现代制造技术——金属切削原理

金属切削原理

1 切削三要素（重点）

**切削速度：**切削速度就是主运动的速度，如因刀刃上点回转半径不同而导致切削速度不同时，取其最大值。
**进给量：**主运动回转一周时刀具沿进给方向的位移量；
**切削深度：**待加工表面与已加工表面之间的距离

2 主运动和进给运动（简答题）

主运动是切除工件上多余金属层所必须的基本运动。其特点是速度高，消耗机床动力也最多。车削时主运动是工件的旋转运动；铣削和钻削时主运动是刀具的旋转运动；磨削时主运动是砂轮的旋转运动；刨削时主运动是刀具（牛头刨）或工件（龙门刨床）的往复直线运动等。一般切削加工中主运动只有一个。
进给运动在切削加工中为使金属层不断投入切削，保持切削连续进行，而附加的刀具与工件之间的相对运动称为进给运动。进给运动可以由一个或多个组成。

3 刀具（不是重点都引用标注了）

刀具材料的基本性能
- 高硬度、足够的强度和韧性、高耐磨性、高热硬性、良好的工艺性
刀具材料的分类

（1）工具钢：碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢；
（2）硬质合金：普通硬质合金、细颗粒硬质合金、微颗粒
（3）硬质合金；有钨钴类硬质合金、钨钛钴类硬质合金和钨钛钽（铌）类硬质合金。
（4）陶瓷：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷；
（5）超硬材料：立方氮化硼、金刚石（最坚硬）。
对于不同的刀具它适合什么样的加工工艺和场合，简述一下硬质合金/高速钢/金刚石刀具有什么优缺点，及如何应用？（这几类材料的优缺点及如何应用，有认识，从怎么用的角度）
- 高速钢
  - 特点**：热处理后硬度硬度非常高**（可达6266HRC ，抗弯强度约3.3GPa），有较高的热稳定性、耐磨性、耐热性。切削温度在500650°C时仍能进行切削。
  - 应用：由于热处理变形小、能锻易磨，所以特别适合于制造结构和刃型复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、切齿刀、螺纹刀具和拉刀等。
  - 为了提高高速钢的硬度和耐磨性，常采用如下措施来提高其性能：
    - 在高速钢中增添新的元素；
    - 用粉末冶金法消除碳化物的偏析并细化晶粒。
- 硬质合金
  - 特点：硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高。耐用度较高速钢高几十倍。当耐用度相同时，切削速度可提高4～10倍。强度和韧性小于高速钢，工艺性差，切削时不能承受大的振动和冲击负荷。
  - 应用：适于制造简单的高速切削刀具。大多数车刀、端铣刀等均由硬质合金制造。
- 金刚石刀具
  - 优点：硬度高，耐磨性好，刀具耐用度比硬质合金可提高几倍到几百倍。切削刃口锋利，刃部表面摩擦系数较小，不易产生粘结或积屑瘤，加工冷硬现象较少，很适于精密加工。
  - 缺点：热稳定性差，切削温度不宜超过700～800℃；强度低、脆性大，对振动敏感，只宜微量切削，与铁有强烈的化学亲合力，不能用于加工钢铁材料。
材料性能关系不同刀具材料的不同性能：硬度、耐磨性？知道同向性体现关联性

硬度↑、耐磨性↑、切削速度↑，抗弯强度↓、韧性↓、进给量↓
切削厚度**（要知道）垂直于过渡表面度量的切削层尺寸，称为切削厚度，以h表示。（考标注）**

4 切削的三个表面（了解一下）

**待加工表面：**加工时即将被去除金属层的表面；

**已加工表面：**已被切除多余金属新形成的符合要求工件表面；

**过渡表面（切削表面）：**位于待加工表面和已加工表面之间的，正在由刀具或砂轮的切刃在工件上形成的那个表面。

5 三个变形区（重点）

第一变形区（剪切滑移区）
OA 始滑移线 : 塑性变形开始；
OM 终滑移线：金属晶粒的剪切滑移基本完成，成为切屑。金属切削过程的塑性变形主要集中于此区域。
变形的主要特征：剪切滑移变形；加工硬化
第二变形区（挤压摩擦区）

前刀面挤压与摩擦，金属纤维化的二次变形。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。
第三变形区（挤压摩擦回弹区）

切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦，并进一步产生弹、塑性变形，造成纤维化和加工硬化，影响巳加工表面质量。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要原因

