2023年切削加工基础知识技巧归纳.doc

A thesis submitted toXXXin partial fulfillment of the requirementfor the degree ofMaster of Engineering第三十章 切削加工基本知识 切削加工是运用切削刀具从毛坯上切除多出材料，以获得所需形状、尺寸精度和表面粗糙度加工措施。 切削加工在工业生产中占有非常重要地位，除了少数零件可以用铸造和铸造获得外，大某些零件都要通过切削加工。登记表明，金属切削加工工作量占机器制造总工作量4060。金属切削加工与其她加工措施相比重要有如下长处： 1、切削加工可获得相称高尺寸精度和很小表面粗糙度磨削外圆精度最高可高达IT5IT7级,粗糙度Ra=0.10.8m,镜面磨削粗糙度甚至可达0.006m,而最精密压力铸造只能到达IT9IT10,R=1.63.2m。. 2.切削加工几乎不受零件材料、尺寸和重量限制 目前尚未发现不能切削加工金属材料.实际上,波及橡胶、塑料、木材这些非金属材料在内，也都可进行切削加工，这是任何其他冷热加工措施都无法做到.金属切削加工尺寸可小至不到0.1mm,大至几十米,重达几百吨. 金属切削加工可分为钳工和机械加工。钳工内容在金工实习中简介，本章只简介机械加工内容，机械加工是通过操纵机床对工件进行切削加工，其生产效率高，加工质量好，是现代金属加工重要方式。第一节 切削加工基本概念 切削运动和切削要素在切削过程中是两个常常碰到概念，因而必要对旳理解。一、切削运动（表面成型运动）切削加工是靠刀具和工件之间相对运动来实现。刀具和工件之间相对运动叫切削运动，它波及主运动和进给运动。1主运动是切除工件表面多出材料基本运动，在切削运动中一般线速度最高，所消耗功率也最多。例如车削时工件旋转运动；钻削时刀具旋转运动；刨削时工件与刀具相对往复运动等都属于主运动。 2进给运动是使工件未被切除多出材料不停被切除运动，又称走刀运动。通过进给运动便可以切削出要加工表面。进给运动速度一般远远不不小于主运动速度。例如，车削外圆时车刀纵向移动；钻孔时钻头轴向移动；铣平面时工件纵向移动；牛头刨床刨削时工件横向间歇移动等都属于进给运动。 机床除上述运动外，其他运动均称为辅助运动。如：进刀运动、退刀运动、分度运动、工作台升降等。二、切削要素 切削要素指切削用量和切削层几何参数。切削加工时在工件上形成三个表面： 待加工面，是工件上等待切除一层材料表面； 已加工表面，是工件上经切削后产生表面； 加工面，正被刀具切削表面，它是待加工面和已加工表面之间过渡面。 1、切削用量 切削用量波及切削速度、进给量、与切削深度。要完毕切削，这三者缺一不可，故又称为切削用量三要素。 （1）切削速度指主运动线速度，当主运动是旋转运动时，式中 切削速度，m/min； D-工件待加工表面直径，mm； n-工件转速，r/min。 （2）进给量f（又称为走刀量） 指刀具在进给运动方向上相对工件移动距离。可用刀具或工件每转或每行程位移量来体现。例如，车削时进给量为工件每转刀具沿进给方向位移量，单位mm/r,刨削时进给量指工件或刀具每往复一次，两者在进给方向相对位移，单位mm/str(毫米/每往复行程) （3）切削深度ap 指待加工表面与已加工表面垂直距离。例如车削外圆时切削深度是待加工表面与已加工表面半径差。 2、切削层几何参数 切削层几何参数波及切削宽度、切削厚度和切削面积。它比进给量、切削深度更能直观地反应，切削刃单位长度负荷以及切削刃工作长度变化。如图30-2所示。 （1）切削宽度 沿刀具主切削刃所量得切削层尺寸，即切削刃参与切削工作长度，单位为mm。外圆纵车时：式中 刀具主切削刃和工件轴线之间夹角。 （2）切削厚度 刀具或工件每移动一种进给量后，刀具主切削刃相邻两个位置间垂直距离，单位为mm。（3）切削面积 切削层横截面面积，单位为mm2。 由以上公式可以看出，决定大小。伴随减小而增大，而伴随减小而减小.