金属切削原理及刀具-备课笔记.pdf

备课笔记学科金属切削原理与刀具班级 09机械制造 _内蒙古科技大学机械工程学院绪 论教学目的1.明确本课程的基本内容和性质2.掌握学习本课程的基本要求教材分析重点：本课程的基本内容 难点：本课程的基本内容课时安排0.5课时教学方法讲授法教学内容一、本课程的内容金属切削原理与刀具这门课，原理讨论的是金属切削加工过程 中的主要物理现象的变化规律，以及对规律的控制及应用；刀具是要我 们学习常用金属切削刀具的选择、使用以及常用非标准刀具的设计。1.金属切削原理这部分内容以车削为主，系统阐明了有关问题，而对钻削、铳削及 磨削则侧重于特殊性方面的说明。有关共同性的问题采用概略提示（几 何角度、切削力等）或省略（切削温度、刀具磨损等）的方法。2.金属切削刀具常用刀具的合理选择与使用 对车刀、孔加工刀具、铳刀、螺纹刀 具及齿轮刀具等是生产中常用的刀具，在介绍这些刀具的种类、结构特 点与应用的同时，着重阐明其切削刃（或前、后刀面）的形成方法和刃 磨方法。常用非标准刀具的设计对成形车刀、机用钱刀、成形铳刀和拉刀等 非标准刀具，在介绍它们的设计时，以该刀具的主要结构要素为基点，阐明它们在设计时应该考虑的主要问题。数控加工用刀具介绍对数控加工用刀具与工具的标准化模块化的 结构体系；予调等作了扼要介绍。二、本课程的性质根据所学专业的教学计划基本课程的教学大纲的规定，本课程是一 门专业基础课，为培养与机制方面有关的应用型人才服务，为本专业的 其他专业课如金属切削机床、机械制造工艺学及机械加工技术 等提供必要的基础知识。三、学习本课程的要求1.具有正确图示和选择刀具合理几何参数的能力。2.基本掌握切削过程中的主要物理现象的变化规律和应用及控制方 法，具有解决实际生产问题的能力。3.具有根据具体要求选择使用常用刀具，以及设计一般非标准刀具的 能力。课后小结学生对于这门课的任务有了明确的认识，对于这门课的内容有了感 性的了解。第一章基本定义教学目的1.了解金属切削过程，掌握金属切削运动，能够区分主运动与进给运 动以及切削加工后形成的三个表面2.熟悉刀具结构，掌握刀具结构的“三面两刃一尖”及刀头的六大主 要角度3.理解切削用量和切削层参数，并能够运用公式进行计算教材分析重点：切削运动与刀具几何角度 难点：刀具几何角度教学进度第一节切削运动及形成的表面.0.5课时第二节刀具切削部分的几何角度.1课时第三节切削用量与切削层参数.1课时第一节切削运动及形成的表面教学要求L了解金属切削过程，掌握金属切削运动，能够根据各自的特点区分 主运动与进给运动2.掌握切削加工后形成的三个表面教材分析重点：能够判断出主运动与进给运动 难点：判断主运动与进给运动课时安排0.5课时教学方法讲授法教学内容一、切削运动金属切削运动，是指刀具从工件表面上切除多余的金属层，并形成 合乎要求的表面（即合乎精度、形状、表面质量上的要求）的运动。切削时，通常切削运动按其所起的作用可分为两种：主运动和进给 运动。如图所示。“工”、/外圆车削的切削运动与加工表面平面刨削的切削运动与加工表面1.主运动切削过程中速度最高、消耗功率最多的运动。比如：车削外圆时工件旋转运动，刨削平面时刀具直线往复运动。主运动由刀具或工件来完成，其形式可以是旋转运动或直线运动，但每 种切削加工方法的主运动只有一个。主运动的速度即为切削速度，用匕表示，单位是m/min或m/So值得注意的是以后一提到切削速度就知道是主运动的速度。2.进给运动使新的金属层不断投入切削，以便切除工件表面上全部余量的运动。表示方法/（1）进给速度,（mm/min或mm/s）12）进给量/（单位mm/r）表示。进给运动的速度和消耗的功率都要比主运动小得多。比如：车削外圆时车刀的纵向连续直线进给运动；刨削平面时工件 的间歇直线进给运动。进给运动形式可以是直线运动、旋转运动或两者的组合，也可以是 连续的或是断续的。由工件或刀具来完成进给运动，但进给运动可能不 只一个。3.合成切削运动进行切削时，主运动与进给运动同时进行。这时，刀具切削刃上一 点相对于工件的合成运动称为合成切削运动，用合成切削运动方向乜表 Zj 0Ve=VfVc（是矢量相加，而不是大小相加）丸d 由于匕切削刃上各点速度匕不等，由此可推出合成切削速 c 1000 c度！在各点上的大小和方向也不相等。对于外圆车刀来讲，直径d大的地方合成速度匕也大。二、工件上的几个表面小 结布置作业在切削过程中，工件彳待加r表面1进给运动/j nDi.待加工表面：即将及2.过渡表面：切削刃j3.