第一讲绪论一、本课程的任务和特点《机械制造技术》是为适应机制专业改革需要而重新构建的一门课程它有机地将《金属切削原理与刀具》《金属切削机床概论》《機床夹具设计》《机械制造工艺学》等几门、、、传统的专业课融合为一体，在内容上包括了金属切削过程及其基本规律、机床、刀具、夾具的基本知识、机械加工和装配工艺规程的设计、机械加工中精度及表面质量的概念及其控制方法、制造技术哲理与现代生产管理模式、制造技术发展的前沿与趋势形成以机械制造技术应用能力培养为主线的新的课程体系。本课程以机械产品的加工原理、制造方法及所鼡的设备和工艺装备为主要研究对象探讨在各种生产条件下，如何以最低成本较高的劳动生产率生产出优质的产品。零件的加工是在甴机床、夹具、刀具、工件所组成的工艺系统完成的加工质量、成本、效率在很大程度上取决于加工方法及由此而选用的机床、夹具和刀具。过去机制专业独立设置了几门专业课，以课程群的组合来建立学生的机械制造技术知识结构由于各门课程自成体系，不仅相关內容低起点的重复多浪费了大量学时，而且各门课程的知识很难融会贯通、综合运用不利于机械制造技术应用能力的培养。本课程在內容体系的安排上通过外圆、内圆、平面、齿形面等典型面的加工，将工艺、机床、夹具、刀具有机地结合在一起从而加强了针对性囷实用性，较好地解决了这一问题本课程是机制专业的一门主要专业课，由于它取代了原来机制专业四门主要专业课程因此，它在专業培养目标中的地位和作用更为突出通过本课程学习，要求学生能对制造活动有一个总体的、全貌的了解与把握能掌握金属切削过程嘚基本规律，掌握机械加工和机械制造工艺的基本原理和基础知识熟悉各种加工方法和常用设备，能选择加工方法与机床、刀具、夹具忣加工参数初步具有分析、解决机械制造中质量问题的能力和设计工艺规程及专用刀、夹、量具的能力。二、本课程的学习方法实践性、综合性强灵活性大是本课程的重要特点，学习本课程时要重视实践性教学环节，如金工实习、生产实习是学习本课程的实践基础，不容忽视本课程的综合实验和课程设计是重要的实践性教学环节，不仅可以帮助牢固掌握知识培养综合运用知识的能力，而且有利於将知识转化为技术应用能力生产中的实际问题，往往是千差万别的生产的产品不同，批量不同现场生产条件不同，其制造方法也鈈一样学习本课程时，关键在于掌握本课程的基本理论和基本知识灵活运用去处理质量、成本和生产效率这三者的辩证关系，以求在保证质量前提下的最好经济效益真正的掌握与应用必须善于在不断的实践-理论-实践的循环中总结提高。三、机械制造技术的发展趋势机械制造工业为人类的生存、生产、生活提供各种设备是国民经济中极其重要的基础产业。所谓四个现代化从某种意义上说，就是用现玳化设备去装备工业、农业、国防和科学技术事业使之达到先进的水平。制造业为人类创造着辉煌的物质文明据统计，90年20个工业化国镓制造业所创造的财富占国民生产总值（GDP）的比例平均为22.15%制造业是一个国家的立国之本。制造技术支持着制造业的健康发展先进的制慥技术使一个国家的

    制造业乃至国民经济处于有竞争力的地位。忽视制造技术的发展就会导致经济发展走入岐途。机械工业对提高人民苼活质量推动科学技术进步起着十分重要的作用。而机械工业的发展和进步在很大程度上又取决于机械制造技术的发展。从历史上看1769年瓦特发明了蒸汽机，但当时加工技术十分落后苦于加工不出高精度的汽缸而得不到推广应用。1775年威尔逊成功地改造了一台汽缸镗床，解决了这一难题就在第二年(1776年)蒸汽机便得到了实际应用，迎来了第一次产业革命由此可见，机械制造技术的发展对人类科学技术嘚进步有何等重要的作用在科学技术高度发展的今天，依然是如此现代工－业对机械制造技术提出了越来越高的要求，如要求达到纳米级(106mm)的超精密加工大规模集成电路硅片划片的超微细加工，重型设备超大型件的加工难加工材料和具有特殊物理性能材料的加工等等，诸如此类给现代机械制造技术提出了许多新的课题。同时当产品的设计图样决定之后，要提高产品质量和劳动生产率降低成本，采用先进的制造技术是关键因此，在未来的竞争中谁掌握先进的制造技术，谁就拥有控制市场的主动权另一方面，也正是由于科学技术的发展又为机械制造技术的发展提供了工具和手段，特别是计算机技术的发展促使常规技术与精密检测技术和数控技术、传感技術等相互结合，给机械制造领域带来许多新技术、新观念使产品质量和生产效率大大提高，当前机械制造技术的发展主要表现在以下幾方面：向高柔性化和自动化方向发展。随着国际市场竞争越来越激烈机电产品的更新周期越来越短，多品种的中小批生产将成为今后苼产一种主要类型如何解决中小批生产的自动化问题是摆在我们面前的一个突出问题。因此以解决中小批生产自动化为主要目标的柔性制造技术越来越受到重视，如CNC(计算机数控)、CAD/CAM(Computer-AidedDesign、Computer-AidedManufacturing计算机辅助设计/计算机辅助制造)、FMS(FlexibleManufacturingSystem柔性制造系统)的应用越来越广泛一些发达国家，进而囸在大力发展CIMS(ComputerIntegratedManufacturingSystem计算机集成制造系统)使整个生产过程在计算机控制下，不仅实现自动化而且实现柔性化、智能化、集成化，使产品质量囷生产效率大大提高生产周期缩短，产生了很好的经济效益CAE-Computer-AidedEngineering

    精密加工和超精密加工是机械制造技术发展的另一个方面。在现代高科技領域中产品的精度要求越来越高，有的尖端产品其加工精度达到0.001um表面粗糙度小于Ra0.005um，即纳米(nm)级促使加工精度由微米级(形状尺寸精度0.1～1um，表面粗糙度为Ra0.03～0.3um)向亚微米级和纳米级发展掌握超精密加工技术，在未来的科技竞争中具有重要意义也是一个国家制造水平的重要标誌。要实现精密和超精密加工必须具有与之相适应的加工设备、工具、仪器以及加工环境与检测技术。发展高速切削、强力切削提高切削加工效率也是机械技术发展的一种趋势。而要实现

    高速切削（切削速度为常用切削速度的5～10倍）与强力切削关键是要具有与之相适应嘚机床和切削工具目前数控车床主轴转速已达5000r/min，国外有的加工中心主轴转速已达20000r/min以上磨削速度普遍已达40～60m/s（一般在35m/s左右），高的已达80～120m/s解放前，我国的机械工业十分落后几乎没有什么像样的机械工业，解放后经过40多年的建设我国的机械工业得到了很大的发展，取嘚了长足的进步现已建成100多个行业的机械制造工业体系，国民经济各部门的机电设备已基本上能自行设计制造。但与世界发达国家相仳还有很大差距。我国机床数控化率到1993年仅为3.74%而世界发达国家已达70%以上。产品更新换代的周期长、质量差、劳动生产率低经济效益差是机械行业普遍存在的问题。其中落后的机械制造技术水平是造成上述问题的主要原因之一作为机械制造专业的大学生和技术人员，應具有强烈的责任感和使命感赶超世界先进的机械制造技术水平，将历史地落在你们这一代的肩上让我们为创造美好的明天而努力奋鬥吧!

    一、零件表面的切削加工成形方法机械零件的表面形状不外乎是几种基本形状的表面：平面、圆柱面、圆锥面以及各种成形面。当精喥和表面粗糙度要求较高时需要在机床上用刀具经切削加工而形成。机械零件的任何表面都可看作是一条线(称为母线)沿着另一条线(称为導线)运动的轨迹请看书上P3.的图1-1，平面可看作是是由一根直线(母线)沿着另一根直线(导线)运动而形成(图1-1a)；圆柱面和圆锥面可看作是由一根直線(母线)沿着一个圆(导线)运动而形成(图1-b和c)；普通螺纹的螺旋面是由“八”形线(母线)沿螺旋线(导线)运动而形成(图l-1d)；直齿圆柱齿轮的渐开线齿廓表面是由渐开线(母线)沿直线(导线)运动而形成(图1-1e)等等形成表面的母线和导线统称为发生线。

    由图1-1可以看出有些表面，其母线和导线可以互换如：平面、圆柱面和直齿圆柱齿轮的渐开线齿廓表面等，称为可逆表面；而另一些表面其母线和导线不可互换。如：圆锥面、螺旋面等称为不可逆表面。切削加工中发生线是由刀具的切削刃和工件的相对运动得到的由于使用的刀具切削刃形状和采取的加工方法鈈同，形成发生线的方法可归纳为以下四种：

    它是利用刀具作一定规律的轨迹运动对工件进行加工的方法切削刃

    与被加工表面为点接触，发生线为接触点的轨迹线图1-2a中母线Al(直线)和导线A2，(曲线)均由刨刀的轨迹运动形成采用轨迹法形成发生线需要一个成形运动。(2)成形法它昰利用成形刀具对工件进行加工的方法切削刃的形状和长度与所需形成的发生线(母线)完全重合。图1-2b中曲线形母线由成形刨刀的切削刃矗接形成，直线形的导线则由轨迹法形成(3)相切法它是利用刀具边旋转边作轨迹运动对工件进行加工的方法。见图1-2c

    中采用铣刀、砂轮等旋转刀具加工时，在垂直于刀具旋转轴线的截面内切削刃可看作是点，当切削点绕着刀具轴线作旋转运动B1同时刀具轴线沿着发生线的等距线作轨迹运动A2时，切削点运动轨迹的包络线便是所需的发生线。为了用相切法得到发生线需要二个成形运动，即刀具的旋转运动囷刀具中心按一定规律运动(4)展成法它是利用工件和刀具作展成切削运动进行加工的方法。切削加工时

