级制造技术—01第一章金属切削基础1.ppt

机械制造,小故事 两个人在树林里过夜，早上树林里突然跑出一头大狗熊，其中一个人忙着穿球鞋；另一个人对他说：“你把球鞋穿上有什么用?我们反正跑不过狗熊。”忙着穿球鞋的人说：“我不是要跑过狗熊，而是要跑过你。”,三、切削刀具几何参数,二、第一章 切削运动与切削用量,一、生产与制造,目录,第零章 绪论 第一章 金属切削基础,一、 生产与生产过程 二、机械制造与机械制造业,第零章 绪论,第一章 金属切削基础,1.1 切削运动和切削用量,1.1.1 切削时工件上的表面,1. 待加工表面 2. 已加工表面 3. 过渡表面,1. 待加工表面,工件上多余金属即将被切除的表面。随着切削的进行逐渐减小，直至多余金属被切完。,第一章 金属切削基础,第一章 金属切削基础,2. 已加工表面,工件上多余金属被切除后形成的新表面。,3. 过渡表面,工件上多余金属被切除过程中，待加工表面与已加工表面之间相连接表面，或刀刃正在切削着的表面。,第一章 金属切削基础,外圆车削时切削运动及工件上三表面,平面刨削的切削运动及工件上三表面,第一章 金属切削基础,1.1.2 切削运动,主运动 进给运动 合成运动,1.主运动：使刀具与工件产生相对运动，以切除工件上多余金属的基本运动。运动速度最高，消耗功率最大。如车削中工件的旋转运动、钻削中钻头的旋转运动、刨削中的刀具的直线往复运动等。,注： (1) 主运动可为刀具，也可为工件； (2) 主运动可是直线运动，也可旋转运动； (3) 切削加工中，主运动只有一个。,第一章 金属切削基础,1.1.2 切削运动,主运动 进给运动 合成运动,2. 进给运动,与主运动配合使切除多余金属连续进行，形成已加工表面的运动。如车削中车刀的纵向或径向运动、钻削中钻头的直线运动、刨削中工件的间歇直线运动。,注意： （1）进给运动可以是一个或几个； （2）进给运动可是直线运动、旋转运动或两者的组合； （3）进给运动可由刀具或工件完成。,合成运动是主运动与进给运动的合成。,3. 合成运动,第一章 金属切削基础,1.1.2 切削运动,主运动 进给运动 合成运动,车外圆与车端面,第一章 金属切削基础,1.1.2 切削运动,主运动 进给运动 合成运动,切断槽与镗内孔,刨平面,第一章 金属切削基础,1.1.2 切削运动,主运动 进给运动 合成运动,铣削加工中的切削运动,第一章 金属切削基础,1.1.2 切削运动,主运动 进给运动 合成运动,孔加工,第一章 金属切削基础,1.1.2 切削运动,主运动 进给运动 合成运动,磨削加工,第一章 金属切削基础,1.1.2 切削运动,主运动 进给运动 合成运动,1. 车削 主运动：工件的旋转运动 进给运动：刀具 2. 钻削 主运动：刀具(钻头) 进给运动：刀具(钻头) 3. 铣削 主运动：刀具 进给运动：工件,第一章 金属切削基础,1.1.3 切削用量三要素,切削速度 进给量 背吃刀量,1. 切削速度v,式中：dw工件最大直径(mm)； nw工件主运动转速(r/s或r/min)。,刀刃选定点相对工件的主运动线速度。即工件待加工表面的最大直径的线速度。其计算式为：,第一章 金属切削基础,1.1.3 切削用量三要素,切削速度 进给量 背吃刀量,2. 进给量 f,主运动每一转工件与刀具沿进给方向的位移量 f (mm/r) 单位时间相对位移量叫进给速度vf。 vf=fn (mm/s或mm/min)。 对于多齿刀具的每齿进给量 fz=f/Z (mm/z或毫米/齿)。Z刀具齿数。 显然有： vf=fn=fzZn (mm/s或mm/min),第一章 金属切削基础,1.1.3 切削用量三要素,切削速度 进给量 背吃刀量,3. 