已加工表面：切削后切削运动是直接完成1 包括主运动和进给运动。渡表面和已加工表面。殳切 三在 弓形邪 切肖三个不断变化的表面过渡表面,已加工表面田运动除的表面；切削的表面；成的新表面。出口工余量任务，形成所需零件表面的运动，U加工后会形成三个表面，待加工表面、过课后小结学生能够掌握切削运动的这两种主要运动形式，通过做练习巩固了 对概念的掌握，能够根据不同的切削方式得到切削过程形成的不同表面。教学要求教材分析课时安排 教学方法 教学内容第二节刀具切削部分的几何角度1.了解车刀切削部分的组成2.掌握刀具切削部分的几何角度重点：刀具切削部分几何角度难点：刀具切削部分几何角度1课时图示法、讲授法同学们想一想，为什么要以外圆车刀为例？切削刀具的种类繁多，形状各异。但从切削部分的几何特征上看，却具有共性。外圆车刀切削部分的基本形态可作为其他各类刀具的切削 部分的基本形态。其他各类刀具是在这个基本形态上演变出各自的特点，所以本节以外车刀切削部分为例，给出刀具几何参数方面的有关定义。一、车刀切削部分的组成车刀由刀杆和刀头组成，也就是刀体和切削部分。刀体用于安装，切削部分用于进行金属切削加工。万（演车刀切削部分的组成切削部分的组成：L前刀面（Ay，切屑流经的刀面；2.后刀面（A4）：与过渡表面相对的刀面；3.副后刀面（A；）：与已加工表面相对的刀面；4.主切削刃（S）：前后刀面的交线，担负主要的切削工作，也称主 切削刃或主刀刃；5.副切削刃（S）：前面与副后刀面的交线，配合切削刃完成切削工 作，并形成已加工表面，也称副刀刃；6.刀尖：主副刀刃的交点，它可以是一个点、直线或圆弧。由此可看出：外圆车刀切削部分的特点是“321”；即3面2刃1尖。而切断刀切削部分的特点是“432”。即4面3刃2尖。二、刀具标注角度参考系刀具要从工件上切下金属，就必须是它具备一定的切削角度，也正 是由于这些角度才决定了刀具切削部分各表面的空间位置。为了确定切 削部分各刀面在空间的位置，要人为的建立基准坐标系。要建立坐标系，首先应建立坐标平面。以这些坐标平面为基准，建立坐标系，这些平面 称为基准坐标平面。（-）基准参考平面1.假定运动方向在建立基准坐标平面以前，首先要做两点假设：（1）假定主运动方向选定切削刃上一点，垂直于车刀刀杆底面；（2）假定进给运动方向以切削刃上选定点的进给运动方向作为假定进给运动方向，平行于 车刀刀杆底面。2.基准参考平面有了这两点假设，我们就好定义基准坐标平面了。基准坐标平面基面小 二者以切削速度匕为依据Y 下L切削平面Ps（DM Pr：过切削刃上的选定点，垂直于切削主运动方向的平面。特点：Pr刀杆底面。进给方向在Pr内。（2）切削平面ps：过切削刃上的选定点，包括切削刃或切于切削刃（曲面刃）且垂直于基面Pr的平面。特点：Psi刀杆底面，匕方向在Ps内。Ps，Pr。V/不垂直于Ps。（二）刀具标注角度参考系及其角度1.正交平面参考系（Ps-Po）（1）正交平面Po过切削刃上选定点，同时垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面特点：p_Lps_Lpr P。包含切削速度t的方向。正交平面坐标系（2）在正交平面参考系中的刀具标注角度1）在基面区内度量的角度（俯视图，让刀具投影到基面上）主偏角K,：在基面入内，切削刃与进给运动方向间的夹角；副偏角kJ：在基面内，副切削刃与进给运动反方向间的夹角；刀尖角：产180-（忆+K/）,是派生角；2）在切削平面Ps内度量的角度（刀具在切削平面Ps内投影）刃倾角入s：在切削平面Ps内，切削刃与基面Pr间的夹角；刃倾角入s正负的判定：以刀尖点为基准点刀尖点是刀刃的最高点，则刃倾角3为正；一刀尖点是刀刃的最低点，则刃倾角3为负；刀刃与基面重合或平行，则刃倾角3为零；3）在正交平面po内度量的角度（0-0剖面po内）前角Yo：在正交平面P。内，前面与基面Pr之间的夹角；前角Y。的正负的判定：前面高于基面小时为负；前面低于基面0 时为正；前面与基面区重合时为零。后角a。：在正交平面p。内，后刀面与切削平面Ps间的夹角；楔角B。：在正交平面P。内，前、后刀面间的夹角。3o=90-（Yo+aO）；是一个派生角；副切削刃同主切削刃一样，也可以建立副切削平面Ps、副基面Pr、副正交平面p。，此时是在副切削刃上找一任意选定点。副后角a。：在副正交平面p。内，副后刀面与副切削平面Ps间 的夹角。对于一把外圆车刀，在正交平面系中要表达的有：在基面Pr内-主偏角Kr、副偏角Kr在切削平面Ps内一一刃倾角3在正交平面Po内-前角Y。