金属切削原理与刀具期末复习重点.doc

第一章切削加工：利用刀具切除被加工零件多于材料的方法1. 切削用量：切削加工过程中切削速度，进给量和背吃刀量的总称 Vc=dn/1000 d为直径 n为转速（1）切削速度Vc指切削刃选定点相对工件主运动的瞬时速度 Vf=nf Vf为进给速度（2）进给量f为刀具在进给方向上相对工件的位移量 ap=（dw-dm）/2 dw为待加工表面直径 dm为已加工表面直径（3）背吃刀量ap指垂直进给速度方向测量的切削层最大尺寸（4）切削时间Tm指切削时直接改变工件尺寸、形状等工艺过程所需的时间tm=LA/vfap L为刀具行程长度 A半径方向加工2. 合成切削运动：主运动和进给运动合成的运动 余量合成切削速度：切削刃选定点相对工件合成切削运动的瞬时速度Ve=Vc+Vf3. 刀具的组成：三面两刃一尖（1）前面：切屑流过的表面（2）后面：与过渡表面相对的表面（3）副后面：与已加工表面相对的表面（4）主切削刃：前、后刀面汇交的边缘（5）副切削刃：除主切削刃以外的切削刃（6）刀尖：主、副切削刃汇交的一小段切削刃4. 刀具角度参考系（1）基面：过切削刃选定点平行或垂直刀具安装面的平面（2）主切削平面：过切削刃选定点与切削刃相切并垂直与基面的平面（3）正交平面：过切削刃选定点同时垂直于切削平面和基面的平面（4）假定进给平面：过切削刃选定点平行于假定进给方向并垂直与基面的平面5. 刀具角度（1）前角：正交平面中测量前面与基面间的夹角（2）后角：正交平面中测量后面与切削平面间的夹角（3）副后角：正交平面中测量副后刀面与切削平面间的夹角（4）主偏角：基面中测量主切削平面与假定工作平面间夹角（5）副偏角：基面中测量副切削平面与假定工作平面间夹角（6）刃倾角：切削平面中测量切削刃与基面间夹角6. 刀具工作角度的影响（1）刀柄逆（顺）时针转动，主偏角增大（减小），副偏角减小（增大）（2）切削刃选定点高（低）于工件中心，前角增大（减小），后角减小（增大）（3）进给运动方向不平行与工件旋转轴线，主偏角减小，副偏角增大（4）纵向进给，前角增大，后角减小7. 切削层：切削部分切过工件的一个单程所切除的工件材料层（1）切削层横截面积（2）切削厚度（3）切削宽度，主偏角减小，切削厚度减小，切削宽度增大切削方式（1）自由切削：只有一个主切削刃参与切削，非自由切削：主、副切削刃同时参与切削（2）正交切削：切削刃与切削速度方向垂直，非正交切削：切削刃不垂直切削速度方向第二章1、刀具材料性能：高硬度、高耐磨性、足够的强度与韧性、高耐热性、较好的工艺性与经济性2、刀具材料类型：工具钢（碳素工具钢、合金工具钢、高速钢），硬质合金，陶瓷（金属陶瓷、非金属陶瓷），超硬材料（立方氮化硼、金刚石），最常用的是高速钢与硬质合金3、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼各有何性能特点，适用于何处？高速钢的特点：耐热温度低，切削速度低；强度高，工艺性最好。