背吃刀量ap,对外圆车削而言，它是待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。即,式中：dw待加工面直径； dm已加工表面直径。,第一章 金属切削基础,1.2 金属切削刀具几何参数,刀具种类繁多、形状各异，但其切削部分具有相同的特征，以普通外圆车刀为例来分析其几何参数。,1.2.1 刀具切削部分结构要素,三个刀面 二个刀刃 一个刀尖,第一章 金属切削基础,1.2.1 刀具切削部分结构要素,三个刀面 二个刀刃 一个刀尖,三个刀面,前刀面（A）：切屑沿其流出的刀面 主后刀面（A）：与工件过渡表面相对着的刀面 副后刀面（A）：与工件上已加工表面相对着的刀面,两个刀刃,主切削刃S：前刀面与主后刀面相交部位，承担主要的切削作用。 副切削刃S：前刀面与副后刀面相交部位，协助主刀刃切除多余金属形成已加工表面。,一个刀尖,刀尖：主刀刃与副刀刃相交部位。,第一章 金属切削基础,1.2.2 刀具切削角度的参考平面,刀具要从工件上切除金属，就必须具有一定的切削角度及几何形状。 这些角度决定了刀具各切削部分要素（刀面、刀刃、刀尖）的空间位置，它们是在相应的参考平面为基础的条件下测量的。,标注角度 工作角度,标注角度：在刀具标注参考系中确定的切削刃与刀面的方位角。 是制造、刀磨和检查刀具所需要的角度。 注：刀具标注角度是不考虑进给运动而定义的。,刀具的工作角度刀具在工作状态下的角度，即考虑进给运动和实际装刀状态定义的刀具几何角度。,第一章 金属切削基础,1.2.2 刀具切削角度的参考平面,刀具标注角度参考系,正交平面参考系(Pr 、Ps 、Po ) 法平面参考系(Pr 、 Ps 、Pn ) 背平面和假定工作平面参考系(Pp 、Pf 、Pr ),正交平面参考系,1.基面Pr 通过刀具切削刃上选定点，垂直于主运动方向的平面。,2切削平面Ps,通过刀刃上选定点，与切削刃相切并垂直于Pr的平面。,3正交平面Po,通过刀刃上选定点，同时垂直于Pr和Ps的平面。,第一章 金属切削基础,1.2.2 刀具切削角度的参考平面,刀具标注角度参考系,正交平面参考系(Pr 、Ps 、Po ) 法平面参考系(Pr 、 Ps 、Pn ) 背平面和假定工作平面参考系(Pp 、Pf 、Pr ),正交平面参考系,1.基面Pr,2切削平面Ps,3正交平面Po,第一章 金属切削基础,1.2.3 刀具的标注角度,在正交平面参考系中刀具的标注角度 （l）在基面Pr内能够标注的角度,主偏角Kr主刀刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角； 副偏角Kr副刀刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角； 刀尖角r主、副刀刃在基面上的投影之间的夹角；,第一章 金属切削基础,1.2.3 刀具的标注角度,在正交平面参考系中刀具的标注角度 （2）在正交平面Po内能够标注的角度,前角o前刀面与基面之间的夹角。 有正、负之分。前刀面在基面下面，前角为正，反之为负。 主后角o主后刀面与切削平面之间的夹角。 刀楔角o前刀面与主后刀面之间的夹角。 显然，o=90-(o+o),第一章 金属切削基础,1.2.3 刀具的标注角度,在正交平面参考系中刀具的标注角度 （3）在切削平面Po内能够标注的角度,刃倾角s主刀刃与基面之间的夹角。 s有正、负之分，刀尖是刀刃最高点时，s为正，反之为负。 副后角o在副刀刃选定点的副正交剖面 Po内，副后刀面与副切削平面 Ps之间的夹角。,小 结,切削运动与切削用量 刀具的几何参数,作业： 教材：P28:1-1；1-3,第一章 金属切削基础,第一章 金属切削基础,1.3 切削层参数与切削方式,1.3.1 切削层参数,切削层：在切削过程中，刀具或工件沿进给方向移动一个f 时所切下的金属层在基面内的截形。 