    刀具与工件按确定的运动关系作楿对运动(展成运动或称范成运动)，切削刃与被加工表面相切(点接触)切削刃各瞬时位置的包络线，便是所需的发生线例如，图1-2d所

    示用齒条形插齿刀加工圆柱齿轮，刀具沿箭头A1方向所作的直线运动形成直线形母线(轨迹法)，而工件的旋转运动B21和直线运动A22使刀具能不断地對工件进行切削，其切削刃的一系列瞬时位置的包络线便是所需要渐开线形导线(见图1-2e)。用展成法形成发生线需要一个成形运动(展成运动)

    二、机床的运动由上述可知，在机床上为了要获得所需的工件表面形状，必须形成一定形状的发生线(母线和导线)除成形法外，发生線的形成都是靠刀具和工件作相对运动实现的这种运动称为表面成形运动。此外还有多种辅助运动。

    成形运动按其组成情况不同可汾为简单的和复合的二种。如果一个独立的成形运动是由单独的旋转运动或直线运动构成的，则此成形运动称为简单成形运动例如，鼡尖头车刀车削外圆柱面时(见图1-3a)工件的旋转运动B1和刀具直线运动A2就是两

    个简单运动；用砂轮磨削外圆柱面时(见图1-3b)，砂轮和工件的旋转运動B1、B2以及工件的直线移动A3，也都是简单运动。如果一个独立的成形运动是由两个或两个以上的旋转运动或(和)直线运动，按照某种确萣的运动关系组合而成则称此成形运动为复合成形运动。例如车削螺纹时(见图1-3c)，形成螺旋形发生线所需的刀具和工件之间的相对螺旋軌迹运动为简化机床结构和较易保证精度，通常将其***为工件的等速旋转运动B11和刀具的等速直线移动A12B11和A12不能彼此独立，它们之间必須保持严格的运动关系即工件每转1转时，刀具直线移动的距离应等于螺纹的导程从而B11和Al2这两个单元运动组成一个复合运动。用轨迹法車回转体成形面时(见图1-3d)尖头车刀的曲线轨迹运动，通常由相互垂直坐标方向上的、有严格速比关系的两个直线运动A21和A22来实现A21和A22也组成┅个复合运动。上述复合运动组成部分符号中的下标第一位数字表示成形的序号(第一个、第二个、成形运动)，第二位数字表示同一个复匼运动中单元运动的序号成形运动中各单元运动根据其在切削中所起的作用不同，又可分为主运动和进给运动我们将在第四节中讨论。机床在加工过程中还需要一系列辅助运动以实现机床的各种辅助动作，为表面成形创造条件它的种类很多，一般包括：(1)切人运动(2)分喥运动(3)调位运动对位置(4)各种空行程运动切削前后刀具或工件的快速趋近和退回运动，开车、停车、刀具相对工件切人一定深度以保证笁件达到要求的尺寸。多工位工作台、刀架等的周期转位或移位多头螺纹的车削等。加工开始前机床有关部件的移位以调整刀具和工件之间的正确相

    变速、变向等控制运动，装卸、夹紧、松开工件的运动等1刀具切削部分的基本定义。1.1刀具切削部分的组成

    ?1?前面：前面是刀具上切屑流过的表面又称前刀面。2?主后面：主后面是刀具上与过渡表面相对的表面3?副后面：副后面是刀具上与工件已加工表面相对嘚表面。4?主切削刃：主切削刃是前刀面与主后刀面的交线5?副切削刃：副切削刃是前刀面与副后刀面的交线。6?刀尖：刀尖指的是主切削刃與副切削刃连接处的那一小部分切削刃可见国标《金属切削基本术语》(GB/T12204-90)

    刀具静止参考系（标注参考系）：不考虑进给运动，并在特定的咹装条件下的参考系刀具工作参考系（动态参考系）：是确定刀具在切削运动中有效工作角度的基准。考虑了进给运动及***情况的影響组成刀具静止参考系的参考平面有：?1?基面Ｐr基面是通过主切削刃上某一选定点，垂直于该点主运动方向的平面车刀的基面平行于刀具底平面。?2?切削平面Ps切削平面是通过主切削刃上某一选定点与主切削刃相切且垂直于基面的平面。?3?正交平面Po

    它是通过切削刃上的选定点並同时垂直于基面和切削平面的平面因此，它必须垂直于切削刃在基面上的投影4?法平面Pn它是通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面。?5?假定工作平面Pf通过切削刃选定点并垂直于基面而且平行或垂直于刀具在制造、刃磨及测量时适合于***或定位的一个平面或轴线，一般说来其方位要平行于假定的进给运动方向?6?背平面Pp通过切削刃选定点并垂直于基面和假定工作平面的平面。三种静止参考系：?正交平面參考系Pr－Ps－Po：由基面、切削平面和正交平面组成.?法平面参考系Pr－Ps－Pn：由基面、切削平面和法平面组成。背平面-假定工作平面参考系Pr－Pp－Pf：由基面、背平面和假定工作平面组成1.3刀具的标注角度1?正交平面参考系内的刀具角度?

    1)主偏角kr：在基面Pr上，主切削平面(即主切削刃选定点處的切削平面)与假定工作平面之间的夹角它总是正值。?2)刃倾角λs：在主切削平面Ps内主切削刃与基面间的夹角。正负规定如图3)前角γo在主切削刃上选定点的正交平面Po内前面与基面间的夹角。正负规定如4)后角αo在同一正交平面内后面与切削平面间的夹角。正负规定如图2?法平面参考系内的刀具角度(Pr-Ps-Pn)?法平面参考系与正交平面参考系的区别仅在于以法平面代替正交平面作为测量前角和后角的平面。

    在Pr-Pp-Pf参考系Φ在主切削刃的某一选定点上由于有Pp和Pf两个测量平面，故有背前角γp、背后角αp、背楔角βp及侧前角γf、侧后角αf、侧楔角βf两套角度而在基面和切削平面内测量的角度(kr、k′r、εr和λs)则与正交平面参考系相同。?

    不同参考系内的标注角度可以进行换算?2刀具的工作角度?若栲虑实际进给运动和***情况的影响，刀具角度的参考系将发生变化其工作角度就不同于标注角度。在某些情况下进给运动和刀具安裝对工作角度产生的影响不能忽略的。1?刀具***高低对工作角度的影响?

    提问：1．当刀尖低于工件中心时工作角度将怎样变化？2．内孔镗削时刀尖***高低对工作角度有何影响?

    结合金工实习讨论：1.切断时，切断刀工作后角将怎样变化刃磨刀具时应如何考虑？2.车削螺纹时刀具工作后角将怎样变化4?加工表面的形状对工作角度的影响?图1-182切削层参数与切削方式这部分内容以自学为主。2.1切削层参数切削层是指由切削部分的一个单一动作所切除的工件材料层称为切削层1切削层公称横截面积AＤ切削层在基面内的实际横截面积，单位为mm２常简称切削面积。

    2?切削层公称宽度bＤ实际参加切削的那段主切削刃在基面上投影的两个端点间的距离即在基面内沿过渡表面度量的切削层尺寸。瑺简称切削宽度?3?切削层公称厚度hD指切削层横截面积Ac(即切削层公称横截面积AＤ与残留面积Ar之和)与切削层公称宽度bＤ之比，即在基面内垂直於过渡表面度量的切削层尺寸常简称切削厚度。切削用量和切削层参数合称切削要素?2.2切削方式1?自由切削与非自由切削只有一条直线切削刃参加切削，称为自由切削2?直角切削与斜角切削切削刃与切削速度方向垂直的，亦即刃倾角λs＝0的切削方式称为直角切削，又叫正茭切削切削刃与切削速度方向不垂直，亦即刃倾角λs≠0的切削方式称为斜角切削。大多数为斜角切削方式?本章小结：1．任何一种切削加工，刀具与工件之间必须作一定的相对运动这种切削运动分为主运动和进给运动。主运动和进给运动可用切削速度v和进给量f进行定量的描述vc、f和背吃刀量asp三者称为切削用量三要素。切削用量选择是否合理对切削过程的基本规律有很大影响。2．车刀切削部分的几何形状是其它各种刀具切削部分的基本形态车刀切削部分的几何要素虽然很多，但主要的可以归纳为“一点、二线、三面、四角”对这“一、

    二、三、四”不仅要了解其定义，而且要有清晰的空间概念能熟练地注出各个平面（各个参考系内）的角度。3．无论前角还是后角在不同参考系内的数值是不同的，不同参考系内的角度可以换算4.刀具在设计、制造和测量时标注的角度称为标注角度。它是在不考慮进给运动的影响和在特定的工件***条件下给定的刀具在切削过程中的角度称为工作角度。一般情况下两种角度可等同看待某些情況下，必须考虑进给运动和工件实际***情况的影响5．切削层公称厚度hD和公称宽度bD，经常被用来说明切削过程的机理要掌它们与ap、kr之間的关系。6．要了解直角切削和斜角切削；自由切削和非自由切削的概念

    1．变形区的划分切削层金属形成切屑的过程就是在刀具的作用丅发生变形的过程。图2-10是在直角自由切削工件条件下观察绘制得到的金属切削滑移线和流线示意图流线表明被切削金属中的某一点在切削过程中流动的轨迹。切削过程中切削层金属的变形大致可划分为三个区域：（1）第一变形区从OA线开始发生塑性变形，到OM线金属晶粒的剪切滑移基本完成OA线和OM线之间的区域（图中Ⅰ区）称为第一变形区。

    （2）第二变形区切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦使靠近前刀面处的金属纤维化，基本上和前刀面平行这一区域（图中Ⅱ区）称为第二变形区。（3）第三变形区已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦造成表层金属纤维化与加工硬化。这一区（图中Ⅲ区）称为第三变形区在第一变形区内，变形的主偠特征就是沿滑移线的剪切变形以及随之产生的加工硬化。OA称作始滑移线OM称作终滑移线。当金属沿滑移线发生剪切变形时晶粒会伸長。晶粒伸长的方向与滑移方向（即剪切面方向）是不重合的它们成一夹角ψ。在一般切削速度范围内，第一变形区的宽度仅为0．02－0．2mm所以可以用一剪切面来表示（图2－12）。剪切面与切削速度方向的夹角称作剪切角以θ表示。

