機(jī)械制造基礎(chǔ)-切削加工.ppt

第五篇 切削加工,2019/7/16,2,金屬切削加工,鉗工,機(jī)械加工,手持工具加工，加工方法有劃線、鏨、鋸、刮、研、攻螺絲、套螺絲等,通過操作機(jī)床來(lái)完成切削加工的，如車、鉆、刨、磨、齒輪加工等,切削加工是使用切削工具(刀具、磨具和磨料)在工具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，把工件上多余的材料層切除，獲得工件設(shè)計(jì)的幾何參數(shù)(形狀、尺寸、位置)和表面質(zhì)量的加工方法。,2019/7/16,3,第一章 金屬切削的基礎(chǔ)知識(shí),一、零件表面的形成,第一節(jié) 切削運(yùn)動(dòng)及切削要素,以直線或曲線為母線、以圓或直線為軌跡作運(yùn)動(dòng)所形成的表面,2019/7/16,4,二、切削運(yùn)動(dòng),為了形成零件表面形狀，刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),1. 主運(yùn)動(dòng)：,切下切屑最主要的運(yùn)動(dòng),特點(diǎn)：,在整個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中 速度最高、消耗的功率最大。主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)。,2. 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：,使金屬層不斷投入切削，加工出完整表面所需的運(yùn)動(dòng),特點(diǎn)：,速度低、消耗的功率小。有一個(gè)或多個(gè)。,2019/7/16,5,3. 零件上的三個(gè)表面,已加工表面,加工表面,待加工表面,2019/7/16,6,三、切削要素,1. 切削用量三要素,1）切削速度（v）,在單位時(shí)間內(nèi)，工件或刀具沿主運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)位移,m/s,旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：,（m/s）,往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)：,（m/s）,2019/7/16,7,2）進(jìn)給量(f) (mm),在單位時(shí)間內(nèi)（主運(yùn)動(dòng)的一個(gè)循環(huán)內(nèi)），刀具或工件沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)位移。,單位時(shí)間的進(jìn)給量 進(jìn)給速度(vf),(mm/s),3）切削深度(ap),(mm),(mm),2019/7/16,8,2. 切削層幾何參數(shù),切削層 指工件上正在被切削刃切削的那一層金屬,即兩個(gè)相鄰加工表面之間的那一層金屬,1)切削厚度(ac) (mm),兩相鄰加工表面之間的垂直距離,(mm),2)切削寬度(aw) (mm),沿主刀刃度量的切削層的長(zhǎng)度,(mm),3)切削面積(AC) (mm2),(mm2),2019/7/16,9,第二節(jié) 刀具材料及刀具構(gòu)造,刀具的組成,切削部分（刀頭）,夾持部分(刀體),前刀面：,主后刀面：,副后刀面：,主刀刃,副刀刃,刀尖,切屑流出所經(jīng)過的表面,刀具上與工件的加工表面相對(duì)的表面,刀具上與工件的已加工表面相對(duì)的表面,夾持部分(刀體),切削部分(刀頭),前刀面,主后刀面,副后刀面,主刀刃,副刀刃,刀尖,2019/7/16,10,一、刀具材料,1. 對(duì)刀具材料的基本要求, 較高的硬度。