主要低速加工铸铁，结构钢硬质合金的主要特点： p类：用于加工长切削的钢类材料 m：用于加工不锈钢 k：用于加工铸铁（1）随碳化物含量的提高，其熔点、硬度、耐磨性提高； h：用于加工淬火钢和硬铸铁 s:用于加工高温合金及耐热材料（2）化学稳定性好，热稳定性好 n类：用于加工有色金属（3）切削速度高（4）抗弯强度低，冲击韧性低主要应用：加工铸铁，结构钢，不锈钢，耐热合金，钛合金等陶瓷刀具的主要特点：（1）硬度高，耐磨性好，切削速度高（2）热化学稳定性好，耐热温度高（3）抗弯强度低，冲击韧性差（4）导热性能差主要应用：氧化铝基陶瓷刀具主要用于高速精车、半精车铸铁及调质结构钢；氮化硅基陶瓷刀具加工铸铁，镍基合金。金刚石主要特点：（1）具有极高的硬度和耐磨性（2）切削刃可以刃磨得非常锋利（3）导热性能非常好（4）热稳定性能较低4、常用高速钢有哪些牌号？其化学成分和性能特点如何？W18Cr4V（W18），化学成分中含钨量18%（1）综合性能较好（2）淬火过热倾向小，热处理易控制，刃磨性能好（3）含碳量高，塑性变形抗力大（4）碳化物分布不均,剩余碳化物颗粒大（30m（5）抗弯强度、韧性较低，钨钼钢 W6Mo5Cr4V2（M2）（1）碳化物细小均匀，机械性能好，可做大尺寸刀具；（2）热塑性好；（3）刃磨性好.（4）热稳定性稍低于W18，V40m/min时,性能稍差；（5）热处理时脱碳倾向大,易氧化,淬火温度范围较窄。W9Mo3Cr4V（1）热稳定性能高于M2（2）碳化物均匀性接近M2，良好的热塑性；（3）脱碳倾向小于M2（4）耐用度较高。W6Mo5Cr4V2Al（501）（1）Al的作用：提高高温硬度，热塑性与刃性，高温形成Al2O3，减轻粘刀。（提高W,Mo的溶解度，组织晶粒长大）（2）600 时，54HRC；抗弯强度2.9-3.9GPa，（3）成本低（4）刃磨性差（5）切削性能优良：加工30-40HRC调质钢，耐用度较HSS高3-4倍。5、常用硬质合金有哪几大类，各有哪些常用牌号，其性能特点如何？常用硬质合金有四大类：（YG）、（YT）、（YW）、（YN）。常用的粘结剂co，碳化钛基的粘结剂Mo、NiYG类的主要特点为：硬度低、韧性高、导热性好，切削温度低、刃磨性好，刃口锋利YT类的主要特点为：硬度高,弯和k较低，随着TiC含量的增加,其导热性、刃磨性、焊接性下降；耐热性好YW类的主要特点为：晶粒细化，提高弯、k、-1和高温性能，硬度高、耐磨性好。金刚石：天然单晶金刚石刀具、人造聚晶金刚石、金刚石烧结体 优点：1、有极高的硬度与耐磨性 2、有很好的导热性、较低的热胀系数3、刃面粗糙度较小、刃口非常锋利 立方氮化硼：1、有很高的硬度和耐磨性 2、有很高的热稳定性 3、有较好的导热性、与钢铁的摩擦因数较小 4、抗弯强度与断裂韧性介于陶瓷与硬质合金之间 第三章1、切削变形区的划分：第一变形区，位于始滑移面和终止滑移面之间，产生剪切变形；第二变形区发生于切屑底面和前刀面近刀尖的接触处，产生纤维化；第三变形区发生于已加工表面近切削刃处，产生纤维化和加工硬化。1、切屑类型（1）带状切屑（在切削塑性材料，切屑过程是切削层剪切滑移过程，形成的切屑沿刀具前面呈带状流出，切削平稳，表面粗糙度小）（2）节状切屑（在形成切屑时，切屑厚度的背面出现剪切断裂呈节状流出，切削变形大，切削力大）（3）粒状切屑（在切削层中发生严重的塑性变形，切应力大于材料抗拉强度时，切屑被剪断成颗粒状）（4）崩碎切屑（切削脆性材料时，切削层经弹性形变后产生脆性崩裂形成不规则崩碎切屑，引起振动，表面质量差，切削力大）2、变形程度的表示方法（1）相对滑移：切削层在剪切面上相对滑移量（2）切屑厚度压缩比：切屑外形尺寸的相对变化量（3）剪切角：切屑根部测定晶格滑移方向与切削速度方向之间的夹角。 