制造技术5章金属切削加工技术讲稿

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1、课程名称： 制造技术及发展上课时间： 周三 9-10节（1-15周）上课地点： 桃西楼 202答疑时间： 每周五晚7：00 9：00答疑地点： 15号楼404室机械系办公室任课教师： 刘军电 话： 63554632（办）、13015524951办 公 室： 15号楼404机械系办公室考核形式：平时（20%，上课+作业等）+考试(80%)考试时间、地点：教务处安排（从网上查看）,制造技术及发展,主讲： 刘 军教材：自编、讲义班级：临班0632（135人）学时：30,Zhizao Jishu ji Fazhan,制造技术及发展,1 制造技术与制造系统 2机械工程材料及热处理 3 机械设计技术 4

2、材料成型制造技术 5 金属切削加工技术 6 特种加工技术,使用切削工具（包括刀具、磨具和磨料），在工具和工件之间的相对运动中，从毛坯或半成品上切去多余的金属，以获得所需要的几何形状、尺寸精度和表面质量的零件，这种加工方法叫金属切削加工，也叫冷加工。,5 金属切削加工技术,2011年4月13日第7次课14学时,金属切削加工方式很多，一般可分为分机加工和钳工，机加工是工人操作机床完成，有车削加工、铣削加工、钻削加工、镗削加工、刨削加工、磨削加工、齿轮加工等，这是我们主要研究的。钳工是工人用手持工具来加工的，在某些场合下，钳工加工还是非常经济和方便的。 切削加工的主要特点是：工件精度高、生产率高及适

3、应性好，凡是要求具有,一定几何尺寸精度和表面粗糙度的零件，通常都采用切削加工方法来制造。目前绝大多数零件的质量还要靠切削加工的方法来保证。 金属切削加工虽有多种不同的形式，但在很多方面，如切削运动、切削工具以及切削过程的物理实质等都有着共同的现象和规律。这些现象和规律是学习各种切削加工方法的共同基础。,机器零件的形状虽很多，但分析起来，主要由下列几种表面组成，即外圆面、内圆面（孔）、平面和成形面。因此，只要能对这几种表面进行加工，就基本上能完成所有机器零件的加工。 外圆面和孔可认为是以某一直线为母线、以圆为轨迹作旋转运动所形成的表面。,5.1 切削运动及切削要素,5.1.1 零件表面的形成及切

4、削运动,平面是以一直线为母线、以另一直线为轨迹作平移运动所形成的表面。 成形面可认为是以曲线为母线、以圆或直线为轨迹作旋转或平移运动所形成的表面。 上述几种表面可分别用图5-1所示的相应的加工方法来获得。由图可知，要对这些表面进行加工，刀具与工件之间必须有一定的相对运动，即切削运动。,图5-1 零件不同表面加工时的切削运动,切削运动包括主运动（图中）和进给运动（图中）。主运动使刀具和工件之间产生相对运动，促使刀具前刀面接近工件而实现切削。它的速度很高，消耗功率最大。进给运动使刀具与工件之间产生附加的相对运动，与主运动配合，即可连续地切除切屑，获得具有所需几何特性的已加工表面。各种切削加工方法（

5、如车削、钻削、刨削、磨削和齿轮齿形加工,等）都是为了加工某种表面而发展起来的，因此也都有其特定的切削运动。如图5-2所示，切削运动有旋转的，也有直线的；有连续的，有间歇的。 切削时，实际的切削运动是一合成运动（图5-2），其方向是由合成切削速度 角确定的。,图5-2 切削运动,切削用量用来衡量切削运动量的大小。在一般的切削加工中，切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量三要素。 （1）切削速度vC。切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度，以vC表示，单位为 m/s 或 m/min。 若主运动为旋转运动，切削速度一般为其最大线速度，vC按下式计算：,5.1.2 切削用量,式中：d工件

