1第一章切削加工成形概述本章要點切削運動切削要素金屬切削過程切削表面質量切削工藝過程21.1切削加工的基礎知識1.切削加工的分類機械加工鉗工加工切削加工磨削加工車削、鉆削、鏜削、銑削、刨削磨削、珩磨、研磨、超精加工劃線、鋸削、鏨削、銼削、研磨、鉆孔、擴孔、鉸孔、攻絲、套螺紋、機械裝配、設備修理切削加工是指利用刀具、或磨具，通過切削運動，去除工件表面多余材料，加工出形狀、尺寸和表面質量符合圖紙要求零件的一種成形工藝。31.1切削加工的基礎知識1.切削加工的特點切削加工的適應性強，切削加工零件的材料、形狀、尺寸和質量的范圍較大。切削加工的精度和表面粗糙度的范圍廣。切削加工的效率較高，在常規條件下，切削加工的生產率一般高于其它加工方法。切削加工必須以硬切軟，同時在切削過程中存在較大的切削力和切削熱。41.1切削加工的基礎知識1.切削加工的發展趨勢加工設備朝著數控技術、精密與超精密、高速和超高速方向發展。刀具材料朝著超硬材料發展。生產方式從單品種大批量向多品種變批量的方向發展。51.1切削加工的基礎知識1.切削加工的階段粗加工半精加工精加工61.1切削加工的基礎知識1.切削加工階段劃分的優點有利于保證零件的加工質量。粗加工后零件的變形和加工誤差可以通過后續的半精加工和精加工消除和修復，有利于保證零件最終的加工質量。可避免精加工和光整加工后的表面由于零件周轉過程中可能出現的碰、劃傷現象。有利于合理使用設備。劃分加工階段后，就可以充分發揮機床的優勢。便于及時發現毛坯的缺陷。先安排零件的粗加工，可及時發現零件毛料的各種缺陷，采取補救措施，同時可以及時報廢無法挽救的毛料避免浪費時間。便于熱處理工序的安排。對于有高強度和硬度要求的零件，必須在加工工序之間插入必要的熱處理工序。71.1切削加工的基礎知識1.切削運動

機械零件的形狀很多，它們的表面都是由圓柱面、圓錐面、平面和各種成形面組成。各種形狀的表面是以直線（或曲線）為母線，以曲線（或直線）為運動軌跡所形成的面（見下圖）。圓柱面圓錐面平面成形面1成形面281.1切削加工的基礎知識1.切削運動切削運動主運動進給運動主運動是切下金屬層所必須的最基本的運動。是切削運動中速度最高，消耗功率最多的運動。對于各種加工方法而言，主運動只有一個。進給運動是使工件上的金屬不斷投入切削，從而加工出完整工件表面的運動，又稱走刀運動。91.1切削加工的基礎知識1.切削運動101.1切削加工的基礎知識1.切削運動幾點說明：

1）主運動通常只有一個，進給運動可以是多個；

2）主運動和進給運動可有刀具單獨實現，但工件單獨實現很困難；

3）切削運動一般都是簡單的運動；

4）主運動和進給運動可同時也可交替進行；

5）一般主運動速度比較高，大部分切削功率消耗于主運動。111.1切削加工的基礎知識1.切削要素切削要素是指切削表面、切削用量和切削層參數切削用量是切削速度、進給量及背吃刀量的總稱。121.1切削加工的基礎知識1.切削要素切削表面待加工表面—需要切去金屬的表面。已加工表面—切削后得到的表面。過渡表面—正在被切削的表面。過渡表面亦稱為切削表面或加工表面。131.1切削加工的基礎知識1.切削要素切削用量切削用量是指切削速度vc