、后角a。在正交平面p。内副后角a。2个派生角 J在基面区内刀尖角e r（不做标注）在正交平面p0内一一楔角B 02.法平面参考系（Pr-Ps-Pn）（1）法平面Pn过主切削刃上选定点与主切削刃相垂直的平面。特点：Pn，Ps。法平面坐标系（2）在法平面参考系中的刀具标注角度1）在基面Pr内度量的角度主偏角、副偏角K，在切削平面 Ps内度量的角度刃倾角入s与正交平面系完全相同。2）在法平面Pn内测量的角度法前角Vn：前面与基面小间的夹角，其正负判别方法与前角Y。相同。法后角an：主后面与切削平面ps间的夹角。法平面Pn与正交平面P。间的夹角为刃倾角3，当入s=0时，法平 面Pn与正交平面Po重合。3.假定工作（进给）平面、背（切深）平面参考系（PLm）-Pf-Pp）势Z假定工作平面、背平面坐标系（1）假定工作（进给）平面Pf过主切削刃上选定点，平行于假定进给运动方向，且垂直于基面的 平面。特点：Pf，Pr，Pf假定进给运动方向。（2）背切深）平面pp过主切削刃上选定点，垂直于基面区和进给平面Pf的平面。特点：Pp，Pr 且 PpJ_Pf。（3）假定工作（进给）平面、背（切深）平面参考系中的刀具标注 角度1）在基面Pr内度量的角度主偏角Kr、副偏角K，在切削平面 Ps内度量的角度刃倾角入s与正交平面系完全相同。2）在假定工作（进给）平面Pf内测量的角度侧（进给）前角Yf：前刀面与基面0间的夹角，其正负判别方法与 前角丫。相同。侧（进给）后角a主后面与切削平面ps间的夹角。3）在背（切深）平面pp内测量的角度背（切深）前角Vp：前面与基面0间的夹角，其正负判别方法与前 角丫。相同。背（切深）后角a p：主后面与切削平面n间的夹角.小结车刀是结构最简单，也最具代表性的刀具，其他的刀具均可看成是 车刀的变形。车刀由刀杆和切削部分组成。车刀的主要几何要素可归纳 为三面两刃一尖。我国主要采用正交平面坐标系，即在图样上标注KT、K、丫。、a o、a 0，和入s六个角度，有时应补充标注Y n、an布置作业课后小结确定刀具几何角度的步骤为：以切削刃为单元，定出切削刃上选定 点，判定出选定点的假定主运动方向和假定进给运动方向，作出基面和 切削平面，选取测量平面以建立参考系，从而确定其相应的角度。正平面参考系中表达的角度有六个：Kr、K/、丫0、a。、a。，和入s 法平面参考系中度量的角度有六个：Kr、K、Yn、a n 和入s假定工作（进给）平面、背（切深）平面参考系中度量的角度有七个：Kr Kr、Y f、a f、Y p、a p和入 s给学生车刀实物，让学生把课本上的知识与实物相联系，基本掌握 刀具的标注角度。第二节切削用量与切削层参数教学要求1.掌握三种切削用量要素的表示方法及计算方法2.掌握切削层横截面要素，可根据公式进行计算教材分析重点：1.切削层用量三要素的表示与计算2.切削层横截面要素的计算 难点：切削层横截面要素的计算课时安排1课时教学方法图示法、讲授法教学内容一、切削用量切削用量是用于表示主运动、进给运动和切入量参数的数量，指切 削速度匕、进给量/和切削深度。这三个要素。三者要根据不同的工件 材料、加工性质和刀具材料来选择，主要用于调整机床，编制工艺路线。L切削速度匕刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动的速度。九4篦V=-c 1000式中匕切削速度（m/min）；dw完成主运动的刀具或工件的最大直径（mm）；n主运动的转速（r/min或r/s）例：外圆车刀车削外圆时，工件的旋转速度；刨刀刨削平面时，刨刀的直线运动速度；钻床上钻孔时，麻花钻的旋转运动速度；等等。2.进给量/工件或刀具的主运动每转或每一行程时，刀具切削刃相对于工件在 进给运动方向的移动量。例如：车削时的进给量是指工件每转一转，切削刃沿进给方向的移 动量（mm/r）o其进给速度V,：指切削刃上选定点相对于工件的进给运动的瞬时 速度（mm/min 或 mm/s）。3.切削深度册在基面Pr上，垂直于进给运动方向测量的切削层尺寸。d-d车削时：2式中 ap-背吃刀量（mm）；dw-工件待加工表面直径（mm）；dm-工件已加工表面直径（mm）。二、切削层参数切削时，沿进给运动方向移动一个进给量所切除的金属层称为切削 层。切削层参数，是指切削层在基面口内所截得的截面形状和尺寸，即 在切削层公称横截面中度量。1.切削层公称厚度简称切削厚度色在基面内垂直于过渡表面度量的切削层尺寸。