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1、机械制造技术,主讲人：李爱芝,1.金属切削基础 2.金属切削的基本规律及其应用 3.机械加工工艺规程的制定 4.章 机床夹具设计 5.金属切削机床与刀具 6.机械加工精度 7.机械加工表面质量 8.机械装配工艺基础,2 金属切削的基本规律及其应用,金属切削过程的基本规律 2.1 金属切削过程的变形 2.2 切削力 2.3 切削热及切削温度 2.4 刀具磨损与刀具耐用度 金属切削过程的基本规律的应用 2.5 刀具几何参数的选择 2.6 工件材料的切削加工性 2.7 切削液的的选择 2.8 切削用量的合理选择,原则：保证加工质量前提下，刀具耐用度，生产率，加 工成本。 刀具的（合理）几何参数主要包
2、括： 刀具角度（6个基本角度）； 刀刃的刃形（刃区形式：前刀面负倒棱刃、后刀面消振棱刃、零度后角刃带）； 刀尖的形状（圆弧刃、直线刃） ； 前刀面与后刀面型式。,2.5 刀具几何参数的选择,2.5.1 前角、前刀面型式的选择 1前角的功用 增大前角，切屑变形、切削力和切削功率； 增大前角能改善刀屑接触面上摩擦状况，切削温度和刀 具磨损，刀具耐用度(刀具寿命)； 增大前角能抑制积屑瘤，减少振动加工表面质量； 前角过大（ ），刀具楔角减小，散热条件和刃口 强度削弱，刀具耐用度。 合理前角 ：在一定的切削条件下，存在一个刀具耐用度 最大的前角值。,2.5 刀具几何参数的选择,2前角的选择： 在刀具强
3、度允许条件下，尽量选用大的前角。 工件材料塑性，前角合理值；塑性，前角合理值。 刀具材料强度和冲击韧性，前角合理值（高速钢）；强度和冲击韧性，前角合理值（硬质合金）。 加工性质 粗加工Fr（断续切削时冲击力），合理前角； 精加工Fr，要求刃口锋利，合理前角； 设备:工艺系统刚性差或机床功率不足，合理前角； 自动机床用刀具合理前角。,2.5 刀具几何参数的选择,3前刀面形式 正前角平面型：用于精加工 制造简单，刃口锋利，刃口强度差，卷屑和排屑能力差。 正前角平面带倒棱型：负倒棱提高了刃口强度。用于脆性大的刀具材料（陶瓷刀具、硬质合金），特别是断续切削。 负前角平面型：刃口强度高，抗冲击能力强。用
4、于硬质合金刀具切削高强度、高硬度及淬火钢；带硬皮、有冲击粗加工。,2.5 刀具几何参数的选择,正前角曲面型： 刃口强度低，断屑和排屑性能好。用于精加工塑性金属材料。 正前角曲面带倒棱型： 曲面前刀面起卷屑作用，并有助于断屑和排屑；负倒棱提高 了刀具强度。用于粗加工和半精加工塑性金属材料。 负前角双平面型：抗冲击能力强。 用于刀具磨损发生在前后刀面时，为减少前刀面刃磨面积，充分利用刀片材料，可采用负前角双平面型（硬质合金刀具）。 阶梯形,2.5 刀具几何参数的选择,常见前刀面形式,2.5 刀具几何参数的选择,2.5.2 后角的选择 1后角的功用 后角，刀具的磨损，加工表面质量； 后角， 在相同V
5、B时，达到磨钝标准磨去金属体积多，刀具耐用度。但在NB相同时，则磨去金属体积少，刀具耐用度。 后角，刀楔角，刃口锋利，易切入工件，减小变质层 深度（加工硬化）； 后角过大，刃口强度，散热条件，刀具耐用度或 发生刀具磨损。 合理后角,2.5 刀具几何参数的选择,后角对刀具材料 磨损体积的影响,2.5 刀具几何参数的选择,2后角的选择 加工性质 粗加工以确保刀具强度为主，应取较小的后角， 精加工以保证加工表面质量为主（主要是后刀面的磨损），取较大的后角 切槽、切断刀考虑结构强度，取 工件材料：强度、硬度，后角；塑性、韧性，后角。 工艺系统： 刚性差时，为防止振动，宜选小后角，有时磨出消振棱。,2.
