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金属切削原理与刀具王启仲

CATALOGUE目录金属切削基本原理刀具材料及其性能特点金属切削过程中的力学行为分析典型金属切削加工方法与工艺参数选择数控技术在金属切削中应用与发展趋势现代金属切削技术挑战与创新方向

01金属切削基本原理

包括主运动和进给运动，主运动是刀具对工件的主要切削运动，进给运动是使切削连续进行的运动。切削运动切削层参数切削过程包括切削厚度、切削宽度和切削面积，这些参数对切削力和切削热有重要影响。包括弹性变形、塑性变形和切屑形成三个阶段，切削过程中伴随着力和热的产生。030201金属切削过程概述

切削力主要来源于被加工材料对刀具的挤压力和摩擦力，这些力与切削层参数、刀具几何角度和切削条件等因素密切相关。切削力产生原因切削热主要来源于切削过程中的塑性变形和摩擦，这些热量会导致刀具和工件的温度升高，影响切削性能和加工质量。切削热产生原因切削力与切削热产生原因

包括前刀面磨损、后刀面磨损和边界磨损等，不同磨损形式对刀具寿命和加工质量有不同影响。包括切削速度、进给量、切削深度、刀具材料、刀具几何角度和切削液等因素，这些因素会综合影响刀具的磨损和寿命。刀具磨损及寿命影响因素刀具寿命影响因素刀具磨损形式

切削液在金属切削过程中起到冷却、润滑、清洗和防锈等作用，合理使用切削液可以提高刀具寿命和加工质量。切削液作用根据工件材料、刀具材料、加工要求和切削条件等因素选用合适的切削液，同时要注意切削液的环保性和安全性。切削液选用原则切削液作用及选用原则

02刀具材料及其性能特点

碳素工具钢合金工具钢高速钢硬质合金常见刀具材料种类及性能比较耐热性较差，但抗弯强度较高，价格便宜，焊接与刃磨性能较好，广泛用于低速切削工具。具有高硬度、高耐磨性和高热硬性，可用于制造复杂刀具和承受较大冲击、振动的刀具。在碳素工具钢基础上加入铬、钨、钒等合金元素，以提高淬透性、韧性、硬度和耐磨性。由难熔金属碳化物和粘结金属通过粉末冶金方法制成，硬度高、耐磨性好，但抗弯强度和韧性较差。

03缺点韧性较差，易崩刃；对振动和冲击敏感，需较高制造和使用技术。01应用场合适用于高速切削和加工高硬度材料，如车削、铣削、钻削等。02优点硬度高、耐磨性好、耐热性强，可承受较高切削速度和较大切削力。高速钢刀具应用场合及优缺点

发展趋势向更高硬度、更耐磨、更耐热方向发展，同时提高抗弯强度和韧性；采用涂层技术提高刀具性能和使用寿命。挑战硬质合金刀具制造成本高，对原材料和加工技术要求严格；在加工过程中易出现崩刃、断裂等问题，需加强刀具设计和使用技术研究。硬质合金刀具发展趋势与挑战

具有高硬度、高耐磨性、高化学稳定性和较低摩擦系数等特点，适用于高速切削和难加工材料加工。随着陶瓷材料性能的不断改进和制造成本的降低，陶瓷刀具的应用范围将进一步扩大。陶瓷刀具包括立方氮化硼（CBN）和金刚石等超硬材料制成的刀具。这类刀具具有极高的硬度和耐磨性，适用于加工高硬度、高强度和高耐磨性材料。随着超硬材料制备技术的不断发展和完善，超硬材料刀具在金属切削领域的应用前景将更加广阔。超硬材料刀具陶瓷和超硬材料刀具应用前景

03金属切削过程中的力学行为分析

刀具刚接触工件时，工件发生弹性压缩和剪切滑移。弹性变形阶段随着刀具继续切入，工件材料达到屈服极限，开始产生塑性变形并形成切屑。塑性变形阶段切屑沿剪切面滑移并与工件分离，完成切削过程。断裂阶段金属切削变形过程描述

切削力产生机理切削力主要由工件材料对刀具前刀面的摩擦力和刀具后刀面对工件的挤压力组成。影响因素工件材料硬度、强度、韧性等力学性能；刀具几何参数（前角、后角、刃倾角等）；切削用量（切削速度、进给量、背吃刀量等）。切削力产生机理及影响因素研究

切削热传递机制及温度场分布规律切削热传递机制切削过程中产生的热量主要通过切屑、工件、刀具和周围介质传递出去。温度场分布规律切削区域温度最高，向四周逐渐降低；刀具前刀面和后刀面温度较高，刀尖处温度最高。

磨损机理刀具磨损主要包括磨粒磨损、粘结磨损、扩散磨损和氧化磨损等类型。预防措施合理选择刀具材料；优化刀具几何参数；采用合理的切削用量；改善冷却润滑条件等。刀具磨损机理及预防措施

04典型金属切削加工方法与工艺参数选择

车削加工方法及工艺参数设置技巧车削加工方法车削是金属切削加工中最常用的方法之一，主要通过工件旋转和刀具进给来切除多余材料。工艺参数设置包括切削速度、进给量、切削深度等，这些参数的选择直接影响加工质量和效率。技巧与注意事项选择合适的刀具材料和几何角度，保持刀具锋利；合理安排切削用量，避免过载；注意冷却和润滑，减少刀具磨损和工件热变形。

铣削加工具有高效率、高精度、高适应性等特点，广泛应用于各种复杂形状和表面的加工。铣削加工特点针对铣削加工的切削力、切削热、刀具磨损等问题，可以采取优化刀具路径、选