金属切削原理与刀具期末复习重点.docx

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金属切削原理与刀具期末复习重点

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=πdn/1000d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=nfVf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）/2dw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/vfapL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+Vf

3.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（30μm（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，V>40m/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，（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、Ni

YG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,σ弯和αk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σ弯、αk、σ-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/60×103=FcVc×10-3

7、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