机械制造工艺基础课件ppt-第1章--金属切削的基础知识

1、第4章 材料切削加工基础,4.1 概述 4.2 金属切削加工的基础理论,4.1 概述,4.1.1 金属切削加工的特点和应用 4.1.2 零件的加工精度和表面粗糙度 4.1.3 切削用量及选用 4.1.2 切削刀具,4.1.1 金属切削加工的特点和应用,概念： 利用切削刀具与工件的相对运动，从工件 (毛坯)上切除多于金属层，从而获得符合一 定质量要求的零件的加工过程。 分类：钳工和机械加工(机工)。,4.1.1 金属切削加工的特点和应用,特点：占机械制造总工作量的60%左右 向自动化发展 应用：锯削、钻孔、锉、铰孔、攻丝、车、刨、铣、磨等。,4.1.2 加工精度和表面粗糙度,4.1.2.1 加工精度 1、尺寸精度 2、形状精度 3、位置精度 4.1.2.2 表面粗糙度,零件的加工质量包括加工精度与表面质量两个方面。 表面质量指零件表面粗糙度(主要指标)、加工硬化层、表面残余应力以及金相组织结构等，它们对零件的使用性能有很大影响。,4.1.2 加工精度和表面粗糙度,具体零件的公差值取决于零件的基本尺寸与公差等级。 标准公差值、标准公差等级、基本尺寸三者之间的关系详见表4-1(GB/T1 8

2、00.2-1998)。,IT01IT13-配合尺寸， IT14IT18-非配合尺寸。,4.1.2 加工精度和表面粗糙度,形状精度是指零件上的实际形状要素与理想形状要素的符合程度。 尺寸精度满足要求，其形状不一定符合要求。如:,2.形状精度,形状误差：加工时，实际形状与理想形状的误差。,6种形状的标准公差见国标GB/T 1182-1996 、 GB/T 4249-1996 、GB/T 16671-1996 。标准形状公差的符号及其含义见表4-3。,表面加工基本技术要求：,表4-3 形状公差,表面加工基本技术要求：,3.位置精度,位置精度是指零件上的表面、轴线等的实际位置与理想位置相符合的程度。 3类8种位置标准位置公差的符号及其含义详见表4-4 (GB/T1182-1996、GB/T 4249-1996、GB/T16671-1996)。,表面加工基本技术要求：,表4-4 位置公差,表面粗糙度:表面上微小峰谷间的高低程度(也称微观不平度)。 常用评定参数:,4.表面粗糙度,Ra :轮廓算术平均偏差，,表面加工基本技术要求：,允许数值系列: Ra() 100/25/12.5 / 6.3/3.

3、2/1.6/0.8/0.4/0.2/0.1/0.05/0.025 / 0.012/0.008 常用数值范围：Ra = 0.0256.3,表面粗糙度对零件的疲劳强度、耐磨性、耐腐蚀性、配合性能等对有很大影响。 Ra值越小，表面质量越高，但加工越困难，成本也越高。,影响：,表面加工基本技术要求：,表4-5 表面粗糙度选用举例,如粗车、粗刨、切断等粗加工后的表面,粗加工后的表面，焊接前的焊缝、粗钻的孔壁,一般非结合表面，如轴的端面、倒角等,不重要零件的非配合表面，如支柱、支架、外壳等的端面，紧固件的自由表面、紧固件通孔的表面,表4-5 表面粗糙度选用举例,不重要零件的非配合表面，如支柱、支架、外壳等的端面，紧固件的自由表面、紧固件通孔的表面,与其他零件连接，但不形成配合的表面，如箱体、外壳等的端面。,安装直径超过80mm的G级轴承的外壳孔、普通精度齿轮的齿面、定位销孔等重要表面,表4-5 表面粗糙度选用举例,要求保证定心及配合特性的表面，如锥销与圆柱销的表面，磨削的轮齿表面、中速转动的轴颈表面,要求长期保持配合性质的配合表面，如IT7级的轴、孔配合表面，精度较高的轮齿表面。,工作时受变应力作