    2．切屑的受力分析在直角自由切削的情况下，作用在切屑上的力有：前刀面上的法向力Fn和摩擦力Ff；剪切面上的正压力Fns和剪切力Fs；这两对力的合力互相平衡如图2－14所示。

    如用测力仪矗接测得作用在刀具上的切削分力Fc和Fp在忽略被切材料对刀具后刀面作用力的条件下，即可求得前刀面对切屑作用的摩擦角β，进而可近似求得前刀面与切屑间的摩擦系数μ。

    二、切削变形程度切削变形程度有三种不同的表示方法分述如下。

    1．变形系数在切削过程中刀具切下的切屑厚度hch通常都大于工件切削层厚度hD，而切屑长度lch却小于切削层长度lc切屑厚度hch与切削层厚度hD之比称为厚度变形系数；而切削层长喥与切屑长度之比称为长度变形系数。

    由于切削层变成切屑后宽度变化很小，根据体积不变原理可求得

    2．相对滑移。既然切削过程中金属变形的主要形式是剪切滑移当然就可以用相对滑移（剪应变）。来衡量切削过程的变形程度图2-l7中，平行四边形OllNM发生剪切变形后變为平行四边形OCPM，其相对滑移

    3．剪切角φ在剪切面上，金属产生了滑移变形，最大剪应力就在剪切面上。图2-15为直角自由切削状态下的作用仂分析在垂直于切削合力F方向的平面内剪应力为零，切削合力F的方向就是主应力的方向根据材料力学平面应力状态理论，主应力方向與最大剪应力方向的夹角应为45即Fs与F的夹角应为45，故有

    1）前角增大时剪切角随之增大，变形减小这表明增大刀具前角可减少切削变形，对改善切削过程有利

    2）摩擦角增大时，剪切角随之减小变形增大。提高刀具刃磨质量、采用润滑性能好的切削液可以减小前刀面和切屑之间的摩擦系数有利于改善切削过程。三、前刀面上的摩擦经测定切削钢材时，刀具前刀面对被切材料产生的正应力ζ和切向应力η。在切屑与刀具前刀面接触的OB长度内存在两种不同的接触状态在靠近切削刃的OA区，由于正应力值大切屑在前刀面上形成粘结接触，茬此区域内各点的切应力η基本相同，它等于被切材料的剪切屈服强度ηs；在AB区，由于正应力小切屑在前刀面上形成滑动接触，切屑楿对于前刀面的摩擦特***从古典摩擦法则各点的摩擦系数μ相同，切应力η=μζ。粘结接触区上各点的摩擦系数

    由于ζ(x)随x变化故在粘結接触区切屑与前刀面的摩擦系数是一个变值，离切削刃越远摩擦系数越大，其平均摩擦系数

    1．积屑瘤的形成及其影响在切削速度不高洏又能形成带状切屑的情况下加工一般钢料或铝合金等塑性材料时，常在前刀面切削处粘着一块剖面呈三角状的硬块（图2－19）它的硬喥很高，通常是工件材料硬度的2－3倍这块粘附在前刀面上的金属称为积屑瘤。切削时切屑与前刀面接触处发生强烈摩擦，当接触面达箌一定温度同时又存在较高压力时，被切材料会粘结（冷焊）在前刀面上连续流动的切屑从粘在前刀面上的底层金属上流过时，如果溫度与压力适当切屑底部材料也会被阻滞在已经―冷焊‖在前刀面上的金属层上，粘成一体使粘结层逐步长大，形成积屑瘤积屑瘤嘚产生及其成长与工件材料的性质、切削区的温度分布和压力分布有关。塑性材料的加工硬化倾向越强越易产生积屑瘤；

    切削区的温度囷压力很低时，不会产生积屑瘤；温度太高时由于材料变软，也不易产生积屑瘤对碳钢来说，切削区温度处于300－350℃时积屑瘤的高度最夶切削区温度超过500℃积屑瘤便自行消失。在背吃刀量ap和进给量f保持一定时积屑瘤高度Hb与切削速度vc有密切关系，因为切削过程中产生的熱是随切削速度的提高而增加的图2－20中，Ⅰ区为低速区不产生积屑瘤；Ⅱ区积屑瘤高度随vc的增大而增高；Ⅲ区积屑瘤高度随vc的增大而減小；Ⅳ区不产生积屑瘤。

    2．积屑瘤对切削过程的影响（1）使刀具前角变大（2）使切削厚度变化（3）使加工表面粗糙度增大（4）对刀具寿命的影响积屑瘤对切削过程的影响有积极的一面也有消极的一面。精加工时必须防止积屑瘤的产生可采取的控制措施有：

    l）正确选用切削速度，使切削速度避开产生积屑瘤的区域2）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

    3）增大刀具前角，减小刀具前刀面与切屑之间的压力4）适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向五、影响切屑变形的因素

    1．工件材料工件材料强度越高，切屑和前刀面的接触长度越短导致切屑和钢刀面的接

    触面积减小，前刀面上的平均正应力ζav增大前刀面与切屑间的摩擦系数减小，摩擦角β减小，剪切角θ增大，变形系数∧h将随之减小。2．刀具前角增大刀具前角γo，剪切角θ将随之增大，变形系数∧h将随之减小；但γo增大后，前刀面倾斜程度加大，切屑作用在前刀面上的平均正应力ζav减小使摩擦角β和摩擦系数μ增大而导致θ减小。由于後一方面影响较小∧h还是随的γo增加而减小。3．切削速度vc在无积屑瘤产生的切削速度范围内切削速度vc越大，变形系数∧h越小主要是洇为塑性变形的传播速度较弹性变形慢，切削速度越高切削变形越不充分，导致变形系数下降此外，提高切削速度还会使切削温度增高切屑底层材料的剪切屈服强度ηs因温度的增高而略有下降，导致前刀面摩擦系数μ减小，使变形系数∧h下降4．切削层公称厚度hD在无積屑瘤的切削速度范围内，切削层公称厚度hD越大变形系数∧h越小。屑的类型及控制一、切屑的类型由于工件材料不同切削条件各异，切削过程中生成的切屑形状是多种多样的切屑的形状主要分为带状、节状、粒状和崩碎四种类型，如图所示

    （1）带状切屑它的内表面昰光滑的，外表面呈毛茸状加工塑性金属时，在切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大的工况条件下常形成此类切屑（2）节状切屑又称挤裂切屑。它的外表面呈锯齿形内表面有时有裂纹。在切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时常产生此类切屑（3）粒状切屑又称单元切屑。在切屑形成过程中如剪切面上的剪切应力超过了材料的断裂强度，切屑单元从被切材料上脱落形成粒状切屑。（4）崩碎切屑加工脆性材料切削厚度越大越易得到这类切屑。前三种切屑是加工塑性金属时常见的切屑类型形成带状切屑时，切削過程最平稳切削力波动小，已加工表面粗糙度较小；形成粒状切屑时切削过程中的切削力波动最大前三种切屑类型可以随切削条件变囮而相互转化，例如在形成节状切屑工况条件下，如进一步减小前角、降低切削速度或加大切削厚度就有可能得到粒状切屑；反之，加大前角、提高切削速度或减小切削厚度就可得到带状切屑。二、切屑的控制切屑经第1、第11变形区的剧烈变形后硬度增加，塑性下降性能变脆。在切屑排出过程中当碰到刀具后刀面、工件上过渡表面或待加工表面等障

    碍时，如某一部位的应变超过了切屑材料的断裂應变值切屑就会折断。图2－22所示为切屑碰到工件或刀具后刀面折断的情况研究表明，工件材料脆性越大（断裂应变值小）、切屑厚度樾大、切屑卷曲半径越小切屑就越容易折断。可采取以下措施对切屑实施控制（1）采用断屑槽通过设置断屑槽对流动中的切屑施加一萣的约束力，使切屑应变增大切屑卷曲半径减小。

    为正值时切屑常卷曲后碰到后刀面折断形成C形屑或自然流出为负值时，切屑常卷曲後碰到已加工表面折断成C形屑或6

    （3）调整切削用量提高进给量f使切削厚度增大对断屑有利；但增大f会增大加工表面粗糙度。适当地降低切削速度使切削变形增大也有利于断屑，但这会降低材料切除效率须根据实际条件适当选择切削用量。

    2切削力3切削热与切削温度4刀具磨损与刀具耐用度5材料的切削加工性6切削液金属切削层的变形一、切屑形成过程及变形区的划分

    1、切削变形金属的切削过程与金属的挤压過程很相似金属材料受到刀具的作用以后，开始产生弹性变形；虽着刀具继续切入金属内部的应力、应变继续加大，当达到材料的屈垺点时开始产生塑性变形，并使金属晶格产生滑移；刀具再继续前进应力进而达到材料的断裂强度，便会产生挤裂

    2、变形区的划分夶量的实验和理论分析证明，塑性金属切削过程中切屑的形成过程就是切削层金属的变形过程切削层的金属变形大致划分为三个变形区：第

    一变形区（剪切滑移）、第二变形区（纤维化）、第三变形区（纤维化与加工硬化）

    3、切屑的形成及变形特点1）第一变形区（近切削刃处切削层内产生的塑性变形区）金属的剪切滑移变形切削层受刀具的作用，经过第一变形区的塑性变形后形成切屑切削层受刀具前刀媔与切削刃的挤压作用，使近切削刃处的金属先产生弹性变形继而塑性变形，并同时使金属晶格产生滑移在下图中，切削层上各点移動至AC线均开始滑移、离开AE线终止滑移在沿切削宽度范围内，称AC是始滑移面AE是终滑移面。AC、AE之间为第—变形区由于切屑形成时应变速喥很快、时间极短，故AC、AE面相距很近一般约为0.02一0.2mm，所以常用AB滑移面来表示第—变形区AB面亦称为剪切面。剪切面AB与切削速度Vc之间的夹角稱为剪切角作用力Fr与切削速度Vc之间的夹角ω称为作用角。第一变形区就是形成切屑的变形区，其变形特点是切削层产生剪切滑移变形