影响切削变形的主要因素：前脚r0和剪切角3、积屑瘤：在中等切削速度下，加工塑性材料时，在前刀面由于冷焊作用而粘着一块硬块。 增大刀具前角r0，减小刀屑面影响：代替切削刃切削，保护切削刃，增大实际前角，减少切削变形，降低加工精度。 间摩擦，剪切角增大，切形减小消除：（1）采用低速或高速切削（2）减小进给量，增大前角，提高刀具刃磨质量，合理选用切削液（3）合理调整切削参数，避免形成中温区域4、加工硬化：在挤压摩擦作用下，已加工表面层晶粒扭曲，错位，破碎，严重的塑性变形使表面层硬度提高的现象，衡量指标：硬化程度和深度，消除：（1）磨出锋利切削刃（2）增大前角和后角（3）减小背吃刀量（4）合理选用切削液5、影响切削变形的因素：（1）加工材料：强度硬度越高,刀-屑面正压力越大，平均正应力越大，摩擦系数减小，剪切角增大，切削变形减小（2）前角：前角增大，切屑流出阻力小，摩擦系数小，剪切角大，切削变形小（3）切削速度：低速温度低，刀屑不易粘结，摩擦系数小，中速温度高，刀屑粘结严重，摩擦系数大，高速时高温降低材料剪切屈服强度，切应力小，摩擦系数小（4）进给量：进给量增大，前面正压力增大，平均正应力增大，摩擦系数减小6、切削力：金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力，加工塑性材料时，切削力来自工件材料的弹性变形抗力、塑性变形抗力、前刀面和切屑底面的摩擦力和后刀面和已加工表面的摩擦力；加工脆性材料时，主要来自工件材料的弹性变形抗力和后刀面的摩擦力。切削力Fc= Kcapf 切小功率：pc= Kcapf/60103=FcVc10-37、影响切削力因素：（1）切削用量：背吃刀量和进给量增大，切削力增大，ap增大一倍，切削力增大一倍，f增大一倍，由于摩擦变形，切削力增大80；中速切削，产生积屑瘤，前角增大，切削变形小，切削力减小，提速，积屑瘤消失，切削力上升，继续提速，趋于稳定（2）工件材料：硬度强度高，剪切屈服强度高，切削力大，塑性韧性高，切削变形大，刀屑摩擦严重，切削力大（3）刀具几何参数：前角增大，切削变形小，切削力减小；主偏角增大，切削变形小，切削力减小，继续增大，切屑流出挤压加剧，切削力增大，主偏角在60度为宜（4）其他因素：刀尖圆弧半径增大，切削变形增大，切削力增大；刀具磨损，切削时摩擦和挤压加剧，切削力增大；合理选用切削液可减小切削力8、影响切削热因素：（1）切削用量：切削速度影响最大，其次进给量，最小背吃刀量。用量增大，温度增大（2）工件材料：强度硬度高，热导率低，切削温度高，加工塑性材料，前刀面的切削温度高，因为切屑和前刀面的摩擦比较严重；加工脆性材料时，后刀面的切削温度高，因为加工脆性材料形不成连续的切屑，前刀面上没有摩擦，但后刀面上摩擦严重。（3）刀具几何参数：前角增大，变形摩擦产热少，切削温度低，过大，散热差，温度升高；主偏角减小，变形摩擦增加，切削热增加，继续减小，散热好，温度降低；增大刀尖圆弧半径，选用负的刃倾角，可增大散热面积，降低温度（4）合理选用切削液可降低切削温度切削温度：指切削区域的平均温度，取决于产生热量多少与散热快慢。