hD=f sin Kr式中 hD-切削厚度（mm）；f-进给量（mm/r）；勺主偏角（）o切削刃为圆弧刃时，坛处处不等。2.切削层公称宽度简称切削宽度与在基面内平行于过渡表面度量的切削层尺寸。bD=aplsmKr式中 bD切削宽度（mm）；ap-背吃刀量（mm）。当仁=90时，hD=f；当4=0,为切削刃的实际长度。由于切削厚度表明切削层的厚度，而切削宽度反映了切削层的长度。因而用切削厚度饱和切削宽度分比用进给量/和背吃刀量明更 能反映切削层横截面的特性。3.切削层横截面积简称切削层横截面积4。在切削层尺寸平面度量的横截面积（在基面内度量的切削层横截面 积）4=饱=fap式中 4切削层横截面积（mm2）。小 结切削用量三要素为切削速度、进给量和被吃刀量。切削层公称宽度 bD、切削层公称厚度hD和切削层公称横截面积4,是描述切削层的基本 参数，与进给量/、背吃刀量a。、主偏角（有关系。布置作业毛坯直径为60mm的轴，现在一次进给车至直径为50mm,选用进给量车刀主偏角=30,求切削层公称厚度生、切削层公称宽度bD、切削层公称横截面积A。o课后小结通过作业情况来看学生能够掌握切削用量与切削层要素参数的意义 与计算方法。第二章刀具材料教学目的1.掌握刀具材料必须具备的性能2.了解常用的刀具材料教材分析重点：刀具材料必须具备的性能 难点：刀具材料具备的性能教学进度第一节刀具材料应具备的性能.1课时第二节高速钢.1课时第三节硬质合金.1课时第四节其他刀具材料或超硬度刀具材料1课时第一节刀具材料应具备的性能教学要求掌握刀具材料必须具备的性能教材分析重点：刀具材料必须具备的性能 难点：刀具材料必须具备的性能课时安排1课时教学方法讲授法教学内容在切削过程中，会产生切削抗力、切削热、冲击和振动，那么刀具 材料具有哪些性能才能满足要求呢？一、高的硬度硬度是指材料表面抵抗其他更硬物体压入的能力，刀具材料的硬度 高于工件材料的硬度。目前室温下刀具材料硬度大于或者等于60HRCo高速钢在63 66HRC以上，硬质合金在7481.5HRC左右，人造金刚石10000HV。二、高的耐磨性耐磨性是指材料抵抗磨损的能力。耐磨性与材料的硬度、化学成分、显微组织有关。一般而言，材料 硬度越高，耐磨性越好。刀具材料组织中的硬质点的硬度越高，数量越 多，分布越均匀，耐磨性越好。三、高的耐热性耐热性是指材料在高温下仍能保持原硬度的性能。刀具材料的耐热性越好，允许切削加工时的切削速度越高，有利于 改善加工质量和提高生产率，有利于延长刀具寿命。四、足够的强度和韧性强度是指材料在静载荷作用下，抵抗永久变形和断裂的能力。刀具 材料的强度一般指抗弯强度。韧性是指金属材料在冲击载荷作用下，金属材料在断裂前吸收变形 能量的能力。金属的韧性通常用冲击韧度表示。切削过程中，刀具总是受到切削力、冲击、振动的作用，当刀具材 料有足够的强度的韧性，就可避免刀具的断裂和崩刃。五、良好的工艺性工艺性指材料的切削加工性，锻造、焊接、热处理等性能。刀具材 料有良好的工艺性，便于刀具制造。小 结刀具材料应具备的性能包括足够的硬度和耐磨性、足够的强度与韧 性、较高的耐热性、较好的工艺性、较好的传热性和经济性。布置作业刀具材料必须具备的性能有哪些？课后小结学生能够理解刀具材料必须具备的这些性能。教学要求教材分析课时安排教学方法教学内容第一节高速钢掌握几种常用高速钢的性能特点重点：几种常用高速钢的性能特点难点：几种常用高速钢的性能特点1课时讲授法高速钢是在钢中加入较多的W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工 具钢，俗称白钢或锋钢。高速钢具有高的强度和高的韧性，具有一定的硬度和良好的耐磨性，当切削温度高达500650时，尚能进行切削。高速钢刀具的制造工艺 性能好，在复杂刀具（如钻头、丝锥成形刀具、拉刀、齿轮刀具等）制造中占主要地位。其加工的材料范围也很广泛，包括有色金属、铸铁、碳钢、合金钢等。普通高速钢高速钢按用途不同分为J1高性能高速钢r熔炼高速钢按制造工艺方法不同分为J1粉末冶金高速钢一、普通高速钢工艺性好，可满足一般工程材料的切削加工。1.铛系普通高速钢这类高速钢的典型牌号为W18Cr4V（简称W18）,含C量为0.7%0.8%,含W18%、Cr4%、VI%。此类高速钢综合性能较好，可制造各种 复杂刃型刀具。优点：淬火时过热倾向小，碳化物含量较高，塑性变形抗力大。缺点：碳化物分布不均匀，影响精加工刀具的寿命，强度和韧度不 够，热塑性差，不适于制造热轧刀具。2.