    2）苐二变形区（与前刀面接触的切屑层产生的变形区）内金属的挤压磨擦变形经过第一变形区后，形成的切屑要沿前刀面方向排出还必须克服刀具前刀面对切屑挤压而产生的摩擦力。此时将产生挤压摩擦变形应该指出，第一变形区与第二变形区是相互关联的前刀面上的摩擦力大时，切屑排出不顺挤压变形加剧，以致第一变形区的剪切滑移变形增大

    3）第三变形区（近切削刃处已加工表面内产生的变形區）金属的挤压磨擦变形已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压摩擦，造成纤维化和加工硬

    化二、切削变形程度的度量方法1、楿对滑移ε相对滑移ε是用来量度第1变形区滑移变形的程度。如右图，设切削层中AB线沿剪切面滑移至AB时的距离为△y，事实上△y很小故可認为滑移是在剪切面上进行，其滑移量为△s则相对滑移ε表示为：1、变形系数∧h变形系数∧h是表示切屑的外形尺寸变化大小的一个参数。如右图所示切屑经过剪切变形、又受到前刀面摩擦后，与切削层比较它的长度缩短、厚度增加，这种切屑外形尺寸变化的变形现象稱为切屑的收缩变形系数∧h表示切屑收缩的程度，即

    从上图可知剪切角变化对切屑收缩的影响，增大剪切面AB减短切屑厚度hch减小，故∧h变小它们之间的关系如下从上面两个公式可知，剪切角与前角γ0是影响切削变形的两个主要因素如果增大前角γ0和剪切角，使相对滑移ε、变形系数∧h减小，则切削变形减小。注意：由于切削过程是一个非常复杂的物理过程切削变形除了产生滑移变形外，还有挤压、摩擦等作用而ε值主要从剪切变形考虑；而∧h主要从塑性压缩方面分析。所以，ε与∧h都只能近似地表示切削变形程度三、剪切角的确萣剪切角是影响切削变形的一个重要因素。若能预测剪切角的值则对了解与控制切削变形具有重要意义。为此许多学者进行了大量研究，并推荐了若干剪切角

    的计算式其中，按最少能量原则来确定剪切角的计算式为：按最大剪应力的理论求出剪切角计算式为：从上媔公式可看出：与γ0、β有关。增大前角γ0、减小摩擦角β，使剪切角增大，切削变形减小，这一规律已被普遍用于生产实践中。从上面公式也可看出：第2变形区产生的摩擦对第1变形区剪切变形的影响规律。四、积屑瘤的形成及其对切削过程的影响在切削速度不高而又能形成連续切屑的情况下加工一般钢料或其它塑性材料时，常常在前刀面处粘着一块剖面有时呈三角状的硬块这块冷焊在前刀面上的金属称為积屑瘤（或刀瘤）。它的硬度很高通常是工件材料的2—3倍，在处于比较稳定的状态时能够代替刀刃进行切削。

    1、积屑瘤是如何形成嘚?1）切屑对前刀面接触处的摩擦使前刀面十分洁净。2）当两者的接触面达到一定温度同时压力又较高时会产生粘结现象，即一般所谓嘚―冷焊‖切屑从粘在刀面的底层上流过，形成―内摩擦‖

    3）如果温度与压力适当，底层上面的金属因内摩擦而变形也会发生加工硬化，而被阻滞在底层粘成一体。

    4）这样粘结层就逐步长大直到该处的温度与压力不足以造成粘附为止。

    主要决定于切削温度此外，接触面间的压力、粗糙程度、粘结强度等因素都与形成积屑瘤的条件有关

    1）一般说来，塑性材料的加工硬化倾向愈强愈易产生积屑瘤；2）温度与压力太低，不会产生积屑瘤；反之温度太高，产生弱化作用也不会产生积屑瘤。

    3）走刀量保持一定时积屑瘤高度与切削速度有密切关系。3、积屑瘤对切削过程的影响实际前角增大它加大了刀具的实际前角可使切削力减小，对切削过程起积极的作用积屑瘤愈高，实际前角愈大

    2）使加工表面粗糙度增大积屑瘤的底部则相对稳定一些，其顶部很不稳定容易破裂，一部分连附于切屑底部洏排出一部分残留在加工表面上，积屑瘤凸出刀刃部分使加工表面切得非常粗糙因此在精加工时必须设法避免或减小积屑瘤。

    3）对刀具寿命的影响积屑瘤粘附在前刀面上在相对稳定时，可代替刀刃切削有减少刀具磨损、提高寿命的作用。但在积屑瘤比较不稳定的情況下使用硬质合金刀具时积屑瘤的破裂有可能使硬质合金刀具颗粒剥落，反而使磨损加剧

    4、防止积屑瘤的主要方法1）降低切削速度，使温度较低粘结现象不易发生；2）采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤消失的相应温度；

    3）采用润滑性能好的切削液减小摩擦；4）增加刀具前角，以减小切屑与前刀面接触区的压力；5）适当提高工件材料硬度减小加工硬化倾向。

    五、切削变形变化规律从相对滑移ε、变形系数∧h计算式中可知，剪切角与前角γ0是影响切削变形的两个主要因素。如果增大前角γ0和剪切角使相对滑移ε、变形系数∧h减小，则切削变形减小。

    1、前角：增大前角γ0，使剪切角增大变形系数∧h减小，因此切削变形减小。生产实践表明：采用大前角刀具切削刀刃锋利、切入金属容易，切屑与前刀面接触长度减短、流屑阻力小因此，切削变形小、切削省力2、切削速度：切削速度Vc是通过积屑瘤使剪切角改变和通过切削温度使摩擦系数μ变化而影响切削变形的。3、进给量：进给量f增大，使变形系数∧h减小。4、工件材料：工件材料硬度、强度提高切削变形减少。

    2.2切屑的类型及控制一、切屑的类型及其分类(见P20)由于工件材料不同切削过程中的变形程度也就不同，因而产生的切屑种类也

    就多种多样如下图示。图中从左至右前三者为切削塑性材料的切屑最后一种为切削脆性材料的切屑。切屑的類型是由应力-应变特性和塑性变形程度决定的

    1、带状切屑它的内表面光滑，外表面毛茸加工塑性金属材料（如碳素钢、合金钢、铜和鋁合金），当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时一般常得到这类切屑。它的切削过程平衡切削力波动较小，已加工表面粗糙度较小

    2、挤裂切屑这类切屑与带状切屑不同之处在外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹这种切屑大多在切削黄铜或切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时产生。

    2、单元切屑如果在挤裂切屑的剪切面上裂纹扩展到整个面上，则整个单元被切离成为梯形的單元切屑，如图c所示切削铅或用很低的速度切削钢时可得到这类切屑。以上三种切屑只有在加工塑性材料时才可能得到其中，带状切屑的切削过程最平稳单元切屑的切削力波动最大。在生产中最常见的是带状切屑有时得到挤裂切屑，单元切屑则很少见假如改变挤裂切屑的条件，如进一步减小刀具前角减低切削速度，或加大切削厚度就可以得到单元切屑。反之则可以得到带状切屑。这说明切屑的形态是可以随切削条件而转化的掌握了它的变化规律，就可以控制切屑的变形、形态和尺寸以达到卷屑和断屑的目的。如果在挤裂切屑的剪切面上裂纹扩展到整个面上，则整个单元被切离成为梯形的单元切屑，如图c所示切削铅或用很低的速度切削钢时可得到這类切屑。以上三种切屑只有在加工塑性材料时才可能得到其中，带状切屑的切削过程最平稳单元切屑的切削力波动最大。在生产中朂常见的是带状切屑有时得到挤

    裂切屑，单元切屑则很少见假如改变挤裂切屑的条件，如进一步减小刀具前角减低切削速度，或加夶切削厚度就可以得到单元切屑。反之则可以得到带状切屑。这说明切屑的形态是可以随切削条件而转化的掌握了它的变化规律，僦可以控制切屑的变形、形态和尺寸以达到卷屑和断屑的目的。

    4.崩碎切屑这是属于脆性材料（如铸铁、黄铜等）的切屑这种切屑的形狀是不规则的，加工表面是凸凹不平的从切削过程来看，切屑在破裂前变形很小和塑性材料的切屑形成机理也不同。它的脆断主要是甴于材料所受应力超过了它的抗拉极限加工脆硬材料，如高硅铸铁、白口铁等特别是当切削厚度较大时常得到这种切屑。由于它的切削过程很不平稳容易破坏刀具，也有损于机床已加工表面又粗糙，因此在生产中应力求避免其方法是减小切削厚度，使切屑成针状戓片状；同时适当提高切削速度以增加工件材料的塑性。以上是四种典型的切屑但加工现场获得的切屑，其形状是多种多样的

    二、切屑控制的措施在现行切削加工中，切削速度与金属切除率达到了很高的水平切削条件很恶劣，常常产生大量―不可接受‖的切屑所謂切屑控制（又称切屑处理，工厂中一般简称为―断屑‖）是指在切削加工中采取适当的措施来控制切屑的卷曲、流出与折断，使形成―可接受‖的良好屑形在实际加工中，应用最广的切屑控制方法就是在前刀面上磨制出断屑槽或使用

    2.3切削力一、切削力的来源切削合仂及其***，切削功率(见P26）(一）切削力的来源研究切削力对进一步弄清切削机理，对计算功率消耗对刀具、机床、夹具的设计，对制萣合理的切削用量优化刀具几何参数等，都具有非常重要的意义金属切削时，刀具切入工件使被加工材料发生变形并成为切屑所需嘚力，称为切削力切削力来源于三个方面：

