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金属切削原理与刀具(第5版)幻灯片与课后习题复习参考题

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    • 1、金属切削原理与刀具,第五版,上海理工大学 陆剑中 孙家宁主编,机械工业出版社,绪论,第一节 我国切削加工技术发展概况 一、切削加工的定义 是指利用刀具切除被加工零件多余材料的方法。 二、发展概况 1、古代,铜车铜马,第一章 刀具几何角度及切削要素,第一节 切削运动与切削用量 第二节 刀具切削部分的基本定义 第三节 刀具角度的换算 第四节 刀具角度的一面二角分析法 第五节 刀具的工作角度 第六节 切削层和切削方式,第一章 刀具几何角度及切削要素,第一节 切削运动 与切削用量 一、切削运动与切削层 1、切削运动 (1)主运动,主运动是切削时最主要的、 消耗动力最多的运动,它 是刀具与工件之间产生的 主要的相对运动。,(2)进给运动 进给运动是刀具与工件之间产生的附加运动,以保持切削连续地进行。,2、车削中的工件表面和切削层 (1)工件表面 1)待加工表面:加工时即将切除的工件表面。 2)已加工表面:已被切去多余金属而形成符合要求的工件新表面。 3)加工表面(或称 切削表面、过渡表 面):加工时由切削刃 在工件上正在形成的 那部分表面;它是待 加工表面和已加工表 西之间的过渡表面。,(2)切

      2、削层: 切削时刀具切过工件的一个单程所切除的工件材料层。,公称横截面积,实际横截面积,残留面积,二、切削用量、切削时间与材料切除率 1、切削用量三要素: (1)切削速度 指切削刃选定点 相对工件主运动的 瞬时速度,单位为 m/s或m/min。车削 时,(1-1),(2)进给量 进给量为刀具在进给运动方向上相对工件的位移量,可用工件每转(行程)的位移量来度量,单位为mm/r。 进给量又可用进给速度 表示: 指切削刃选定点相对工件进给运动的瞬时速度,单位为mm/s或m/min。车削时进给运动速度:,(1-2),(3)背吃刀量 (切削深度) 指垂直于进给速度方向测量的切削层最大尺寸,单位为mm。车外圆时:,(1-3),2、切削时间 (机动时间) 指切削时直接改变工件尺寸、形状等工艺过程所需的时间,单位为min。它是反映切 削效率高低的一个指标。,由式(1-5)知,提高切削用量中任一要素均可降低切削时间。,(1-5),(1-4),3材料切除率Q 它是单位时间内所切除材料的体积,是衡量切削效率高低的另一个指标,单位 为mm3min.,(1-6),三、合成切削运动与合成切削速度 主运动与进给运动合

      3、成的运动称合成切削运动。切削刃选定点相对工件合成切削运动的瞬时速 度称合成切 削速度。,第二节刀具切削部分的基本定义 一、刀具的组成 三面两刃一尖 1刀面 (1)前面 (前刀面) (2)后面 (后刀面) (3)副后面 (副后 刀面) 2切削刃 (1)主切削刃S (2)副切削刃S,3刀尖,主切削刃法向断面,刀尖参数有 : 1)刀尖圆弧 半径 2)倒角刀尖 长度 3)刀尖倒角 偏角,二、刀具角度参考系 1、刀具参考系的概念 (1)刀具静止参考系 它是刀具设计时标注、刃磨和测量的基准,用此定义的刀具角度称刀具标注角度; (2)刀具工作参考系 它是确定刀具切削工作时角度的基准,用此定义的刀具角度称刀具工作角度。,2、参考系 1正交平面参考系,基面Pr 通过切削刃上某一选定点,垂直于切削速度的平面 切削平面Ps过主切削刃选定点,与切削刃相切并垂直与基面 正交平面Po通过切削刃上选定点同时垂直于切削平面与基面的平面。,2法平面参考系 由Pr、Ps、Pn三个平面组成 法平面(Pn) 过切削刃上选定点并垂直于切削刃或其切线的平面,3假定工作平面参考系 由Pr、Pf、Pp三个平面组成 假定进给平面Pf