鸨锅系普通高速钢它是以Mo代替部分W发展起来的一种高速钢，典型牌号是 W6Mo5Cr4V2（简称 M2）,含碳量为 0.8%0.9%,含 W6%、Mo5%、Cr4%、V2%o优点：抗弯强度、冲击韧度有所提高，热塑性好，适合制造受冲击 力较大的刀具和热轧刀具。缺点：脱碳敏感性大，淬火温度范围窄。二、高性能高速钢高性能高速钢是在普通高速钢成分中再添加一些C、V、Co（钻）、A1（铝）等合金元素，进一步提高耐热性能和耐磨性。这类高速钢刀具的耐小 结布置作业课后小结用度为普通高速钢的1.53倍，适用于加工不锈钢、耐热钢、钛合金及 高强度钢等难加工材料。这种高速钢的种类很多，下面主要介绍两种。1.钻高速钢在高速钢中加入钻，典型牌号是W2Mo9Cr4VCo8。优点：良好的综合性能，允许较高的切削速度，适于加工高温合金 和不锈钢等难加工材料。缺点：含钻量高，价格昂贵。2.铝高速钢在高速钢中加入铝，典型牌号是W6Mo5Cr4V2A1。优点：提高耐热性的耐磨性，良好的切削性能。缺点：淬火温度范围窄，氧化脱碳倾向大，磨削性能差。三、粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢是将高频感应炉熔炼的高速钢液用高压惰性气体雾 化成细小粉末，将粉末在高温高压下制成刀坯，或压制成钢坯然后经轧 制（或锻造）成材的一种刀具材料。优点：韧性和硬度较高，可磨削性能好，材质均匀，热处理变形小，质量稳定可靠，耐用度较高，故可切削各种难加工材料，特别适合于制 造各种精密刀具和形状复杂的刀具。四、高速钢的表面处理高速钢刀具经过表面化学处理后，可提高刀具的切削性能。处理方法有：用盐浴氮碳共渗、气体氮碳共渗、辉光离子氮化和离 子注入等。还可用真空溅射的方法在高速钢刀具表面沉积一层TiN或TiC 等材料。经过表面处理或涂层后，刀具的耐磨性和耐用度可以得到显著 提高。本节主要是高速钢的种类及选用。高速钢按切削性能可分为普通高 速钢、高性能高速钢和粉末冶金高速钢。高速钢具有较高的硬度、耐磨 性以及强度和韧性。高速钢的最大优点是可加工性好并具有良好的综合 力学性能。高速钢主要用于制造形状复杂的刀具。高性能高速钢和粉末 冶金高速钢适于制造切削难加工材料的各种精密刀具和形状复杂刀具。学生能够掌握高速钢的特点，并根据不同的加工性质和加工材料进 行选择。第二节硬质合金教学要求掌握常用硬质合金的性能及应用教材分析重点：常用硬质合金的分类、性能及应用 难点：常用硬质合金的分类、性能及应用课时安排1课时教学方法讲授法教学内容一、硬质合金的种类与选用硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物和金属黏结剂，经过高 压成形，并在1500C的高温下烧结而成的。常用的合金碳化物有WC、TiC、TaC、NbC等，常用的黏结剂有Co、Ni以及Mo等。碳化物决定了硬质合金的硬度、耐磨性的耐热性；粘结剂决定了硬 质合金的强度和韧度。1.筲钻类硬质合金（YG）由WC和Co组成常用牌号有YG3、YG6、YG8等。牌号中的数字表示Co的质量分数，如丫68为。8%,wwc 92%.当C。的质量分数较多，WC的质量分数较少时，则硬度较低，但抗 弯强度较高，反之，则抗弯强度较低，而硬度、耐磨性和耐热性较高。YG3（精加工）YG6（半精加工）YG8（粗加工）作f o的含量t韧性t 强度f HRC 1 耐磨性1 C。的含量1韧性1 强度1 HRCf 耐磨性t脆性t这个特点决定了我们可以根据不同的加工性质和加工材料来选用不 同的硬质合金。2.鸨钛钻类硬质合金（YT）由WC、TiC和Co组成常用牌号为YT14、YT30等。牌号中的数字表示TiC的质量分数，如YT5,wTiC5%,wCo10%,Wwc 85%。当TiC的质量分数较多，C。的质量分数较少时，硬度和耐磨性均提 高，但坑弯强度有所下降；反之则相反。YT5（粗加工）YT14、YT15（半精加工）YT30（精加工）1ric含量t 硬度f 耐磨性t 脆性t 韧性I.TiC含量I 硬度I 耐磨性I 脆性I 韧性t主要用于加工钢材及有色金属，一般不用与加工含Ti的材料，如!Crl5Ni9Ti,Ti与Ti的亲合力较大，使刀具磨损较快。小 结布置作业课后小结二、涂层硬质合金的选用涂层硬质合金是采用韧性较好的基体（如硬质合金刀片或高速钢 等），通过化学气相沉积和真空溅射等方法，对硬质合金表面喷涂厚度为 51211m的涂层材料，以提高刀具的抗磨损能力。涂层材料为晶粒极细的TiC、TiN、AI2O3等。