金属工艺学课件.

第五篇切削加工基本概念切削加工：利用切削工具从工件上切去多余的材料，以获得符合图样规定的形状、尺寸和表面粗糙度的零件的加工方法。概论金属切削加工钳工机械加工加工方法有划线、锯、刮、研、攻螺丝、套螺丝等通过操作机床来完成切削加工的，如车、钻、刨、磨、齿轮加工等（二）、切削加工的特点和作用切削加工的精度和表面粗糙度范围广泛。切削加工零件的材料、形状、尺寸和重量范围较大。切削加工的生产率较高。切削加工存在切削力，刀具和工件均需具有一定刚度和强度，且刀具材料的硬度必须大于工件材料的硬度（三）、切削加工的发展方向随着科学技术和现代工业日新月异的飞速发展，切削加工也正朝着高精度、高效率、自动化、柔性化和智能化方向发展，体现在以下三方面：加工设备朝着数控技术、精密和超精密、高速和超高速方向发展。刀具材料朝超硬材料方向发展。生产规模由小批量和单品种大批量向多品种变批量的方向发展。生产方式由手工操作、机械化、单机自动化、刚性流水线自动化向柔性自动化和智能自动化方向发展。第一章金属切削的基础知识1.1切削运动及切削要素一.零件表面的形成及切削要素*表面形成的几何原理：任何表面都可以看作是一条线（母线）沿着另一条线（导线）运动的轨迹。母线导线导线母线柱面的形成切削运动为了形成零件表面形状，刀具与工件之间的相对运动。1.主运动：切下切屑最主要的运动。特点：在整个运动系统中—速度最高、消耗的功率最大。主运动只有一个。2.进给运动：使金属层不断投入切削，加工出完整表面所需的运动。特点：速度低、消耗的功率小。有一个或多个。3.零件上的三个表面已加工表面加工表面待加工表面601000ndvw6010002rLnv旋转运动：（m/s）往复直线运动：（m/s）2）进给量（f）（mm）单位时间内（主运动的一个循环内），刀具或工件沿进给运动方向的相对位移。单位时间的进给量—进给速度（vf）nfvf（mm/s）1.切削用量三要素1）切削速度（v）单位时间内，工件或刀具沿主运动方向的相对位移。切削要素dmdwfn3）切削深度（ap）（mm）2mwpdda（mm）12fap待加工表面与已加工表面的垂直距离一、刀具材料1、对刀具材料的要求（1）较高硬度，常温下60HRC以上（2）足够的强度和韧性（3）良好的耐磨性（4）良好耐热性（5）良好工艺性1.2刀具材料及刀具构造铣刀、齿轮刀具……铰刀、丝锥、板牙……手工工具用途小小大热处理变形20%碳素工具钢8切削速度m/min600300-400200-250耐热性OC62-65HRC61-65HRC61-65HRC硬度W18Cr4VCrWMn、9SiCrT10、T10AT12例高速钢合金工具钢碳素工具钢2、常用刀具材料的性能及用途30--50硬质合金陶瓷材料人造金刚石例钨钴类（WC.Co）钨钛钴类（WC.TiC.Co）YG3、YG6YT5、YT15硬度（74-78HRC）86-96HRAHV10000(硬质合金为HV1000-2000)耐热性OC850-10001200700-800切削速度m/min100-300（12-14）高速钢热处理变形不需要用途各种刀片高硬度钢材精加工不宜加工钢铁材料碳素钢刀具高速钢刀具硬质合金刀块1该片介绍了哪些刀具材料?2该片介绍了哪些零件的加工?3该片中出现了哪些形状的切屑？第一章金属切削基础知识刀具的组成：切削部分夹持部分一、刀具的组成第一章金属切削基础知识nf切削部分夹持部分一、刀具的组成刀具的组成：切削部分夹持部分第一章金属切削基础知识1.刀具切削部分的组成三个刀面、两个刀刃、一个尖二、刀具的几何形状nf前刀面第一章金属切削基础知识1.刀具切削部分的组成三个刀面、两个刀刃、一个尖二、刀具的几何形状nf前刀面主后面第一章金属切削基础知识1.刀具切削部分的组成三个刀面、两个刀刃、一个尖二、刀具的几何形状nf前刀面主后面副后面第一章金属切削基础知识1.刀具切削部分的组成三个刀面、两个刀刃、一个尖二、刀具的几何形状nf前刀面主切削刃第一章金属切削基础知识1.