,一般要求在HRC60以上。, 有足夠的強(qiáng)度和韌性。, 有較好的耐磨性。, 較高的耐熱性。, 有較好的工藝性。,2019/7/16,11,2. 常用刀具材料, 碳素工具鋼,C= 0.71.4%；T8、T10、T10A、T12等,特點(diǎn),a. 淬火后硬度高；,HRC6165,b. 價(jià)格低；,.耐熱溫度低；,.淬火后應(yīng)力、變形大。,250300,應(yīng)用：速度低、形狀簡(jiǎn)單的手動(dòng)工具。如銼刀、鋸條等,2019/7/16,12, 合金工具鋼,Me5% ； 9SiCr、CrWMn等,HRC6168,耐熱溫度 350400,應(yīng)用：速度低、形狀復(fù)雜的工具。如絞刀、板牙、絲錐等, 高速鋼,高合金鋼,W=620%；Cr=3.84.4%；V=1.04%,HRC6269,耐熱溫度 600,應(yīng)用：各種形狀復(fù)雜的刀具 如鉆頭、銑刀、拉刀、齒輪刀具和其他成形刀具,2019/7/16,13, 硬質(zhì)合金,碳化物+粘結(jié)劑粉末冶金,碳化物：WC、TiC、TaC、NbC,粘結(jié)劑：Co,HRC7684,耐熱溫度 1000,允許的切削速度是高速鋼的410倍, 鎢鈷類(YG)：WC+Co,韌性好、硬度低，切削韌性材料時(shí)耐磨性較差,適于加工鑄鐵、青銅等脆性材料和粗加工, 鎢鈷鈦類(YT)：WC+TiC+Co,硬度高、耐磨性好、耐熱性好，但韌性較差,適于加工韌性材料和精加工,2019/7/16,14, 陶瓷材料,主要成分是Al2O3,HRC9394,耐熱溫度 12001450,主要用于加工半精加工和精加工高硬度、高強(qiáng)度鋼及冷硬鑄鐵等材料,人造金剛石、立方氮化硼等刀具材料,2019/7/16,15,二、刀具角度,1. 刀具靜止參考系, 基面,過主刀刃上一點(diǎn)，與該點(diǎn)切削速度方向相垂直的平面, 切削平面,過主刀刃上一點(diǎn)，與該點(diǎn)加工表面相切的平面,切削平面, 正交平面,正交平面,過主刀刃上一點(diǎn)，與主刀刃在基面上的投影相垂直的平面,2019/7/16,16,2019/7/16,17,2. 刀具切削部分的主要角度,切削平面,正交平面,1) 前角(0),前刀面和基面之間的夾角,在正交平面內(nèi)度量,0,2）后角(0),主后刀面和切削平面之間的夾角,在正交平面內(nèi)度量,0,3）主偏角(kr),4）副偏角(kr),kr,Kr,在基面內(nèi)度量,2019/7/16,18,5）刃傾角（S）,主切削刃與基面之間的夾角。,在切削平面內(nèi)度量,影響刀頭的強(qiáng)度、切削分力和排屑方向,選擇：,粗加工：可取零或負(fù)（ S =0、- S ）,精加工：取 正（+S ）,2019/7/16,19,刀具角度對(duì)切削的影響,1) 前角0,影響刃口的鋒利程度及切屑的變形,選擇：,加工塑性材料和精加工取大前角( 0),加工脆性材料和粗加工取小前角(0),0：,a .刃口鋒利，切屑變形小,b .切削力減小，切削輕快，表面質(zhì)量好,c .易磨損或崩刃，不耐用,2019/7/16,20,2）后角0,減少刀具后刀面與已加工表面間的摩擦,a .刃利，減少摩擦,b .減小刀具的磨損，使刀具耐用,c .提高工件的加工精度和表面質(zhì)量,0：,選擇：,加工塑性材料和精加工取大后角(0),加工脆性材料和粗加工取小后角(0),后角( 0)只能是正的,精加工： 0=80120,粗加工： 0=4080,2019/7/16,21,3）主偏角kr,4）副偏角kr ,副偏角對(duì)殘留面積的影響,主偏角對(duì)殘留面積的影響,影響切削層的形狀和切削分力,影響已加工表面的粗糙度,Kr：Ra，耐用度。