适合于各种钢材、铸 铁的半精加工和精加工，也适合于负荷较轻的粗加工。硬质合金刀具材料有YG类、YT类。具有高硬度、高耐磨性、高 耐热性、抗弯强度低和可加工工艺性差等特点。涂层刀片有效解决了刀 具的硬度、耐磨性与强度、韧性之间的矛盾，大大提高了刀具的切削性 能，且具有较好的通用性，但价格较高。学生能够掌握硬质合金的组成特点，能够根据加工性质的要求选择 刀具材料。第四节 其他刀具材料或超硬度刀具材料教学要求掌握陶瓷、金刚石以及立方氮化硼刀具材料的特点教材分析重点：陶瓷、金刚石以及立方氮化硼刀具材料的特点 难点：陶瓷、金刚石以及立方氮化硼刀具材料的特点课时安排1课时教学方法讲授法教学内容一、陶瓷主要是以氧化铝（A12O3）或氮化硅（Si3N4）等为主要成分，经压 制成型后烧结而成的刀具材料。陶瓷材料优点是：有很高的硬度和耐磨性；有很好的耐热性，在 1200C高温下仍能进行切削；有很好的化学稳定性和较低的摩擦因数，抗扩散和抗粘结能力强。陶瓷刀具最大的缺点是强度低、韧性差。陶瓷刀具适用于各种金属材料（如钢、铸铁、有色金属等）的半精加工 和精加工，但不适于机械冲击和热冲击大的加工场合。二、金刚石金刚石分为人造和天然两种，金刚石价格昂贵，刃磨困难，应用较 少。人造金刚石是在高温高压和其他条件配合下由石墨转化而成。是目 前已知最硬的，硬度约为10000HV。金刚石目前主要用于磨具及磨料，作为刀具多在高速下对有色金属 及非金属材料进行精细切削。三、立方氮化硼立方氮化硼刀具有整体聚晶立方氮化硼和立方氮化硼复全刀片（在 硬质合金基体上烧结一层厚度约为0.5mm的立方氮化硼）两种。立方氮化硼硬度高，耐磨性好，耐热性好，可对高温合金、淬硬钢、冷硬铸铁进行半精加工和精加工。小 结陶瓷材料具有很高的硬度和耐磨性及耐热性，抗扩散和抗黏结能力 强。最大缺点是强度低、韧性差。金刚石和立方氮化硼属于超硬刀具材 料主要用于精加工。金刚石目前主要用于磨具及磨料，立方氮化硼用于 加工钢铁等黑色金属，特别是加工高温合金、淬火钢和冷硬铸铁等难加 工材料。布置作业课后小结学生能够理解这三种超硬刀具材料的特点，了解这种刀具应用的场合。第三章金属切削的基本规律教学目的1.了解金属切削过程中切削力、切削热、切削温度、刀具磨损和刀具 寿命的基本概念2.掌握切削过程中物理现象切削力、切削热、切削温度和刀具磨损的 基本规律教材分析重点：掌握切削过程中各种物理现象的基本规律 难点：金属切削过程中各种物理现象的基木规律教学进度第一节切削变形.3.5课时第二节切削力.1课时第三节切削温度.1课时第四节刀具磨损.2课时第一节切削变形教学要求1.了解金属切削过程的三个主要变形区2.掌握四种切屑类型以及切削变形程度的度量方法3.理解积屑瘤和鳞刺的生长过程及控制措施4.了解影响切削变形的主要因素教材分析重点：1.四种切屑类型2.积屑瘤和鳞刺的生长过程以及控制措施 难点：积屑瘤和鳞刺的生长过程以及控制措施课时安排3.5课时教学方法讲授法图示法教学内容一、金属切削过程的变形区金属切削过程的实质是指金属切削层在刀具挤压作用下产生塑性剪 切滑移变形的过程。为了研究方便，通常把金属切削过程的变形划分为三个区。1.第一变形区由曲线AO、MO、AM包围的区域是塑性剪切滑移区，称为第一变 形区。用I表不。特点：金属切削过程中主要的变形区，消耗大部分功率并产生大量 的热量。OA 始滑移面、,皿二者距离很窄（.O20.2mm）,且随着切削速。“一终滑移面J度的加快距离越近简化，用OM平面代替第一变形区，平面OM称为剪切平面，剪切 平面与切削速度的夹角称为剪切角（p2.第二变形区金属切削层经过第一变形区后绝大部分开始成为切屑，切屑沿前刀 面流出，由于受刀具前面挤压和摩擦的作用，切屑将继续发生强烈的变 形，这个变形区域称为第二变形区，用n表示。特点：（1）靠近刀具前面的切屑底层附近纤维化，切屑流动速度缓 慢，甚至滞留在刀具前面上；（2）切屑发生弯曲变形；（3）由摩擦产生的热量使刀屑接触面附近温度升高。第二变形区的变形直接关系到刀具的磨损，也会影响第一变形区的 变形大小。3.第三变形区当金属进入第一变形区，发生了塑性剪切滑移变形，而在切削刃钝 圆部分，这种变形更加复杂，更加激烈。切削层在刃口钝圆O点处分离为两部分，O点以上的部分成为切屑 沿前刀面流出，O点以下部分绕过切削刃沿刀具后面流出，成为已加工 表面。由于钝圆半径的存在，在整个切削厚度中，O点以下的那一层金属 切削层，不能沿OM方向剪切滑移，只能受钝圆的挤压，不断受到挤压 摩擦，产生塑性变形，这个变形区域称为第三变形区，用III表示。