机械制造基础教学案第5章切削加工成形.doc

机械制造基础 课程教案授课时间第周 星期 第 节课次授课方式〔请打√理论课□√ 讨论课□ 实验课□ 习题课□ 其他□课时安排8授课题目〔教学章、节或主题：第五章 切削加工成形教学目的、要求〔分掌握、熟悉、了解三个层次：1． 了解切削加工的基本原则,了解影响加工质量、生产率及成本的主要因素2． 了解常用刀具的结构特点,熟悉车刀的主要角度3． 掌握常用加工方法的工艺特点,通过对各种表面加工的分析,具有较合理地选用加工方法的能力4． 熟悉机械加工工艺过程的基本内容,了解制定加工工艺的原则和方法,具有制定典型零件加工工艺的初步能力5． 具有分析零件机械加工结构工艺性的初步能力6. 了解特种加工方法的特点和应用教学重点及难点：重点：金属切削原理的基础知识刀具材料、刀具几何角度的作用金属切削过程的物理现象,切削用量合理选用原则各种加工内容、特点、应用范围机械加工工艺过程分析零件机械加工的结构工艺性难点：零件结构工艺性问题分析教 学 基 本 内 容方法及手段第五篇 金属切削加工一、切削加工用刀具从金属材料〔毛坯上切去多余的金属层,获得几何形状、尺寸精度和表面质量都符合要求的零件的生产方法。

二、零件的加工质量尺寸精度：IT01、IT0…IT6、IT7、IT8…IT181. 加工精度： 形状精度：圆柱度、平面度等位置精度：平行度、垂直度、同轴度等表面粗糙度：2. 表面质量： 表面加工硬化的程度和深度表面残余应力的大小和性质课程教案〔续教 学 基 本 内 容方法及手段一 金属切削加工基础知识1 切削加工的运动分析及切削要素一、零件表面的形成平面、外圆面、内圆面〔孔、锥面、曲面〔成形面二、切削运动为了形成零件表面形状,刀具与工件之间的相对运动1. 主运动：切下切屑最主要的运动特点：在整个运动系统中 — 速度最高、消耗的功率最大主运动只有一个2. 进给运动：使金属层不断投入切削,加工出完整表面所需的运动特点：速度低、消耗的功率小有一个或多个加工表面待加工表面3. 零件上的三个表面： 已加工表面n待加工表面已加工表面加工表面三、切削要素1. 切削用量三要素1切削速度〔vm/sf在单位时间内,工件或刀具沿主运动方向的相对位移旋转运动： 〔m/s往复直线运动： 〔m/s2进给量〔f 〔mm在单位时间内〔主运动的一个循环内,刀具或工件沿进给运动方向的相对位移。

单位时间的进给量— 进给速度〔vf 〔mm/sKrapdmdwfndmdw12ff3切削深度〔ap〔mm〔mm2. 切削层几何参数切削层 — 指工件上正在被切削刃切削的那一层金属即两个相邻加工表面之间的那一层金属1>切削厚度〔ac 〔mmacfapKraw两相邻加工表面之间的垂直距离〔mm2>切削宽度〔aw 〔mm沿主刀刃度量的切削层的长度〔mm3>切削面积〔AC 〔mm2〔mm22金属切削刀具一、刀具的组成切削部分〔刀头前刀面：切屑流出所经过的表面主后刀面：刀具上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夹持部分〔刀体刀尖主刀刃前刀面副刀刃夹持部分〔刀体切削部分〔刀头主后刀面 副后刀面夹持部分〔刀体切削部分〔刀头前刀面主后刀面副后刀面主刀刃副刀刃刀尖二、刀具材料1. 对刀具材料的基本要求⑴较高的硬度一般要求在 HRC 60以上⑵有足够的强度和韧性⑶有较好的耐磨性⑷较高的耐热性⑸有较好的工艺性2. 常用刀具材料⑴ 碳素工具钢C= 0.7~1.4%；T8、T10、T10A、T12等特点：a. 淬火后硬度高；HRC≈61~65b. 价格低；ｃ.耐热温度低；250~300℃ｄ.淬火后应力、变形大。

应用：速度低、形状简单的手动工具如锉刀、锯条等⑵ 合金工具钢Me<5% ； 9SiCr、CrWMn等HRC≈61~68；耐热温度 — 350~400℃应用：速度低、形状复杂的工具如绞刀、板牙、丝锥等⑶ 高速钢高合金钢W=6~20%；Cr=3.8~4.4%；V=1.0~4%HRC≈62~69；耐热温度 — 600℃；V=20~30〔m/min应用：各种形状复杂的刀具如钻头、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其他成形刀具⑷ 硬质合金碳化物+粘结剂——粉末冶金；碳化物：WC、TiC、TaC、NbC；粘结剂：CoHRC≈76~84；耐热温度 — 1000℃允许的切削速度是高速钢的4~10倍① 钨钴类〔YG：WC+Co韧性好、硬度低,切削韧性材料时耐磨性较差适于加工铸铁、青铜等脆性材料和粗加工② 钨钴钛类〔YT：WC+TiC+Co硬度高、耐磨性好、耐热性好,但韧性较差 适于加工韧性材料和精加工⑸ 陶瓷材料HRC≈93~94；耐热温度 — 1200~1450℃主要用于加工半精加工和精加工高硬度、高强度钢及冷硬铸铁等材料人造金刚石、立方氮化硼等刀具材料三、刀具几何形状1. 三个辅助平面① 基面：过主刀刃上一点,与该点切削速度方向相垂直的平面。

