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第2章金属切削原理与刀具2.1金属切削过程2.1.1切削层与切削参数2.1.2切削过程2.1.3影响切削变形的因素2.2切削过程的基本规律2.2.1切削力2.2.2切削热与切削温度2.2.3刀具磨损和耐用度2.3切削参数的选择2.3.1刀具几何角度2.3.2刀具几何参数的合理选择2.3.3切削用量的选择2.4切削过程基本规律的应用2.4.1切屑的控制2.4.2材料的切削加工性2.4.3切削液2.5刀具材料2.5.1刀具材料的基本要求2.5.2普通刀具材料2.5.3特殊刀具材料2.5.4涂层刀具？？？夹具的选用？？夹具的选用？？夹具的选用？夹具l一夹具体；2一压板；3、7一螺母；4、5一垫圈：6一螺栓；8一弹簧；9一定位键；10一菱形销；11一圆柱销？夹具？夹具？夹具的选用？夹具l一长方形基础板；2一方形支撑件；3一菱形定位盘；4一快换钻套；5一叉形压板；6一螺栓；7一手柄杆；8一分度合件？夹具的选用2.1金属切削过程2.1.1切削层与切削参数金属切削的过程：刀具与工件相互运动、相互作用的过程。切削层：在切削过程中，刀具的刀刃在一次走刀中从工件待加工表面切下的金属层。切削层参数：切削层的截面尺寸。主运动：使工件与刀具产生相对运动而进行切削的最主要的运动。主运动特点是运动速度最高，消耗功率最大。主运动一般只有一个。进给运动：保证金属的切削能连续进行的运动。进给运动的特点是运动速度低，消耗功率小。进给运动可以有几个，可以是连续运动，也可以是间歇运动。切削用量切削速度（υc）：刀刃上选定点相对于工件的主运动速度称为切削速度。进给量（f）：工件或刀具每转或每一行程时，工件和刀具在进给运动方向的相对位移量。背吃刀量（ap）：它是在与主运动和进给运动方向所组成的平面相垂直的方向上测量的工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离。如图的外圆的车削运动。υc为切削刃某点切削速度，υf为同一点的进给运动速度，υe为两个运动的合成速度。外圆车削的切削运动与加工表面1．车削切削层参数（1）切削层公称厚度hD：在主切削刃选定点的基面内，垂直于过渡表面的切削层尺寸。切削层截面的切削厚度为：hD＝fsinκr（2）切削层公称宽度bD切削层公称宽度bD：在主切削刃选定点的基面内，沿过渡层表面度量的切削层尺寸切削层截面的公称切削宽度为：bD＝ap/sinκr切削层公称横截面积AD：在主切削刃选定点的基面内，切削层的截面面积。车削切削层公称横截面为：AD＝hDbD＝fap2．铣削切削层参数（1）切削层公称厚度hD：在基面内度量的相邻刀齿主切削刃运动轨迹间的距离切削层厚度为：hD＝ab=acsinΦ＝fzsinΦ（2）切削层公称宽度bD：铣削的切削层公称宽度是指主切削刃与工件切削面的接触长度(近似值)。铣削的背吃刀量：平行于铣刀轴线方向度量的被切削层尺寸bD＝ap（3）切削层公称横截面积AD：切削厚度与背吃刀量的积：AD＝hDbD2.1.2切削过程金属在加工过程中会发生剪切和滑移，图2-4表示了金属的滑移线和流动轨迹，其中横向线是金属流动轨迹线，纵向线是金属的剪切滑移线。图2-5表示了金属的滑移过程。由图可知，金属切削过程的塑性变形通常可以划分三个变形区。1．金属切削过程的变形（1）第一变形区：切削层金属从开始塑性变形到剪切滑移基本完成的过程区。OA与OM之间的区域就是第一变形区Ⅰ。第一变形区是金属切削变形过程中最大的变形区，在这个区域内，金属将产生大量的切削热，并消耗大部分功率。此区域较窄，宽度仅0.02～0.2㎜。（2）第二变形区产生塑性变形的金属切削层材料经过第一变形区后沿刀具前刀面流出，在靠近前刀面处形成第二变形区。在这个变形区域，由于切削层材料受到刀具前刀面的挤压和摩擦，变形进一步加剧，材料在此处纤维化，流动速度减慢，甚至停滞在前刀面上。而且，切屑与前刀面的压力很大，高达2～3GPa，由此摩擦产生的热量也使切屑与刀具面温度上升到几百度的高温，切屑底部与刀具前刀面发生粘结现象。粘结现象时的摩擦状况（3）第三变形区金属切削层在已加工表面受刀具刀刃钝圆部分的挤压与摩擦而产生塑性变形部分的区域。刀刃钝圆情况下已加工表面的形成过程切屑经过刀刃钝圆B点后，受到后刀面BC段的挤压和摩擦，经过BC段后，这部分金属开始弹性恢复，恢复高度为△h，在恢复过程中又与后刀面CD部分产生摩擦，这部分切削层在OB，BC，CD段的挤压和摩擦后，形成了已加工表面的加工质量。所以说第三变形区对工件加工表面质量产生很大影响。2．积屑瘤的形成及对加工影响概念：在一定的切削速度和保持连续切削的情况下，加工塑性材料时，在刀具前刀面常常粘结一块剖面呈三角状的硬块，这块金属被称为积屑瘤。积屑瘤的成因：当金属切削层从终滑移面流出时，受到刀具前刀面的挤压和摩擦，切屑与刀具前刀面接触面温度升高，挤压力和温度达到一定的程度时，就产生粘结现象，也就是常说的“冷焊”。