金属工艺学5108136219

金属工艺学授课教师：毛志阳[e-mail]绪论一、机械制造业在国民经济中的地位与任务制造业是工业的主体，是提供生产工具、生活资料、科技手段、国防装备等的手段以及它们进步的依托，是现代化的动力源，是现代文明的支柱。人类从原始社会使用石器到现在应用现代化的机器装备和先进的工艺技术，逐步加强了控制自然、开发和利用自然的能力。制造业为人类创造着辉煌的物质文明。二、机械制造技术的发展概况绪论1.设备：向数控技术，精密，超精密，高速，超高速方向发展；普通设备加工精度10µmm精密加工1µmm超精密加工0.1µmm2.刀具材料：向超硬，高硬度，耐热方向发展；3.生产规模：向大批量，变批量，多品种方向发展4.生产方式：向柔性自动化，智能自动化方向发展5.提倡绿色制造技术三、机械制造技术的发展方向绪论第一章切削加工工艺基础授课教师：毛志阳[e-mail]1.切削加工的分类●切削加工:使用刀具从工件上去除多余材料的加工方法。●目的:使工件符合图纸的形状、尺寸和表面粗糙度的要求。机械加工：用设备加工如车、铣●分类：钳工：手持工具加工锯、锉、刮、研磨、攻丝等1.1切削加工概述一、切削加工的分类、特点、作用2.切削加工的特点和作用（1）切削加工的精度和表面粗糙度的范围广泛，且可获得很高的加工精度和很低的表面粗糙度（2）切削加工零件的材料、形状、尺寸和重量的范围较大（3）切削加工的生产效率高(4）切学过程中存在切削力，刀具和工件均须具有一定的强度和刚度，且刀具材料的硬度必须大于工件材料的硬度1.1切削加工概述一、切削加工的分类、特点、作用1.零件的种类（6类）如图（1）轴类1.1切削加工概述二、零件的种类及组成1.零件的种类（6类）如图（2）盘套类1.1切削加工概述二、零件的种类及组成1.零件的种类（6类）如图（3）支架箱体1.1切削加工概述二、零件的种类及组成1.零件的种类（6类）如图（4）六面体类1.1切削加工概述二、零件的种类及组成1.零件的种类（6类）如图（5）机身机座1.1切削加工概述二、零件的种类及组成1.零件的种类（6类）如图（6）特殊零件1.1切削加工概述二、零件的种类及组成2.组成零件的表面外圆、内园、锥面、平面、螺纹、齿形、成型面、沟槽1.1切削加工概述二、零件的种类及组成（一）.零件表面的形成及切削运动1.主运动2.进给运动图零件表面的形成1.1切削加工概述三、机床的切削运动与切削要素（一）.零件表面的形成及切削运动图各种切削加工的切削运动1.1切削加工概述三、机床的切削运动与切削要素（一）.零件表面的形成及切削运动零件表面的成行方法(轨迹法)1.1切削加工概述三、机床的切削运动与切削要素（一）.零件表面的形成及切削运动零件表面的成行方法(成行法)1.1切削加工概述三、机床的切削运动与切削要素（一）.零件表面的形成及切削运动零件表面的成行方法(展成法)1.1切削加工概述三、机床的切削运动与切削要素（二）.切削用量三要素1.切削速度Vcvc=πdwn/1000V=2Ln/1000(m/min)1.1切削加工概述三、机床的切削运动与切削要素（二）.切削用量三要素2.进给量f当主运动是回转运动时，进给量指工件或刀具每回转一周，两者沿进给方向的相对位移量，单位为mm/r；当主运动是直线运动时，单位为mm/str或mm/单行程1.1切削加工概述三、机床的切削运动与切削要素（二）.切削用量三要素3.背吃刀量apap＝(dw-dm)/21.1切削加工概述三、机床的切削运动与切削要素对于多齿的旋转刀具(如铣刀、切齿刀)，常用每齿进给量fz，单位为mm/z或mm/齿。它与进给量f的关系为f=zfz车削时进给速度Vf可由下式计算vf=fn铣削时进给速度为vf=fn=zfzn合成速度Ve可表达为vc=ve+vf1.1切削加工概述三、机床的切削运动与切削要素粗加工、半精加工、精加工、精密加工、超精密加工粗加工半精加工磨削加工精加工精密加工超精密加工时效毛坯退火或正火调质淬火1.1切削加工概述四、切削加工的阶段（一）刀具的构成1.2刀具与切削过程一、刀具1.