金属切削原理与刀具思维导图

U532209191

2023-04-24

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机械制造技术基础

金属切削原理与刀具

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思维导图大纲

切削运动

切削运动：工件与刀具之间的相对运动

切削运动分类

主运动：切下金属所必需的最基本的运动。速度最高，消耗功率最高

切削速度：Vc

进给运动：切削能够持续进行并形成所需工件表面的运动

进给速度：Vf

合成切削运动：主运动和进给运动合成

Ve=Vc+Vf

切削表面

待加工表面

过渡表面

已加工表面

经过刀具切削后的表面

刀具切削部分的构造要素

前刀面：刀具上切屑流过的表面

主后刀面：与工件过渡表面相对的刀具表面

副后刀面：与工件已加工表面相对的刀具表面

主切削刃：前刀面和主后刀面相交的锋边

副切削刃：前刀面与副后刀面相交的锋边

刀尖：主、副切削刃的实际交点，或一小段圆弧，直线。

正交平面参考系内的标注角度

前角：前刀面和基面之间的夹角（前刀面和切削平面之间的夹角为锐角，前角为正）

γo

后角：后刀面和切削平面的夹角（后刀面和基面之间的夹角为锐角，后角为正）

αo

主偏角：主切削刃与进给运动方向的夹角

κr

副偏角：副切削刃和进给反方向的夹角

κ′r

刃倾角：主切削刃和基面的夹角

λs

切削用量

切削用量三要素

切削速度：切削刃相对于工件的主运动速度

Vc=πdn/1000

进给量：主运动回转一周时刀具或工件沿进给方向上的位移量

Vf=nf

背吃刀量（切削深度）：已加工表面和被加工表面的垂直距离

切削层参数

切削层公称厚度：垂直于过渡表面来度量的切削层尺寸 hD

切削层公称宽度：沿过渡表面度量的切削层尺寸 bD

切削层公称截面面积：切削层在基面内的面积 AD=hD*bD=f*ap

切削的变形过程

切屑的形成过程：切削层在前刀面的挤压作用下，产生的以滑移为主的塑性变形过程

金属切削过程中三个变形区

第一变形区：剪切滑移区，产生变形，形成切屑

第二变形区：刀屑接触区，前刀面和切屑产生挤压，摩擦，使前刀面金属产生变形和纤维化

第三变形区：刀-工件接触区，后刀面和已加工表面产生挤压，摩擦，已加工表面产生显著变形和纤维化

积屑瘤

定义：切速不高且能形成带状切屑情况下，一些切屑冷焊粘附在前刀面切削刃口附近，逐渐形成硬度很高的瘤状楔块

影响

刀具前角增大，减小了变形，降低了切削力，使切削过程容易进行，对粗加工有利

增大背吃刀量，影响加工尺寸，导致切削波动

增大切削厚度，增大已加工表面的粗糙度，对精加工有害

对刀具寿命的影响

积屑瘤覆盖切削刃和前刀面的一部分，可代替进行切削，从而保护刀具

稳定性很差，脱落时带走前刀面金属颗粒，加剧了刀具磨损

切屑的类型

带状切屑

节状切屑

粒状切屑

崩碎切屑

切削力

定义：刀具施加于工件使工件材料产生变形，并使多余材料变成切屑所需要的力

正交平面内切削力的三个分力

主切削力Fc：主运动切削速度方向的分力（所做的功最多）

吃刀抗力Fp：切削合力在垂直于进给运动方向上的分力

进给抗力Ff：切削合力在进给方向的合力

刀具的标注角度

基面Pr：通过切削刃选定点，垂直于假定主运动方向的平面

切削平面Ps：通过切削刃选定点，与主切削刃相切，并垂直于基面的平面

正交平面Po：通过切削刃选定点，同时垂直于切削平面和基面的平面

刀具的选择

刀具材料应具备的基本性能

高硬度，高耐磨，高强度，高韧性，高耐热性，良好的减摩性，良好的导热性和小的线膨胀系数，良好的工艺性，经济性

常用刀具材料

工具钢

碳素工具钢

含碳量在0.7%--1.35%之间经过蘸火和低温回火硬度达到HRC'60-63在切削温度200°的时候就失去了原有硬度

低速工具

低温合金钢

加入了部分合金元素，HRC61--65，在300°的时候就失去了原有硬度

低速工具

高速钢

加入较多的钨钼铬钒等合金元素的高合金工具钢，有较高的热稳定性HRC62--67，在温度达到500--600°是仍能切削。

复杂，精加工，热轧，钻头，

硬质合金

P类

钨钴钛类（YT类）YT5，YT14，… （加工塑性金属，钢料）

K类

钨钴类（YG类）YG3，YG6，…含钴量低，精加工；含钴量高，粗加工（加工铸铁，有色金属，非金属，不宜加工钢）

M类

YW1，YW2加工难加工材料

涂层刀具

三氧化二铝，可高速切削

陶瓷材料

高硬度，高耐磨，高耐热，但是导热性差，脆性大

半精加工，精加工高硬度，高强度钢以及冷硬铸铁

立方氮化硼

加工冷硬铸铁，淬硬钢，高温合金

金刚石

硬质合金，陶瓷

切削热

定义：切削时消耗的能量转化为的热能，是由切削功转变而来的

来源：来自第一变形区的切屑变形，切屑与前刀面的摩擦，工件与后刀面的摩擦（切削塑型金属时主要由前两者形成；切削塑性金属时，后刀面摩擦热占比多）

切削热传递各部分的比例：切屑>刀具>工件

切削温度

定义：前刀面与切屑接触区的平均温度，由切削热的产生和传导决定

影响因素

前角越大，切削温度低

主偏角小，切削宽度大，散热面积大，切削温度低

工件强度硬度高，切削温度高

磨损高，切削温度高，切削速度越高，磨损对切削温度影响越显著

正交平面参考系Pr—Ps—Po思维导图模板大纲

概括思维导图模板大纲

切削用量对切削力，切削热，切削温度，刀具寿命的影响思维导图模板大纲

切削力影响因素：ap>f>Vc

切削热影响因素：ap>Vc>f

切削温度影响因素：Vc>f>ap

刀具寿命影响因素：Vc>f>ap

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