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hy2 金属切削加工的基础知识

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hy2 金属切削加工的基础知识

第二章 金属切削原理 (Chapter 2 Metal-cutting principles),本章提要基本概念切削运动、切削用量、参考系(基面、切削平面、主剖面)、刀具标注角度、切削层参数等。 刀具材料刀具材料应具备的性能,常用的刀具材料工具钢(碳素工具钢、合金工具钢)、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼。金属切削过程及优化控制磨削原理和砂轮结构,2.1 概述2.2 刀具几何角度与材料2.3 金属切削过程2.4 切削力、切削热和切削温度2.5 刀具磨损和刀具使用寿命2.6 材料的切削加工性2.7 切削条件的合理选择2.8 磨削与砂轮,2.1 概述(2.1 summary ),2.1.1 切削运动与切削加工表面2.1.2 切削用量2.1.3 切削层参数,2.1.1 切削运动与切削加工表面 (2.1.1 Cutting motion and workpiece surface),刀具与工件之间必须有一定的相对运动;刀具材料必须具有一定的切削性能;刀具必须有合理的几何参数,即切削角度。,金属切削加工:利用金属切削刀具切除工件上多余的金属,从而使工件的几何形状、尺寸精度及表面质量都符合预定的要求,这样的加工称为金属切削加工。,必备的三个条件,1 金属切削概念与必备的三个条件,即将被切去金属层的表面,切削刃正在切削着的表面,已被切去一部分金属形成的新表面,2 加工表面,切削运动,直线运动A,旋转运动B,3 切削运动分析,按所起的作用分为:主运动和进给运动,(1)主运动:切下金属所必需的主要运动。特点:速度高、功耗大、只能有一个。,主运动速度(切削速度):通常用vc表示.,主运动速度方向:在不考虑进给运动的条件下,切削刃上选定点相对于工件的瞬时运动方向。,进给运动方向:在不考虑主运动的条件下,切削刃上选定点相对于工件的瞬时运动方向。,(2) 进给运动:使新的金属不断地投入切削的运动。通常用vf、f或 fz表示。,特点:速度低、功耗小、可以是连续或断续运动、可以有多个。,(3)合成切削运动:主运动和进给运动合成的运动。用ve表示。,切削速度:(vc),进给量:( f )(进给速度vf ),背吃刀量:(ap)(切削深度),“切削刃选定点相对与工件沿主运动方向的瞬时速度”。通常以最大线速度为准。主运动是旋转运动时:,“工件或刀具每转一转时,两者沿进给方向的相对位移”。f (mm/r), vf (mm/s), fz (mm/z),2.1.2 切削用量(2.1.2 Cutting parameters),“工件上已加工表面和待加工表面之间的垂直距离”。对于外圆车削:,“切削用量三要素”,2.1.3 切削层参数(Cutting layer parameters ),切削层:在切削过程中,刀具切削刃在一次走刀中从工件待加工表面切下的金属层。,1 切削层,切削层的大小和形状直接影响: (1)刀具切削部分承受的载荷大小; (2)决定了切屑的尺寸和形状。,切削层参数:切削层截面尺寸参数称切削层参数。通常在与主运动方向垂直的平面内观察和度量。,切削厚度:hD“垂直于过渡表面度量的切削层尺寸”hD=fsinr (mm),切削宽度:bD“沿着过渡表面度量的切削层尺寸”bD=ap/sinr (mm),切削面积:ADAD=hDbD (mm2)对于外圆车削:AD=fap (mm2),2 切削层的参数(切削层截面尺寸参数),总结、作业,作业:P56:T2-1 T2-2,2.2 刀具几何角度与材料( Cutting Tool Geometric Angles and Material),2.2.1 刀具几何角度(Geometric Angles of Cutting Tool)2.2.2 刀具材料(Cutting Tool Materials),2.2.1 刀具几何角度 (Geometric Angles of Cutting Tool),1 刀具切削部分的结构要素,切屑流过的表面,与工件加工表面相对的刀具表面,与工件已加工表面相对的刀具表面,“三面、两刃、一尖”,前刀面Ar,后刀面A,副后刀面A,交线,交线,主切削刃s,副切削刃s,刀尖,连接部分,刀具切削部分的结构要素归结起来,刀具标注角度参考系(2 Reference systems for tool angles),刀具角度,刀具工作角度:把刀具同工件和切削运动联系起来确定的刀具角度。,刀具标注角度:在设计、绘图和制造刀具时所标注的角度。,(1) 假定运动条件:给出刀具假定主运动和假定进给运动方向,而不考虑进给运动; (2) 假定安装条件:车刀刀尖与工件中心等高;刀杆中心线与进给方向垂直; 刀具的安装面与基面Pr平行。,1)确定刀具标注角度参考系时假设前提条件,2) 参考系中相关平面的定义,(1)基面Pr:“通过主切削刃上选定点垂直于主运动方向的平面”,(2)切削平面Ps:“通过主切削刃上选定点,与切削刃相切并垂直于基面的平面”。,(3)正交平面(主剖面)Po:“通过主切削刃上选定点,并同时垂直于基面和切削平面的平面”。,(4)法平面Pn:“通过主切削刃上选定点,并垂直于切削刃的平面”。,(5)假定工作平面(进给剖面)Pf:“通过主切削刃上选定点,平行于进给方向并垂直于基面的平面”,(6)背平面(切深剖面)Pp:“通过主切削刃上选定点,同时垂直于基面和假定工作平面的平面”。