金属切削原理与刀具期末复习重点精编WORD版.docx

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金属切削原理与刀具期末复习重点精编WORD版

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金属切削原理与刀具期末复习重点精编WORD版

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、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