测定切削温度方法：自然热电偶法、人工热电偶法、红外线测温法9、刀具磨损磨损形式：正常磨损（前面磨损：切屑流出时摩擦和高温高压造成月牙洼的深度KT和宽度KB；后面磨损：刀尖磨损区（C区）近刀尖处强度低，温度集中、中间磨损区（B区）摩擦散热差和刀尖磨损区（N区）高温氧化和表面硬化层；当切削铸铁或以较小的切削厚度切削塑性材料时，容易形成后刀面的磨损）和非正常磨损（崩碎、崩刃、热裂、塌陷）：由于刀具切削时受冲击、受热不均和使用不当造成磨损原因：（1）磨粒磨损：工件材料中存在硬质点，在切削时像磨料摩擦刀具表面,致使刀面磨损，属于机械磨损，低温低速（2）相变磨损：工具钢刀具高速切削时，刀具材料在高温下产生相变，硬度降低，属于塑性变形，高温（3）粘结磨损：刀具材料与工件发生粘结，两者相对运动产生剪切破坏，带走刀具材料粘结颗粒，中速中温（4）扩散磨损：工件与刀具材料中的合金元素在高温高压下相互扩散置换（5）氧化磨损：硬质合金刀具材料中的元素与氧气发生反应，生成硬度较低的氧化膜，在切削时受到连续摩擦，造成刀具磨损，扩散磨损和氧化磨损属于化学磨损，高温高速磨损阶段：初期磨损、正常磨损、急剧模塑，磨损标准即达到急剧磨损阶段的磨损量VB影响刀具寿命的因素：1、 切削速度：切削速度提高，切削温度增高，磨损加剧寿命降低2、 进给量f与被吃刀量ap：两者增大，切削温度升高，寿命减小3、刀具几何参数：前角r0、主偏角kr、副偏角kr、刀尖圆弧半径r。增大前角，切削温度降低寿命延长，太大强度低，散热差刀具寿命反而缩短，增大kr、kr、r、都能起到提高刀具强度和降低切削温度4、工件材料：加工材料的强度，硬度和韧性越高，切削时均能是温度升高 。5、刀具材料：影响寿命的重要因素第四章切削形状的分类：a、带状、管状、盘旋、环形螺旋、锥形螺旋、弧形、单元、针形控制切削的流向是为了切削不损伤加工表面，便于对切削处理，使切削顺利进行切削折断原理：在正交锻面中切削的厚度为hch、切削在流出时受断削台顶力FBn作用使切削卷曲，并在切削内部产生卷曲应变。影响因素：切削厚度、切削卷曲半径、极限应变值改善材料切削加工性途径：1、调整工件材料化学成分和合理进行热处2、合理选择刀具材料 3、合理选择刀具几何参数，刀具表面研磨和切削用量 4、提高工艺系统的刚性、机床功率 5、使用切削液 6、注意断屑、排屑 7、采用新的加工技术1、斜角切削及作用：切削速度方向与主切削刃不垂直的切削作用，增大实际前角，改变切屑流向2、切削加工性：一定条件下工件材料被切削的难易程度影响切削加工性的因素：工件材料的强度、硬度、塑性和韧性、导热系数难加工材料：（1）不锈钢：切削温度高，易产生加工硬化，导热性差，易形成积屑瘤，断屑困难，刀具易磨损，选择导热性好，强度高，韧性好，大前角，负刃倾角，切削刃锋利（2）高锰钢：加工硬化严重，切削力大，断屑困难，导热性差，切削温度高，热变形严重，刀具易磨损，选择导热性好，耐磨韧性好，小前角，负刃倾角，负倒棱，大后角3、切削液的主要作用是：冷却，润滑，防锈，排屑；水溶性切削液的冷却性和排屑性好，有一定的防锈性，但润滑性差；油性切削液润滑性和防锈性好，排屑性和冷却性较差。