金属工艺学 第五版cp5.1

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金属工艺学下册(第一章，第一节)

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下册需要完成的任务

围绕切削加工这个大主题，学习 (1)切削加工原理 (2)切削机床 (3)传统的切削加工方法和工艺过程 (4)了解精密加工、特种加工方法和现代制造 技术。 (5)掌握典型表面的加工 (6)切削加工工艺规程的制定 (7)零件的结构工艺性

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第一章 本章的主要内容：

切削加工的基本知识

一、切削运动及切削要素(零件典型表面、切削用量、切削层几个参数) 二、刀具及刀具材料(刀具材料、刀具标注角度、工作角度、刀具磨损、 刀具耐用度等)

三、金属切削过程中的各种物理现象(切屑形成、积屑瘤 、切削力、切 削功率，切削热、切削温度)四、围绕切削加工的主要经济指标(产品质量、生产率、 经济性),合 理选择切削用量、切削液。 五、材料切削加工性的概念和衡量指标，及改善的主要途径。

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第一节 切削运动和切削要素 一、零件的加工表面及切削运动 任何一种机电产品都是由许多零件组成，每一个零件的几何形状虽 不同，但分析起来主要由三种典型表面构成：即内、外圆柱面，平面， 成形面等。

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1.不同表面的形成： 内、外圆柱表面

母线 直线

轨迹 圆

作旋转运动所形成的表面

平面

直线

直线

作平移运动所形成的表面

成形表面

曲线

圆或直线

作旋转或平移运动所形成的表面

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2.切削运动： 刀具与工件之间的相对运动称为切削运动。按其功能的不 同，切削运动分为主运动和进给运动。 主运动：消耗功率最大 进给运动：与主运动配合，可以保持切削的连续进行，以形成零件 的几何表面。

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总结：常用机床的主运动与进给运动：车削 主运动：工件旋转 进给运动：刀具运动 铣削 刀具旋转 工件移动 刨削 滑枕带刀具往 复直线移动 工件间歇移动 平面磨削 砂轮旋转运动 工作台移动 砂轮移动

切削运动有旋转的、直线的、曲线的、连续的和间歇的等运动形式。

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工件加工表面以车削为例，工件在车削过程中有三个不断变化着的表面o

待加工表面

—即将被切除金属层的表面 o 已加工表面 —已经切去一部分金属而形成 的新表面 o 加工表面 —切削刃正在切削的表面

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二、切削用量三要素： 切削用量是用来衡量切削运动的大小。在一般的切削过程中，包括 切削速度、进给量和背吃刀量三要素。切削用量的变化对零件加工质量 和生产率有十分重要的影响。

1)切削速度Vc:在单位时间内，工件与刀具沿主运动方向相对移动 的距离。 以车削加工为例(主运动为旋转运动):

Vc

dn1000

m / s或m / min

d:工件(或刀具)

直径(mm) n:工件(或刀具)转速(r/s或r/min)

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刨削加工为例(主运动为往复直线运动)

2Ln r vc (m / s或m / min ) 1000

L----往复行程长度，mm nr----主运动每秒或每分钟 的往复次数，st/s或st/min

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2)进给量：刀具在进给运动方向上相对于工件的位移 f (mm/r) 如车削加工：工件每转一转，刀具相对工件的位移 mm/r。 牛头刨床：刀具每走一个行程，在进给方向上相对于工件的位移，mm/st

对于多齿刀具加工时，进给运动的瞬时速度称为进给速度，即 V f (mm/ s或

m m / min)(每转的位移×每秒多少转)

f z z n (每齿进给量fz×刀具齿数z×每秒多少转)(mm/s或mm/min)

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3)背吃刀量(切削深度) ap (mm): 切削加工时， 待加表面与已加工表面间的垂直距离(mm),也就是 垂直于进给运动方向上主切削刃切入工件的深度。

ap

dw dm (m m) 2dm:已加工表面

dw:待加工表面

在切削层尺寸平面中，垂直于进给方向测量的切削层 尺寸。

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三、切削层的几何参数： 切削层：工件上 被刀具切削刃切除的 那一层材料，它是在 垂直于含切 削速度的平面内测量。

切削层公称厚度：ac (hd ) f sin kr a 切削层公称宽度 ： w (bD ) a p / sin kr 切削层公称 横截面积：

(即相邻加工表面间的距离) (沿主切削刃上度量的切削层尺寸)

AD bDhD f sin kr a p / sin kr f a p ( mm2 )

作业：画出端铣平面的切削层参数。讨论：在AD不变时： a 当kr变小，则a w 增大， c 减少，这时，单位长度切削刃上承受切削力减少，切 屑变薄，散热效果好，但切削的径向分力增大；当kr变大，则情况正相反。

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第二节 刀具材料及刀具结构

一、刀具材料： 在切削加工时，刀具材料要在高温条件下承受较大的切削力、摩擦、 冲击、振动。为了保证零件的加工精度和刀具的耐用性，刀具材料必须 具有特殊的综合性能。 1)刀具材料的主要性能要求： ①较高硬度(大于HRC60以上); ②足够强度和韧性(承受切削力，冲击、振动、不变形等); ③较好的耐磨性(抵抗磨损，耐用); ④较高的耐热性(在高温下保持较高的硬度及其它性能); ⑤较好的工艺性(便于制造成各种成刀具形); ⑥成本低，来源广； 2)常用刀具材料： 手工刀具的刀具材料：碳素工具钢(T10A 含C 0.7~1.2%的优质钢) 和合金工具钢(9SiCr,即碳素工具钢中加入Cr、w、Mn、Si) 机加工用刀具材料：高速钢(W18Cr4V)和 硬质合金(YG、YT)等。

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高速钢和硬质合金性能比较

高速钢是含W、Cr、V等合金元素较多的合金工 具钢。它的硬度、耐磨性和耐热性低于硬质合金， 但强度和韧性却高于硬质合金，工艺性

能较硬质 合金好，而且价格比较便宜。广泛地应用于制造 形状较为复杂的各种刀具。

硬质合金是以高硬度、高熔点的金属碳化物 (WC、TiC)作基体，以金属Co等作粘结剂， 用粉末冶金的方法制成的一种合金。其硬度高， 耐磨性好，耐高温，允许的切削速度比高速钢高数 倍，但强度、韧性和工艺性不如高速钢。常制成各 种形式的刀片。

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国产硬质合金材料(YG、 YT )一般分为两大类：钨钴类( YG)

和钨钛钴类( YT)。 钨钴类(YG类：WC+CO ),主要牌号有： YG3、YG6、YG8,其中

数字为CO的百分含量，含CO少，材质较脆，但较耐磨。YG类刀具切塑性材料时，耐磨性差，适用于加工铸铁，青铜等脆性材料。 钨钛钴类( YT类：WC+TiC+CO ),主要牌号有：YT5、YT15、 YT类刀具适用于加工钢件。 除外：陶瓷材料(Al2O3),人造金刚石，改性硬质合金和改性高速钢 材料等。这些刀具材料具有更好耐高温，耐磨和高硬度特点。 常用刀具材料的基本性能和代表牌号见表1-1

YT30,其中数字为TiC的百分含量，TiC含量多，韧性差，但耐磨，耐高温。