6、或刀具的直径，mm ； n工件或刀具的转速，r/s或r/min。 若主运动为往复直线运动（如刨削、插削等），则常以其平均速度为切削速度，vC 按下式计算：,式中：L往复行程长度，mm; nr主运动每秒或每分钟的往复次数，st/s 或 st/min。 （2）进给量。刀具在进给运动方向上相对工件的位移量称为进给量。不同的加工方法，由于所用刀具和切削运动形式不同，进给量的表述和度量方法也不相同。 用单齿刀具（如车刀、刨刀等）加工时，进给量常用刀具或工件每转或每行,程，刀具在进给运动方向上相对工件的位移量来度量，称为每转进给量或每行程进给量，以 f 表示，单位为 mm/r 或 mm/st（图5-3）。

7、 用多齿刀具（如铣头、钻头等）加工时，进给运动的瞬时速度称进给速度，以vf 表示，单位为 mm/s 或 mm/min。刀具每转或每行程中每齿相对工件在进给运动方向上的位移量，称每齿进给量，以 fz 表,图5-3 车削时切削层尺寸,示，单位为mm/z。 fz、 f 、vf 之间有如下关系： vf = fn =fzzn mm/s 或 mm/min式中：n刀具或工件转速，r/s或 r/min； z刀具的齿数。 通常，切削加工中的主运动只有一个，而进给运动可以是一个或几个。,（3）背吃刀量ap 。在通过切削刃上选定点并垂直于该点主运动方向的切削层尺寸平面中，垂直于进给运动方向测量的切削层尺寸，称为背吃

8、刀量，以ap表示（图5-3），单位为mm。车外圆时，ap可用下式计算：式中：dw工件待加工表面（图5-3） 直径，mm； dm工件已加工表面直径，mm。,切削层是指切削过程中，由刀具切削部分的一个单一动作（如车削时工件转一圈，车刀主切削刃移动一段距离）所切除的工件材料层。它决定了切屑的尺寸及刀具切削部分的载荷。切削层的尺寸和形状，通常是在切屑层尺寸平面中测量的（图5-3）。,5.1.3 切削层参数,1）切削层公称横截面积AD。在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面积，单位为 mm2。 2）切削层公称宽度bD。在给定瞬间，作用主切削刃截形上两个极限点间的距离，在切削层尺寸平面中测量，单

9、位为mm。 3）切削层公称厚度hD。在同一瞬间的切削层公称横截面积与其公称宽度之比，单位为mm。,由定义可知 因AD不包括残留面积，而且在各种加工方法中AD与进给量和背吃刀量的关系不同，所以AD不等于 f 和 ap 的积。只有在车削加工中，当残留面积很小时才能近似地认为它们相等，即,切削过程中，直接完成切削工作的是刀具。无论哪种刀具，一般是由切削部分和夹持部分组成。夹持部分是用来将刀具夹持在机床上的部分，要求它能保证刀具正确的工作位置，传递所需要的运动和动力，并且夹固可靠，装卸方便。切削部分是刀具上直接参加切削工作的部分，刀具,5.2刀具材料及刀具构造,切削性能的优劣，取决于切削部分的材料、角

10、度和结构。 5.2.1 刀具材料 （1）对刀具材料的基本要求 刀具材料是指切削部分的材料。它在高温下工作，并要承受较大的压力、摩擦、冲击和振动等。因此应具备以下基本性能。,1）较高的硬度。刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，常温硬度一般应在60HRC以上。 2）足够的强度和韧度，以承受切削力、冲击和振动。 3）较好的耐磨性，以抵抗切削过程中的磨损，维持一定的切削时间。 4）较高的耐热性，以便在高温下仍能保持较高硬度，又称为红硬性或热硬性。,5）较好的工艺性，以便于制造各种刀具。工艺性包括锻造、轧制、焊接、切削加工、磨削加工和热处理性能等。 目前尚没有一种刀具材料能全面满足上述要求。因此，必须