硬质合金焊接式车刀结构简单、紧凑，抗振性能好，制造方便使用灵活。但刀片易产生应力和裂纹。2.硬质合金机夹重磨式车刀避免焊接引起的缺陷，提高了刀具耐用度；刀杆可重复使用利用率较高。但结构复杂、不能完全避免由于刃磨而可能引起刀片的裂纹。1.2刀具与切削过程一、刀具3.机夹可转位式车刀1.不需刃磨，刀片材料能较好地保持原有力学性能、切削性能、硬度和抗弯强度。2.减少了刃磨、换刀、调刀所需的辅助时间，提高了生产效率。3.可使用涂层刀片，提高刀具耐用度。1.2刀具与切削过程一、刀具图2－16可转位式车刀的组成（二）刀具的标注角度参考系1.正交平面参考系（刀具静止参考系）1.2刀具与切削过程一、刀具（二）刀具的标注角度参考系2、刀具的标注角度（1）基面中测量的刀具角度①主偏角κr②副偏角κr′③刀尖角εr1.2刀具与切削过程一、刀具（二）刀具的标注角度参考系2、刀具的标注角度（1）基面中测量的刀具角度1.2刀具与切削过程一、刀具（二）刀具的标注角度参考系2、刀具的标注角度（2）切削平面中测量的刀具角度刃倾角λs：主切削刃与基面之间的夹角。•它在切削平面内标注或测量，但有正负之分。•当主切削刃与基面平行时λs=0°；•当刀尖点相对基面处于主切削刃上的最高点时λs＞0°；•反之λs≤0°。1.2刀具与切削过程一、刀具（二）刀具的标注角度参考系2、刀具的标注角度（2）切削平面中测量的刀具角度1.2刀具与切削过程一、刀具（二）刀具的标注角度参考系2、刀具的标注角度（3）正交平面中测量的刀具角度1)前角γｏ2)后角αo3)楔角βo1.2刀具与切削过程一、刀具（二）刀具的标注角度参考系2、刀具的标注角度轴向进给运动对工作前、后角的影响1.2刀具与切削过程一、刀具(三）刀具工作参考系(1)工作基面pre通过切削刃上的考查点，垂直于合成切削运动速度方向的平面。(2)工作切削平面pse通过切削刃上的考查点，与切削刃相切且垂直于工作基面的平面。(3)工作正交平面poe过切削刃上的考查点通，同时垂直于工作基面、工作切削平面的平面。1.2刀具与切削过程一、刀具（四）刀具工作角度的分析在工作正交平面参考系中，一般考核刀具工作角度(γoe、αoe、κre、κ’re、α’oe、λse)的变化，对刀具角度设计补偿量以及对切削加工过程的影响情况。在车削(切断、车螺纹、车丝杠)、镗孔、铣削等加工中，通常因刀具工作角度的变化，对工件已加工表面质量或切削性能造成不利影响。1.2刀具与切削过程一、刀具1）横向进给运动对工作前、后角的影响（1）进给运动对工作前、后角的影响图1—71.2刀具与切削过程一、刀具（四）刀具工作角度的分析1）横向进给运动对工作前、后角的影响（1）进给运动对工作前、后角的影响②未考虑进给运动，则γoe=γoαoe=αo①考虑进给运动，则：γoe=γo＋μαoe=αo-μ③当接近工件中心时，R↓→μ↑当ηαo时，αoe为负值，工件不是被切断，而是被挤断。1.2刀具与切削过程一、刀具轴向进给车外圆时，合成切削运动产生的加工轨迹是阿基米德螺旋线，从而使工作前角γoe增大、工作后角αoe减小(图2-10)。1.2刀具与切削过程一、刀具2）轴向进给运动对工作前、后角的影响（1）进给运动对工作前、后角的影响(b)考虑进给运动(a)未考虑进给运动图1—8轴向进给运动对工作前、后角的影响1.2刀具与切削过程一、刀具2）轴向进给运动对工作前、后角的影响（1）进给运动对工作前、后角的影响用刃倾角λs=0°车刀车削外圆时，由于车刀的刀尖高于工件中心，使其基面和切削平面的位置发生变化，工作前角γoe增大，而工作后角αoe减小。若切削刃低于工件中心，则工作角度的变化情况正好相反。加工内表面时，情况与加工外表面相反。如图2-11所示。