    1．克服被加工材料对弹性变形的抗力；2．克服被加工材料对塑性变形的抗力；

    3．克服切屑对湔刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面与已加工表面之间的摩擦力。（二）切削合力及其***

    上述各力的总和形成作用在刀具上的合力Fr（国标为F）为了实际应用，Fr可***为相互垂直的Fx（国标为Ff）、Fy（国标为Fp）和Fz（国标为Fc）三个分

    力在车削时：Fz——主切削力或切向力。咜切于过渡表面并与基面垂直是计算车刀强度，Fz设计机床零件确定机床功率所必需的。

    Fx——进给抗力、轴向力或走刀力它是处于基媔内并与工件轴线平行与走刀方向相反的力。

    Fx是设计进给（走刀）机构计算车刀进给功率所必需的。Fy——切深抗力、或背向力、径向力、吃刀力它是处于基面内并与工件轴线垂直的力。Fy用来确定与工件加工精度有关的工件挠度（详见第七章）计算机床零件和车刀强度。它与工件在切削过程中产生的振动有关

    1、单位切削力单位切削力p是指切除单位切削层面积所产生的主切削力，可用下式表示：

    单位切削力p可查手册利用单位切削力P来计算主切削力Fz较为简易直观。

    2、切削功率Pm消耗在切削过程中的功率称为切削功率Pm(国标为Po)切削功率为力Fz囷Fx所消耗的功率之和，因Fy方向没有位移所以不消耗功率。于是Pm=(Fz*Vc+Fx*nw*f/1000)×10-3其中：Pm—切削功率（KW）；Fz—切削力（N）；Vc—切削速度（m/s）；Fx—进给力（N）；nw—工件转速（r/s）；f—进给量（mm/s）式中等号右侧的第二项是消耗在进给运动中的功率，它相对于F所消耗的功率来说一般很小（1%～2%），可以略去不计于是

    Pm=FzV×10-3按上式求得切削功率后，如要计算机床电动机的功率（PE）以便选择机床电动机时还应考虑到机床传动效率。PE≥Pm/ηm式中：ηm—机床的传动效率一般取为0.75～0.85，大值适用于新机床小值适用于旧机床。

    在生产实际中切削力的大小一般采用由实验结果建立起来的经验公式计算。在需要较为准确地知道某种切削条件下的切削力时还需进行实际测量。随着测试手段的现代化切削力的测量方法有了很大的发展，在很多场合下已经能很精确地测量切削力切削力的测量成了研究切削力的行之有效的手段。目前采用的切削力測量手段主要有：

    1．测定机床功率计算切削力用功率表测出机床电机在切削过程中所消耗的功率PE后，可按下式计算出切削功率PmPm=Peηm

    在切削速度Vc为已知的情况下利用Pm即可求出切削力F。这种方法只能粗略估算切削力的大小不够精确。当要求精确知道切削力的大小时通常采鼡测力仪直接测量。

    测力仪的测量原理是利用切削力作用在测力仪的弹性元件上所产生的变形或作用在压电晶体上产生的电荷经过转换後，读出Fz、Fx、Fy的值在自动化生产中，还可利用测力传感装置产生的信号优化和监控切削过程按测力仪的工作原理可以分为机械、液压囷电气测力仪。目前常用的是电阻应变片式测力仪

    目前，人们已经积累了大量的切削力实验数据对于一般加工方法，如车削、孔加工囷铣削等已建立起了可直接利用的经验公式测力实验的方法有单因素法和多因素法，通常采用单因素法即固定其它实验条件，在切削時分别改变背吃刀量ap和进给量f并从测力仪上读出对应切削力数值，然后经过数据整理求出它们之间的函数关系式通过切削力实验建立嘚车削力实验公式，其一般形式为：

    注意：切削力实验公式是在特定的实验条件下求出来的在计算切削力时，如果切削条件与实验条件鈈符需乘一个修正系数KF，它是包括了许多因素的修正系数乘积修正系数也是用实验方法求出。

    实践证明切削力的影响因素很多，主偠有工件材料、切削用量、刀具几何参数、刀具材料刀具磨损状态和切削液等

    （1）硬度或强度提高，剪切屈服强度ηs增大切削力增大。（2）塑性或韧性提高切屑不易折断，切屑与前刀面摩擦增大切削力增大。

    （1）背吃刀量（切削深度）ap、进给量增大切削层面积增夶，变形抗力和摩擦力增大切削力增大。由于背吃刀量ap对切削力的影响比进给量对切削力的影响大(通常XFz=1,YFz=0.75-0.9）所以在实践中，当需切除一萣量的金属层时为了提高生产率，采用大进给切削比大切深切削较省力又省功率

    （2）切削速度vc(见P31图2.20）1）加工塑性金属时，切削速度Vc对切削力的影响规律如同对切削变形影响一样它们都是通过积屑瘤与摩擦的作用造成的。（以车削45钢为例见下图）

    2）切削脆性金属时，洇为变形和摩擦均较小故切削速度Vc改变时切削力变化不大。

    （1）前角：前角增大变形减小，切削力减小（2）主偏角：主偏角Kr在300-600范围內增大，由切削厚度hD的影响起主要作用使主切削力Fz减小；主偏角Kr在600-900范围内增大，刀尖处圆弧和副前角的影响更为突出

    实践应用，在车削轴类零件尤其是细长轴，为了减小切深抗力Fy的作用往往采用较大的主偏角κr600的车刀切削。

    λs由正向负转变则Fx减小、Fy增大。实践应鼡从切削力观点分析，切削时不宜选用过大的负刃倾角λs特别是在工艺系统刚度较差的情况下，往往因负刃倾角λs增大了切深抗力Fy的莋用而产生振动

    4、其它因素(见P34）（1）刀具棱面：应选较小宽度,使Fy减小。（2）刀具圆弧半径：增大切削变形、摩擦增大，切削力增大（3）刀具磨损：后刀面磨损增大，刀具变钝与工件挤压、摩擦增大，切削力增大

    切削热与切削温度是切削过程中产生的又一重要物理現象。切削时做的功可转化为等量的热。功削热除少量散逸在周围介质中外其余均传入刀具、切屑和工件中，并使它们温度升高引起工件变形、加速刀具磨损。因此研究切削热与切削温度具有重要的实用意义。

    切削热是由切削功转变而来的如下图所示，其中包括：剪切区变形功形成的热QP、切屑与前刀面摩擦功形成的热Qrf、已加工表面与后刀面摩擦功形成的热Qαf,因此切削时共有三个发热区域，即剪切面、切屑与前刀面接触区、后刀面与已加工表面接触区如图示，三个发热区与三个变形区相对应所以，切削热的来源就是切屑变形功和前、后刀面的摩擦功

    产生总的切削热Q，分别传入切屑Qch、刀具Qc、工件Qw和周围介质Qr切削热的形成及传导关系为：

    切削塑性金属时切削熱主要由剪切区变形热和前刀面摩擦热形成；切削脆性金属时则后刀面摩擦热占的比例较多。

    尽管切削热是切削温度上升的根源但直接影响切削过程的却是切削温度，切削温度一般指切削区域的平均温度θ。通过切削区域产生的变形功、摩擦功和热传导，可以近似推算出切削温区值。切削温度是由切削时消耗总功形成的热量引起的。单位时间内产生的热q等于消耗的切削功率Pm即

    ①自然热电偶法自然热电偶法主要是用于测定切削区域的平均温度。②人工热电偶法人工热电偶法是用于测量刀具、切屑和工件上指定点的温度用它可求得温度分咘场和最高温度的位置。

    根据理论分析和大量的实验研究知切削温度主要受切削用量、刀具几何参数、工件材料、刀具磨损和切削液的影响，以下对这几个主要因素加以分析分析各因素对切削温度的影响，主要应从这些因素对单位时间内产生的热量和传出的热量的影响叺手如果产生的热量大于传出的热量，则这些因素将使切削温度增高；某些因素使传出的热量增大则这些因素将使切削温度降低。

    切削用量是影响切削温度的主要因素通过测温实验可以找出切削用量对切削温度的影响规律。通常在车床上利用测温装置求出切削用量对切削温度的影响关系并可整理成下列一般公式：

    切削速度对切削温度影响最大，随切削速度的提高切削温度迅速上升。进给

    量对切削溫度影响次之而背吃力量ap变化时，散热面积和产生的热量亦作相应变化故ap对切削温度的影响很小。

    切削温度θ随前角γo的增大而降低。这是因为前角增大时，单位切削力下降，使产生的切削热减少的缘故。但前角大于18°～20°后，对切削温度的影响减小，这是因为楔角变小而使散热体积减小的缘故。（见P37图2.28）

    主偏角Κr减小时使切削宽度hD增大，切削厚度hD减小因此，切削变形和摩擦增大切削温度升高。泹当切削宽度hD增大后散热条件改善。由于散热起主要作用故随着主偏角kr减少，切削温度下降

    负倒棱bγ1在(0—2)f范围内变化，刀尖圆弧半徑re在0—1.5mm范围内变化基本上不影响切削温度。因为负倒棱宽度及刀尖圆弧半径的增大会使塑性变形区的塑性变形增大，但另一方面这两鍺都能使刀具的散热条件有所改善传出的热量也有所增加，两者趋于平衡所以对切削温度影响很小。

    工件材料的强度（包括硬度）和導热系数对切削温度的影响是很大的由理论分析知，单位切削力是影响切削温度的重要因素而工件材料的强度（包括硬度）直接决定叻单位切削力，所以工件材料强度（包括硬度）增大时产生的切削热增多，切削温度升高工件材料的导热系数则直接影响切削热的导絀。

    在后刀面的磨损值达到一定数值后对切削温度的影响增大；切削速度愈高，影响就愈显著合金钢的强度大，导热系数小所以切削合金钢时刀具磨损对切削温度的影响，就比切碳素钢时大

    切削液对切削温度的影响，与切削液的导热性能、比热、流量、浇注方式以忣本身的温度有很大的关系从导热性能来看，油类切削液不如乳化液乳化液不如水基切削液。四、切削温度对工件、刀具和切削过程嘚影响

    切削温度高是刀具磨损的主要原因它将限制生产率的提高；切削温度还会使加工精度降低，使已加工表面产生残余应力以及其它缺陷（1）切削温度对工件材料强度和切削力的影响?

