第五篇 切削加工讲义

1,第五篇 切削加工,教学目的与要求： 本篇是金属切削加工的基础理论部分，掌握“切削运动、切削要素”，“刀具材料和刀具的几何形状”等基本知识。了解常见机床的主运动和进给运动。 常用切削机床和加工方法着重了解常用机床的加工方法、工艺特点及应用。 机械加工工艺过程的基本知识；学习零件的结构工艺性的目的是掌握切削加工和装配对零件结构的要求；先进切削机床和加工方法，了解数控机床的分类及加工特点，在学时充足的条件下也可增加数控机床其它内容和特种加工方法介绍。,2,第一章 金属切削加工基础知识,教学内容： 金属切削加工的基本知识，包括切削运动和切削要素，刀具材料和刀具几何形状，金属切削过程。,3,第一节 切削运动和切削要素（第一章 金属切削加工基础知识）,一、切削运动 在切削过程中，为了完成各种表面的加工，刀具与工件必须具有一定的相对运动，即切削运动根据它们在切削过程中所起的作用不同，分为主运动和进给运动两部分 主运动是切下切屑所需要的最基本的运动，它促使刀具的前面接近工件主运动一般只有一个进给运动是使金属层不断投入切削，从而获得具有所需几何特性的已加工表面的运动。进给运动可以多于一个,4,第一节 切削运动和切削要素（第一章 金属切削加工基础知识）,图1l（a-e)为常用的几种切削加工的运动简图,5,第一节 切削运动和切削要素（第一章 金属切削加工基础知识）,二、切削用量 切削用量表示切削时各运动参数的数量，切削用量包括切削速度、进给速度和背吃刀量三要素，它们是调整机床运动的依据。 1切削速度(v)在单位时间内，工件和刀具沿主运动方向的相对位移。单位为ms或mmin.若主运动为旋转运动，切削速度为其最大的线速度。以车外圆为例，切削速度可按下式计算； v=dw n(1000*60) （ms）,6,第一节 切削运动和切削要素（第一章 金属切削加工基础知识）,2进给速度(f) 在主运动一个循环(或单位时间)内，刀具与工件之间沿进给运动方向的相对位移车削时，指工件每转一转，刀具所移动的距离，单位为mmr;在牛头刨床上刨削时，指刀具每往复一次，工件移动的距寓，单位为mmstr(即毫米双行程),7,第一节 切削运动和切削要素（第一章 金属切削加工基础知识）,3背吃刀量(ap )： 待加工表面与已加工表面之间的垂直距离，单位为mm。车削外圆时为： ap(dwdm)2 式中： ap -切削深度，单位为mm； dw-工件待加工表面的直径，单位为mm； dm-工件已加工表面的直径，单位为mm。,8,第二节 刀具材料和刀具的几何形状 （第一章金属切削加工基础知识）,一、刀具材料 1对刀具材料的基本要求 刀具材料一般指切削部分的材料，在切削过程中，刀具切削部分要承受很大的切削力、摩擦力、冲击和很高的温度，因此，刀具切削部分的材料应具备下列基本性能。 (1)较高的硬度。 硬度必须高于工件材料的硬度，金屑切削刀具材料的常温硬度，一般要求在HRC60以上。 (2)有足够的强度和韧性。 (3)有较好的耐磨性。 (4)较高的热硬性。热硬性是指在高温下材料仍能保持硬度、强度、韧性和耐磨性的性能。 红硬度则指材料能保持正常热硬性的最高温度热硬性是衡量刀具材料的一个重要指标。 （5）要求刀具材料有良好的工艺性能，好的导热性，抗粘结性工艺性能包括锻、轧、焊、切削加工、磨削加工和热处理性能等,9,第二节 刀具材料和刀具的几何形状 （第一章金属切削加工基础知识）,2常用刀具材料 目前在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷材料等 (1)碳素工具钢 是含碳量为0.7%1.3%的优质碳素钢。常用牌号为TIOA、T13A等，其淬火硬度可达HRC6065刃磨易锋利，价格低廉，但热硬性差，在200250时硬度便会显著下降。热处理时淬透性差，变形大。主要用于制造锯条、锉刀等手动刃具。 (2)合金工具钢 含碳量为0.85%1.5%,含合金属元素总量在5%以下，加入的合金元素有Si、Mn、Mo、W、V等。