刀具切削部分的组成三个刀面、两个刀刃、一个尖二、刀具的几何形状nf前刀面主切削刃副切削刃第一章金属切削基础知识1.刀具切削部分的组成三个刀面、两个刀刃、一个尖二、刀具的几何形状nf前刀面主切削刃副切削刃刀尖第一章金属切削基础知识1.刀具切削部分的组成三个刀面：二、刀具的几何形状：刀具上切屑流过的表面：与加工表面相对的表面，同前刀面相交形成主切削刃：与已加工表面相对，同前刀面相交形成副切削刃两个刀刃：：前刀面与主后刀面的相交线：前刀面与副后面相交形成的相交线：主切削刃与副切削刃的连接处(1)前刀面(2)主后刀面(3)副后刀面(1)主切削刃(2)副切削刃一个尖：刀尖三、刀具角度1.三个辅助平面①基面过主刀刃上一点，与该点切削速度方向相垂直的平面。三、刀具角度1.三个辅助平面②切削平面通过切削刃上选定点与切削刃S相切，并垂直于基面Pr的平面；也就是切削刃S与切削速度方向构成的平面。三、刀具角度1.三个辅助平面③正交平面通过切削刃上选定点，同时垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。2.刀具的主要标注角度1)前角（0）前刀面和基面之间的夹角。在正交平面（主剖面）测量的角度2.刀具的主要标注角度2）后角（0）主后刀面和切削平面之间的夹角。前角的作用前角越大，刀越锋利、切削轻快，强度下降、不利散热选择：塑性材料和精加工，取大的前角。脆性材料和粗加工，取小的前角。后角的作用减小主后刀面与加工表面的摩擦选择：塑性材料和精加工，取大的后角。脆性材料和粗加工，取小的后角。2.刀具的主要标注角度3）主偏角（kr）主切削刃在基面的投影与进给方向的夹角在基面测量的角度4）副偏角（Kr）副切削刃在基面的投影与进给方向的夹角Kr增大（90），用于切削的刃长减小，刀具耐用度增加，径向力降低。车削细长轴时弯曲变形小。Kr、Kr减小，减小刀具磨损，有利于降低表面粗糙度。5）刃倾角（S）主切削刃与基面之间的夹角。在切削平面内度量刃倾角λ主要作用是影响排屑的方向和刀具强度。4.刀具的结构形式1）焊接式车刀3）机加重磨式车刀4）机加可转位式车刀2）焊接式车刀车刀的结构型式ａ）整体式ｂ）焊接式ｃ）机夹式ｄ）可转位式上压式车刀1-刀杆2-刀垫3-刀片4-压紧螺钉5-调解螺钉6-压板机夹式车刀上压式车刀实物照片可转位式车刀可转位车刀的组成：1-可转位刀片2-弹簧套3-刀垫4-压紧螺钉5-杠杆6-刀杆杠杆式夹紧机构1-刀杆2-刀片3-刀垫4-杠杆5-弹簧套6-调解螺钉7-弹簧8-压紧螺钉第三章金属切削过程3.1金属切削过程切屑变形与切屑的类型、切屑变形程度的表示、影响切屑变形的因素、积屑瘤的形成与控制。3.2切削过程的基本规律切削力、切削热与切削温度、刀具磨损金属切削过程金属材料在刀具的作用下变形、分离的过程。一、切屑的形成过程及切屑的种类1.切屑的形成过程与切屑变形F450OMABFOMABFττF特点：金属只能沿一侧分离成为切屑，分离后可沿前刀面流动，与前刀面剧烈摩擦。oMLDhDhch切屑厚度与切削层的厚度之比用Δh(切屑厚度压缩比)表示。Δh=LD/Lch=hch/hD1影响切屑变形的因素：①刀具角度：0Δh②切削速度：vΔh③材料塑性：Δh2.切屑的种类1)带状切屑特征：内表面光滑，外表面呈毛茸状。形成条件：塑性材料、较大速度、较大的0、较小的f和ap。影响：切削过程平稳，表面粗糙度小，妨碍切削工作，应设法断屑。图3-6切屑的卷曲图3-7断屑的产生带状切屑2.切屑的种类2)挤裂切屑特征：内表面有时有裂纹，外表面呈锯齿状。形成条件：中等硬度的塑性材料、速度较低、较小的0、较大的f和ap。3)崩碎状切屑特征：不规则的碎块状。形成条件：脆性材料。挤裂切屑二、积屑瘤在一定的切削速度下切削塑性材料时，常发现在刀具前刀面上靠近刀刃的部位粘附着一小块很硬的金属—称为积屑瘤。1.积屑瘤的形成1)积屑瘤的形成过程oM滞留层2.