      4、过切削刃选定点平行于假定进给运动方向并垂直于基面的平面 假定切深平面(背平面)Pp 过切削刃选定点既垂直假定进给平面又垂直于基面的平面。,三、刀具角度 1、正交平面参考系刀具角度定义 (1)前角o 正交平面中测量的前面与基面间夹角。 (2)后角o 正交平面中测量的后面与切削平面间夹角。 (3)主偏角r 基面中测量的主切削平面与假定工作平面间夹角。 (4)刃倾角s 切削平面中测量的切削刃与基面间夹角。,Pr,(1-8),(1-9),(5)派生角度 1)楔角o 正交平面中测量的前面与后面间夹角。 (1-10) 2)刀尖角r,基面投影中,主、副切削刃间的夹角。 (1-11),2、其它参考系刀具角度 1)在法平面中,2)在假定进给平面、背平面中,3、刀具角度 正负的规定,四、不同参考系角度小结,刀具角度,第三节 刀具角度的换算,一、正交平面、法平面系前、后角换算,(1-12),(1-13),二、垂直于基面的任一剖面与正交平面的前、后角换算,(1-14),(1-16),(1-15),(1-17),(1-18),在前面的图中若假想 图中的前面为刀具的 后面,则上面推导的 公式中的角度可以用 代替,

      5、 则公式(1-14),变为,(1-19),若令(1-18)中的 则可得到假定进给平面和背平面的后角换算公式,(1-20),(1-21),第四节 刀具角度的一面二角分析法,表示空间任意一个平面方位的定向角度只需两个,所以判断刀具切削部分需要标注的独立角度数量可用一面二角分析法确定。 1直头外圆车刀 三面六角 前面定向角o、s 后面定向角o、r 副后面定向角o、r,245o弯头车刀,四面八角 主切削刃12前面定向角o、s;主切削刃12后面定向角o、r; 副切削刃23副后面定向角o、r 副切削刃14副后面定向角o、r,3切断刀 四面八角 习惯上标注左切削刃上的角为主角,右刃为派生角度 前面定向角o、sL 后面定向角o、rL 左副后面定向角oL、rL 右副后面定向角oR、rR,4倒角刀尖、倒棱的参数 一面二角 倒角刀尖刃: 倒角切削刃后角o 偏角r 倒棱刃: 倒棱刃前角o1 倒棱刃倾角s1=s 倒棱刃宽度b1,第五节 刀具的工作角度,一、刀具工作参考系及工作角度,因此研究切削过程中的刀具角度,必须以刀具与工件的相对位置、 相对运动为基础建立参考系,这种参考系称工作参考系。用工作参 考系定义的刀

      6、具角度称工作角度。,工作正交平面poe 通过切削刃选定点,同时 垂直于工作切削平面与,1刀具工作参考系 工作正交平面参考系,工作基面pre 通过切削刃选定点垂直于合 成切削速度方向的平面,工作切削平面pse 通过切削刃选定点与切削刃 相切,且垂直于工作基面的 平面。该平面包含合成切削 速度方向,工作基面的平面,2刀具工作角度 刀具工作角度的定义与标注角度类似,它是前、后面与工作参考系平面的夹角。 工作角度的标注符号分别是:oe,oe,re,se,fe,fe,pe,pe,二、刀具安装对工作角度的影响 1、刀柄偏斜对工作主、副偏角的影响,2切削刃安装高低对工作前、后角的影响,三、进给运动对工作角度的影响 1进给运动方向不平行工件旋转轴线时对工作主、副偏角的影响,2纵向进给运动对工作前、后角的影响,(1-22),第六节切削层与切削方式,一、切削层参数 1、切削层 在各种切削加工中 ,刀具同工件沿进 给运动方向每移动 f(mm/r)或af(mm/Z )之后,由一个刀 齿正在切的金属层 称为切削层。切削 层的尺寸称为切削 参数。,2切削公称厚度hD 垂直于过渡表面来度量的切削层尺寸,也称为切削厚