第二节 切削刀具金属切削刀具重要由刀头和刀体构成，刀头承担切削任务，刀体用来夹持刀头。选用合适刀具对切削加工极为重要，选用刀具重要考虑材料和角度两个原因。一、刀具材料 1对刀具材料规定 （1）较高硬度 其硬度应高于工件材料硬度，常温硬度在HRC60以上。 （2）良好耐磨性 使刀具工作时间延长，提高生产率。 （3）足够强度和韧性 以保证对切削抗力、冲击力与振动有足够承受能力。 （4）高耐热性（又称红硬性） 能在高温下维持切削所需硬度、耐磨性、强度和韧性。除上述基本切削性能外，还应有良好工艺性和导热性。2、刀具常用材料 （1）合金工具钢 有较高热硬性，耐热温度在2200C左右，切削速度约在810m/min之间，但价格低廉，常用来制造形状复杂低速刀具，如铰刀、丝锥和板牙等。 （2）高速工具钢 其高温硬度、耐磨性都比合金工具钢好，耐热温度在5600C左右，其热处理后硬度可到达HRC6366，切削速度可达30m/min左右。由于其热处理性能好，有较高强度和良好刃磨性，被广泛用于制导致形车刀、铣刀、钻头和拉刀等多种机用刀具。目前应用最多材料是W18Cr4V。 （3）硬质合金 是由碳化钨、碳化钛和钴等材料用粉末冶金措施制成合金。其硬度可达HRA89-92.5（相称于HRC70-75），能耐温度达850010000C，耐磨性很好。切削速度是高速钢4-10倍，但抗弯强度仅为高速钢1/3，怕冲击振动。一般是将硬质合金刀片固定在刀体上使用，目前硬质合金已成为重要刀具材料之一。 根据GB2075-87，切削用硬质合金按其排屑形式和加工对象范围。分为三类，分别以字母P、M、K体现。P-适于加工长切屑黑色金属，以蓝色作标志。M-适于加工长切屑或短切屑黑色金属和有色金属，以黄色作标志。K-适于加工短切屑黑色金属、有色金属合非金属材料，以红色作标志。P类硬度、耐磨性较高，韧性较差。K类韧性较高，硬度、耐磨性略低。M类综合性能很好。表30-1列出了分组代号及应用范围，供实际工作中参照。 每个类别分组代号中，数字愈大，耐磨性愈低，而韧性愈高，则进给量可选得大些，而切削速度应选得小些。伴随科学技术发展，刀具材料不停更新。出现了某些新刀具材料，如钴高速钢，粉末冶金高速钢，钢结硬质合金。人造金刚石，立方氮化硼（CBN）等。二、刀具几何形状刀具几何形状重要指切削某些几何形状，波及切削某些构成、辅助平面、切削某些几何角度等内容。下面以一般外圆车刀为例加以阐明。其他刀具都可看作由车刀演化而来。 1、车刀切削某些构成 如图304a所示 （1）前刀面切屑流出时首先接触表面。为使切屑卷曲、折断，切削塑性材料时，刀具前刀面一般磨有断屑槽，如图30-4b所示。前刀 面可为平面，也可为曲面。 （2）主后刀面 切削时，刀具上与工件加工表面相对着表面。 （3）副后刀面 切削时，刀具上与工件已加工表面相对着表面。 （4）主切削刃 前刀面与主后刀面交线，它肩负着重要切削工作。（5）副切削刃 前刀面与副后刀面交线，它只肩负少许切削工作。（6）刀尖 主切削刃和副切削刃交点。为增强刀尖强度和耐磨性，刀尖常常修磨成一段很小直线或圆弧。由上述可知，车刀切削某些构成，可以简称为“三面、两刃、一尖”。此外，刀具上还常磨有过渡刃、修光刃及负倒棱。2、辅助平面。为确定车刀各刀面和刀刃空间位置，度量车刀几何角度，引入三个互相垂直辅助平面作为基准面和测量面。基面P 通过切削刃选定点，并垂直于该点切削速度方向平面。切削平面Ps 通过切削刃上选定点，与工件加工表面相切，且垂直于该点基面平面。主剖面P0 通过主切削刃上选定点，垂直于基面和切削平面平面，该平面是为了测量刀具几何角度。副剖面P0 通过副切削刃上选定点，垂直于基面和切削平面平面。切削刃上同一点切削平面与基面垂直，构成了确定刀具几何角度坐标平面系，如图30-5所示。3、车刀切削某些几何角度 如图30-6所示建立主剖面参照系，在主剖面0-0（P。）上测得角度：（1）前角 前刀面与基面夹角。它反应前刀面倾斜程度。前角越大，刀具越锋利，切削越轻快。但前角大会减少刀头某些强度，切削过程中，轻易崩刃。