常用牌号有9SiCr、CrWMn等。与碳素工具钢相比，它有较好的耐磨性、韧性，热处理变形小，热硬温度达350左右，淬火硬度达HRC6066常用于制造丝锥、板牙、铰刀等形状复杂、切削速度不高(vc0.15ms)的刀具。 (3)高速钢 又称锋钢、白钢它是含有W、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。常用牌号有W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2热硬温度达550600。抗弯强度、冲击韧性较高，工艺性能、热处理性能较好，刃磨易锋利因此常用于钻头、铣刀、拉刀和齿轮刀具等形状复杂刀具的制造允许切削速度v0.5ms。,10,第二节 刀具材料和刀具的几何形状 （第一章金属切削加工基础知识）,(4)硬质合金 它是以高硬度、高熔点的金属碳化物(WC、TiC等)粉末(微米级)，以Co、Mo、Ti等做粘结剂，用粉末冶金的方法而制成的一种合金它的硬度高、耐磨性好，能耐8501000的高温，允许切削速度高达1.55ms，但它的抗弯强度较低，承受冲击能力较差，刃口也不如高速钢锋利常用来制成各种型式的刀片，焊接或机械夹固在车刀、刨刀、端铣刀等刀体(刀杆)上使用,11,第二节 刀具材料和刀具的几何形状 （第一章金属切削加工基础知识）,常用硬质合金有3类：一类是WC和Co组成的钨钴类(YG)；另一类是WC、TiC和Co组成的钨钛钴类硬质合金(YT)；第三类是在钨钛钴类硬质合金中添加少量TaC(碳化钽)或NbC(碳化铌)而成的通用硬质合金(YW) YG类硬质合金抗弯强度和韧性较好，适于加工铸铁、青铜等脆性材料。常用牌号有YG8、YG6、YG3等，其中数字表示含Co量的百分率Co的含量少，则较脆、耐磨性好，适用于精加工，如YG3，含钴量多，则韧性好，适用于粗加工，如YG8 YT类硬质合金比YG类硬质合金硬度高，耐热性好。适于加工钢类等塑性材料。常用牌号有YT5、YTl5、YT30等，其中数字代表TiC的百分率。TiC含量越多，韧性越低，耐磨性越高，适用于精加工，如YT30,12,第二节 刀具材料和刀具的几何形状 （第一章金属切削加工基础知识）,YW类硬质合金韧性、与钢粘附的温度比YT类硬质合金高，既可加工铸铁等脆性材料，也可加工钢类等塑性材料，还可加工高温合金、不锈钢等难加工钢类。其牌号有YW1和YW2两种，YW1适用于精加工，YW2适用于粗加工。 为了改善硬质合金性能，近年来又研制出超细晶粒的硬质合金和表面涂层硬质合金。国产超细晶粒硬质合金有YH1、YH2、YH3等牌号，用于切削耐热合金、高强度合金等难加工材料。 表面涂层硬质合金是在韧性好的YG类硬质合金的基体表面涂覆512m厚的一层TiC。,13,第二节 刀具材料和刀具的几何形状 （第一章金属切削加工基础知识）,(5)陶瓷材料： 它的主要成分是Al2O3 ，刀片硬度高，耐磨性好、耐热性高，允许用较高的切削速度，价格低廉，原料丰富，因此很有发展前途。但陶瓷材料性脆怕冲击，切削时容易崩刃，所以，如何提高其抗弯强度，已成为各国研究工作的重点。 目前生产中应用最广的刀具材料是高速钢和硬质合金；陶瓷刀具则主要用于精加工。 3其他刀具材料：主要有人造金刚石、立方氮化硼等 (1)人造金刚石： 硬度极高(接近10000HV，硬质合金仅为10501800HV)。用于有色金属及其合金的加工但不宜加工铁族材料，这是由于铁和碳原于亲合力强，易产生粘结而损坏刀具 (2)立方氮化硼(CBN) 是人工合成的又一种高硬度材料，硬度达80009000HV，热稳定性大大高于人造金刚石，可耐14001500C高温，且与铁族元素亲合力小。