4、用的重要零件的表面，保证零件的疲劳强度、防腐性和耐久性，并在工作时不破坏配合性质的表面。,工作时承受较大变应力作用的重要零件的表面，保证精确定心的锥体表面等。,表4-5 表面粗糙度选用举例,保证高度气密性接合的表面，如活塞、柱塞的外表面和气缸的内表面。,高压柱塞泵中的柱塞与柱塞泵的配合表面等精密表面。,仪器的测量表面和配合表面，尺寸超过100mm的块规的工作表面,块规的工作表面，高精度测量仪器的测量表面及其摩擦机构的支承表面。,4.1.3 切削用量及选用,4.1.3.1 切削运动 4.1.3.2 切削用量,表面:外圆面,内圆面,平面和成型面. A.内外圆面:以直线为母线,以圆为轨迹,作旋转运动 而形成。,4.1.3.1 零件表面的形成及切削运动,B.平面:以直线为母线,以另一直线为轨迹,作平移运动而形成。 C.成形面:以圆或直线为轨迹,以曲线为母线,作旋转或平移运动而形成。 切削运动:刀具与工件之间的相对运动。 A.主运动:切下切屑最基本的运动。 B.进给运动:使金属层不断投入切削,从而加工出完整表面所需的运动。,4.1.3.1 切削运动,Fig1-1,返回,Fig1-2,返回,4.1

5、.3.2 切削要素,即切削用量三要素和切削层几何参数。 切削用量三要素： 切削层几何参数： 切削速度 vc 进给量 f 背吃刀量 ap,工件加工三个变化的表面: 待加工表面；加工表面（或过渡表面）；已加工表面。,1 切削用量三要素,切削速度 vc 进给量 f 背吃刀量 ap,1. 切削速度,切削速度:工件和刀具沿主运动方向的相对位移,切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度。以 vc 表示，单位 m/s 或 m/min 。 车外圆:=dwn/100060(m/s) 刨或插: =2Lnr/ 100060(m/s) dw -待加工表面直径(mm) n-工件转速(/min) L-往复运动行程长度 nr-主运动每分钟的往复次数, 进给量:工件或刀具运动在一个工作循环内,刀具与工件之间沿进给运动方向的相对位移(进刀量). A.车削时:工件每转一转,刀具所移动的距离f(mm/r). B.刨削:刀具往复一次,工件移动的距离f(mm/stroke). C.铣削:每齿进给量a(mm/Z)进给速度mm/s) = n/60= az n/60(mm/s) z为齿数, 背吃刀量ap:待加工表面间的垂直距离。 对

6、车外圆:ap= (dw-dm)/2, 背吃刀量ap:待加工表面间的垂直距离。 对车外圆:ap= (dw-dm)/2,切削层几何参数,两个相邻加工表面之间的那层材料,垂直于切削速度 的平面内观察和度量,切削厚度hD,切削宽度bD和切削面积A。,(1)切削厚度hD:两相邻加工表面间的垂直距离. hD = sin kr(车) (2)切削宽度bD:沿主切削刃度量的切削尺寸. bD =ap/sin kr (3)切削面积AD:切削层在垂直于切削速度截面内的面积. AD = hD bD = ap,4.1.3.3 切削用量的选择原则,在实际应用中，一般首先选尽可能大的背吃刀量，其次选尽可能大的进给量，最后选尽可能大的切削速度。 （1）背吃刀量的选择：第一次走刀的背吃刀量，应在机床工艺系统的承受能力范围内尽可能取大值，其后的背吃刀量相对的可取小些。 （2）进给量的选择：粗加工时，尽可能取大值。精加工时，宜选择较小数值。 （3）切削速度的选择：在选定了背吃刀量及进给量后，可根据合理的刀具耐用度，用计算法或查表法选择切削速度。,4.1.4.1 刀具的分类 4.1.4.2 刀具材料 4.1.4.3 刀具的几何