6 切屑种类

切屑的几种类型以及它们是如何产生的，在什么样的条件下产生的，有什么特点？

带状切屑：形状像一条连绵不断的带子，底部光滑，背部呈毛茸状。一般加工塑性材料，当切削厚度较小，切削速度较高，刀具前角较大时，得到的切屑往往是这种类型。出现带状切屑时，切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙度较小。

节状切屑：切屑上各滑移面大部分被剪断，尚有小部分连在一起，犹如节骨状，外面呈锯齿形，内面有裂纹。切削塑性材料，在切削速度较低、切削厚度较大时产生节状切屑，又称挤裂切屑。不平稳，有波动，表面粗糙。

单元切屑（粒状切屑）：切屑沿剪切面完全断开，因而切屑呈单元状。当切削塑性较差的材料，在切削速度极低时产生这类切屑。

崩碎切屑：切削脆性材料时，被切金属层在前刀面的推挤下未经塑性变形就在张应力状态下脆断，形成不规则的碎块状切屑。形成崩碎切屑时，切削力幅度小，波动大，加工表面凹凸不平。

7 积屑瘤（三连问，一定会考）

（1）产生条件：
速度不高、切削塑性金属、形成带状切屑，刀具和切屑间的压力和摩擦，使得切屑冷焊并层积在前刀面上，形成硬度很高的一块剖面呈三角状的硬块，其硬度是工件材料硬度的2～3倍，能够代替刀刃进行切削，并以一定的频率生长和脱落。这硬块称为积屑瘤。

（2）积屑瘤成因（影响因素）

工件材料的性质
塑性材料的加工硬化倾向越强，越易产生积屑瘤。切削区的温度和压力很低时，不会产生积屑瘤；切削区的温度太高时，由于材料变软，也不会产生积屑瘤。
切削区的温度分布和压力分布有关
刀具前角
增大刀具前角可以有效抑制积屑瘤的形成。
冷却润滑条件
加注切削液可以有效抑制积屑瘤的形成。

（3）如何控制积屑瘤

合理选用切削速度，使切削速度避开产生积屑瘤的区域。
使用润滑性能好的切削液，目的在于减小切屑底层材料与刀具前刀面间的摩擦。
增大刀具前角，减小刀具前刀面与切屑之间的压力.
降低工材塑性，适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。
减小进给量。

8 切削和磨损（猜测选择填空考）

切削热是怎么产生的？
- 在刀具的切削作用下，切削层金属发生弹性变形和塑性变形，产生切削热；
- 切屑与前刀面、工件与后刀面间产生的摩擦热。
刀具磨损的形式有哪几类？

前刀面磨损、后刀面磨损、前/后刀面同时磨损
什么是磨钝、磨钝标准？

刀具允许达到的最大的磨损量。常以后刀面磨损带高度VB（磨损带中间部分平均磨损量）的允许极限值作为磨钝标准。
破损分类，脆性和塑性（不讲应该都知道）
- 脆性：硬质合金刀具和陶瓷刀具切削时，在机械应力和热应力冲击作用下，经常发生以下几种形态的破损：崩刃、碎断、剥落、裂纹破损
- 塑性：刀具表层材料发生塑性流动致使刀具丧失切削能力
切削加工性定义，影响它的因素有？
- 切削加工性是指切削加工的难易程度。
- 影响工件材料可加工性的因素
  1. 工件材料的物理力学性能：
    硬度强度大，则加工性不好；塑性大，加工性不好；
    导热性能差，加工性不好；
  2. 工件材料化学成分：
    含镍、钛高的材料一般加工性不好；含硫高的材料加工性好；
  3. 工件材料的金相组织：
    马氏体、珠光体含量大的材料加工性不好；
切削液的作用：最核心的就是冷却+润滑，有哪些东西可以作为切削液，它是怎么产生作用的？
- 水溶液、乳化液、切削油
- 切削液的作用机理
  1. 冷却（粗加工）减少摩擦热的产生；将热量带走。本身导热系数、比热、汽化热及流量、流速、冷却方式等。
  2. 润滑（精加工）切削液的渗透性、形成润滑膜能力、润滑膜强度
  3. 排屑、清洗
  4. 防锈防锈添加剂

机床、刀具与切削和磨削工艺（袁伟）

1 金属切削机床

金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，所以又称为“工作母机”或“工具机”，习惯上简称机床。金属切削机床是加工机器零件的主要设备，它所担负的工作量，约占机器总制造工作量的40％～60％。