第三变形区的变形，会造成已加工表面的加工硬化和产生残余应力，对已加工表面的质量影响密切。二、切屑类型金属切削过程中，由于工件材料的不同和切削条件的不同，切削产 生的切屑可分为四种类型。带状切屑 节状切身 粒状切屑 崩碎切屑1.带状切屑切屑连续呈较长的带状，底面光滑，背面无明显裂纹，呈微小锯齿状。特点：较常见，切削力波动小，切削过程较平稳，加工表面质量较好。2.节状切屑切屑背面有时有较深的裂纹，呈较大锯齿形。特点：切削力波动较大，切削过程不太平稳，加工表面质量较差。3.粒状切屑切屑裂纹贯穿整个切屑断面，切屑成梯形粒状。特点：较少见，切削力波动大，切削过程不平稳，加工表面质量差。以上三种切屑是在切削塑性金属材料时才能产生的。切屑形态相互转换的切削条件是：粒状切屑一节状切屑一带状切屑（1）增大刀具前角（2）增大切削速度（3）减小进给量4.崩碎切屑切屑呈不规则的碎块状。切削脆性金属材料时产生的。切削过程不太平稳，易损坏刀具，加工表面较粗糙。减小进给量，减小刀具主偏角，适当提高切削速度可使崩碎切屑转 为片状或针状切屑，切削过程中的不良现象得到改善。三、切削变形程度的度量方法金属切削过程中，切削层转变为切屑，形状变化为长度缩短，厚度 增大，宽度变化极小，根据材料变形前后体积不变，可用变形系数自来 度量切削变形的大小。式中/一切削层长度乙一切屑长度%一切屑厚度hD一切削层厚度变形系数自总是大于1,自越大，切削变形越大，工件材料塑性越大，剪切角0越小。四、积屑瘤在一定的切削速度范围内切削塑性金属材料时，往往会在刀具切削 刃及刀具部分前面上粘结堆积一楔状或鼻状的高硬度金属块，称为积屑 瘤。L积屑瘤的生长及消失在一定的切削速度范围内切削塑性金属材料时，切屑与刀具前面有 剧烈的摩擦，使切屑底层流动缓慢，流动缓慢的称为滞流层。在刀-屑接 触面处，滞流层的流速接近于零，于是滞流层与刀具前面发生粘结，这 是形成积屑瘤的基础。随后新的滞流层又在这基础上不断的粘结堆积，最后形成积屑瘤。积屑瘤在生长的过程中，一直受到工件材料与切屑的挤压摩擦，受 到切削的冲击振动，受到切削温度升高等因素的作用和影响，因此积屑 瘤会随时破碎、脱落、消失。可以认为，积屑瘤不断生长的过程也是不 断破碎、脱落、消失的过程。2.积屑瘤对切削过程的影响（1）增大刀具前角积屑瘤使刀具实际工作前角增大，减小切削变形和切削力。（2）提高刀具硬度积屑瘤是由受了剧烈塑性变形而强化的被切材料堆积而成，其硬度 是工件材料硬度的2-3倍，它可代替刀具切削刃进行切削。（3）对刀具寿命的影响积屑瘤包围着刀具切削刃和刀具前面，减小刀具磨损，提高了刀具 寿命。但是积屑瘤的生长是一个不稳定的过程，积屑瘤随时会发生破碎、脱落，脱落的碎片会粘走刀面上的金属材料，或者严重擦伤刀面，使刀 具寿命下降。（4）增大切削厚度积屑瘤前端伸出切削刃外，导致切削厚度增大，不利于加工尺寸的 精度。（5）降低工件表面质量由于积屑瘤的外形不规则，使被切削工件表面不平整，又由于积屑 瘤不断地破碎、脱落，脱落的碎片使工件表面粗糙，产生缺陷。3.控制积屑瘤的措施（1）降低工件材料的塑性可减小刀一屑之间的摩擦系数，减少粘结，抑制积屑瘤的生长2）控制切削速度（3）增大刀具前角可减小切削变形和切削温度，从而可抑制积屑瘤的生长。（4）合理使用切削液既可减少切削摩擦，又可降低切削温度，从而使积屑瘤的生长得到 控制。五、鳞刺鳞刺是在已加工表面上呈鳞片状有裂口的毛刺。切削金属塑性材料时，若切削速度较低时，常常会产生鳞刺。鳞刺 使已加工表面质量下降，表面粗糙度值增大，鳞刺的形成过程可分为四 个阶段。(a)抹拭阶段金属切削加工时，切屑沿着刀具前面流出，逐渐擦净刀具前面上的 润滑膜，使切屑与刀具前面之间的摩擦系数逐渐增大，当增大到一定值 时使切屑在刀具前面作短暂的停留。(b)开裂阶段由于停留的切屑代替刀具前面推挤切削层，导致切削区产生裂口。(C)层积阶段随着推挤切削层的继续，裂口继续增大，同时切削力也在增大。(d)刮成阶段当切削力增大到一定值时，切屑能克服前面的摩擦粘结，切屑又开 始沿刀具前面流出，一个鳞刺就这样刮成了。控制鳞刺的措施：在低的切削速度(/=10m/min)时，减小进给量，增大刀具前角，采用润滑性能好的切削液，可抑制鳞刺的形成。在高的切削速度(匕=30m/min)时，工件材料调质处理，减小刀具前角，可抑制鳞刺的形成。高速切削，切削温度在500以上，不会产生鳞刺。六、影响切削变形的主要因素(1)工件材料工件材料强度越大，则变形系数越小，切削变形也越小，工件材料 塑性越大，则变形系数越大。