6、5 刀具几何参数的选择,消振棱： 沿着切削刃磨出副后角的窄棱面。,2.5 刀具几何参数的选择,消振棱作用： 增加了切削刃切削后的挤压 作用，可以熨平压光已加工 表面； 有助于消除切削加工中的低 频振动支承作用； 增加切削刃强度，适当改善 了刃区的散热条件，可以提 高刀具耐用度。 车断刀、高速螺纹车刀。,消振棱车刀,2.5 刀具几何参数的选择,刃带：沿着主切削刃或副切削刃磨出后角为零的窄棱面。 圆柱铣刀、立铣刀及铰刀、拉刀、浮动镗刀等有尺寸 精度要求的刀具磨出窄刃带。 刃带作用： 具有消振棱作用； 在制造时便于控制外径振摆和控制外径尺寸。 铣刀 机用铰刀副切削刃 浮动镗刀副切削刃,2.5 刀具几
7、何参数的选择,2.5.3 主偏角、副偏角的功用及选择 1主偏角的功用：主要影响刀具的耐用度。 ：刀尖角 ，使刀尖强度，刀尖散热体积，刀具 耐用度T； ： ， ，切削刃工作长度，单位切削刃负荷， 刀具耐用度T； ：切深抗力 ，容易引起振动和使工件产生弯曲变 形，加工精度和表面质量；,2.5 刀具几何参数的选择,主偏角 影响切屑形状、流出方向和断屑性能： ，切屑易流向加工表面； 主偏角 影响已加工表面质量：主偏角 ，工件表面的残留面积高度，表面粗糙度值 。,2.5 刀具几何参数的选择,2主偏角 的选择原则 工件材料强度、硬度高，应选用较小的主偏角 刀尖强度，刀具耐用度； 硬质合金刀具粗、半精加工，
8、应选用较大的主偏角 有利于减少振动（ ），易于断屑，加工精度； 工艺系统刚性较好，易选用较小的主偏角 刀尖强度，刀具耐用度； 工艺系统刚性较差，易选用较大的主偏角 ，如加工细长轴时，车刀主偏角,2.5 刀具几何参数的选择,3副偏角的功用及选择 不能过小： ，副切削刃工作长度，副后刀面与已加 工表面的摩擦和磨损，刀具耐用度T，易引起振动，加 工精度； 不能过大： ，刀尖强度，刀尖散热体积，刀具耐 用度T。,2.5 刀具几何参数的选择,选择原则：主要考虑以下因素： 加工表面粗糙度值 小，应选小的 ，有时磨出修光刃 刮光已加工表面，通过残留面积影响 。 工艺系统刚性较差，副偏角不宜选的太小，以不致引
9、起振动 为原则。 切槽、切断刀考虑结构强度原因，一般取,2.5 刀具几何参数的选择,修光刃,2.5 刀具几何参数的选择,4刀尖形状及尺寸的选择：主要影响刀具耐用度、加 工表面质量、刀尖强度。 圆弧过渡刃硬质合金刀具 ， ，易产生振动。 直线过渡刃 粗加工。 修光刃：当直线过渡刃与进给方向平行， 如用端铣刀精铣平面时，有一个修光刃刀片,2.5 刀具几何参数的选择,刀具的过渡刃,2.5 刀具几何参数的选择,2.5.4 刃倾角的功用及选择 1刃倾角的功用： 影响切屑流出方向 切屑在前刀面上近似沿主切削刃的法线方向流出； 切屑流向已加工表面； 切屑流向过渡表面。 精加工,应取正刃倾角,2.5 刀具几何
10、参数的选择,刃倾角对切屑流出方向的影响,2.5 刀具几何参数的选择,影响切削刃锋利程度 切屑在前刀面上流出方向与切削刃法线有一流屑角 在流屑剖面内，实际刃口半径 锋利 用大 车刀，可在 切下带状切屑 对于微量精车、精镗和精 刨，常用大 刀具。,2.5 刀具几何参数的选择,刃倾角对实际刃口钝圆半径的影响,2.5 刀具几何参数的选择,影响刀头强度和散热条件 切入时离刀尖较远的切削刃的先接触工件，可使刀尖避免受到冲击 切削刃同时接触工件； 刀尖先接触工件，冲击载荷首先作用于刀尖。 结论: 负刃倾角使刀头强固，散热条件好，有利于提高刀具耐用度 （断续切削）。,2.5 刀具几何参数的选择,对切削刃冲击点
11、的影响,2.5 刀具几何参数的选择,影响切削力的大小、方向、切入切出的平稳性 切削刃同时切入、切出工件， 大，切削时有冲击现象； 切削刃逐渐切入、切出工件，切削平稳 不变，切削刃工作长度，单位切削刃负荷 刀具耐用度。 影响切削分力比值：,2.5 刀具几何参数的选择,2刃倾角的选择 硬质合金刀具加工一般钢料和灰铸铁， 粗加工（刀具强度） ；精加工 ； 有冲击负荷 ；冲击性特大 加工高强度、高锰钢及淬火钢时 工艺系统刚性不足时，尽量不用负刃倾角。 微量切削时（精车内外圆、精刨平面），方法之一是采用大 刃倾角 金刚石和立方碳化硼等脆性大的刀具 强力切削刨刀,2.5 刀具几何参数的选择,在一定的切削条