切削层大小与形状直接决定切削部分承受切削力的大小和切下切屑的形状和大小。,切削厚度ac、切削宽度aw、切削面积Ac,第一章 金属切削基础,1.3 切削层参数与切削方式,1.3.1 切削层参数,（1）切削厚度ac 垂直过渡表面度量的切削层尺寸。 外圆纵车时有： ac = f sin kr,第一章 金属切削基础,1.3 切削层参数与切削方式,1.3.1 切削层参数,（2）切削宽度aw 沿过渡表面度量的切削层尺寸。刀具为直线刃时：aw = ap / sinkr 刀刃为曲线刃时，各点 Kr 不相同，故切削厚度不相同。,（3）切削面积Ac 切削层在基面内的截面面积。 Ac = aw . a c,第一章 金属切削基础,1.3 切削层参数与切削方式,1.3.2 切削方式,(1) 直角切削与斜角切削,直角切削，正交切削 直角切削刀刃垂直于合成切削运动方向的切削方式，s=0。切屑流出方面在刀刃法平面内。 斜角切削刀刃不垂直于合成切削运动方向。s0 切屑流出方向不在法平面内。,第一章 金属切削基础,1.3 切削层参数与切削方式,1.3.2 切削方式,(2) 自由切削与非自由切削,自由切削只有一条直线刀刃参与的切削方式。特点：刀刃上各点切削流出方向一致，且金属变形在二维平面内。 非自由切削方式曲线刀刃或两条或两条以上刀刃参与切削的切削方式。,直角自由切削方式既是直角切削方式，又是自由切削方式。,第一章 金属切削基础,1.4 刀具材料,1.4.1、刀具材料应具备的性能,刀具材料的基本要求 刀具材料需满足一些基本要求 ：,（1）高硬度,（2）高强度与强韧性,（3）较强的耐磨性和耐热性,（4）优良导热性,（5）良好的工艺性与经济性,刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主要标志 ，通常用高温下保持高硬度的性能来衡量，也称热硬性,第一章 金属切削基础,1.4 刀具材料,（1）高硬度,刀具是从工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。 刀具材料最低硬度应在60HRC以上。 对于碳素工具钢材料，在室温条件下硬度应在62HRC以上；高速钢硬度为63HRC70HRC；硬质合金刀具硬度为89HRC93HRC。,1.4.1、刀具材料应具备的性能,第一章 金属切削基础,1.4 刀具材料,1.4.1、刀具材料应具备的性能,（2）高强度与强韧性,刀具材料在切削时受到很大的切削力与冲击力。 如车削45钢，在背吃刀量ap4，进给量f 0.5/r的条件下，刀片所承受的切削力达到4000N，可见，刀具材料必须具有较高的强度和较强的韧性。 一般刀具材料的韧性用冲击韧度aK(P10)表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力。,第一章 金属切削基础,1.4 刀具材料,（3）高耐磨性和耐热性,1.4.1、刀具材料应具备的性能,A、刀具耐磨性是刀具抵抗磨损能力。 一般刀具硬度越高，耐磨性越好。 刀具金相组织中硬质点（如碳化物、氮化物等）越多，颗粒越小，分布越均匀，则刀具耐磨性越好。 B、刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主要标志，通常用高温下保持高硬度的性能来衡量，也称热硬性。 刀具材料高温硬度越高，则耐热性越好，在高温抗塑性变形能力、抗磨损能力越强。,第一章 金属切削基础,1.4 刀具材料,1.4.1、刀具材料应具备的性能,（4）优良导热性,刀具导热性好，表示切削产生的热量容易传导出去，降低了刀具切削部分温度，减少刀具磨损。 