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1、机械制造技术基础,GDUT,*,1,第二章 制造工艺装备,本章为全书重点内容之一,*,2,第一节 金属切削刀具的基本知识,一.金属切削加工的基本概念 、切削运动与切削用量 金属切削加工是利用刀具从工件毛坯上切去一层多余的金属，从而使工件达到规定的几何形状、尺寸精度和表面质量的机械加工方法。 为了切除多余的金属，刀具和工件之间必须有相对运动，即切削运动。 切削运动可分为主运动和进给运动。 如图21和图22。,*,3,主运动：使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最近本运动。其速度最高，消耗功率最大。切削运动中，主运动只有一个. 进给运动：不断地把被切削层投入切削，以逐渐切削出整个工件表面的运动，为
2、进给运动。一般速度低，消耗功率小，可由一个或多个运动组成 与合成为切削运动,切削运动,*,4, 切削用量 （切削三要素） 切削速度: Vc=dn/1000(m/s) 进给量: f or Vf 背吃刀量: ap =(d w - d m )/2 (mm),三者的总称为切削用量,*,5,2.切削时的工件表面 待加工表面： 工件上即将被切除的表面 已加工表面：工件上经刀具切削后形成的表面 过渡表面（加工表面）：工件上被切削正在切削着的表面，它总在待加工表面和与加工表面之间,*,6,3.切削层参数 公称厚度hD：垂直于过渡表面测量的切削层的尺寸,相邻两过渡表面之间的距离。 hDfsinKr (mm) 公
3、称宽度bD：沿过渡表面测量的切削层尺寸。反应了切削刀刃参加切削的工作长度。 bDap/sinKr (mm) 公称横截面积：切削层在切削层尺寸平面内的实际横截面积。 ADhDbD fap (mm2),*,7,二 切削刀具的基本概念（刀具角度）,*,8,（一）刀具切削部分的组成（车刀）,*,9,(1)前面（前刀面):刀具上与切屑接触并相互作用的表面。切削流过的表面，以Ar 表示。 (2)主后面（主后刀面):刀具上与工件过渡表面接触并相互作用的表面。以A表示。,*,10,(3)副后面（副后刀面):刀具上与工件已加工表面接触并相互作用的表面。 (4)主切削刃:前刀面与主后刀面的交线，它完成主要的切削工
4、作。,*,11,(5)副切削刃:前刀面与副后刀面的交线，它配合主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面。 (6)刀尖:连接主切削刃和副切削刃的一段刀刃，它可以是小的直线段或圆弧,*,12,*,13,（二）定义刀具角度的参考系,基面Pr：通过主切削刃上选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。 切削平面Ps：通过主切削刃上选点点，与主切削刃相切，垂直于改点基面的平面。 正交平面P0：通过主切削刃上选定点，垂直于基面和切削平面的平面。 基面、切削平面和正交平面组成标注刀具角度的正交平面参考系。常用的参考系还有法平面、假定工作平面和背平面参考系。,*,14,（三）刀具的标注角度,(1)前角：在正交平面
5、内测量前刀面与基面之间的夹角，前角表示前刀面的倾斜程度，前脚的正负方向按图示规定表示。 (2)后角：在正交平面内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角，后角表示主后刀面的倾斜程度；后角一般为正值。 (3)主偏角：在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角，主偏角一般为正值；,*,15,(4)副偏角 在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角，副偏角一般为正值。 (5)刃倾角 在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。,*,16,刀具标注角度（小结）,前角0：在正交平面上度量，前刀面与基面间的夹角，数值有正、负。 后角0 ：在正交平面上度量，主后刀面与切削平面的夹角；
6、 主偏角r ：在基面上度量，主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。 副偏角r ：在基面上度量，副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。 刃倾角s：主刃基面之间的夹角（切削平面测量）,*,17,刀具的主要标注角度,*,18,（四）刀具的工作角度,*,19,a)刀具安装位置对工作角度的影响 当刀尖安装得高于或低于工件轴线时，刀具的工作前角和工作后角的变化情况 当车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂直时，刀具的工作主偏角和工作副偏角的变化情况,b)进给运动对工作角度的影响,*,20,*,21,刀尖安装得高于或低于工件轴线时的工作角度的情况,刀尖安装得高于或低于工件轴线时的工作角度,*,22,
7、当刀尖低于工件轴线时：工作前角变小，工作后角变大。,*,23,刀具工作角度的影响因素（小结）,刀具的工作角度： 切削过程中的实际基面、切削平面和正交平面为参考系所确定的刀具角度。 影响刀具工作角度因素： 横向进给运动（图2-9）；刀具安装高低（图2-11） ； 轴向进给运动（图2-10）；刀杆中心线偏移（图2-12） 。,*,24,三、刀具材料,*,25,1、刀具材料应具备的性能,*,26,2、高速钢(表2-1),含有较多钨、钼、铬、钒等元素的高合金工具钢； 具有较高的硬度（热处理硬度达HRC6267）和耐热性（切削温度可达550600）； 切速比碳素工具钢和合金工具钢高13倍(由此得名)，刀
8、具耐用度高1040倍，甚至更多； 可以加工从有色金属到高温合金的范围广泛的材料；,*,27,制造工艺简单，能锻造，容易磨出锋利的刀刃； 在复杂刀具（钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等）的制造中占有重要地位。 用途分：通用型高速钢和高性能高速钢 制造工艺分：熔炼高速钢和粉末冶金高速钢,*,28,3、硬质合金(表2-2),用高耐热性和高耐磨性的金属碳化物（碳化钨、碳化钛、碳化钽、碳化铌等）与金属粘结剂（钴、镍、钼等）在高温下烧结而成的粉末冶金制品。 硬度：HRA89-93，能耐850-1000C的高温，拥有良好的耐磨性，切速可达100300m/min，可加工包括淬硬钢在内的多种材料，应用非常广