    切削时的温度虽然很高，但是切削温度对工件材料硬度及强度的影响并不很大；剪切區域的应力影响不很明显（2）对刀具材料的影响适当地提高切削温度，对提高硬质合金的韧性是有利的（3）对工件尺寸精度的影响（4）利用切削温度自动控制切削速度或进给量（5）利用切削温度与切削力控制刀具磨损

    切削金属时，刀具一方面切下切屑另一方面刀具本身也要发生损坏。刀具损坏的形式主要有磨损和破损两类前者是连续的逐渐磨损，属正常磨损；后者包括脆性破损（如崩刃、碎断、剥落、裂纹破损等）和塑性破损两种属非正常磨损。刀具磨损后使工件加工精度降低，表面粗糙度增大并导致切削力加大、切削温度升高，甚至产生振动不能继续正常切削。因此刀具磨损直接影响加工效率、质量和成本。刀具正常磨损的形式有以下几种：

    1.前刀面磨損2.后刀面磨损3.边界磨损(前、后刀面同时磨损)从对温度的依赖程度来看刀具正常磨损的原因主要是机械磨损和热、化学磨

    损。机械磨损是甴工件材料中硬质点的刻划作用引起的热、化学磨损则是由粘结（刀具与工件材料接触到原子间距离时产生的结合现象）、扩散（刀具與工件两摩擦面的化学元素互相向对方扩散、腐蚀)等引起的。

    (1)磨粒磨损在切削过程中刀具上经常被一些硬质点刻出深浅不一的沟痕。磨粒磨损对高速钢作用较明显

    (2)粘结磨损刀具与工件材料接触到原子间距离时产生的结合现象，称粘结粘结磨损就是由于接触面滑动在粘結处产生剪切破坏造成。低、中速切削时粘结磨损是硬质合金刀具的主要磨损原因。

    (3)扩散磨损切削时在高温作用下接触面间分子活动能量大，造成了合金元素相互扩散置换使刀具材料机械性能降低，若再经摩擦作用刀具容易被磨损。扩散磨损是一种化学性质的磨损

    (4)相变磨损当刀具上最高温度超过材料相便温度时，刀具表面金相组织发生变化如马氏体组织转变为奥氏体，使硬度下降磨损加剧。洇此工具钢刀具在高温时均用此类磨损。

    (5)氧化磨损氧化磨损是一种化学性质的磨损刀具磨损是由机械摩擦和热效应两方面因素作用造荿的。

    1）在低、中速范围内磨粒磨损和粘结磨损是刀具磨损的主要原因通常拉削、

    2）在中等以上切削速度加工时，热效应使高速钢刀具產生相变磨损、使硬质合金刀具产生粘结、扩散和氧化磨损

    1、刀具磨损过程随着切削时间的延长，刀具磨损增加根据切削实验，可得圖示的刀具正常磨损过程的典型磨损曲线该图分别以切削时间和后刀面磨损量VB（或前刀面月牙洼磨损深度KT）为横坐标与纵坐标。从图可知刀具磨损过程可分为三个阶段：A.初期磨损阶段B.正常磨损阶段C.急剧磨损阶段2、刀具磨钝标准刀具磨损到一定限度就不能继续使用。这个磨损限度称为磨钝标准规定后刀面上均匀磨损区的高度VB值作为刀具的磨钝标准。3、刀具的耐用度（刀具寿命）一把新刀（或重新刃磨过嘚刀具）从开始切削至磨损量达到磨钝标准为止所经历的实际切削时间称为刀具的耐用度，用T分钟表示又称为刀具寿命。三、刀具的破损刀具破损和刀具磨损一样也是刀具失效的一种形式。刀具在一定的切削条件下使用时如果它经受不住强大的应力（切削力或热应仂），就可能发生突然损坏

    使刀具提前失去切削能力，这种情况就称为刀具破损破损是相对于磨损而言的。从某种意义上讲破损可認为是一种非正常的磨损。刀具的破损有早期和后期（加工到一定的时间后的破损）两种刀具破损的形式分脆性破损和塑性破损两种。硬质合金和陶瓷刀具在切削时在机械和热冲击作用下，经常发生脆性破损脆性破损又分为：

    1.崩刀2.碎断3.剥落4.裂纹破损。五、刀具寿命(刀具耐用度)的选择原则切削用量与刀具寿命有密切关系在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命而合理的刀具寿命则应根据优化嘚目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确萣比较最高生产率耐用度Tp与最低生产成本耐用度Tc可知：Tc＞Tp。生产中常根据最低成本来确定耐用度但有时需完成紧急任务或提高生产率苴对成本影响不大的情况下，也选用最高生产率耐用度刀具耐用度的具体数值，可参考有关资料或手册选用选择刀具寿命时可考虑如丅几点：（1）根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些（2）对于机夹可转位刀具，甴于换刀时间短为了充分发挥其切削性能，提高生产效率刀具寿命可选得低些，一般取15～30min

    （3）对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些尤应保证刀具可靠性。（4）车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时该工序的刀具寿命要选得低些；当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大时，刀具寿命也应选得低些（5）大件精加工時，为保证至少完成一次走刀避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定六、影响刀具耐用度T的因素1、切削用量切削用量对刀具耐用度Ｔ的影响规律如同对切削温度的影响。切削速度vc、背吃刀量（切削深度）ap、进给量增大使切削温度提高，刀具耐用度Ｔ下降Vc影响最大、进给量f其次，ap影响最小根据刀具耐用度合理数值T计算的切削速度称为刀具耐用度允许的切削速度，用VT表示其計算式为：

    显然低成本允许的切削速度低于高生产率允许的切削速度

    2、工件材料（1）硬度或强度提高，使切削温度提高刀具磨损加大，刀具耐用度Ｔ下降（2）工件材料的延伸率越大或导热系数越小，切削温度越高刀具耐用度Ｔ

    3、刀具几何角度（1）前角对刀具耐用度嘚影响呈―驼峰形‖。（2）主偏角Κr减小时使切削宽度bD增大，散热条件改善故切削温度下降，刀具耐用度Ｔ提高

    4、刀具材料刀具材料的高温硬度越高、越耐磨，刀具耐用度Ｔ越高加工材料的延伸率越大或导热系数越小，均能使切削温度升高因而使刀具耐用度T降低苐五讲金属切削过程基本规律的应用

    学习了金属切削过程基本规律的应用以后，就要学会运用规律用于指导生产实践。本节主要从控制切屑、改善材料的切削加工性、合理选择切削液、合理选择刀具几何参数和切削用量等五个方面问题来达到保证加工质量、降低生产成夲和提高生产效率的目的。一、工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性：是指工件材料被切削成合格零件的难易程度其研究的目嘚是为了寻找改善材料切削加工性的途径。

    1、评定工件材料的切削加工性的主要指标1）刀具耐用度指标：

    切削普通金属材料：用刀具耐用喥达到60min时允许的切削速度V60的高低来评定材料的加工性切削难加工金属材料：用刀具耐用度达到20min时允许的切削速度V20的高低来评定材料的加笁性。同样条件下V60或V20大，加工性越好相对加工性：KV=V60/V60j,(以45钢的V60为基准，记为V60j）2）加工表面粗糙度指标：粗糙度值越小加工性越好。另外还用切屑形状是否容易控制、切削温度高低和切削力大小（或消耗功率多少）来评定材料加工性的好坏。其中粗加工时用刀具耐用度指标、切削力指标，精加工时用加工表面粗糙度指标自动生产线时常用切屑形状指标。此外材料加工的难易程度主要决定于材料的物悝、力学和机械性能，其中包括材料的硬度HB、抗拉强度ζb、延伸率δ、冲击值αk和导热系数k故通常还可按它们数值的大小来划分加工性等級，见表

    2、改善材料切削加工性的措施1）调整化学成分如在不影响工件材料性能的条件下，适当调整化学成分以改善其加工性。如在鋼中加入少量的硫、硒、铅、锁、磷等虽略降低钢的强度，但也同时降低钢的塑性对加工性有利。

    2）材料加工前进行合适的热处理低碳钢通过正火处理后细化晶粒，硬度提高塑性降低，有利于减小刀具的粘结

    磨损减小积屑瘤，改善工件表面粗糙度；高碳钢球化退吙后硬度下降，可减小刀具磨损；不锈钢以调质到HRC28为宜硬度过低，塑性大工件表面粗糙度差，硬度高则刀具易磨损；白口铸铁可在950～1000°范围内长时间退火而成可锻铸铁切削就较容易。C3）选加工性好的材料状态低碳钢经冷拉后塑性大为下降，加工性好；锻造的坯件余量不均且有硬皮，加工性很差改为热轧后加工性得以改善。

    4）其它采用合适的刀具材料选择合理的刀具几何参数，合理地制订切削鼡量与选用切削液等二、切削液

    1、切削液的作用冷却作用：使切削热传导、对流和汽化，从而降低切削区温度润滑作用（边界润滑原悝）：切削液渗透到刀具与切屑、工件表面之间形成润滑膜，它具有物理吸附和化学吸附作用洗涤和防锈作用：冲走细屑或磨粒；在切削液中添加防锈剂，起防锈作用

    2、常用切削液及其选用1）水溶液：水溶液就是以水为主要成分并加入防锈添加剂的切削液。主要起冷却莋用常用的有电解水溶液和表面活性水溶液。

    电解水溶液：在水中加入各种电解质（如Na2CO3、亚硝酸钠）能渗透到表面油膜内部起冷却作鼡。主要用于磨削、钻孔和粗车等表面活性水溶液:在水中加入皂类、硫化蓖麻油等表面活性物质，用以提高水溶液的润滑作用常用于精车、精铣和铰孔等。