因而在保证刀头强度前提下，尽量选用大某些前角。根据工件材料和刀具材料，一般为50200。（2）后角 主后刀面与切削平面夹角。后角重要作用是减少刀具与加工表面摩擦。但过大会减少刀头强度，散热变差。粗加工等重要考虑强度场所，取较小后角为3060，精加工等重要考虑减小摩擦场所，取较大后角为60120（3）楔角 前刀面与主后刀面夹角。在基面上测量角度：（4）主偏角 主切削刀在基面上投影与进给方向之间夹角。它决定了主切削刀工作长度、刀尖强度和径向力。主偏角较小时，切削宽度增长，切削厚度减薄，主切削刀工作长度增长，刀具磨损较小、耐用。但轻易引越振动，增大径向力，顶弯细长工件，影响加工精度。一般300900 最常用是450。（5）副偏角 副切削刃在基面上投影与进给相反方向之间夹角。它可以减少副切削刃与已加工表面间摩擦。减小副偏角，可使表面粗糙度Ra值减小，一般50150。（6）刀尖角 主、副切削刃在基面上投影夹角。它反应了刀尖强度和散热条件。在切削平面内测量角度：（7）刃倾角 主切削刃与基面之间夹角。它重要影响刀头强度和排屑方向，变化刀头受力状况。粗加工时，为了提高刀头强度常取负值；粗加工时，为了不使切屑划伤已加工面取正值，如图30-7所示。一般为-50100。此外，在过副切削刃上选定点副切削面内，尚有副后角和副前角，其定义参照前角和后角定义。第三节 切削过程中物理现象在金属切削过程中，伴随着许多物理现象，如滞流、切削力、切削热、刀具磨损等。一、切屑 1切屑形成 切屑是刀具挤压工件使工件表面一层金属产生一系列变形而形成。切削塑性材料时一般通过挤压滑移、挤裂、切离四个阶段形成切屑。切削脆性材料时不通过滑移阶段。（1）挤压阶段 刀具挤压工件使接触处金属产生弹性变形。（2）滑移阶段 刀具挤压工件并使金属内部应力到达材料屈服极限，发生塑性变形。（3）挤裂阶段 刀具挤压工件并使金属内部应力到达材料强度极限，产生裂痕而被挤裂。（4）切离阶段 被挤裂金属脱离工件而形成切屑。 2切屑种类 如图30-8所示（1）带状切屑 切削较软塑性材料时，采用高切削速度和小进给量时得到，或采用低切削速度和，而车刀前角较大时形成带状切屑。（2）节状切屑 在粗加工较硬钢材时，采用大进给量和高切削速度，而刀具前角较小时形成节状切屑。（3）粒状切屑 在加工脆性材料时形成粒状切屑。 不一样切屑对工件和刀具影响也不一样，带状切屑形成过程较平稳，工件表面质量很好，但易刮伤工件；粒状切屑是断续产生，会使刀具产生振动，减少工件表面质量，刀尖冲击较大，轻易损坏刀刃。二、积屑瘤 切削塑性材料时，常在切削刃上粘附着一小块很硬金属，其组织性能与刀具、工件材料均不相似，这块金属称为积屑瘤。在切削过程中，前刀面、刀刃和切屑形成一种小楔形区，这里压力大、温度高。切屑从刀具前刀面流出时切屑底层受前刀面摩擦，使流动速度减少，这层金属称为滞流层。当摩擦阻力大到一定值，就会使切屑底层金属一小某些粘结到刀具前刀面切削刃处，形成了积屑瘤。硬度约为工件硬度1.5-2.5倍，粘附在切削刃上保护了切削刃，并增大了前角。在粗加工时，这是有利。但由于积屑瘤不稳定，时隐时现，时小时大，并轻易粘到工件表面上，引起振动，使工件表面粗糙度加大。因而，精加工时，应防止产生积屑瘤。切削速度对积屑瘤影响较大，当切削速度到达某一值附近，积屑瘤最大，切削速度深入提高，积屑瘤则随之减小。因而，为防止积屑瘤产生，可以采用较高或较底切削速度；使刀面粗糙度较小或加切削液以减小摩擦系数；增大前角，减少进给量以减小切削厚度等措施。三、加工硬化 由于刀具切削刃有一定刃口圆弧半径（约为0.0120.032mm如图30-10所示，成果使工件已加工面受到刀具刃口圆弧推压和后刀面挤压、摩擦作用，产生强烈塑性变形，导致表面硬化。一般硬化层硬度可达原工件1-2倍，深度在0.02-0.03mm。这种再切削材料时，通过加工表面硬度增长塑性下降现象称加工硬化。 表面加工硬化，常引起工件表面产生细小裂纹，使工件疲劳强度下降，表面粗糙度增长，使下道工序加工增长困难。