1)刀尖安装高低对工作前、后角的影响1.2刀具与切削过程一、刀具（2）刀具安装位置对刀具工作角度的影响车外圆图1—9刀尖安装高低对工作前、后角的影响1.2刀具与切削过程一、刀具（2）刀具安装位置对刀具工作角度的影响车内孔刀尖高与工件轴线，则γoeγoαoeαo刀尖低与工件轴线，则：oeγoαoeαo图1—10刀尖安装高低对工作前、后角的影响1.2刀具与切削过程一、刀具（2）刀具安装位置对刀具工作角度的影响当刀杆中心线与进给运动方向不垂直且逆时针转动G角时，工作主偏角将增大，工作副偏角将减小。如图1-11所示。1.2刀具与切削过程一、刀具(3)刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响b)刀柄垂直安装a)刀柄右倾安装c)刀柄左倾安装图1—11刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响1.2刀具与切削过程一、刀具(3)刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响1.前角γO（1）功用γO刀刃锋利，切屑变形切削力和切削功率刀刃和刀尖强度，散热体积刀具寿命1.2刀具与切削过程一、刀具（五）刀具角度的选择1.2刀具与切削过程一、刀具（五）刀具角度的选择影响：1）切屑弹缩性变形2）切屑与前刀面摩擦阻力3）切削力、切削热4）刀具使用寿命5）加工质量前角大小取决于：工件材料、刀具材料及加工要求•工件材料强度、硬度较低时，应取较大＋γo前角，反之应取较小的前角。•加工塑性材料时，应取较大＋γo前角，加工脆性材料时，应取较小的前角，直至－γo前角。•刀具材料韧性好（高速钢），取较大＋γo前角，反之（硬质合金）取较小前角。•粗加工时，取较小前角，精加工时，取较大前角。1.2刀具与切削过程一、刀具（五）刀具角度的选择2.后角αo（1）功用减小后刀面与过渡表面和已加工表面之间的摩擦。αo（2）选择后角大小取决于：切削厚度、工件材料及工艺系统刚度。•切削厚度越大，后角越小；•工件材料越软、塑性越大，后角越大；•工艺系统刚度较差时，适当减小后角；粗加工（车）α0＝4°－8°一般5°－6°精加工α0＝8°－12后刀面与工件的摩擦后刀面的磨损率1.2刀具与切削过程一、刀具（五）刀具角度的选择（1）功用κr主要影响切削层截面的形状和参数，影响切削分力的变化，并和κr′一起影响已加工表面的粗糙度；副偏角还有减少副后刀面与已加工表面间摩擦的作用κr和κr′刀刃强度表面粗糙度背向力Fp残留面积高度，散热条件刀具寿命，进给力Ff3.主偏角κr和副偏角κr′1.2刀具与切削过程一、刀具（五）刀具角度的选择kr↑→Fp↓Ff↑切削刃接触少散热面积小，刀刃磨损加快。kr↓→Fp↑切深抗力将增大，Ff↓工件的刚性不好（如细长轴）。如加工冷硬铸铁、高锰钢、高硬度、高强度材料，kr＝10º－30º单件小批生产、台阶轴、倒角采用kr＝45º，90º相结合使用。图1—12主偏角的影响kr1Kr’kr2FpFf图1—13主偏角对背向力的影响副偏角的影响副偏角kr’↑残留面积↑；kr’↓残留面积↓，副偏角kr’与残留面积成正比。kr’↓刀尖角εr↑刀具强度↑改善散热条件，但kr太小会增大副刃和已加工表面磨擦。使Fp↑引起工件振动。一般副偏角kr’＝5º－15º特殊45º弯刀，切断刀。（2）选择•工艺系统刚性较好时，主偏角取较小值；反之取较大值。•副偏角大小取决于表面粗糙度（5°〜15°)，粗加工时取大值，精加工取小值。3.主偏角κr和副偏角κr′1.2刀具与切削过程一、刀具（五）刀具角度的选择（1）功用（2）选择•加工一般钢料和铸铁，无冲击时：粗车λs＝0°〜－5°，精车λs＝0°〜+5°；有冲击时：λs＝－5°〜－15°；特别大时：λs＝－30°〜－45°。•切削加工高强度钢、冷硬钢时：λs＝－30°〜－45°。主要影响刀头的强度和切屑的流动方向。4.刃倾角λs1.2刀具与切削过程一、刀具（五）刀具角度的选择5.刀尖角εr刀尖的形状(如图):负倒棱、修光刃、横刃刀尖工作条件最恶劣，但修磨刀尖可以降低工件表明粗糙度，增强刀具强度。1.2刀具与切削过程一、刀具（五）刀具角度的选择前刀面形状及刃区型式（如图）前刀面形状：平面型；断屑型刃区型式：锋