、進給量

f（或進給速度vf

）、背吃刀量ap

三者的總稱，也稱為切削用量三要素。141.1切削加工的基礎知識切削速度151.1切削加工的基礎知識進給量161.1切削加工的基礎知識背吃刀量171.1切削加工的基礎知識1.切削要素切削層參數（1）切削層公稱厚度hD（mm）（2）切削層公稱寬度bD（mm）（3）切削層公稱橫截面積AD181.1切削加工的基礎知識切削層公稱厚度hD切削層公稱厚度hD是指相鄰兩個過渡表面間的距離。191.1切削加工的基礎知識切削層公稱寬度bD切削層公稱厚度bD是沿過渡表面測量的切削層尺寸。201.1切削加工的基礎知識切削層公稱橫截面積AD切削層公稱橫截面積AD是指在給定瞬間，切削層在切削層平面內的實際截面積（mm2）。AD=hDbD=fap211.2金屬切削過程及其物理現象1.切屑的形成過程切屑的形成與切削變形金屬切削過程簡單地說，就是被切削層金屬在刀具的偏擠壓作用下產生變形并與工件本體分離形成切削和已加工表面的過程。在切削過程中伴有多種物理現象的產生，如切削力、切削熱、積屑流、表面變形硬化和殘余應力等。221.2金屬切削過程及其物理現象1.切屑的形成過程切屑的形成與切削變形圖切屑根部金相照片M刀具切屑OA終滑移線始滑移線：τ=τsΦ剪切角231.2金屬切削過程及其物理現象1.切屑的形成過程三個變形區第Ⅰ變形區：即剪切變形區，金屬剪切滑移，成為切屑。金屬切削過程的塑性變形主要集中于此區域。第Ⅱ變形區：靠近前刀面處，切屑排出時受前刀面擠壓與摩擦。此變形區的變形是造成前刀面磨損和產生積屑瘤的主要原因。第Ⅲ變形區：已加工面受到后刀面擠壓與摩擦，產生變形。此區變形是造成已加工面加工硬化和殘余應力的主要原因。241.2金屬切削過程及其物理現象第Ⅰ變形區：從OA線（始滑移線）金屬開始發生剪切變形，到OM線（終滑移線）金屬晶粒剪切滑移基本結束，AOM區域叫第一變形區。是切屑變形的基本區，其特征是晶粒的剪切滑移，伴隨產生加工硬化。第一變形區是金屬切削變形過程中最大的變形區，在這個區域內，金屬將產生大量的切削熱，并消耗大部分功率。此區域較窄，寬度僅0.02～0.2㎜

。251.2金屬切削過程及其物理現象第Ⅱ變形區：刀屑接觸區切屑沿前刀面流出時受到擠壓和摩擦，使靠近前刀面的晶粒進一步剪切滑移。特征是晶粒剪切滑移劇烈呈纖維化，纖維化方向平行前刀面，有時有滯流層。切屑與前刀面的壓力很大，高達2～3GPa，由此摩擦產生的熱量也使切屑與刀具面溫度上升到幾百度的高溫，切屑底部與刀具前刀面發生粘結現象。261.2金屬切削過程及其物理現象粘結現象時的摩擦狀況271.2金屬切削過程及其物理現象第Ⅲ變形區：刀工接觸區。已加工表面受到刀具刃口鈍圓和后刀面擠壓和摩擦，晶粒進一步剪切滑移。有時也呈纖維化，其方向平行已加工表面，也產生加工硬化和回彈現象。三個變形區匯集在切削刃附近，應力集中而又復雜。三個變形區內的變形又相互影響。281.2金屬切削過程及其物理現象切屑經過刀刃鈍圓B點后，受到后刀面BC段的擠壓和摩擦，經過BC段后，這部分金屬開始彈性恢復，恢復高度為△h，在恢復過程中又與后刀面CD部分產生摩擦，這部分切削層在OB，BC，CD段的擠壓和摩擦后，形成了已加工表面的加工質量。所以說第三變形區對工件加工表面質量產生很大影響。291.2金屬切削過程及其物理現象1.切屑的形成過程切屑的種類帶狀擠裂單元崩碎由于不同工件材料和切削條件，切屑形態不同，常見的切屑有四種類型。前三種為切削塑性材料的切屑，最后一種為切削脆性材料的切屑。301.2金屬切削過程及其物理現象(a)Continuouschipwithnarrow,straightprimaryshearzone;(b)secondaryshearzoneatthechiptoolinterface;(c)continuouschipwithlargeprimaryshearzone;(d)continuouschipwithbuilt-upedge;(e)segmentedornonhomogeneouschipand(f)discontinuouschip.311.2金屬切削過程及其物理現象帶狀切屑擠裂切屑節狀切屑崩碎切屑圖切屑形態照片321.2金屬切削過程及其物理現象1、帶狀切屑最常見。內側表面光滑，外側表面呈毛茸狀，用顯微鏡觀察可見到有均勻整齊的剪切裂紋。被切材料在經過終滑移線時剪應力未超過材料的破裂強度通常加工塑性金屬材料，切削厚度較小，切削速度較高，刀具前角較大時得到。切削力波動很小，切削過程平穩，已加工表面粗糙度較小。331.2金屬切削過程及其物理現象2、擠裂切屑外側面呈鋸齒狀，內側面有時有裂紋加工塑性金屬材料，切削厚度較大，切削速度較低，刀具前角較小時得到。加工硬化較大，在局部剪應力超過破裂強度。切削力波動較大，切削過程產生一定的振動，已加工表面較粗糙。