因而，常采用增大刀具前角，提高切削速度，使用切削液等措施，减少加工硬化。四、切削力 切削时所产生刀具与工件之互相作用力叫切削力。1、切削力来源 切削时，被刀具挤压金属层及切屑由于变形而产生抗力，该抗力以正压力形式作用于刀具前刀面，是切削力重要某些。构成切削力其她某些波及切屑和前刀面摩擦力；加工表面对背面正压力和摩擦力；已加工表面对副后刀面正压力和摩擦力。在这三对力中，正压力均来源自工件及切屑弹、塑性变形，摩擦力则来自工件与刀具工件相对运动。如图30-11所示。三对力合力即为总切削力，简称为切削力。总切削力作用于刀具上部位和方向如图30-12所示。2、切削分力为了设计计算中需要及便于测量，将总切削力，分解成三个互相垂直分力、。（1）走力抗力 其方向与进给方向相反。车削外圆时为轴向分力。它是机床给进机构强度设计原始数据。（2）吃力抗力 其方向与吃刀方向相反。车削外圆时，为径向分力。其反作用力有将工件顶弯趋势，对细长轴工件将影响工件加工精度。增大主偏角，可以减少径向力。（3）主切削力 它垂直于基面，与切削速度方向一致。是最大分力。所消耗功率约占机床总功率90%以上，是计算机床主传动系统零件强度、刚度，夹具夹紧力重要根据。由于刀具角度、切削用量不一样，和相对于比值在一定范围内变化。=（0.150.7）；=（0.10.6）五、切削热 切削时所消耗功几乎所有转化为热能。切削热重要来源有： （1）内摩擦热 在切削过程中，工件（在切削区）和切屑弹、塑性变形产生热。 （2）外摩擦热 切屑与刀具前面、加工表面与刀具背面、已加工表面与刀具副背面之间摩擦所产生热。 切削热使工艺系统温度升高。使刀具硬度减少，导致刀具很快摩损；还也许变化工件金相组织；使工件膨胀变形，影响测量及加工精度，对大尺寸，薄壁及细长工件影响更大。 可见，减少切削热减少切削温度对加工精度是十分重要。一般来说，所有减小切削力措施均可减少切削热，但冷却润滑重有效。采用充足合理冷却润滑，除可减少摩擦而减少切削热外，还可带走大量切削热，从而使工艺系统温度明显减少。六、刀具耐用度 刀具使用一段时间后就会变钝，必要重新刃磨后才能使用。咱们把两次刃磨之间实际切削时间称刀具耐用度，单为是分钟。观测磨损刀具，根据刀具磨损部位不一样可分为后刀面磨损、前刀面磨损和先后刀面磨损，刀具磨损是不可防止。在初级磨损阶段，刀具背面不平处被很快磨平，粗糙度减小。此后便进入了缓慢正常磨损程度。刀具背面磨损到一定程度，切削刃钝化严重，切削温度较快地升高，使工件表面粗糙增大并出现振动，于是开始了急剧磨损阶段，如图30-14所示。影响刀具耐用度原因诸多，如刀具材料、刀具角度、切削用量和冷却润滑状况等。其中以切削速度影响最大。在实际生产中一般根据生产经验人为地规定多种刀具耐用度即刀具使用时间，保证最低生产成本耐用度。第四节 工件材料切削加工性 工件材料切削加工性是指工件材料在切削加工时难易程度。这是材料工艺性能一种重要方面。它对保证加工质量提高劳动生产率有很大影响。假如某种材料被切削加工时，容许切削速度高，刀具耐用度高，加工质量轻易保证，切削力小，易断削，则咱们说这种材料切削加工性好，反之则差。实际上，没有那种材料能同步满足上述各项指标。因而，在科研和生产中，常常只取Vt或Kr来衡量切削加工性好坏。 1、Vt Vt含义是：当刀具耐用度为t分钟时，切削某种材料所容许切削速度。显然，Vt越高，材料切削加工性越好。 一般材料常用V60来衡量切削加工性，难加工材料也有用V30或V15来衡量，其中下标“60”、“30”、“15”即指耐用度t. 2、Kr 用Vt衡量时不易看出材料切削加工性相对程度，此时可用相对加工性Kr来衡量。Kr定义是：假如以b=736MPa45号钢V60作基准，计作（V60）j，则其她材料V60同（V60）j比值即称为相对加工性，记作Kr。Kr=V60/（V60）j 材料可切削性并非一成不变，根据生产批量大小，在不影响工件使用性能前提下，可通过恰当调整材料化学成分或恰当热处理来改善材料加工性，实际生产中常常采用后者。