硬质合金刀具车削铸铁时一般不用切削液，低速精车时可以选用煤油；高速精车时可用高浓度的乳化液。切削液的选用：采用车削或铣削粗加工钢时，由于发热比较多，切削温度高，易选用冷却性好的水溶液或低浓度的乳化液；采用车削或铣削低速精加工钢时，由于发热比较少，切削温度较低，为保证加工质量，易选用切削油；高速精加工时，由于切削温度比较高，切削液应同时具有良好的冷却性和润滑性，因此应选用高浓度的乳化液4、影响表面粗糙度因素：（1）切削用量：切削速度越高，表面粗糙度越小；进给量越小，表面粗糙度越小，过小，加剧切削刃钝圆半径对加工表面的挤压，硬化严重（2）刀具几何参数：前角增大，切削变形减小，刀屑摩擦减小，加工表面质量高，过大，刀具强度削弱，散热差，影响刀具寿命；后角增大，避免刀具后面与加工面摩擦，切削刃锋利，减小对加工面的挤压；主、副偏角减小，增大刀尖圆弧半径，表面粗糙度减小（3）刀具材料：取决于与加工材料间的摩擦因数、亲和程度，材料耐磨性和可刃磨性（4）切削液：低速切削，使用切削液，表面粗糙度明显减小5、刀具几何参数的合理选择：（1）前角：前角增大，切削刃锋利，切屑流出阻力小，摩擦小，切削变形小，切削力小，切削温度低，刀具磨损小，加工表面质量高；过大，刀具刚性强度差，散热差，刀具磨损严重，刀具寿命缩短选择原则：加工材料：塑性软材料，大前角；脆性硬材料，小前角；加工要求：精加工，大前角；粗加工，断续切削，加工成型面，小前角；刀具材料：高速钢刀抗弯强度和抗冲击韧性高，大前角；硬质合金，陶瓷刀具抗弯强度低，小前角（2）后角：后角增大，减小摩擦，加工表面质量高，提高刀具耐用度；过大，切削刃强度降低，散热差，刀具磨损大，刀具寿命低选择原则：加工精度：精加工，减小摩擦，大后角；粗加工，提高刀具强度，小后角；加工材料：塑性软材料，大后角；脆性硬材料，小后角（3）主偏角：主偏角增大，背向力减小，切削平稳，切削厚度增大，易断屑；主偏角减小，刀具强度提高，散热好，加工表面粗糙度低，切削宽度长，单位切削刃长度受力小，刀具寿命高选择原则：加工材料：高强度，高硬度，热导率小的材料，小主偏角；工艺系统刚度：工艺系统刚度不足，为减小背向力，大主偏角；加工表面形状（4）副偏角（影响粗糙度）：副偏角过小，增大副后面与已加工表面的摩擦，引起振动选择原则：在不影响摩擦和振动情况下，选取小副偏角（5）刃倾角（影响切屑流向）：负刃倾角增加刀头强度，提高切削刃抗冲击性；过负，背向力增大，易产生振动选择原则：加工要求：加工精度高时，正刃倾角；粗车或有冲击或加工高强度钢，淬硬钢，为提高刀具强度，负刃倾角；加工条件：加工断续表面或余量不均匀时，大的负刃倾角。6、切削用量的合理选择：选择顺序：先选背吃刀量，再选进给量，最后选切削速度（1）背吃刀量：粗加工时，加工余量少且均匀，工艺系统刚性足够，一次切除；加工有硬化层，分两次切除；半精加工时，由于粗加工后表面质量较好，一次切除（2）进给量：粗加工时，在不影响机床进给系统，刀具和工件强度和刚性的情况下，尽可能增大进给量，提高生产率；精加工时，根据表面粗糙度要求选择（3）切削速度：根据刀具寿命确定7、粗加工时进给量的选择受哪些因素的影响？当进给量受到表面粗糙度限制时，有什么办法增加进给量，而保证表面粗糙度要求？