2 机床的分类（选择填空）

按工作精度又可分为：普通精度机床、精密机床和高精度机床。

3 群钻

生产中，为了提高钻孔的精度和效率，常将标准麻花钻按特定的方式刃磨成“群钻”。

综合以下措施为群钻

**修磨横刃：**将横刃磨短，加大横刃前角；
**修磨前刀面：**加工较硬材料时，可将主切削刃外缘的前刀面磨去一部分，适当减小该处前角，保证足够强度；
**修磨棱边：**为减少棱边与工件孔壁的摩擦，可在棱边上磨出6-8度副后角，留下宽度为0.1-0.2mm窄棱边。
**修磨切削刃：**在主、副切削刃交接处磨出过渡刃，减小交接尖角出的磨损。
**磨出分屑槽：**后刀面上磨分屑槽，利于排屑和切削液注入。

4 顺铣和逆铣

5 齿轮

根据齿形形成的原理，可以分为成形法和展成法（从加工原理的角度来分类）滚齿是用到展成法，插齿是成形法；

几种精加工的方法：珩齿、磨齿、剃齿、研齿

6 砂轮

砂轮的三要素：磨粒、结合剂和空隙。
砂轮的特性由5个因素决定：磨料、粒度、结合剂、硬度、组织。
**粒度：指磨粒颗粒尺寸的大小。**粗磨时，磨削余量较大，要求的表面粗糙度值也较大，以提高生产率为主要目标，应选用粒度号小的较粗磨粒进行磨削，以提高磨削生产率。
磨料：磨料是制造砂轮的主要材料，它担负着磨削时的主要切削工作，一般情况下，磨削硬的材料时，应选用硬度高的磨料，反之，选用硬度低的磨料。
结合剂的作用：是将磨料粘合成具有一定强度和各种形状及其尺寸的砂轮。砂轮的强度、抗冲击性、耐热性及抗腐蚀能力，主要决定于结合剂的性能。
砂轮的硬度：是指砂轮表面上的磨粒在外力作用下从砂轮上脱落的能力。或者是指磨粒受力后从砂轮表层脱落的难易程度。
- 磨削硬金属时，为了能使磨钝的磨粒及时脱落，从而露出具有尖锐棱角的新磨粒，以保持砂轮的磨削性能，应选用软砂轮；
- 削软金属时，为了使磨粒不过早脱落，以延长砂轮使用寿命，应选用硬砂轮
- 精磨和成形磨削时，为了保证精度和表面粗糙度以及砂轮的形状应选用稍硬的砂轮。
- 工件材料的导热性差，易产生烧伤和裂纹时，选用的砂轮应软一些。

工件的定位夹紧与夹具（袁伟）

1 夹具定义

定位：工件在机床上加工时，为保证加工精度和提高生产率，必须使工件在机床上相对刀具占有正确的位置，这个过程称为定位。
**夹紧：**为克服切削过程中工件受外力的作用而破坏定位，必须对工件施加夹紧力，这个过程称为夹紧。
**装夹：**定位和夹紧综合称为装夹。
**机床夹具：**完成装夹的工艺设备称为机床夹具。

导向元件和对刀元件、连接元件、夹具体并不是对每种机床夹具都是缺一不可的，但是任何夹具都必须有定位元件和夹紧装置，它们是保证工件加工精度的关键，目的是使工件定准、夹牢。

2 夹具作用

保证加工质量、提高生产率、减轻劳动强度、扩大机床的工艺范围

3 六点定位原理

要知道六点定位原理，让你们画一个简图，描述一下六点定位是怎么样的，或者分析一下简图中是过定位还是欠定位（不一定考概念，要去理解）其实就是描述图中自由度的约束情况

采用6个按一定规则布置的约束点，可以限制工件的6个自由度，实现完全定位，称为六点定位原理。

4 定位误差

定位误差是工件在夹具中定位，由于定位不准造成的加工面相对于工序基准沿加工要求方向上的最大位置变动量。

成批加工工件时，夹具相对机床的位置及切削运动的行程调定后不再变动，可认为加工面的位置是固定的(但因一批工件中每个工件在尺寸形状及表面相互位置上均存在差异，所以定位后各表面有不同的位置变动)。

5 机械加工表面质量的定义

是指经过机械加工后，在零件已加工表面上几微米至几百微米表面层所产生的物理机械性能的变化，以及表面层微观几何形状误差。表面质量对零件使用性能，如耐磨性、耐疲劳性、耐腐蚀性、配合质量等都有一定程度的影响。