11、了解常用刀具材料的性能和特点，以便根据工件材料的性能和切削要求，选用合适的刀具材料。同时，应进行新型刀具材料的研制。,（2）常用的刀具材料 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。 碳素工具钢是含碳量较高的优质钢（含碳量为0.7%1.2%，如T10A等），淬火后硬度较高、价廉，但耐热性较差（表5-1）。在碳素工具钢中加入少量的Cr、W、Mn、Si等元素，形成合金工具钢,表5-1 常用刀具材料,（如9SiCr等），可适当减少热处理变形和提高耐热性（表5-1）。由于这两种刀具材料的耐热性较低，常用来制造一些切削速度不高的手工工具，如锉刀、锯条、铰刀

12、等，较少用于制造其它工具。目前生产中应用最广的刀具材料是高速钢和硬质合金，而陶瓷刀具主要用于精加工。 1）高速钢。它是含W、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。它的耐热性、硬,度和耐磨性虽低于硬质合金，但强度和韧性高于硬质合金（表5-1），工艺性较硬质合金好，而且价格也比硬质合金低。普通高速钢如W18Cr4V是国内使用最普遍的刀具材料，广泛地用于制造各种形状较为复杂的各种刀具，如麻花钻、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其它成形刀具等。 2）硬质合金。它是以高硬度、高熔点的金属碳化物（WC、TiC）作基体，以金,属Co等作粘结剂，用粉末冶金的方制成的一种合金。它的硬度高、耐磨性好、耐热性高、允许的切削速度

13、比高速钢高数倍，但其强度和韧性均比高速钢低（表5-1），工艺性也不如高速钢。因此，硬质合金常制成各种型式的刀片，焊接或机械夹固在车刀、刨刀、端铣刀等的刀柄（刀体）上使用。国产的硬质合金般分为两大类：一类是由WC和Co组成的钨钴类（YG类，,相当于ISO标准的K类），一类是由WC、TiC和Co组成的钨钛钴类（YT类，相当于ISO标准的P类）。 YG类硬质合金塑性较好，但切削塑性材料时，耐磨性较差，因此它适于加工铸铁、青铜等脆性材料。常用的牌号有YG3、YG6、YG8等，其中数字表示Co含量的百分率。Co的含量少者，较脆、较耐磨。,YT类硬质合金比YG类硬度高、耐热性好，并且在切削韧性材料时较耐磨

14、，但韧性较小，适于加工钢件。常用的牌号有YT5、YTl5、YT30等，其中数字表示TiC含量的百分率。TiC的含量越多，韧性越小，而耐磨性和耐热性越高。 3）陶瓷材料。它的主要成分是A12O3。陶瓷刀片硬度高、耐磨性好、耐热性高（表5-1），允许用较高的切削速度，加之,A12O3的价格比较低廉，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。近十年来，各国先后研究成功“金属陶瓷”，如我国制成的AM、AMF、AMT、AMMC等牌号的金属陶瓷，其成分除AL2O3外，还含有各种金属元素，抗弯强度比普通陶瓷刀片高。,随着科学技术和工业的发展，出现了一些高强度、高硬度的难加工材料，需要性能更好的刀具，所以国内外对新型刀具材料进行了大量的研究和探索。 1）高速钢的改进。为了提高高速钢的硬度和耐热性，可在高速钢中增添新的元素。如我国制成的铝高速钢，即增添了铝,（3）其它新型刀具材料简介,等元素。它的硬度达到70HRC，耐热性超过600，属于高性能高速钢，又称超高速钢；也可以用粉末冶金法细化晶粒，消除碳化物的偏析，致使韧度大、硬度高，热处理时变形小，适于制造各种高精度的刀具。 2）硬质合金的改进。硬质合金的缺点是强度和韧度低，对冲击和振动敏感。改进的方法是增添合金元素和细化晶粒，例,