积屑瘤对加工过程的影响有利①使0增大，使切削过程变得轻快。②可代替主刀刃和前刀面进行切削，保护刀具。所以：粗加工时可以利用。3.积屑瘤的抑制不利①积屑瘤不稳定，易引起振动，使Ra增大。②会引起ap的变化，使加工精度降低。所以：精加工时应尽量避免。①利用切削液；②控制切削速度；③对工件进行正火、调质处理，降低、ak。三切削力切削过程中由工件作用在刀具上的切削抗力称为切削力。切削力来源于三个变形区的弹性、塑性变形产生的抗力和刀具与切屑、工件表面的摩擦力。切削力可分解为三个互相垂直的分力：（1）主切削力Fc（用于计算刀具强度，确定机床功率等。)（2）背向力Fp（径向力，是产生切削振动的主要作用力。）（3）进给力Ff(轴向力，用于验算进给机构强度。)切削力分解κrFcFFpFf·pFfFf·pFf·pfv图3-14切削力的分解F切削合力Fc主切削力Fp背向力Ff进给力影响切削力的因素1、工件材料的性能对切削力有显著的影响。2、切削用量对切削力的影响。1）背吃刀量ap和进给量f对切削力的影响;背吃刀量ap进给量fAc↑↑↑↑变形抗力摩擦力切削力↑切削面积实验证明，背吃刀量增大一倍，切削力增大一倍。进给量加大一倍，切削力增加不到一倍。因此生产中常用增大进给量来提高生产率。2）切削速度对切削力的影响519283555100130切削速度v（m/min）981784588主切削力Fc（N）切削速度对切削力的影响生产中常用高速切削来提高生产率。3)刀具几何角度影响◆刃倾角λs对主切削力影响不大，对背向力和进给力影响显著（λs↑——Fp↓，Ff↑）◆刀尖圆弧半径rε对主切削力影响不大，对背向力和进给力影响显著（rε↑——Fp↑，Ff↓）；4）切削液四、切削热和切削温度1.切削热的来源与传散1)切削热的来源a.切屑变形所产生的热；b.切屑与前刀面之间的摩擦；c.工件与后刀面之间的摩擦。工件切屑刀具切削热的来源与传出2)切削热的传散加工方法切屑工件刀具车削50-80%10-40%5%铣削70%30%5%钻、镗削30%50%15%磨削4%80%12%不同加工方法切削热的传出2.切削温度及其影响因素切削温度—切削区的平均温度。切削区—切屑、工件、刀具相接触的区域。影响切削温度的因素：②工件材料：材料的强度、硬度越高，塑性、韧性越好，切削温度越高；材料的导热性愈好，切削温度愈低。③刀具④冷却条件：加切削液，切削温度降低。刀具角度：增大0，切削温度降低；减小kr、kr’，切削温度降低。刀具材料：导热性愈好，切削温度愈低。切削用量：v最大、f、ap最小影响切削温度的主要因素(1)工件材料工件材料的强度、硬度越高，总切削力越大，单位时间内产生的热量越多，切削温度也就越高。工件材料的导热性好，从切屑和工件传出的切削热相应增多，切削区的平均温度降低。例如，合金结构钢的强度普遍高于45钢，而导热系数又一般均低于45钢，所以切削合金结构钢的切削温度高于切削45钢的切削温度。影响切削温度的主要因素(2)切削用量切削速度：随着切削速度的提高，切削温度显著上升。这是因为随着切削速度提高，材料切除量增加，消耗的机械功多，切削热增加。切削速度大，前刀面与切屑的摩擦大，从而产生的切削热多。切削速度大，切削热来不及向切屑内部传导，使切屑底层的温度显著升高。进给量：随着进给量的增大，材料切除量增加，切削热增加，使切削温度上升。但单位切削力和单位切削功率随着进给量增大而减小，切除单位体积的金属产生的热量减小。另外，进给量增大使切屑变厚热容量增大，由切屑带走的热量增加，故切削区的温度上升不显著。背吃刀量：对切削温度的影响很小。因为背吃刀量增大后，切削热虽增加，但切削刃参加工作长度增加，散热条件改善，切削温度升高不明显。综上所述：切削用量对切削温度的影响程度以切削速度为最大，进给量次之，背吃刀量最小。因此，若要切除给定的余量，又要求切削温度较低，则在选择切削用量时，应优先考虑采用大的背吃刀量，然后选择一个适当的进给量，最后再选择合理的切削速度。影响切削温度的