适用于铁族和非铁族难加工材料的加工，它还能精加工淬硬件，精度可达IT5IT6，表面租糙度Ra0.63一0.2m，可代替磨削,14,第二节 刀具材料和刀具的几何形状 （第一章金属切削加工基础知识）,15,第二节 刀具材料和刀具的几何形状 （第一章金属切削加工基础知识）,二、刀具的角度 金属切削刀具的种类虽然很多，形状也各不相同，但它们切削部分的结构要素和几何角度有着许多共同的特征。如图13所示，各种多齿刀具或复杂刀具，就其一个刀齿而言，都可以近似看成一把车刀的刀头因此，下面就从车刀人手，进行分析和研究。 1车刀的组成 车刀由刀头和刀杆组成(如图14所示),16,第二节 刀具材料和刀具的几何形状 （第一章金属切削加工基础知识）,17,第二节 刀具材料和刀具的几何形状 （第一章金属切削加工基础知识）,2车刀切削部分的主要角度 为了确定上述刀面和切削刃的空间位置，首先要建立起由3个互相垂直的辅助平面（包括基面、切削平面和主剖面组成的坐标参考系，如图所示），并以它为基准，用角度值来反映刀面和切削刃的空间位置。,18,第二节 刀具材料和刀具的几何形状 （第一章金属切削加工基础知识）,19,第二节 刀具材料和刀具的几何形状 （第一章金属切削加工基础知识）,(1) 辅助平面 包括基面、切削平面和主剖面(见图示)。 1)基面： 通过主切削刃上某一点，与该点切削速度方向垂直的平面。 2)切削平面： 过主切削刃上某一点与该点加工表面相切的平面，它包含切削速度。 3)主剖面： 通过主切削刃上某一点，与主切削刃在基面上投影垂直的平面。,20,第二节 刀具材料和刀具的几何形状 （第一章金属切削加工基础知识）,(2) 刀具的标注角度 1) 前角(0) 在主削面中，前刀面与基面之夹角。根据前刀面和基面相对位置的不同，又可分为正前角、零度前角和负前角(见下图示)。 用硬质合金车刀切削结构钢件， 0可取1020°；切削灰铸铁件小可取515°等。 2)后角(0) 在主剖面中，主后刀面与切削平面之夹角 粗加工或工件材料较硬时，后角取小值：068°；反之，对切削刃强度要求不高，主要希望减小摩擦和已加工表面粗糙度值，后角取稍大值： 0=812°.,21,第二节 刀具材料和刀具的几何形状 （第一章金属切削加工基础知识）,22,第二节 刀具材料和刀具的几何形状 （第一章金属切削加工基础知识）,3)主偏角(Kr)： 在基面上，主切削刃的投影与进给方向之夹角。 切削深度和进给量不变的情况下，减小主偏角，可使主切削刃参加工作的长度增大，单位长度上的受力减小，散热情况较好，刀具比较耐用，但切削时容易引起振动，影响加工质量。原则上是在不引起振动的条件下，取小值。一般车刀的主偏角有45°、60°、75°、90°等几种。 4)副偏角(Kr) ： 副切削刃在基面的投影和进给相反方向的夹角。其主要作用是减少副切削刃与已加工表面之间的摩擦。主偏角选定后，副偏角的大小影响到加工残留面积的高度(如下图所示) 。一般，副偏角取515，粗加工时取较大值。,23,第二节 刀具材料和刀具的几何形状 （第一章金属切削加工基础知识）,24,第二节 刀具材料和刀具的几何形状 （第一章金属切削加工基础知识）,5)刃倾角(s) 在切削平面中，主切削刃与基面之夹角。与前角类似，刀倾角也有正、负和零值之分(如下图所示)，主要影响排屑方向(见下图示)、刀头强度和切削分力。车刀的刃倾角一般在-5°+5°之间选取。,25,第二节 刀具材料和刀具的几何形状 （第一章金属切削加工基础知识）,26,第二节 刀具材料和刀具的几何形状 （第一章金属切削加工基础知识）,三、刀具结构 刀具的结构形式，对刀具的切削性能、切削加工的生产率和经济效益有着重要的影响下面仍以车刀为例，说明刀具结构的演变和改进 车刀的结构形式有整体式、焊接式、机械夹固式。如图所示,27,第二节 刀具材料和刀具的几何形状 （第一章金属切削加工基础知识）,28,第二节 刀具材料和刀具的几何形状 （第一章金属切削加工基础知识）,早期使用的车刀，多半是整体结构见上图 (a)，对贵重的刀具材料消耗较大。焊接式车刀见上图 (b)的结构简单、紧凑、刚性好，节省贵重金属，而且