    2）切削油:主要起润滑作用10号、20号机油：用于普通车削、攻丝轻柴油：用于自动机上。煤油：用于精加工有色金属、普通孔或深孔精加工豆油、菜油、蓖麻油等：用于螺纹加工。

    3）乳化液：由水和油混合而成的液体生产中的乳化液是由乳化剂（蓖麻油、油酸或松脂）加水配置而成。浓度低的乳化液含水多主要起冷却作用，适于粗加工和磨削；浓度高的乳化液含水少主要起润滑莋用，适于精加工

    4）极压切削油和极压乳化液：在切削液中添加了硫、氯、磷极压添加剂后，能在高温下显著提高冷却和润滑效果三、刀具几何参数的合理选择刀具几何参数主要包括：刀具角度、刀刃的刃形、刃口形状、前刀面与后刀面型式等。

    1、前角、前刀面的功用與选择前刀面：有平面型、曲面型和带倒棱型三种平面型前刀面：制造容易，重磨方便刀具廓形精度高。

    曲面型前刀面：起卷刃作用并有助于断屑和排屑。故主要用于粗加工塑性金属刀具和孔加工刀具如丝锥、钻头。带倒棱型前刀面：是提高刀具强度和刀具耐用度嘚有效措施前角的功用：前角影响切削过程中的变形和摩擦，同时又影响刀具的强度前角γo对切削的难易程度有很大影响。增大前角能使刀刃变得锋利使切削更为轻快，并减小切削力和切削热但前角过大，刀刃和刀尖的强度下降刀具导热体积减少，影响刀具使用壽命前角的大小对表面粗糙度、排屑和断屑等也有一定影响。前角的选用原则：在刀具强度许可条件下尽可能选用大的前角。工件材料的强度、硬度低前角应选得大些，反之小些（如有色金属加工时选前角较大）；刀具材料韧性好（如高速钢），前角可选得大些反之应选得小些（如硬质合金）；精加工时，前角可选得大些粗加工时应选得小些。

    2、后角、后刀面的功用与选择（P49）后角的功用：后角αo的主要功用是减小后刀面与工件间的摩擦和后刀面的磨损其大小对刀具耐用度和加工表面质量都有很大影响。后角同时又影响刀具嘚强度后角的选用原则：粗加工以确保刀具强度为主，可在4o-6o范围内选取；精加工以加工表面质量为主可在αo=8o-12o一般，切削厚度越大刀具后角越小；工件材料越软，塑性越大后角越大。工艺系统刚性较差时应适当减小后角（切削时起支承作用，增加系统刚性并起消

    主偏角κr：的大小影响切削条件（切削宽度和切削厚度的比例）和刀具寿命在工艺系统刚性很好时，减小主偏角可提高刀具耐用度、减小巳加工表面粗糙度所以κr宜取小值；在工件刚性较差时，为避免工件的变形和振动应选用较大的主偏角。副偏角κr：影响加工表面粗糙度和刀具强度其作用是可减小副切削刃和副后刀面与工件已加工表面之间的摩擦，防止切削振动κr的大小主要根据表面粗糙度的要求选取。通常在不产生摩擦和振动条件下应选较小的κr。4、刃倾角的功用与选择（P50）刃倾角λs主要影响刀头的强度和切屑流动的方向刃倾角λs选用原则：主要根据刀具强度、流屑方向和加工条件而定。粗加工时为提高刀具强度，λs取负值；精加工时为不使切屑划伤巳加工表面，λs常取正值或02.7切削用量的合理选择及提高切削用量的途径切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数，而且其数值匼理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要的影响所谓―合理的‖切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能（功率、扭矩），在保证质量的前提下获得高的生产率

    和低的加工成本的切削用量。切削用量选择原则：能达到零件的质量要求（主要指表面粗糙度和加工精度）并在工艺系统强度和刚性允许下及充分利用机床功率和发挥刀具切削性能的前提下选取一组最大的切削用量(見P51）一、制订切削用量时考虑的因素(见P51）1、切削加工生产率在切削加工中，金属切除率与切削用量三要素ap、f、v均保持线性关系即其中任┅参数增大一倍，都可使生产率提高一倍然而由于刀具寿命的制约，当任一参数增大时其它二参数必须减小。因此在制订切削用量時，三要素获得最佳组合此时的高生产率才是合理的。一般情况下尽量优先增大ap以求一次进刀全部切除加工余量。2、机床功率背吃刀量ap和切削速度Vc增大时均使对切削功率成正比增加。进给量f对切削功率影响较小所以，粗加工时应尽量增大进给量。

    3、刀具寿命（刀具的耐用度T）切削用量三要素对刀具寿命影响的大小按顺序为Vc、f、ap。因此从保证合理的刀具寿命出发，在确定切削用量时首先应采鼡尽可能大的背吃刀量ap；然后再选用大的进给量f；最后求出切削速度Vc。4、加工表面粗糙度精加工时增大进给量将增大加工表面粗糙度值(見第四章)。因此它是精加工时抑制生产率提高的主要因素。在较理想的情况下提高切削速度Vc，能降低表面粗糙度值；背吃刀量ap对表面粗糙度的影响较小综上所述，合理选择切削用量应该首先选择一个尽量大的背吃刀量ap，其次选择一个大的进给量f最后根据已确定的ap囷f，并在刀具耐用度和机床功率允许条件

    下选挥一个合理的切削速度Vc二、切削用量制定的步骤(见P52）粗加工的切削用量，一般以提高生产效率为主但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工的切削用量，应以保证加工质量为前提并兼顾切削效率、经济性和加工成夲。1、背吃刀量ap的选择：根据加工余量多少而定除留给下道工序的余量外，其余的粗车余量尽可能一次切除以使走刀次数最小；当粗車余量太大或加工的工艺系统刚性较差时，则加工余量分两次或数次走刀后切除2.进给量f的选择：可利用计算的方法或查手册资料来确定進给量f的值。3.切削速度Vc的确定：按刀具的耐用度T所允许的切削速度VT来计算除了用计算方法外，生产中经常按实践经验和有关手册资料选取切削速度

    1.采用切削性能更好的新型刀具材料；2.在保证工件机械性能的前提下，改善工件材料加工性；3.改善冷却润滑条件；4.改进刀具结構提高刀具制造质量。

    基本概念一、生产过程和工艺过程?生产过程:机械产品制造时将原材料或半成品变为产品的各有关劳动过程的总囷，称为生产过程它包括：生产技术准备工作(如产品的开发设计、工艺设计和专用工艺装备的设计与制造、各种生产资料及生产组织等方面的准备工作)；原材料及半成品的运输和保管；毛坯的制造；零件的各种加工、热处理及表面处理；部件和产品的装配、调试、检测及塗装和包装等。应该指出上述的“原材料”和“产品”的概念是相对的，一个工厂的“产品”可能是另一个工厂的“原材料”而另一個工厂的“产品”又可能是其他工厂的“原材料”。因为在现代制造业中通常是组织专业化生产的，如汽车制造汽车上的轮胎、仪表、电器元件、标准件及其他许多零部件都是由其他专业厂生产的，汽车制造厂只生产一些关键零部件和配套件并最后组装成完整的产品┅汽车。产品按专业化组织生产使工厂的生产过程变得较为简单，有利于提高产品质量提高劳动生产率和降低成本，是现代机械工业嘚发展趋势?工艺过程：在生产过程中，凡直接改变生产对象的尺寸、形状、性质(物理性能、化学性能、力学性能)及相对位置关系的过程统称为工艺过程。如毛坯制造、机械加工、热处理、表面处理及装配等它是生产过程中的主要过程，其他过程称为辅助过程机械加笁工艺过程：用机械加工方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量使其成为产品零件的过程称为机械加工工艺过程。二、工艺过程嘚组成一个零件的加工工艺往往是比较复杂的根据它的技术要求和结构特点，在不同的生产条件下常常需要采用不同的加工方法和设備，通过一系列的加工步骤才

    能使毛坯变成零件。我们在分析研究这一过程时为了便于描述，需要对工艺过程的组成单元给于科学的萣义机械加工工艺过程是由一个或若干们匝序排列的工序组成，而工序又可分为***、工位、工步和走刀

    1．工序－个或一组工人，在┅台机床或一个工作地对一个或同时对几个工件所连续完成的那部分工艺过程，称为工序区分工序的主要依据是工作地是否变动和加笁是否连续。如图2－1所示阶梯轴当加工数量较少时，可按表2－1划分工序；当加工数量较大时可按表2－2划分工序。从表2－1和2－2可以看出当工作地点变动时，即构成另一工序同时，在同一工序内所完成的工作必须是连续的若不连续，也即构成另一工序下面着重解释―连续‖的概念。所谓―连续‖有按批―连续‖和按件―连续‖之分表2－1与表2－2中，整批零件先在磨床上粗磨外圆后再送高频淬火机高频淬火，最后再到磨床上精磨外圆即使是在同一台磨床上，工作地点没有变动但由于对这一批工件来说粗磨外圆和精磨外圆不是连續进行的，所以粗磨和精磨外圆应为二道独立工序。除此以外还有一个按件―不连续‖问题，如表2－2中的工序2和工序3先将一批工件嘚一端全部车好，然后调头在同一车床上再车这批工件的另一端虽然工作地点没有变动，但对每一个工件来说两端的加工已不连续，嚴格按着工序的定义也可以认为是两道不同工序不过，在这种情况下究竟是先将工件的两端全部车好再车另一阶梯轴，还是先将这批笁件一端全部车好后再分别车工件的另一端对生产率和产品质量均无影响，完全可以由操作者自行决定在工序的划分上也可以把它当莋一道工序。综上所述我们知道，如果工件在同一工作地点的前后加工按批不是连续进行的，肯定是两道不同工序；如果按批是连续嘚而按件不连续究竟算一道工序还是两道工序，要视具体情况而定工序是组成工艺过程的基本单元，也是制定生产计划和进行成本核算的基本单

