钻工培训讲义

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1、第一篇工艺知识第一章：金属切削概述一、引言用金属切削刀具从工作上切除多余的(或预留的)金属,从而获得在形状上、尺寸精度及表面质量上都合乎预定要求的加工方式称为金属切削加工。在切削加工过程中，刀具同工件之间必须有相对的切削运动，它由金属切削机床来完成。金属切削加工做为机械加工的一种最常见、应用最广泛的一种重要方法，具有相当悠久的历史，而且在可以预见的将来，金属切削加工作为一种机械加工方法，都是不可替代的。金属的加工方法繁多，根据工件的形状、精度及表面质量的不同要求，金属切削加工可分为车、铣、钻、刨、镗、铰、螺纹加工及磨削等。金属切削理论

2、做为总结分析和指导切削加工实践的一门学科也是古老而又充满活力的。以下我们对金属切削理论发展的历史和各个重要阶段的主要成果回顾一下。二、金属切削理论发展主要阶段对金属切削理论的研究可以追溯到十七世纪，金属切削理论研究一百多年的历史，根据研究重点的不同，分为了三个时期：1770年制造第一台蒸气机汽缸用的镗床，所能达到的制造精度仅为1mm，以后陆续出现了汽油发动机，柴油发动机，高速齿轮，轴承，第二次大战后，喷汽发动机、导弹、卫星相继发展，零件制造精度迅速提高，如圆度仪上的标准球，其加工精度为0.01µm机床，加工表面粗糙度也不断降低，如生产

3、型高精度加工机床相继出现，加工精度，可达0.1µm，工件表面粗糙度达Ra0.012µm，金属材料的发展与产品发展也密切相关，最初使用材料主要是低碳钢和铸铁，然而近代制造的燃汽轮机，就必须有耐热，耐磨，腐蚀全新材料，于是出现了耐热，耐磨，耐腐蚀及合金钢复合材料，陶瓷，在发展航天飞机，人造卫星时，又出现了钛和钛合金材料、其它高强度钢等材料。极限抗拉强度几乎提高了十几倍。所以为了适应新材料各类零件的切削加工，各类切削机床的性能也有了进一步的发展，出现了各种数控机床和CNC加工中心。第一研究阶段可称为力学或切屑形成机理时期(Mechanics

4、orChipFormationPeriod)，。1774年，英国人威尔金森发明了第一台较精密的金属镗床，次年，他用这台炮筒镗床镗出的汽缸，满足了瓦特蒸汽机的要求，正是精密切削提高了汽缸的加工精度，减少了汽缸和活塞间的蒸汽泄漏，从而使得J.Watt的蒸汽机的应用成为可能，从这一典型事例中我们可以知道金属切削加工在当时社会生产中具有非常重要的地位，是当时最先进的加工方法。这一阶段的初期，金属切削理论主要研究方向是研究切削过程中的切削力和消耗的切削能量，主要的研究者有H.Cocquihat,Wiebe和Joessel。1851年，H.Coc

5、quihat研究了在铸铁，黄铜和石头等材料上钻孔时，切去一定体积材料所需要的功。1864年，Joesse探讨了刀具几何角度对切削力的影响。在这一时期的后半段，主要的研究方向是塑性剪切和切屑形成机理。Timme在1870年提出切屑是经过剪切面的剪切变形而形成的。Tresca于1864～1872年间在一系列金属挤压实验基础上提出了最大剪应力屈服准则，可以认为是塑性本构关系实验与理论研究的开始。到1873年和1878年Tresca又提出切屑的形成是工件材料受刀具挤压，从而在垂直切削方向的平面发生剪切变形的过程。回顾这一阶段的历史，可以发现，

6、切削理论的研究一开始就是和力学的研究有着紧密的关系，金属切削过程中所遇到的问题既给力学家们提供了新的课题，也为他们提供了验证其力学理论可靠而又简便的试验手段。考察自然科学的发展史，在当时力学起着先导和基础的作用，处于自然科学的前沿地位，这一点从当时牛顿的静力学三大定律可以看出。所以金属切削理论的研究起点是很高的，也是居于当时自然科学的前沿地位。这也跟金属切削加工在当时社会生产中的地位相适应。第二研究阶段可称为切削可加工性时期(MachinabilityPeriod)，大致从1900～1930年共约30年时间。在这一时期随着社会生产力的

7、发展，金属切削加工技术也有了长足的进步，新的刀具材料和加工工艺不断出现。例如，1898年Taylor和White发明高速钢。1930年前后人们又发明了硬质合金。在这里我讲一下钢种的分类，钢是用生铁（炼钢生铁）加一部分合金元素炼成的，钢中含碳量低于2.1%，并使其杂质（主要指S、P）含量降低到规定标准。钢的种类很多，按照钢的化学成分、品质、冶炼方法和用途等的不同，可对钢进行多种的分类。指按钢使用用途把钢分成结构钢、工具钢和特殊用途钢。结构钢又分为工程结构钢和机械结构钢。工程结构钢主要是指用作建筑、铁路、桥梁、容器等工程构件用钢，这种钢制

8、成构料大多不再进行热处理。机械结构钢指机床、武器等另构件，构件大多要进行热处理。工具钢主要用来制造各种工具，如量具、刃具、模具，对工具钢制成的工具都要进行热处理。特殊用途钢是指制成的另构件在特殊条件下工作，对钢有特殊要求