② 切削平面：过主刀刃上一点,与该点加工表面相切的平面③ 主剖面：过主刀刃上一点,与主刀刃在基面上的投影相垂直的平面dwdmnf切削平面主剖面g0a0krKr’2. 刀具的主要标注角度1> 前角〔g0前刀面和基面之间的夹角在主剖面内度量2后角〔a0主后刀面和切削平面之间的夹角在主剖面内度量3主偏角〔kr4副偏角〔kr’5刃倾角〔lS主切削刃与基面之间的夹角在切削平面内度量3. 刀具的工作角度4. 刀具的结构形式1焊接式车刀；2机加重磨式车刀；3机加可转位式车刀四、刀具角度对加工过程的影响1. 前角〔g0作用：① 减小切屑的变形；② 减小前刀面与切屑之间的摩擦力所以：g0 ：a .减小切削力和切削热；b .减小刀具的磨损；c .提高工件的加工精度和表面质量选择：加工塑性材料和精加工—取大前角 加工脆性材料和粗加工—取小前角前角〔g0可正、可负、也可以为零高速钢车削碳钢：g0=200~300；硬质合金车削碳钢：g0=100~2002. 后角〔 a0作用：减小工件加工表面与主后刀面之间的摩擦力所以：a0 ：a .减小切削力和切削热；b .减小刀具的磨损；c .提高工件的加工精度和表面质量。

选择：加工塑性材料和精加工—取大后角g0a0加工脆性材料和粗加工—取小后角后角〔 a0只能是正的精加工： a0= 80~120粗加工： a0= 40~803 . 主偏角〔kr作用：改善切削条件,提高刀具寿命减小kr：使切削条件得到改善,提高了刀具寿命选择：系统刚性好：取较小的kr100~300、450系统刚性差：取较大的kr600、750、9004 . 副偏角〔kr’作用：最终形成已加工表面Kr’ ：使已加工表面残留密集的高度减小,降低工件的表面粗糙度选择：在不产生振动的前提下,取小值5 . 刃倾角〔 lS作用：① 影响切削刃的锋利程度；②影响切屑流出方向；③影响刀头强度和散热条件；④影响切削力的大小和方向选择：精加工：取 正〔+lS 粗加工：可取零或负〔 lS =0、- lS3 金属切削过程金属材料在刀具的作用下变形、分离的过程一、切屑的形成过程及切屑的种类450AMBOFMAFOB1. 切屑的形成过程与切屑变形oMLcacLchac h切屑的变形程度用变形系数x表示x = Lc/Lch=ac h/ac>1影响切屑变形的因素：① 刀具角度：γζ② 切削速度：νζ③ 材料塑性：δζ④ 刀具与切屑之间的摩擦系数 ζ 。

2. 切屑的种类1> 带状切屑特征：内表面光滑,外表面呈毛茸状形成条件：塑性材料、速度中等、较大的g0 、较小的f 和ap2> 节状切屑特征：内表面有时有裂纹,外表面呈锯齿状形成条件：中等硬度的塑性材料、速度较低、较小的g0 、较小的f 和ap3> 崩碎状切屑特征：不规则的碎块状形成条件：脆性材料二、积屑瘤在一定的切削速度下切削塑性材料时,常发现在刀具前刀面上靠近刀刃的部位粘附着一小块很硬的金属—称为积屑瘤oM滞留层1. 积屑瘤的形成1> 积屑瘤的形成过程2> 积屑瘤的形成条件：① 工件材料：塑性材料；② 切削速度：中等〔10~50m/min,温度约300℃；③ 刀具角度： g0 偏小；④ 冷却条件：不加切削液2. 积屑瘤对加工过程的影响有利：① 使 g0 增大,使切削过程变得轻快② 可代替主刀刃和前刀面进行切削,保护刀具所以：粗加工时可以利用不利：① 积屑瘤不稳定,易引起振动,使 Ra 增大② 会引起ap的变化,使加工精度降低所以：精加工时应尽量避免3. 积屑瘤的抑制① 利用切削液；② 控制切削速度；③ 加大刀具前度 g0 ；④ 对工件进行正火、调质处理,降低 d、akoMF弹、塑F摩1F摩2三、切削力和切削功率1. 切削力刀具切削工件时作用在刀具或工件上的力。

1> 切削力的构成① 材料的弹性变形和塑性抗力；② 切屑、工件表面与刀具的摩擦力2> 切削力的分解将总切削力Fr沿速度方向、轴向和径向三个相互垂直的发现分解为Fz、Fx、FyFrFzFxFyFX、Y① 主切削力〔切向分力Fz是Fr在切削速度方向上的分力主切削力占总切削力的80%~90%,消耗的功率占总功率的95%以上是计算机床动力及主要传动零件强度和刚度的依据② 进给抗力〔轴向分力Fx是Fr在进给方向上的分力消耗的功率仅占总功率的1~5%是设计和计算进给机构零件强度和刚度的依据③ 切深抗力〔径向分力Fy是Fr在切削深度方向上的分力3> 影响切削力的因素① 切削用量：ap 、f 增大, Fr越大②工件材料：材料的强度、硬度越高,塑性韧性越好,Fr越大③ 刀具角度： 增大 g0 ,Fr 减小；增大kr ,Fy减小、Fz增大④ 冷却条件：加切削液,Fr 减小4> 切削力的估算生产中常用单位切削力p 估算切削力的大小单位切削力—切削单位面积所需要的切削力单位：N/MM2〔N2. 切削功率〔Pm〔W〔W四、切削热和切削。