過小易引起摩擦和振動(dòng)，降低表面質(zhì)量,kr：ap、f 不變、aw、ac、主切削刃單位長(zhǎng)度上的負(fù)荷減少，刀具耐用,2019/7/16,22,刀具的 結(jié)構(gòu)形式,整體式,焊接式,機(jī)夾不重磨式,多為高速鋼車刀，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使用都方便,不需焊接和刃磨，避免了焊接和刃磨引起的缺陷，保持了硬質(zhì)合金的原有性能，提高了刀具的耐用度,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、剛性好，可磨出各種所需角度，應(yīng)用廣泛,三、刀具結(jié)構(gòu),2019/7/16,23,常見刀具的結(jié)構(gòu)形式,2019/7/16,24,3. 刀具的工作角度,車外圓時(shí)車刀安裝的高低，對(duì)前角、后角有影響,車外圓時(shí)車刀安裝的偏斜，對(duì)主偏角、副偏角有影響,2019/7/16,25,第三節(jié) 金屬切削過程,金屬材料在刀具的作用下變形、分離的過程,一、切屑的形成過程及切屑的種類,1. 切屑形成過程,切削層 金屬,彈性變形,塑性變形,擠裂,切離,切 屑,受到刀具前刀面的推擠后產(chǎn)生彈性變形,隨著切應(yīng)力、切應(yīng)變逐漸增大，達(dá)到其屈服強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生塑性變形而滑移,刀具繼續(xù)切入時(shí)，材料內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變繼續(xù)增大，當(dāng)切應(yīng)力達(dá)到其斷裂強(qiáng)度時(shí)，金屬材料被擠裂,沿刀具前刀面流出,2019/7/16,26,2. 切屑的種類,1) 帶狀切屑,用較大的0 、 較高的v、較小的f加工塑性材料時(shí)易見,2) 節(jié)狀切屑,用較小的0 、較低的v 、較大的f、粗加工中等硬度的塑性材料時(shí)易見,3) 崩碎狀切屑,切削黃銅或鑄鐵等脆性材料時(shí)易見,2019/7/16,27,控制切削條件，使切屑形態(tài)向有利于生產(chǎn)的方面轉(zhuǎn)化，可保證切削加工的順利進(jìn)行,前角,切削速度,進(jìn)給量,有利于,使粒狀切屑、節(jié)狀切屑向帶狀切屑轉(zhuǎn)化,使切削過程平穩(wěn),降低加工表面粗造度數(shù)值,2019/7/16,28,二、積屑瘤,在一定的切削速度下切削塑性材料時(shí)，常發(fā)現(xiàn)在刀具前刀面上靠近刀刃的部位粘附著一小塊很硬的金屬，即積屑瘤,1. 積屑瘤的形成,1) 積屑瘤的形成過程, 工件材料：塑性材料, 刀具角度：0偏小, 切削速度：中等(1050m/min)，溫度約300, 冷卻條件：不加切削液,2019/7/16,29,2. 積屑瘤對(duì)加工過程的影響,有利,0 增大，切削輕快,替代切削刃切削，保護(hù)刀具,所以：粗加工時(shí)可以利用,不利, 積屑瘤不穩(wěn)定，易引起振動(dòng)，Ra, 引起ap的變化，尺寸精度,所以：精加工時(shí)應(yīng)盡量避免,2019/7/16,30,3. 積屑瘤的控制,主要影響因素,工件材料的塑性,切削速度,刀具前角,冷卻潤(rùn)滑條件,控制措施,避免在中溫、用中速加工塑性材料,增大前角減小切削變形,利用切削液減少或消除積屑瘤,對(duì)工件進(jìn)行正火、調(diào)質(zhì)處理，降低 ,2019/7/16,31,三、切削力和切削功率,1. 切削力的構(gòu)成與分解,1) 切削力的構(gòu)成, 材料的變形抗力, 切屑、工件表面與刀具的摩擦力,2) 切削力的分解,主切削力Fc：在切削速度方向上的分力，約占合力的8590%,背向力Fp：在切削深度方向上的分力，與切深方向相反,進(jìn)給力Ff：在進(jìn)給方向上的分力，與進(jìn)給方向相反,2019/7/16,32,2. 