12、件下,工件材料切削加工的难易程度。 2.6.1 衡量切削加工性的指标 1刀具耐用度指标 2加工表面质量指标 3以单位切削力衡量切削加工性 4以断屑性能衡量切削加工性 5相对切削加工性,2.6 工件材料的切削加工性,1刀具耐用度指标：以刀具耐用度衡量切削加工性。 在保证相同的刀具耐用度T前提下，考察切削这种工件材料所允许的切削速度高低（ ）生产和实验中采用。 在保证相同切削条件下，看切削这种工件材料时刀具耐用度T大小； 在相同的切削条件下，看保证切削这种工件材料时达到刀具磨钝标准时所切除的金属体积多少,2.6 工件材料的切削加工性,2加工表面质量指标（加工表面粗糙度指标）：以加工表面质量衡量切削
13、加工性。 易获得很小的表面粗糙度值的工件材料，切削加工性。 3以单位切削力衡量切削加工性：p，切削加工性。 粗加工或机床动力、刚性不足时用 4以断屑性能衡量切削加工性： 在对断屑性能要求高的自动机床、自动线上进行切削加工，或对断屑性能要求高的工序（深孔钻削、盲孔镗削工序），应采用该指标。,2.6 工件材料的切削加工性,5相对切削加工性： 以强度 的45钢的 作为基准，记作 ，各 种加工材料的 与之相比，这个比值 叫这种材料的相 对切削加工性，即 45钢在 的 值。,2.6 工件材料的切削加工性,2.6.2 影响切削加工性的因素及改善措施 1影响切削加工性的因素：化学成分；金相组织；物理力学性能
14、（强度、硬度、塑性与韧性）；加工条件。 2改善切削加工性措施 对材料进行热处理：通过热处理改善材料的金相组织和物理力学性能。 调整材料的化学成分：在钢中适当添加一些元素，如硫、钙、铅等，使钢的切削性能得到改善。 选择加工性好的材料状态： 低碳钢冷拉，切削加工性；热轧切削加工性。 其它：合适刀具材料；合理的刀具几何参数；合理切削用量；切削液。,2.6 工件材料的切削加工性,2.7.1 切削液的作用 1冷却作用 2润滑作用 3清洗作用 4防锈作用,带走切削区热量，降低切削温度，提高刀具耐用度和表面加工质量（耐热性低的刀具）。,属于边界润滑性质。 切削液润滑作用：通过切削液渗透到刀具与切屑、工件表面
15、之间形成润滑膜而达到。,切削液能冲走在加工脆性工件材料形成崩碎切屑或加工塑性工件材料形成的粉屑（磨削），因而起到清洗、防止刮伤加工表面和机床导轨面的作用。,保护机床、刀具、工件等不受周围介质的腐蚀。,2.7 切削液的选择,2.7.2 常用切削液及选用 1常用切削液：水溶液、切削油、乳化液及极压切削液。 （1）水溶性切削液： 水溶液 乳化液 极压乳化液（合成切削液）： （2）油溶性切削液 切削油 极压切削油 （3）固体润滑剂,水+防锈剂，主要起冷却作用。分电解水溶液、表面活性水溶液。,水+油+添加乳化剂。浓度高的乳化液，主要起润滑作用，用于精加工；浓度低的乳化液，主要起冷却作用，适用于粗加工和磨
16、削。,乳化液+硫+氯+磷等极压添加剂，能在高温下保持冷却和润滑作用（在高温下与金属发生化学反应形成化学润滑膜）。,切削油+硫+氯+磷等极压添加剂，能在高温下保持冷却和润滑作用（在高温下与金属发生化学反应 形成化学润滑膜，如硫化油）。,二硫化钼：涂在刀面上或添加在切削油中。,主要起润滑作用。分为10号和20号机油、轻柴油、煤油、豆油、菜油等矿物油和动植物油。,2.7 切削液的选择,2切削液的选用 （1）根据刀具材料和加工要求选用 （2）根据工件材料选用 （3）根据加工方法选用,对于低速刀具（如高速钢），为降低切削温度和减少摩擦应采用切削液（刀具耐热性）； 粗加工选用冷却效果好的切削液； 精加工选
17、用润滑效果好的切削液（避免积屑瘤），保证加工质量。,加工钢料等塑性金属材料使用切削液； 加工铸铁等脆性材料时一般不使用切削液，以免污染工作地（或采用与切屑容易分离的煤油或轻柴油）； 对于高强度钢、高温合金钢等难加工材料应选用极压切削液（降低切削温度，减小摩擦，提高刀具耐用度和表面质量）。,钻孔、攻丝、铰孔和拉削：由于导向和校准部分与已加工表面摩擦严重，通常选用乳化液、极压乳化液、极压切削油； 成形刀具、螺纹刀具及齿轮刀具：应选用润滑性能好切削油或高浓度的极压乳化液、极压切削油，保证刀具有较高的耐用度； 磨削加工：由于磨屑微小且切削温度高（高速），应选用冷却和清洗性能好的切削液（如水溶液、乳化液）。,2.7 切削液的选择,3使用方法 浇注法（最常用的方法）； 高压冷却法：效果好，需高压冷却装置常用于深孔加工； 喷雾冷却法：效果好，需高压气源和喷雾装置，压缩空气压 力为0.30.6 。,2.7 切削液的选择,