切屑卷曲的半径愈小，弯曲应力愈大，切屑容易在卷屑槽内折断或碰到工件后折断。图1-38卷屑槽的断面形状 a)折线型b)直线圆弧型c)全圆弧型d)反屑角?对?的影响模块二金属切削过程图1-39卷屑槽斜角 a)外斜式b)平行式c)内斜式(2)刀具几何角度在刀具几何角度中，模块二金属切削过程以主偏角和刃倾角对断屑和切屑的流向影响较大。 (3)切削用量进给量增加，切削厚度按比例增加，切屑卷曲半径减小，弯曲应力增加，切屑容易折断。 (4)工件材料工件材料的塑性、韧性愈大，强度愈高，愈不容易断屑。图1-40几种切削方式 a)刨削b)车内孔c)铣端面d)钻削模块二金属切削过程图1-41几种车刀 a)?=90°外圆车刀 b)?=45°弯头车刀(1)κr=90°外圆车刀的几何角度：κr=90°，γo模块二金属切削过程(2)κr=45°弯头车刀的角度：κr=κ′r=45°，γo= -5°，αo=α′o=6°，λs= -3°。
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