      7、度,(1-24),3.切削公称宽度bD 平行于过渡表面度量 的切削层尺寸,也称 为切削宽度,(1-25),4切削层公称横截面积AD 在切削层尺寸平面里 度量的横截面积,也 称为切削层横截面积。 实际切削横截面积,(1-23),二、切削方式 1自由切削与非自由切削 自由切削-只有一个主切削刃参加切削 非自由切削-主、副切削刃同时参加切削 2正交切削(直角切削)与非正交切削(斜角切削) 正交切削-切削刃与切削速度方向垂直的切削 非正交切削-切削刃不垂直切削速度方向的切削 刃倾角不等于零的刀具均属斜角切削方式,第二章 刀具材料,第一节 概 述 一、刀具材料应具有的性能 1高的硬度 常温硬度60HRC以上,并要求保持较好的高 耐热性。 2.足够的强度和韧性 为了承受切削力、冲击和振动,刀具材料应 具有足够的强度和韧性。,3高的耐磨性 耐磨性表示抵抗磨损的能力,它是刀具材料 机械性能、组织结构和化学性能的综合反映。 4好的导热性 5良好的工艺性和经济性 锻造性能、磨削性能、热处理性能等 二、刀具材料类型 1、工具钢 包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢 2、硬质合金 3、陶瓷 4、超硬刀具材料,三

      8、、刀体材料 刀体一般均用普通碳钢或合金钢制作 尺寸较小的刀具或切削负荷较大的刀具宜选用合金工具钢或整体高速钢制作 机夹、可转位硬质合金刀具,镶硬质合金钻头,可转位铣刀等的刀体可用合金工具钢制作 对于一些尺寸较小、刚度较差的精密孔加工刀具,如小直径镗刀、铰刀,为保证刀体有足够的刚度,宜选用整体硬质合金制作,以提高刀具寿命和加工精度,第二节 高速钢 高速钢是含有W、Mo、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。,一、通用型高速钢 (含碳量0.70.9%,6266 HRC) 1、钨系高速钢 W18Cr4V 优点:具有较好的综合性能。因含钒量少,刃磨工 艺性好。淬火时过热倾向小,热处理控制较容易。 缺点:缺点是碳化物分布不均匀,不宜做大截面的 刀具;热塑性较差;钨价高 2、钨钼系高速钢 W6Mo5Cr4V2 优点:因一份Mo可代替两份W,这就能减少钢中的 合金元素,降低钢中碳化物的数量及分布的不均匀,性,有利提高热塑性、抗弯强度与韧性。加入3 -5质量分数的钼,可改善刃磨工艺性。因此 6-5-4-2的高温塑性及韧性胜过18-4-1,故可用 于制造热轧刀具如扭制麻花钻等。 W9M03Cr4V 其抗弯

      9、强度与韧性均比6-5-4-2好。高温热塑性 好,而且淬火过热、脱碳敏感性小,有良好的切 削性能。,二、高生产率高速钢 (增加碳量钒量,添加钴铝等,常温硬度6570HRC) 1、高钒高速钢 耐磨性提高,刃磨难度加大 2、钴高速钢 高温硬度和抗氧化能力得到提高,因此能 适用于较高的切削速度。 3、铝高速钢 高温硬度、热塑性与韧性得到提高,三、粉末冶金高速钢 是通过高压惰性气体或高压水雾化高速钢水而得到的细小的高速钢粉末,然后压制或热压成形,再经烧结而成的高速钢 优点: 1)由于可获得细小均匀的结晶组织(碳化物晶粒25m),从而完全避免了碳化物的偏析,提高了钢的硬度与强度 2)由于物理力学性能各向同性,可减少热处理变形与应力,因此可用于制造精密刀具。,3)由于钢中的碳化物细小均匀,使磨削加工性得到显著改善,含钒量多者,改善程度就更显著。 4)粉末冶金高速钢提高了材料的利用率 缺点: 成本高 四、涂层高速钢 高速钢刀具的表面涂层是采用物理气相沉积(PVD) 方法,在适当的高真空度与温度环境下进行气化 的钛离子与氮反应,在阳极刀具表面上生成TiN。 特点:硬度可高达2200HV,有较高的热稳定性, 与钢的摩擦系数较低。切削力、切削温度约下降,25,切削速度、进给量、刀具寿命显著提高。 典型涂层:TiC、TiCN、TiAlN、A1TiN、TiAlCN、DLC(diamend-like coating金刚石类涂层)、CBC(carbon-based coating硬质合金基类涂层)。,第三节 硬质合金 一、硬质合金组成与性能 金属碳化物(WC、TiC、TaC、 NbC等)金属粘接剂 (Co、Ni等) 高压成形后,高温烧结而成。 硬度、耐热性、耐磨性很高,切削速度远高于 高速钢 抗弯强度低、脆性大,抗冲击振动性能差,二、普通硬质合金分类、牌号与使用性能,分 类,K (YG) 类 P (YT)类 M(YW)类,短切屑铸铁,非 铁材料与非金属 材

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