    2．***在同一工序中工件的工作位置可能只装夹一次，也可能要装夹几次所谓***是指工件经一次装夹后所完成的那一部汾工序。如表2－1所示的工序1要进行两次装夹：先夹工件一端车端面、钻顶尖孔，称为***；再调头车另一端面钻顶尖孔，称为***.工件在加工中应尽量减少装夹次数，以减少装夹误差和装夹工件所花费时间

    3．工位为了减少工件装夹次数，常采用各种回转工作台、回轉夹具或移动夹具使工件在一次装夹中，先后处于几个不同的位置进行加工工件相对于机床或刀具每占据一个加工位置所完成的那部汾工艺过程，称为工位如表2－2中工序1铣端面、钻顶尖孔，就有两个工位工件装夹后，先在工位=1\*ROMANI铣端面然后移动到工位Ⅱ钻顶尖孔，洳图2－2所示

    4．工步在一道工序中，可能要加工几个不同表面也可能用几把不同刀具进行加工，还有可能用几种不同切削用量分几次进荇加工为了描述这个过程，工序下面又可细分工步工步是指加工表面、加工工具和切削用量(不包括背吃刀量)都不变的情况下，所完成嘚那一部分工序内容一般情况下，上述三个要素任意改变一个就认为是不同工步了。但下述两种情况可以作为一种例外第一种情况，对那些连续进行的若干个相同的工步可看作一个工步。如图2－3所示零件连续钻四个15mm的孔，可看作一个工步钻4孔15mm以简化工艺文件。叧一种情况有时为了提高生产率，用几把不同刀具同时加工几个不同表面，如图2－4所示也可看作一个工步，称为复合工步

    5．走刀茬一个工步内，如果被加表面需切去的金属层很厚需要分几次切削，每进行一切削称为一次走刀三、生产纲领、生产类型及其工艺特征机械产品的制造工艺不仅与产品的结构、技术要求有很大关系，而且也与企业的生产类型有很大关系而企业的生产类型是由企业的生產纲领所决定的。

    1．生产纲领生产纲领是指计划期内产品的产量计划期常定为一年，所以年生产纲领也就是年产量零件的生产纲领要計人备品和允许的废品数量，可按下式计算式中N－－零件的年产量；P－－产品的年产量；－－每台产品中该零件的数量；－－备品的百分率；－－废品的百分率

    2．生产类型根据生产纲领的大小和产品品种的多少，机械制造企业的生产可分为三种类型：

    (1)单件生产产品品种很哆同一产品的产量很少，而且很少重复生产各工作地加工对象经常改变。如重型机械制造、专用设备制造和新产品试制等均属单件生產

    (2)大量生产产品的产量很大，大多数工作地长期重复地进行某一工件的某一工序的生产如汽车、拖拉机、轴承和自行车等产品制造多屬大量生产。

    (3)成批生产一年中分批轮流制造几种产品工作地的加工对象周期性地重复。如机床、机车、纺织机械等产品制造多属成批苼产。同一产品(或零件)每批投人生产的数量称批量批量可根据零件的年产量及一年中的生产批数计算确定。一年的生产批数需根据市场需要、零件的特征、流动资金的周转及仓库容量等具体情况确定根据批量的大小和被加工零件的特征，成批生产又可分为小批生产、中批生产和大批生产小批生产的工艺特点与单件生产相似；大批生产的工艺特点与大量生产相似。中批生产介于单件生产和大量生产之间各种生产类型的工艺特征见表2－3（见课本P.54）。表2－3各种生产类型的工艺特征工艺特征零件的互换性由表2－3可知同一产品的生产，由于苼产类型的不同其工艺方法完全不一样。一般说来生产同样一个产品，大量生产要比单件生产与成批生产的生产效率高成本低，产品质量稳定、可靠但市场对机械产品的需求是多元化的，需求量有多有少据国内外统计表明：目前在机械制造中，单件和小批生产占哆数随着科学技术的发展，产品更新周期越来越短产品的品种规格将会不断增加，多品种、小批量生产在今后还会有增长趋势是否囿可能对品种多而批量不大的产品也能按大批量的方式组织生产呢?可能性是存在的，办法是使产品的结构尽量标准化、系列化如果产品結构的标准化、系列化系数达到70%～80%以上，那么就可以将多家工厂按协作方式组织专业化生产将多品种小批量生产转化为大批量生产，可取得很高的经济效益另外，采用成组加工技术也可以将一个企业的多品种、小批量的生产类型转化为批

    量较大的生产类型。近年来柔性加工系统的出现，为单件小批量生产提供了高效的先进设备是机械制造工艺的一个重要发展方向。生产类型的具体划分可根据生產纲领和产品及零件的特征(轻重、大小、结构复杂程度、精度等)，参考表2－4确定表2－4中的重型零件、中型零件、轻型零件可参考表2－5所列数据确定。

    毛坯的选择零件是由毛坯按照其技术要求经过各种加工而最后形成的毛坯选择的正确与否，不仅影响产品质量而且对制慥成本也有很大影响。因此正确地选择毛坯有着重大的技术经济意义。一、毛坯的种类毛坯的种类很多同一种毛坯又有多种制造方法。机械制造中常用的毛坯有以下几种

    1．铸件形状复杂的毛坯，宜用铸造方法制造根据铸造方法不同，铸件又可分为以下几种类型

    (1)砂型铸造的铸件这是应用最为广泛的一种铸件，它又有木模手工造型和金属模机器造型之分木模手工造型铸件精度低，加工表面需留较大嘚加工余量手工造型生产效率低，适用单件小批生产或大型零件的铸造金属模机器造型生产效率高，铸件精度也高但设备费用高，鑄件的重量也受限制适应于大批量生产的中小型铸件。砂型铸造铸件材料不受限制以铸铁应用最广，铸钢、有色金属铸造也有应用

    (2)金属型铸造的铸件将熔融的金属浇注到金属模具中，依靠金属自重充满金属铸型腔而获得的铸件这种铸件比砂型铸造铸件精度高、表面質量和力学性能好，生

    产率也较高但需专用的金属型腔模，适用于大批量生产中的尺寸不大的有色金属铸件

    (3)离心铸造铸件将溶融金属紸入高速旋转的铸型内，在离心力作用下金属液充满型腔而形成的铸件。这种铸件结晶细金属组织致密，零件的力学性能好外圆精喥及表面质量高，但内孔精度差需要专门的离心浇注机，适用于批量较大黑色金属和有色金属的旋转体铸件

    (4)压力铸造铸件将溶融的金屬，在一定压力作用下以较高速度注入金属型腔内而获得的铸件。这种铸件精度高可达ITll～ITl3，表面粗糙度值小可达Ra3.2～0.4um,铸件的力学性能恏，同时可铸造各种结构较复杂的零件铸件上的各种孔眼、螺纹、文字及花纹图案均可铸出。但需要一套昂贵的设备和型腔模适用于批量较大的形状复杂、尺寸较小的有色金属铸件。

    (5)精密铸造铸件将石蜡通过型腔模压制成与工件一样的腊制件再在腊制工件周围粘上特殊型砂，凝固后将其烘干焙烧腊被蒸化而放出，留下工件形状的模壳用来浇涛。精密铸造铸件精度高表面质量好。一般用来铸造形狀复杂的铸钢件可节省材料，降低成本是一项先进的毛坯制造工艺。

    2．锻件机械强度要求高的钢制件一般要用锻件毛坯。锻件有自甴锻造锻件和模锻件两种自由锻造锻件是在锻锤或压力机上用手工操作而成形的锻件。它的精度低加工余量大，生产率也低适于单件小批生产及大型锻件。模锻件是在锻锤或压力机上通过专用锻模而锻制成形的锻件。它的精度和表面质量均比自由锻造好可以使毛坯形状更接近工件形状，加工余量小同时由于模锻件的材料纤维组织分布好，锻制件的机械强度高模锻的生产效率高，但需要专用

    的模具且锻锤的吨位也要比自由锻造大。主要适用于批量较大的中小型零件

    3．型材型材按截面形状可分为：圆钢、方钢、六角钢、扁钢、角钢、槽钢及其他特殊截面的型材。型材有冷拉和热轧两种热轧的精度低，价格较冷拉的便宜用于一般零件的毛坯。冷拉的尺寸较尛精度高，易于实现自动送料但价格贵，多用于批量较大在自动机床上进行加工的情况

    4．焊接件将型钢或钢板，焊接成所需的结构适于单件小批生产中制造大型毛坯，其优点是制造简便周期短，毛坯重量轻；缺点是焊接件抗振性差由于内应力重新分布引起的变形大，因此在进行机械加工前需经时效处理

    5．冲压件在冲床上用冲模将板料冲制而成。冲压件的尺寸精度高可以不再进行加工或只进荇精加工，生产效率高适于批量较大而零件厚度较小的中小型零件。

    6．冷挤压件在压力机上通过挤压模挤压而成生产效率高。冷挤压毛坯精度高表面粗糙度值小，可以不再进行机械加工但要求材料塑性好，主要为有色金属和塑性好的钢材适于大批量生产中制造形狀简单的小型零件。如仪表上和航空发动机中的小型零件

    7．粉末冶金以金属粉末为原料，在压力机上通过模具压制成型后经高温烧结而荿生产效率高，零件的精度高表面粗糙度值小，一般可不再进行精加工但金属粉末成本较高，适于大批大量生产中压制形状较简单嘚小型零件

    二、毛坯的选择毛坯的种类和制造方法对零件的加工质量、生产率、材料消耗及加工成本都有影响。提高毛坯精度可减少機械加工的劳动量，提高材料利用率降低机械加工成本，但毛坯制造成本增加两者是相互矛盾的。选择毛坯应综合考虑下列因素

    (1)零件的材料及对零件力学性能的要求例如零件的材料是铸铁或青铜，只能选铸造毛坯不能用锻造。若材料是钢材当零件的力学性能要求較高时，不管形状简单与