切削力的估算,影響切削力的因素, 工件材料：、HB、k，則F, 切削用量：ap、f，則F, 刀具角度： 0，F(xiàn)；kr，則Fp、Fc, 冷卻條件：加切削液，F(xiàn),（N）,切削力的估算,3. 切削功率,(W),2019/7/16,33,四、切削熱和切削溫度,1. 切削熱的來(lái)源、傳散及對(duì)加工的影響,1) 切削熱的來(lái)源,a . 切屑變形所產(chǎn)生的熱，是主要來(lái)源,b . 切屑與前刀面之間的摩擦熱,c . 工件與后刀面之間的摩擦熱,由切屑、工件、刀具、介質(zhì)傳出,2) 切削熱的傳散,3) 對(duì)加工的影響,a . 傳入切屑及介質(zhì)中的熱量越多，有利,b . 傳入工件及刀具中的熱量越少，有利,2019/7/16,34,2. 切削溫度及其影響因素,切削溫度：切削區(qū)(切屑、工件、刀具接觸區(qū))的平均溫度,影響切削溫度的因素：, 工件材料：, 刀具, 冷卻條件：加切削液，切削溫度降低,0、kr，則t, 切削用量：v、f、ap，則t,材料的導(dǎo)熱性，則t,、HB、k，則t,材料的導(dǎo)熱性，則t,2019/7/16,35,五、刀具磨損和刀具耐用度,1. 刀具磨損,1) 刀具磨損形式, 后刀面磨損, 前刀面磨損, 前后刀面同時(shí)磨損,一般用后刀面的磨損高度VB表示刀具的磨損程度,2) 刀具的磨損過程,VB,t,O,A,B,C, 初期磨損階段(OA), 正常磨損階段(AB), 急劇磨損階段(BC),最好在刀具正常磨損階段后期，急劇磨損階段之前刃磨,2019/7/16,36, 工件材料：強(qiáng)度、硬度越高、導(dǎo)熱性愈差，刀具磨損愈快, 刀具, 冷卻條件：合理使用切削液，可提高刀具耐用度,a.角度： 增大 0 、0，可減小刀具磨損,b.材料：耐磨、耐熱性愈好，不易磨損,2.影響刀具磨損的因素, 切削用量愈大， 刀具磨損加劇,3. 刀具耐用度（T）,指刀具由開始切削到磨鈍為止的實(shí)際切削總時(shí)間,即刀具在兩次刃磨之間的實(shí)際切削總時(shí)間,2019/7/16,37,第四節(jié) 切削加工技術(shù)經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)析,一、切削加工主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo),1. 產(chǎn)品質(zhì)量,1) 精度, 尺寸精度, 形狀精度, 位置精度,2) 表面質(zhì)量, 表面粗糙度, 已加工表面的加工硬化和剩余應(yīng)力,加工硬化：工件表層金屬在形成已加工表面的過程中經(jīng)過強(qiáng)烈的塑性變形，使其晶粒伸長(zhǎng)、扭曲和破碎而被強(qiáng)化的現(xiàn)象,2019/7/16,38,2.生產(chǎn)率,常以單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)零件的數(shù)量來(lái)表示,提高生產(chǎn)率的主要途徑,盡可能采用先進(jìn)的毛坯制造工藝，減小加工余量,合理地選擇切削用量,盡可能采用先進(jìn)的工、夾、量具,盡可能采用先進(jìn)的機(jī)床設(shè)備及自動(dòng)化控制系統(tǒng),3.經(jīng)濟(jì)性,使用價(jià)值一定，投入最小；或投入一定，使用價(jià)值最大,投入最少，工藝最簡(jiǎn)單，產(chǎn)出最大,2019/7/16,39,三、切削液的選用,1) 切削液的作用,a.冷卻作用,b.潤(rùn)滑作用,c.洗滌與排屑作用,d.防銹作用,2) 切削液的種類,b.乳化液：乳化油+水+防銹劑,切削油：礦物油,a.水溶液：肥皂水或蘇打水+防銹劑,水基：冷卻,油基：潤(rùn)滑,3) 切削液的選用,粗加工：以冷卻為主,如水溶液、低濃度的乳化液等,精加工：以潤(rùn)滑為主,如高