机械制造基础--第2章 金属切削加工及刀具的基本定义

第二章金属切削加工及刀具的基本定义2.1切削加工基本定义2.1.1切削运动按其所起的作用可以分为以下两种：1.主运动：使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本的运动，称为主运动。特点：速度高、消耗功率大。2.进给运动：使主运动能够继续切除工件上多余的金属以便形成工件表面所需的运动。（介绍各种加工方式的主运动和进给运动）主运动只有一个，进给运动可以有几个。3.背吃刀量属于切削用量三要素中的一个2.1.2工件表面1.待加工表面：工件上有待切除的表面2.已加工表面：工件上经刀具切削后形成的表面3.过渡表面（加工表面、切削表面）：工件上由切削刃形成的那部分表面，它在下一切削行程，刀具或工件的下一转里被切除，或者有下一切削刃切除。2.1.3切削用量（课本上太少）1.切削速度v：切削加工时，刀刃上选定点相对于工件的主运动的速度。刀刃上不同点的切削速度可能是不同的，比如车削。简单介绍不同加工方式的切削速度2.进给速度vf和进给量f进给速度：刀刃上选定点相对于工件的进给运动的速度。进给量是工件或刀具的主运动每转或每一行程时，工件和刀具两者在进给运动方向上的相对位移量简介不同加工方式的进给量每齿进给量af生产实际中把进给运动称为走刀运动，进给量称为走刀量3.切削深度ap（背吃刀量）:在包含主运动和进给运动的平面的垂直方向上测量的主刀刃和工件切削表面接触长度。外圆车削的切削深度等于已加工表面与待加工表面的垂直距离（见下页图）平面刨削的切削深度2.2切削刀具的基本定义2.2.1车刀切削部分的组成三面两刃一尖1.前刀面：刀具上切屑流过的表面。2.（主）后刀面：与工件上切削表面相对着的面。3.副后刀面：与工件上已加工表面相对着的面。4.主刀刃：前刀面与主后刀面相交得到的边锋，用以形成工件的切削表面，它完成主要的切除任务。5.副刀刃：前刀面与副后刀面相交而得到的边锋，它协同主刀刃完成金属切除工作，以最终形成工件的已加工表面。6.刀尖（过渡刃）：主刀刃和副刀刃的连接处，可以是小的直线段或圆弧。2.2.2刀具角度坐标平面参考系参考平面：1.基面:通过刀刃选定点垂直于切削速度向量的平面2.切削平面:包含刀刃选定点的切线和切削速度向量的平面以上两个参考平面的定义课本上没给，而且没、作任何交待，容易引起误解。标注平面3.主剖面(正交平面):过主刀刃选定点同时垂直于基面和切削平面的平面4.法剖面:过主刀刃选定点并垂直于主刀刃在选定点切线的平面5.切深剖面和进给剖面:过主刀刃选定点垂直于基面并分别平行于切深方向和进给方向主剖面参考系法剖面参考系切深进给剖面参考系主剖面参考系中的刀具标注角度1.基面内的角度:主偏角：在基面上测量的主刀刃的投影与进给方向的夹角副偏角：在基面上测量的副刀刃的投影与进给方向的夹角2.切削平面内的角度:刃倾角：在切削平面内主刀刃与基面的夹角3.主剖面内的角度:前角：在主剖面内测量的前刀面与基面的夹角后角：在主剖面内测量的后刀面与切削平面的夹角上述五个角度确定了主切削刃及前后刀面的位置,其中前角和刃倾角确定了前刀面的方位,主偏角和后角确定了后刀面的位置,主偏角和刃倾角确定了主切削刃的位置前角与刃倾角的正负的规定副后角,加上副后角才能完全确定三面两刃一尖派生角度:刀尖角余偏角楔角法剖面参考系中的角度:法向前角法向后角切深进给剖面参考系中的角度:前角和后角2.2.4刀具的工作角度1.横向进给的影响2.纵向进给的影响（课本上只有横向进给影响）公式相同，使前角增大后角减小。加工螺纹特别是多头螺纹时。oeooeoarctanwfd3.刀具安装高低的影响4.刀杆中心线与进给方向不垂直时的影响2.2.5切削层参数切削层：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称为切削层切削层参数就是指的这个切削层的截面尺寸，切削层参数的大小会影响到切削力、刀具磨损、表面质量和生产效率。通常在基面内测量。1.