切屑流过与刀具粘附的底层时，产生内摩擦，这时底层上面金属出现加工硬化，并与底层粘附在一起，逐渐长大，成为积屑瘤，如图2-9所示。积屑瘤的产生与不但与材料的加工硬化有关，而且也与刀刃前区的温度和压力有关。积屑瘤对金属切削过程产生的影响：（1）实际刀具前角增大（2）实际切削厚度增大（3）加工后表面粗糙度增大（4）切削刀具的耐用度降低（1）实际刀具前角增大刀具前角γo指前刀面与基面之间的夹角，其概念将在后节详细论述。如图所示，由于积屑瘤的粘附，刀具前角增大了一个γb角度，如把切屑瘤看成是刀具一部分的话，无疑实际刀具前角增大,现为γo＋γb。刀具前角增大可减小切削力，对切削过程有积极的作用。而且，切削瘤的高度Hb越大，实际刀具前角也越大，切削更容易。（2）实际切削厚度增大由图2-9可以看出，当切削瘤存在时，实际的金属切削层厚度比无切削瘤时增加了一个△hD，显然，这对工件切削尺寸的控制是不利的。值得注意的是，这个厚度△hD的增加并不是固定的，因为切削瘤在不停变化，它是一个产生，长大，最后脱落的周期性变化过程，这样可能在加工中产生振动。（3）加工后表面粗糙度增大积屑瘤的变化不但是整体，而且积屑瘤本身也有一个变化过程。积屑瘤的底部一般比较稳定，而它的顶部极不稳定，经常会破裂，然后再形成。破裂的一部分随切屑排除，另一部分留在加工表面上，使加工表面变得非常粗糙。可以看出，如果想提高表面加工质量，必须控制积屑瘤的发生。（4）切削刀具的耐用度降低从积屑瘤在刀具上的粘附来看，积屑瘤应该对刀具有保护作用，它代替刀具切削，减少了刀具磨损。积屑瘤的粘附是不稳定的，它会周期性的从刀具上脱落，当它脱落时，可能使刀具表面金属剥落，从而使刀具磨损加大。对于硬质合金刀具这一点表现尤为明显。问题某工厂车工师傅在粗加工一件零件时，他采用了在刀具上产生积屑瘤的加工方法，而在精加工时，他又努力避免积屑瘤的产生，请问这是为什么？在防止积屑瘤方面，你认为能用哪些方法。回答1、根据本节积屑瘤对加工的影响分析可知，积屑瘤能增大刀具实际前角，使切削更容易，所以这位师傅在粗加工时采用了利用积屑瘤的加工方法，2、积屑瘤很不稳定，它会周期性地脱落，这就造成了刀具实际切削厚度在变化，影响零件的加工尺寸精度。3、积屑瘤的剥落和形状的不规则又使零件加工表面变得非常粗糙，影响零件表面光洁度。所以在精加工阶段，这位师傅又努力避免积屑瘤的发生。避免积屑瘤的发生的措施①、首先从加工前的热处理工艺阶段解决。通过热处理，提高零件材料的硬度，降低材料的加工硬化。②、调整刀具角度，增大前角，从而减小切屑对刀具前刀面的压力。③、调低切削速度，使切削层与刀具前刀面接触面温度降低，避免粘结现象的发生。或采用较高的切削速度，增加切削温度，因为温度高到一定程度，积屑瘤也不会发生。⑤、更换切削液，采用润滑性能更好的切削液，减少切削摩擦。2.1.3影响切削变形的因素1．工件材料2．刀具几何参数3．切削速度4．切削厚度1．工件材料通过试验，可以发现工件材料强度和切屑变形有密切的关系。从图可以看出，随着工件材料强度的增大，切屑的变形越来越小。变形系数材料强度σζ图2-10材料强度对变形系数的影响2．刀具几何参数由图2-7可以看到，当刀具前角γO增大时，沿刀面流出的金属切削层将比较平缓的流出，金属切屑的变形也会变小。通过对高速钢刀具所作的切削试验也证明了这一点。在同样的切削速度下，刀具前角γO愈大，材料变形系数愈小。刀尖圆弧半径对切削变形也有影响，刀尖圆弧半径越大，表明刀尖越钝，对加工表面挤压也越大，表面的切削变形也越大。3、切削速度由图2-11可以看出，随切削速度变化的材料变形系数曲线并不是一直递减，而是在某一段有一个波峰，这实际是积屑瘤产生的影响。所以切削速度对材料变形的影响分为两个段，一个是积屑瘤这一段，另一个是无积屑瘤段。积屑瘤段情况切削速度对切屑变形的影响主要是通过积屑瘤对切屑变形的影响来实现的。在积屑瘤增长阶段，积屑瘤随着切削速度的增大而增大，积屑瘤越大，实际刀具前角也越大，切屑的变形相对减少，所以在此阶段，切削速度增加时，材料变形系数ξ也减少。随着速度的增加，积屑瘤增大到一定程度又会消退，在消退阶段，积屑瘤随着切削速度的增加而减小，同时，实际刀具前角也减小，材料的变形将增大，在积屑瘤完全消退时，材料变形将最大。在无积屑瘤段材料变形系数是随着切削速度的增加而减小。主要是因为塑性变形的传播速度比弹性变形的慢，速度低时，金属始剪切面为OA，当速度增大到一定值时，金属流动速度大于塑性变形速度，在OA面金属并未充分变形，相当于始剪切面后移至OA`面（见图2-12），终剪切面OM也后移至OM`，第一变形区后移，使得材料变形系数减小。另外，速度越大，摩擦系数减小，材料变形系数也会减小。4．切削厚度如图2-11所示，显示了进给量（即切削厚度）对切屑变形的影响。在无积屑瘤段，进给量f越大，材料的变形系数ξ越小。