7、形状及参数,4.1.4 切削刀具,按照功能分： 按材料分： 切刀类 碳素钢 孔加工类 高速钢 铣刀类 硬质合金 拉刀类 陶瓷 螺纹刀具类 齿轮刀具类 磨具类,4.1.4.1 刀具的分类,按刀具结构，分为整体式、镶片式、复合式刀具等。,刨刀、铣刀、钻头等其他刀具可视为车刀的演变或组合。,刀具形状,刀具种类、形状和角度,三高一专的 先进刀具,高精度 高效率 高可靠性 专业化,先进的专用可转位刀具,刀具材料的要求 （1）高硬度 （2）高强度、高韧性 （3）耐磨性 （4）耐热性 （5）制造工艺性（可制造性）,4.1.4.2 刀具的材料,刀具材料种类很多，常用的有工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢）、硬质合金、陶瓷、金刚石（天然和人造）和立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具钢，因其耐热性很差，目前仅用于手工工具。, 高速钢,高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。 特点：1）强度高，抗弯强度为硬质合金的23倍；2）韧性高，比硬质合金高几十倍；3）硬度HRc63以上，且有较好的耐热性；4）可加工性好，热处理变形较小。 应用：常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、

8、成型刀具、齿轮刀具等）。,3. 常用刀具材料,刀具材料要求和常见刀具材料, 硬质合金,硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC等）粉末和金属粘结剂（如Co、Ni、Mo等）经高压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。 硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高，允许的切削速度远高于高速钢，且能切削诸如淬火钢等硬材料。硬质合金的不足是与高速钢相比，其抗弯强度较低、脆性较大，抗振动和冲击性能也较差。,硬质合金因其切削性能优良而被广泛用来制作各种刀具。在我国，绝大多数车刀、面铣刀和深孔钻都采用硬质合金制造，目前，在一些较复杂的刀具上，如立铣刀、孔加工刀具等也开始应用硬质合金制造。,刀具材料要求和常见刀具材料, 陶瓷刀具材料,陶瓷材料比硬质合金具有更高的硬度（HRA9195）和耐热性，在1200的温度下仍能切削，耐磨性和化学惰性好，摩擦系数小，抗粘结和扩散磨损能力强，因而能以更高的速度切削，并可切削难加工的高硬度材料。,主要缺点是性脆、抗冲击韧性差，抗弯强度低。,刀具材料要求和常见刀具材料, 超硬刀具材料,天然金刚石是自然界最硬的材料，耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝

9、圆半径可达0.01m，刀具寿命可达数百小时。因价格昂贵，主要用于高速、精密加工。 聚晶金刚石由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，硬度比天然金刚石略低（HK65008000），价格便宜，焊接方便，可磨削性好，已成为金刚石刀具主要材料。 金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。 聚晶立方氮化硼（CBN）由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。硬度为HV 30004500，耐热性达1200，化学惰性很好，在1000的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。,刀具材料要求和常见刀具材料,A、碳素工具钢：(0.71.2%C)HRC高,价廉。红硬性差，用于制造锯条、锉刀等 B、合金工具钢：(Cr ,Mn,Si) 红硬性较差,低速或手工工具。9SiCr、CrWMn，用于制造丝锥等。 C、高速钢：也叫锋钢（W、Cr 、V，W18Cr4V）好的强韧性和高的红硬性.麻花钻、铣刀、拉刀、齿轮刀等。 D、硬质合金：三类：由WC和Co组成的钨钴类（YG类）；由WC、TiC和Co组成的钨钴钛类（YT类）；通用硬质合金类。 E、陶瓷材料：Al2O3，高硬，耐磨，耐热，高速切削。,2.常用的刀具材料性能比较:,4.1.4.3 刀具的几何形状及参数,4.1.4.3 刀具的几何形状及参数,三面两刃一尖,前刀面：切屑流出所经过的表面。 主后刀面：刀具与工件的加工表面相对的表面. 副后刀面：刀具上与工件的已加工表面相对的表面. 主切削刃：前刀面与主后刀面的交线，切削工作. 副切削刃：前刀面与副后刀面的交线，部分切削工作. 刀尖：主切削刃与副切削刃交点，过渡圆弧.,2 车刀切削部分的几何参数,刀具参考系（静止）,刀具标注角度坐标系,基面Pr：通过切削刃选定点与切削速度方向垂直的平面。,车刀主

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