,3)正交平面参考系,4)法平面参考系,5)假定工作平面、背平面参考系,3 刀具的标注角度,刀具的标注角度:在刀具标注角度参考系中确定切削刃与刀面的方位角度。 由于刀具标注角度参考系沿切削刃各点可能是变化的,故所定义的刀具标注角度应指明是切削刃上某一指定点的标注角度。,在基面内测量的角度,主偏角:“主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角”。,副偏角:“副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角”。,刀尖角:“主切削刃与副切削刃之间的夹角”。r=180º-(r+r),在基正交平面的标注角度,在正交平面(主剖面)内测量的角度,后角:o“后刀面与切削平面的夹角”,前角:o“前刀面与基面之间的夹角”。,楔角:(o )“前后刀面之间的夹角”o=90°-( o+o),在切削平面内测量的角度,刃倾角:S“主切削刃与基面之间的夹角”,余偏角:r“主切削刃与基面之间的夹角”,(5)副偏角r (6)副后角o,派生角度:楔角o、刀尖角r余偏角r,r,(1)主偏角r,(4)后角o,(2)刃倾角s,(3)前角o,主剖面(正交平面)参考系的标注角度,当主、副切削刃共面时,所需标注的独立角度只有6个。,(1)主偏角r(2)刃倾角s(3)法前角n(4)法后角n,(5)副偏角r (6)副后角o,法剖面参考系的标注角度,(1)主偏角r(2)进给前角f(3)进给后角f(4)背前角p(5)背后角p,(6)副偏角r (7)副后角o,假定工作平面-背平面参考系的标注角度,s,s0,s,+ s,4 切削形式,(1)正切削(直角切削)与斜切削 切削刃垂直于合成切削方向称为正切削或直角切削。如果切削刃不垂直于合成切削方向则称为斜切削或斜角切削。下图为刨削时的正切削和斜切削。,(2)自由切削与非自由切削只有直线形主切削刃参加切削工作,而副切削刃不参加切削工作,称为自由切削。曲线主切削刃或主、副切削刃都参加切削者,称为非自由切削。 这是根据切削变形是二维问题或三维问题进行区分的。为了简化研究工作,通常采用自由切削变形区来观察和研究。,2.2.2 刀具材料 2.2.2 Cutting Tool Materials,(1)高的硬度,必须高于工件硬度,通常应60HRC以上;(2)高的耐磨性;(3)足够的强度和韧性;(4)高的耐热性(热稳定性);(5)良好的导热性和耐冲击性;(6)良好的工艺性;(7)良好的经济性。,1 刀具材料应具备的基本性能,2 常用刀具材料,(1) 高速钢(高合金工具钢,1900年首次使用),基本性能: 硬度:6265HRC 耐热性:500600 切削速度:V< 30 m/min (与工具钢相比,提高了13倍) 工艺性好,适用于制造复杂刀具。,常用牌号: W18Cr4V W6MO5Cr4V2 W6MO5Cr4V2Al,工具钢(碳素工具钢、合金工具钢)、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石(天然的、人造的)、立方氮化硼、涂层刀具。,各类高速钢刀具,用高硬度、难熔的金属碳化物(主要是WC、TiC等,又称高温碳化物)和金属粘接剂在高温条件下烧结而成的粉末冶金制品。,基本性能: 硬度:7482HRC 耐热性:8001000 切削速度:V=100 300 m/min 工艺性差,不适用于制造整体结构的复杂刀具。,典型牌号: 钨钴类YG (K类) 钨钴钛类YT (P类) 通用类YW (M类),成分:WC+Co多用于加工短切屑的金属或非金属,如:铸铁、青铜等。常用牌号:YG3(K01)、YG6(K20)、YG8(K40)等 精加工 粗加工,成分:WC+TiC+Co多用于加工长切屑的黑色金属,如:钢材等。常用牌号:YT5(P30)、YT15(P20)、YT30(P10)等 粗加工 精加工,成分:WC+TiC+TaC(NbC)+Co 既可用于加工短切屑的铸铁,也可用于加工长切屑的钢材。常用牌号:YW1(M10)、YW2(M20)、YW3(M30)等 精加工 粗加工,(2) 硬质合金,各类硬质合金钢刀具,(3) 超硬刀具材料,陶瓷 金刚石 立方氮化硼(CBN),“Al2O3或Si3N4添加不同的金属元素(Ni、Co、Mo、W)或金属炭化物(TiC、WC),采用热压和烧结的方法获得”。特点:硬度高、耐磨性好。9195HRA 耐热性高。1200 切削速度高达100400 m/min 抗弯强度、冲击韧性较差。主要用于冷硬铸铁、高硬钢等精加工和半精加工。,“高温下借助合金触媒的作用,由石墨转化而成”。特点:硬度高、耐磨性极好。5000HV以上。耐热性:700800 ,不能在高温下切削冲击韧性、抗弯强度低。只有硬质合金的1/4。与Fe的亲和力强,不能加工铁族材料。适用于硬质合金、玻璃等高硬材料的精加工,分天然和人造两种。与金刚石相比:硬度:80009000HV。耐热性:13001500 与Fe的亲和力小,能加工铁族材料。主要适用于淬硬钢、耐磨铸铁、高温合金等高硬铁族材料的精加工或半精加工。,(4) 涂层刀具,在韧性性较好的高速钢或硬质合金基体上,涂抹一层耐磨性高的难熔金属化合物(TiC 、TiN、AlO3)而获得的。,具有较高的抗氧化性能,因而具有较高的耐磨性能力;低的摩擦系数,可降低切削力和切削温度,提高刀具耐用度。但存在锋利性、韧性、抗崩刃性、抗剥落性低、成本高的弊端。,总结、作业,作业:1、画图表示用外圆车刀车削外圆柱表面时车刀的 和ap ,f, h ,b。 2、画图表示用端面车刀车削轴端面情况下车刀的 和ap ,f, h ,b 。,

注意事项

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