切削厚度ａc：在主刀刃选定点的基面内，垂直于切削表面度量的切削层尺寸，称为切削厚度。车外圆时，若车刀主刀刃为直线，切削层截面的切削厚度为：若车刀刃为圆弧或任意曲线，则对应于刀刃上各点的切削厚度是不相等的。sincraf2.切削宽度aw：在主刀刃选定点的基面内，沿切削表面度量的切削层尺寸称为切削宽度。当车刀主刀刃为直线时，外圆车削的切削宽度为：3.切削面积Ａc：在主刀刃选定点的基面内的切削层截面面积，称为切削面积。sinpwraaccwpAaafa2.3刀具材料2.3.1刀具材料应具备的性能1.高硬度2.高耐磨性3.足够的强度和韧性4.高耐热性5.具有良好的工艺性和经济性(到这里共用了四次课）刀具材料的分类参见表2.12.3.2高速钢高速钢是高合金钢，俗称白钢，风钢。高速钢的强度、韧性、工艺性均较好，热处理变形小，刃磨后切削刃比较锋利，可制造各种刀具，尤其是复杂刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、拉刀、齿轮刀具等。加工材料范围也很广泛，如钢、铁和有色金属等。1.普通高速钢具有一定的硬度和耐磨性，较高的强度和韧性，较好的塑性，可用于制作各种复杂刀具。常见牌号有Ｗ18Ｃr4VW6Mo5Cr4V2W9Mo3Cr4V2.高性能高速钢在普通高速钢内增加Ｃ、Ｖ的含量和添加Ｃo、Al等合金元素就得到高性能高速钢，可进一步提高耐热性和耐磨性。（1）钴高速钢：加入钴，可提高其高温硬度（2）铝高速钢：加入少量的铝不但提高了钢的耐热性和耐磨性，还能防止含碳量高引起的强度和韧性下降。3.粉末冶金高速钢将高频感应炉熔炼的高速钢液用高压惰性气体雾化成粉末，再经冷压或热压制成刀坯或钢坯，最后经轧制或锻制成材。优点是韧性、硬度较高，可磨削性好，材质均匀，热处理变形小，质量稳定可靠，故刀具寿命长，可切削各种难加工材料，特别适宜制造精密刀具和复杂刀具。2.3.3硬质合金1.硬质合金性质硬质合金是由硬度很高的金属碳化物和金属粘结剂以粉末冶金法制成的。硬度、耐磨性、耐热性都很高，但抗弯强度和冲击韧性较差，工艺性差。广泛应用于各种刀具。2.硬质合金的种类和牌号详见表2.3ＹＧ类、ＹＴ类、ＹＷ类3.硬质合金的选用ＹＧ类硬质合金抗弯强度高，冲击韧性好，主要用于加工铸铁、有色金属及非金属材料。耐热性差，不宜采用较高的切削速度。ＹＧ３、ＹＧ６、ＹＧ８。ＹＴ类硬质合金具有高的硬度和耐磨性，尤其具有高的耐热性，适宜高速切削钢料。韧性差，有冲击的情况下容易崩刃。ＹＴ5、ＹＴ15、ＹＴ30ＹＷ类硬质合金综合性能较好，除可加工铸铁、有色金属和钢料外，主要用于加工耐热钢、高锰钢、不锈钢等难加工材料。4.其他硬质合金（1）碳化钛基硬质合金：性能介于碳化钨基硬质合金与陶瓷之间，硬度高，耐磨性接近陶瓷。（2）超细晶粒硬质合金：指碳化物颗粒平均尺寸在1ｍ以下的钨钴类硬质合金，主要用于冷硬铸铁、淬硬钢、不锈钢及高温合金等加工。2.3.4其它刀具材料1.陶瓷刀具材料：主要有两大类，即氧化铝基陶瓷材料和氮化硅基陶瓷材料。陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性和耐热性。化学稳定性好，与刚不易亲和，抗粘结、抗扩散能力较强；具有较低的摩擦因数。加工表面粗糙度值较小。但抗弯强度低、抗冲击韧性差。主要用于高速精加工和半精加工冷硬铸铁、淬硬钢等。2.金刚石金刚石具有极高的硬度和耐磨性，是目前已知的最硬的物质。可以用于加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金。及耐磨塑料等高硬度高耐磨的材料。刀具耐用度比硬质合金可提高几倍到几百倍。金刚石的切削刃非常锋利，刃部粗糙度很小，摩擦系数低，切削时不易产生积屑瘤，加工表面质量很高。金刚石热稳定性差，不适于加工钢铁材料。主要用于磨具。3.立方氮化硼立方氮化硼有很高的硬度及耐磨性，已接近金刚石的硬度，而且其热稳定性比金刚石高得多，可用来加工高温合金。化学惰性大，与铁族金属在1300°也不起化学反应，因此可用来加工淬硬钢和冷硬铸铁。