粗加工时对工件表面质量没有太高要求，进给量受到下列因素的限制：机床进给机构的强度、车刀刀杆的强度和刚度、硬质合金或陶瓷刀片的强度和工件的装夹刚度等。精加工时进给量受到表面粗糙度限制时，可以选择较大的刀尖圆弧半径和提高切削速度，从而可以提高进给量。第五章1、车刀的分类：（1）整体式：高速钢制造，刃磨性好，小型车刀，加工有色金属（2）焊接式：硬质合金或高速钢刀片，按需刃磨（3）机夹式：刀片可刃磨，使用灵活（3）机夹可转位：刀位更换迅速，无需刃磨，生产率高，可用涂层刀片。1.和焊接式车刀相比，机夹重磨式车刀的特点：（1）不经高温焊接，避免了焊接应力和焊接热的影响（2）使用时间长（耐用度高），生产率高（3）刀杆重复使用，刀片重磨次数多（4）压板断屑（5）需重磨（刃磨引起裂纹）。2.和机夹重磨式车刀相比，机夹可转位车刀的优点：（1）不需焊接、重磨，刀片性能好（2）生产率高（3）更换方便，易保证加工精度（4）刀片标准化，可使用涂层刀片第六章1、成形车刀的种类：按结构和形状分：平体成形车刀、棱体成形车刀、圆体成形车刀按进刀方式分：径向进给成形刀、切向进给成形车刀、斜向进给成形车刀加工特点：效率高、加工质量稳定，刃磨方便寿命长、操作简单、对工人要求低、刀具设计制造比较困难3、 成形车刀角度特点：成形车刀的前角、后角是在假定进给平面中表示；切削时，切削刃的基准点调整到工件中心等高，因此规定是在基准点处的前、后角为成形车刀的名义后角；切削刃每一点的前角、后角都不相同，离工件中心越远，后角越大，前角越小4、 成形车刀的前角不为零，切削时、切削刃的基准点调整到工件中心等高。因此规定是在基准点处的前、后角为成形车刀的名义后角，切削刃上其余点低于工件中心水平位置。其余个点的切削面和基面的位置是变化的，因此不相同，离工件越远，后角越大、前角越小。第七章1、麻花钻的主要组成：（1）装夹部分：用于联接和传递动力（2）工作部分：用于导向、排屑（3）切削部分：两个前面、后面、副后面，左右切削刃、横刃和两条棱边2、麻花钻的刃磨角度：（1）顶角：两主切削刃在中断面投影中的夹角（2）外缘后角：主切削刃靠刃带转角处在柱断面中的后角（3）横刃斜角：端平面测量中断面与横刃的夹钝角第九章1、拉削方式（拉刀逐齿从工件表面切除加工余量的方式）：（1）分层式拉削：每层余量各由一个刀齿切除，同廓式：各刀齿廓形与加工表面最终廓形相似；渐成式：加工表面最终廓形是由各刀齿拉削后衔接而成（2）分块式拉削：刀齿分组，齿组间有较大齿升量，每组三齿，前二齿切削余量，最后一齿修光。（3）综合式：前部刀齿为单齿分块式，后部刀齿为同廓分层式。特点：（1）同廓分层式：齿升量较小，拉削质量高，拉刀长（2）同廓渐成式：拉刀容易制造，拉削质量差（3）分块式：齿升量大，适合拉削大尺寸、大余量表面和毛坯面，拉刀短，效率高，但不易提高拉削质量（4）综合式：兼有分块和分层的优点，用于切削余量较大的圆孔逆铣：铣刀旋转方向和工件进给方向相反。切削厚度从零逐渐增大；过渡表面上挤压、滑行，工件表面产生严重冷硬层;工件有抬起趋势；当丝杠和螺母副中存在间隙时，丝杠和螺母传动面始终贴紧，铣削过程平稳顺铣：铣刀旋转方向与工作的进给方向相同。切削厚度从最大开始；避免挤压、滑行现象；工件有压下趋势，有利于工件夹紧；当丝杠与螺母副中存在间隙时，进给不均匀，严重时会使铣刀崩刃