9、泛。,*,29,硬质合金的抗弯强度低，冲击韧性差，刃口不锋利，较难加工，不易做成形状复杂的整体刀具。 常用的硬质合金有钨钴类（YG类）、钨钛钴类（YT类）和通用硬质合金（YW类）三类。,*,30,4、涂层刀具和其它刀具材料,涂层刀具：在韧性较好的硬质合金或高速钢刀具的基体上，涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属化合物。 涂层材料有：碳化钛、氮化钛、氧化铝（刚玉）等。 耐用度至少可提高13倍（硬质合金刀片），或210倍（高速钢）。加工材料的硬度愈高，涂层刀具效果愈好。,*,31,陶瓷材料：以氧化铝为主要成分，经压制成形后烧结而成 硬度可达HRA9195，在1200C时可保持HRA80的硬度； 摩擦系数小
10、，耐磨性好。 缺点：脆性大，抗弯强度和冲击韧性低。,*,32,四、刀具角度的选择,应当指出，刀具各角度之间是相互联系，相互影响的，孤立地选择某一角度并不能得到所希望的合理值。,*,33,1.选择前角,前角对切削的难易程度影响很大 优点：增大前角，使刀刃变得锋利，使切削更轻快，切屑变形减小，切削力和切削功率减小； 缺点：增大前角，刀刃和刀尖强度降低 ，散热体积变小 ，影响刀具寿命。对表面粗糙度，排、断屑等有一定的影响。,*,34,前角的合理选择： 主要取决于工件材料、刀具材料及加工要求。 工件材料强度、硬度较低时，取较大的前角，反之取较小的前角；加工塑性材料（如钢）选较大的前角，脆性材料（如铸铁
11、）选较小的前角。刀具材料韧性好（如高速钢），前角可选得大些，反之（如硬质合金）则前角应选得小一些。粗加工时，特别是断续切削时，应选用较小的前角，精加工时应选用较大前角。 硬质合金车刀的前角g0在520范围内选，高速钢刀具的前角应比硬质合金刀具大510，而陶瓷刀具的前角一般取515。,*,35,2.选择后角,后角的主要功用是减小后刀面与工件的摩擦和后刀面的磨损，其大小对刀具耐用度和加工表面质量都有很大影响。 合理后角的大小主要取决于：切削厚度（或进给量）、也与工件材料、工艺系统的刚性有关： 切削厚度越大，刀具后角越小； 工件材料越软，塑性越大，后角越大； 工艺系统刚性较差时，适当减小后角； 刀具
12、尺寸精度要求较高的刀具，后角宜取小值。 切削一般钢和铸铁时，车刀后角常选用46。,*,36,3.主偏角和副偏角,对刀具的耐用度有很大影响：减小主偏角和副偏角，可使刀尖角增大，刀尖强度提高，散热条件改善，可提高刀具耐用度。 减小主偏角和副偏角，可降低残留面积的高度，减小加工表面的粗糙度。,*,37,主偏角和副偏角还会影响各切削分力的大小和比例。车外圆时，增大主偏角，可使背向力FP明显减小，进给力Ff增大，有利于减小工艺系统的弹性变形和振动。 工艺系统刚性较好时 主偏角r取较小值，如3045 工艺系统刚性较差或强力切削时 取r =6075,*,38,4.选择刃倾角s,刃倾角s主要影响刀头的强度和切
13、削流动的方向。 加工一般钢材和铸铁时： 无冲击的粗车，取s =0 5； 无冲击的精车，取s =0 5； 有冲击负荷时，取s =515； 负荷冲击特别大时，取s =3045。 切削高强度钢、冷硬钢时，为提高刀头强度， 可取：s =30 10,*,39,附录：硬度的定义,*,40,1.布氏硬度（HB）,*,41,2.洛氏硬度（HR）,*,42,3.维氏硬度（HV）,*,43,常用车刀,*,44,孔加工工具,*,45,*,46,拉刀,*,47,*,48,Thank You !,GDUT,*,49,1、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。20.8.2120.8.21Friday, August 21
14、, 2020 2、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。20:47:3820:47:3820:478/21/2020 8:47:38 PM 3、越是没有本领的就越加自命不凡。20.8.2120:47:3820:47Aug-2021-Aug-20 4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。20:47:3820:47:3820:47Friday, August 21, 2020 5、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。20.8.2120.8.2120:47:3820:47:38August 21, 2020 6、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。2020年8月21日星期五下午8时
15、47分38秒20:47:3820.8.21 7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。2020年8月下午8时47分20.8.2120:47August 21, 2020 8、业余生活要有意义，不要越轨。2020年8月21日星期五8时47分38秒20:47:3821 August 2020 9、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。下午8时47分38秒下午8时47分20:47:3820.8.21 10、你要做多大的事情，就该承受多大的压力。8/21/2020 8:47:38 PM20:47:382020/8/21 11、自己要先看得起自己，别人才会看得起你。8/21/2020 8:47 PM8/21/2020 8:47 PM20.8.2120.8.21 12、这一秒不放弃，下一秒就会有希望。21-Aug-2021 August 202020.8.21 13、无论才能知识多么卓著，如果缺乏热情，则无异纸上画饼充饥，无补于事。Friday, August 21, 202021-Aug-2020.8.21 14、我只是自己不放过自己而已，现在我不会再逼自己眷恋了。20.8.2120:47:3821 August 202020:47,谢谢大家,