刀具材料导热性好，其抗耐热冲击和抗热裂纹性能也强。,（5）良好的工艺性与经济性,刀具不但要有良好的切削性能，本身还应该易于制造，这要求刀具材料有较好的工艺性，如锻造、热处理、焊接、磨削、高温塑性变形等功能。 经济性也是刀具材料的重要指标之一，选择刀具时，要考虑经济效果，以降低生产成本。,第一章 金属切削基础,1.4 刀具材料,1.4.2、刀具材料的种类,1高速钢 (什么是高速钢，它的力学性能如何？) （1）概念： 高速钢是一种含有钨、钼、铬、钒等合金元素较多的工具钢 （2）性质： 、高速钢具有良好的热稳定性 、高速钢具有较高强度和韧性 、高速钢具有一定的硬度(6370HRC)和耐磨性,第一章 金属切削基础,1.4 刀具材料,1.4.2、刀具材料的种类,、高性能高速钢 优点：具有较强的耐热性，刀具耐用度是普通高速钢的1.53倍 。 缺点：强度与韧性较普通高速钢低，高钒高速钢磨削加工性差。 适合加工的零件：奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。,第一章 金属切削基础,1.4 刀具材料,1.4.2、刀具材料的种类,、粉末冶金高速钢,优点：无碳化物偏析，提高钢的强度、韧性和硬度，硬度值达6970HRC； 保证材料各向同性，减小热处理内应力和变形； 磨削加工性好，磨削效率比熔炼高速钢提高23倍； 耐磨性好。 适于制造切削难加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滚刀和插齿刀），精密刀具和磨加工量大的复杂刀具。,第一章 金属切削基础,1.4 刀具材料,1.4.2、刀具材料的种类,2.硬质合金 （1）硬质合金组成 硬质合金是由难熔金属碳化物和金属粘结剂经粉末冶金方法制成。 （2）硬质合金的性能特点 硬质合金优点：硬质合金中高熔点、高硬度碳化物含量高，热熔性好 ,热硬性好，切削速度高。 硬质合金缺点：脆性大，抗弯强度和抗冲击韧性不强。抗弯强度只有高速钢的1/31/2，冲击韧性只有高速钢的1/41/35。 硬质合金力学性能：主要由组成硬质合金碳化物的种类、数量、粉末颗粒的粗细和粘化剂的含量决定。,第一章 金属切削基础,1.4 刀具材料,1.4.2、刀具材料的种类,（3）普通硬质合金的种类、牌号及适用范围 按其化学成分的不同可分为 ： 钨钴类（WC+Co）（合金代号为YG，对应于国标K类 ） 合金钴含量越高，韧性越好，适于粗加工； 钴含量低，适于精加工。,钨钛钴类 钨钛钴类（WC+TiC+Co）（合金代号为YT，对应于国标P类 ） 此类合金有较高的硬度和耐热性，主要用于加工切屑成呈状的钢件等塑性材料。 合金中TiC含量高，则耐磨性和耐热性提高，但强度降低 粗加工一般选择TiC含量少的牌号，精加工选择TiC含量多的牌号。,第一章 金属切削基础,1.4 刀具材料,1.4.2、刀具材料的种类,、钨钛钽（铌）钴类 钨钛钽（铌）钴类（WC+TiC+TaC（Nb）+Co）（合金代号为YW，对应于国标M类） 适用于加工冷硬铸铁、有色金属及合金半精加工，也能用于高锰钢、淬火钢、合金钢及耐热合金钢的半精加工和精加工。,碳化钛基类（WC+TiC+Ni+Mo）合金代号YN，对应于国标P01类。 用于精加工和半精加工，对于大长零件且加工精度较高的零件尤其适合，但不适于有冲击载荷的粗加工和低速切削。,第一章 金属切削基础,1.4 刀具材料,1.4.2、刀具材料的种类,3陶瓷刀具 （1）材料组成：主要由硬度和熔点都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物组成，另外还有少量的金属碳化物、氧化物等添加剂，通过粉末冶金工艺方法制粉，再压