(2)刀具前角刀具前角越大，则变形系数越小，(3)切削速度切削塑性金属材料时，切削速度对切削变形的影响呈波浪形。小 结布置作业课后小结（4）进给量进给量增大，则切削厚度增大，切削变形减小，变形因数减小。在切削塑性金属的过程中，工件材料受到刀具前刀面的推挤，发生 变形，最终被撕裂下来形成切屑，这个过程中存在着3个变形区。切削 变形程度可用变形系数来表示。不同的加工状态生成带状、节状、粒状 和崩碎四种类型的切屑，随工件材料、刀具和切削用量等因素的改变其 切屑形态也会发生转化。切削过程中会产生积屑瘤和鳞刺，可以采取措 施来控制积屑瘤和鳞刺的产生。从工件材料，切削用量和刀具几何角度 方面讲了这些因素对切削变形的影响。三个变形区的特点及其相互关系。切屑的四种类型以及相互转化条件积屑瘤的产生及消失，如何控制积屑瘤？控制鳞刺的措施影响切削变形的主要因素学生掌握情况良好。第二节切削力教学要求1.理解切削力的产生原因与分解2.掌握影响切削力的主要因素教材分析重点与难点：影响切削力的主要因素课时安排1课时教学方法图示法、讲授法教学内容一、切削力的产生切削加工时，工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力称为切削力。切削加工时，在刀具作用下，被切削层金属、切屑和已加工表面 层金属都要产生弹性变形和塑性变形。如图所示，有法向力FyN和FaN 分别作用于前、后刀面。由于切屑沿前刀面流出，故有摩擦力B作用 于前刀面；刀具与工件间有相对运动，又有摩擦力Fa作用于后刀面。FyN与Fy合成为Fy,yN；FaN与合成为F&aN；Fy,yN与F&aNV再合成为F,F就是作用在刀具上的总切削力。综上所述，切削力的来源有两方面：一是切削层金属、切屑和 工件表面层金属的弹性变形、塑性变形所产生的抗力；二是刀具与切 屑、工件表面间的摩擦阻力。二、总切削力的分解通常将总切削力F分解为三个互相垂直的分力，即主切削力Fc,背 向力乙,进给力%。主切削力B 总切削力在主运动方向上的分力。工使机床功率消耗的功率最多，是计算机床功率、刀具强度，设计机床夹具，选 择切削用量不可少的参数。背向力总切削力在垂直于进给运动方向上的分力。乙不消耗机床功率，是校验工件刚性，机床刚性不可少的参数。进给力方,总切削力在进给运动方向上的分力。%使机床消耗的功率 很少，是计算机床进给功率，设计机床进给机构，校验机 床进给强度的不可少的参数。总切削力尸与三个互相垂直的分力工、Fp、%的关系F=Fp=FD cos Kr Ff=FD sin Kr主偏角勺的大小直接影响Fp和Ff的大小。三、影响切削力的主要因素L工件材料的影响工件材料的硬度、强度越高，则切应力越大，切削力越大。在强度、硬度相近的情况下，工件材料的塑性、冲击韧性越大，则 加工硬化越高，切削变形越大，切削力越大。2.切削用量的影响(1)切削速度切削一般钢材料，在低速范围内，由于存在着积屑瘤，所以切削速 度对于切削力臬的影响呈波浪形。加工塑性金属时，在中速和高速下，切削力一般随着切削速度的增大而减小。切削铸铁等脆性材料时，因塑 性变形小，切削速度对切削力无明显影响。(2)进给量进给量越大，切削力工也增大。进给量增大1倍时，工仅增大 75%左右。原因：进给量增大1倍时，切削宽度生不变，切削厚度%增大1倍，切削变形减小，使第一、二变形区的变形和摩擦不按比例增长。（3）背吃刀量背吃刀量册增大，切削力工也增大。%增大1倍，工增大1倍。原因：%增大1倍时，切削厚度生不变，切削宽度坛增大1倍，切削刃上的切削载荷随之增大1倍，即第一、二变形区的变形和摩擦按 比例增大，导致工增大约1倍。3.刀具几何参数的影响（1）前角前角增大则刀具锋利，切削变形减小，切削力下降。加工塑性材 料时，增大前角，切削力下降明显，加工脆性材料，增大前角，切削力 下降不显著。（2）主偏角切削一般钢时，当主偏角勺6075时，随着勺的增大，切削 力号减小，当主偏角6=6075时，工减小至最小，当恪60 75时，随着勺的增大，尸c增大。（3）刃倾角刃倾角对切削力尸c的影响较小，对背向力和进给力的影响较大。（4）刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径增大，刀尖处圆弧部分参加切削的长度增大，因此，切削变形增大，切削力增大。另外，刀尖处圆弧部分上各点的勺不同，平均角度值小于主切削刃的直线部分冷，使背向力增大，进给力减小。4.切削液的影响切削液具有冷却、润滑、清洁、