341.2金屬切削過程及其物理現象3、單元切屑在擠裂切屑的基礎上切削厚度增大，切削速度、前角減小，擠裂切屑的整個剪切面上的應力都超過了材料的破裂強度。使剪切裂紋進一步擴展而斷裂成單元體。生產中很少見到。351.2金屬切削過程及其物理現象可見：從帶狀擠裂單元切屑的變化：切削厚度由小到大，切削速度和刀具前角由大到小。表面粗糙度隨切屑從單元向擠裂和帶狀形態的轉變而逐步降低。掌握其變化規律，就可改變切屑形態以達控制切屑（卷屑、斷屑）和改善已加工表面質量的目的。361.2金屬切削過程及其物理現象4、崩碎切屑切削脆性金屬材料如灰鑄鐵時得到的。產生原因：材料受到拉應力已超過其抗拉強度。切削力波動甚大，有沖擊負荷，已加工表面凹凸不平。改變切削條件，如大前角，大刃傾角，小切削厚度，高切削速度，可得到針狀切屑或松散的帶狀切屑。此時切削過程平穩，已加工表面粗糙度較小。

371.2金屬切削過程及其物理現象形成條件影響名稱簡圖形態變形帶狀，底面光滑，背面呈毛茸狀節狀，底面光滑有裂紋，背面呈鋸齒狀粒狀不規則塊狀顆粒剪切滑移尚未達到斷裂程度局部剪切應力達到斷裂強度剪切應力完全達到斷裂強度未經塑性變形即被擠裂加工塑性材料，切削速度較高，進給量較小，刀具前角較大加工塑性材料，切削速度較低，進給量較大，刀具前角較小工件材料硬度較高，韌性較低，切削速度較低加工硬脆材料，刀具前角較小切削過程平穩，表面粗糙度小，妨礙切削工作，應設法斷屑切削過程欠平穩，表面粗糙度欠佳切削力波動較大，切削過程不平穩，表面粗糙度不佳切削力波動大，有沖擊，表面粗糙度惡劣，易崩刀帶狀切屑擠裂切屑單元切屑崩碎切屑表

切屑類型及形成條件381.2金屬切削過程及其物理現象1.切屑過程中的物理現象切削力切削力

切削加工時刀具刀具切入工件，使被加工材料發生變形成為切屑所需的力。

切削力來源★

3個變形區產生的彈、塑性變形抗力。即工件材料被切過程中所發生的彈性變形和塑性變形的抗力。★

切屑、工件與刀具間摩擦力。即切屑對刀具前刀面的摩擦力和刀具后刀面對過渡表面和已加工表面之間的摩擦力。391.2金屬切削過程及其物理現象1.切屑過程中的物理現象切削力切削合力

Ff=FDsinκγ

Fp=FDcosκγ切削分力主切削力Fc

切于過渡表面并與基面垂直

(切削力或切向力)進給抗力Ff

處于基面內并與工件軸線平行

(進給力或軸向力)切深抗力Fp

處于基面內并與工件軸線垂直

(背向力、徑向力、吃刀力)

401.2金屬切削過程及其物理現象1.切屑過程中的物理現象切削力的影響因素

切削力來源于工件材料的彈塑性變形及刀具與切屑、工件表面的摩擦，因此凡是影響切削過程中材料的變形及摩擦的因素都影響切削力。影響因素主要為：工件材料；切削用量；刀具幾何參數；其他因素。411.2金屬切削過程及其物理現象1.切屑過程中的物理現象切削力的指數公式

式中:

Fc、Fp、Ff:分別為主切削力、切深抗力、進給抗力；

CFc,CFp,CFf

:決定于被加工材料和切削條件的有關系數；

xFc、yFc、nFc、xFp、yFp、nFp、xFf、yFf、nFf:分別為三個分力公式中，背吃刀量ap、進給量f和切削速度vc的指數；

KFc,KFp,KFf:考慮切削速度、刀具幾何參數、刀具磨損等因素影響的修正系數。影響最大的是背吃刀量ap，其次是進給量f，再次為切削速度vc。在切削過程中，盡量減小切削力。421.2金屬切削過程及其物理現象1.切屑過程中的物理現象單位切削力切除單位切削層面積的主切削力通過實驗求得p后，則可通過上式求得主切削力Fc。431.2金屬切削過程及其物理現象1.切屑過程中的物理現象切削熱切削熱產生于三個變形區，切削過程中消耗的能量約98%轉換為熱能。切削熱通過切屑、工件、刀具和周圍介質向外傳出。441.2金屬切削過程及其物理現象1.切屑過程中的物理現象切削熱1.剪切區等溫線與滑移線相近OM線溫度比OA線上溫度高剪切滑移相等的地方溫度相等，剪切變形是切削熱的第一來源。2.前后刀面最高溫度點不在刀刃上切屑上最高溫度比剪切區溫度高切屑底層溫度比上層溫度高。摩擦是切削熱的又一來源。451.2金屬切削過程及其物理現象1.切屑過程中的物理現象積屑瘤定義：461.2金屬切削過程及其物理現象1.切屑過程中的物理現象積屑瘤形成