机械制造基础（下册） 肖华 王国顺 第1章 金属切削原理与刀具

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1、第1章金属切削原理与刀具1.1切削运动及刀具结构1.2金属切削基本规律1.3刀具磨损与耐用度1.4金属切削效益分析1.1切削运动及刀具结构1.1.1切削运动及切削用量1.1.2刀具材料1.1.3车刀的形状及几何角度1.1.4刀杆中心线与进给方向不垂直时工件角度的变化1.1.1切削运动及切削用量1.零件表面的形成及切削运动2.切削用量3.切削层几何参数1.零件表面的形成及切削运动机器零件的形状虽很多，但分析起来，主要由下列几种表面组成，即外圆面、内圆面（孔）、平面和成形面。因此，只要能对这几种表面进行加工，就基

2、本上能完成所有机器零件的加工。外圆面和内圆面（孔）是以某一直线为母线，以圆为轨迹，作旋转运动时所形成的表面。平面是以一直线为母线，以另一直线为轨迹，作平移运动时所形成的表面。成形面是以曲线为母线，以圆或直线为轨迹，作旋转或平移运动时所形成的表面。上述各种表面，可分别用图1-1所示的相应的加工方法来获得。由图可知，要对这些表面进行加工，刀具与工件必须有一定的相对运动，就是所谓切削运动切削运动包括主运动（图中Ⅰ）和进给运动（图中Ⅱ）。主运动是切下切屑最基本的运动；进给运动是使金属层不断投入切削，从而加工出完事表面

3、所需的运动。各种切削加工方法（车削、钻削、刨削、铣削、磨削和齿轮加工等）都是为了加工某种表面而发展起来的，因此，也都有其特定的切削运动。切削运动有旋转的，也有直行的；有连续的，也有间歇的。图1-1零件不同表面加工时的切削运动图1-2车外圆的切削要素2.切削用量（1）切削速度υ在单位时间内，工件和刀具沿主运动方向的相对位移。单位为m/s或m/min。（2）进给量工件或刀具运动在一个工作循环（或单位时间）内，刀具与工件之间沿进给运动方向的相对位移。（3）切削深度ap待加工表面与已加工表面间的垂直距离，单位为mm。

4、3.切削层几何参数切削层是指工件上正被切削刃切削的一层材料，即两个相邻加工表面之间的那层材料。以车外圆为例（图1-2），切削层就是工件每转一转，切削刃所切下的一层材料。为简化计算工作，切削层的几何参数一般在垂直于切削速度的平面内观察和度量，它们包括切削厚度、切削宽度和切削面积。（1）切削厚度ac两相邻加工表面间的垂直距离，单位为mm。如图1-2所示，车外圆时：ac=f·sinkr(mm)（2）切削宽度aw沿主切削刃度量的切削层尺寸，单位为mm。车外圆时（图1-2）：aw=ap/sinkr(mm)（3）切削面积

5、A切削层在垂直于切削速度截面内的面积，单位为mm2。1.1.2刀具材料1.刀具材料应具备的性能2.常用的刀具材料1.刀具材料应具备的性能（1）高的硬度和耐磨性（2）足够的强度和韧性（3）高的耐热性（热稳定性）（4）良好的热物理性能和耐热冲击性能（5）良好的工艺性能（6）经济性2.常用的刀具材料（1）碳素工具钢及合金钢碳素工具钢是含碳量较高的优质钢（含碳量0.7%—1.2%如T10、T12A等）淬火后碳度较高的耐热性较差（表1-1）。在碳素工具钢中加入少量的Cr、W、Mn、Si等元素形成合金工具钢，如（9SiC

6、r、CWMn等）。可适当减少热处理变形和提高耐热性（表1-1），由于这两种材料的耐热性较低，目前主要用来制造一些切削速度不太高的手动工具，如锉刀、锯条、铰刀等较少用来制造其它刀具。（2）高速钢高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。高速钢具有较高的热稳定性，在切削温度高达到500~650℃时，尚能进行切削。与碳素工具钢和合金工具钢相比，高速钢能提高切削1~3倍，提高刀具耐用度10~40倍，甚至更多。它可以加工从有色金属到高温合金的范围广泛的材料。高速钢具有高的强度（抗弯强度为一般硬质合

7、金的2~3倍，为陶瓷的5~6倍）和韧性，具有一定的硬度（63~70HRC）和耐磨性，适合于各类切削刀具的要求，也可用于在刚性较差的机床上加工。高速钢刀具制造工艺简单，容易磨成锋利切削刃，能锻造，这一点对形状复杂及大型成形刀具非常重要，故在复杂刀具（钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等）制造中，高速钢仍占主要地位。高速钢材料性能较硬质合金和陶瓷稳定，在自动机床上使用较可靠（3）硬质合金1）硬质合金的特点硬质合金是由难熔金属碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC等）和金属粘结剂（如Co、Ni等）经粉末冶金方法制

8、成的。由于硬质合金成分中都含有大量金属碳化物，这些碳化物都有熔点高、硬度高、化学稳定性好、热稳定性好等特点，因此，硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高。常用硬质合金的硬度为89~93HRA，比高速钢的硬度（83~86.6HRA）高。在800~1000℃时尚能进行切削。在540℃时，硬质合金的硬度为82~87HRA，相当于高速钢的常温硬度，在760℃时仍能保持77~85HRA。因此，硬质合金的切削性能