《机械制造技术基础 教学课件 ppt 作者 王茂元 第二章 金属切削的基本知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械制造技术基础 教学课件 ppt 作者 王茂元 第二章 金属切削的基本知识（69页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 金属切削的基本知识,第二章 金属切削的基本知识,第一节 刀具的几何角度及切削要素 第二节 刀 具 材 料 第三节 金属切削过程 第四节 提高切削效益的途径,第一节 刀具的几何角度及切削要素,一、切削运动 在机床上为了切除工件上多余的金属，以获得形状精度、尺寸精度、位置精度和表面质量都符合要求的工件，刀具与工件之间必须作相对运动，即切削运动。,图2-1 切削运动 a) 车削 b) 铣削 c) 钻削,第一节 刀具的几何角度及切削要素,1.主运动 2.进给运动 3.合成切削运动 二、工件的表面 在切削加工过程中，工件上的金属层不断地被刀具切除而变为切屑，同时在工件上形成新的表面。,图2-2
2、工件的表面,第一节 刀具的几何角度及切削要素,(1) 待加工表面 工件上有待切除的表面称为待加工表面。 (2) 已加工表面 工件上经刀具切削后产生的新表面称为已加工表面。 (3) 过渡表面(加工表面) 切削刃正在切削的表面称为过渡表面，它是待加工表面与已加工表面的连接表面。 三、刀具切削部分的几何角度 金属切削刀具种类繁多、形状各异，但刀具切削部分的组成都有共同点，车刀的切削部分可看作是各种刀具切削部分最基本的形态。 (一) 车刀的组成,第一节 刀具的几何角度及切削要素,图2-3 车刀切削部分的构成,(1) 前刀面A 切屑流出时经过的刀面称为前刀面。,第一节 刀具的几何角度及切削要素,(2)
3、后刀面A 与过渡表面相对的刀面称为后刀面(也称主后刀面)。 (3) 副后刀面A 与已加工表面相对的刀面称为副后刀面。 (4) 主切削刃S 前刀面与主后刀面的交线称为主切削刃。 (5) 副切削刃S 前刀面与副后刀面的交线称为副切削刃。 (6) 刀尖 刀尖是主、副切削刃的连接部位，或者是主、副切削刃的交点。,图2-4 刀尖的结构 a) 尖刀尖 b) 修圆刀尖 c) 倒角刀尖,第一节 刀具的几何角度及切削要素,(二) 刀具的正交平面静止参考系 (1) 假定运动条件 以切削刃选定点位于工件中心时的主运动方向作为假定主运动方向；以切削刃选定点的进给运动方向，作为假定进给运动方向，一般不考虑进给运动大小的
4、影响，即假设进给量f=0。 (2) 假定安装条件 假定车刀安装绝对正确，即安装车刀时应使刀尖与工件中心等高，车刀刀杆对称面垂直于工件轴线。 (1) 基面pr 通过切削刃选定点垂直于假定主运动方向的平面称为基面。 (2) 切削平面ps：通过切削刃选定点，与主切削刃相切并垂直于基面的平面称为切削平面。,第一节 刀具的几何角度及切削要素,图2-5 正交平面静止参考系坐标平面,第一节 刀具的几何角度及切削要素,图2-6 正交平面静止参考系标注的角度,1.参考系的建立,第一节 刀具的几何角度及切削要素,2.角度的标注 (1) 主偏角r 基面中测量的主切削刃与假定进给运动方向之间的夹角称为主偏角。 (2)
5、 刃倾角s 切削平面中测量的主切削刃与过刀尖所作基面之间的夹角称为刃倾角。 (3) 前角o 正交平面中测量的前刀面与基面之间的夹角称为前角。 (4) 后角o 正交平面中测量的后刀面与切削平面之间的夹角称为后角。 (5) 副偏角r 基面中测量的副切削刃与假定进给运动方向之间的夹角称为副偏角。,第一节 刀具的几何角度及切削要素,(6) 副后角o 副正交平面中测量的副后刀面与副切削平面之间的夹角称为副后角。,图2-7 车刀角度正负的规定方法 a) 前、后角 b) 刃倾角,第一节 刀具的几何角度及切削要素,(7) 楔角o：正交平面中测量的前、后刀面之间的夹角称为楔角。 (8) 刀尖角r：基面中测量的主
6、、副切削刃之间的夹角称为刀尖角。 3.角度正负的规定 四、切削要素 切削要素分为两大类切削用量要素和切削层要素。 (一) 切削用量要素 1.切削速度vc,2.进给量f,第一节 刀具的几何角度及切削要素,3.背吃刀量ap,第一节 刀具的几何角度及切削要素,图2-8 切削用量 a) 车外圆 b) 车端面 c) 切槽,第一节 刀具的几何角度及切削要素,(二) 切削层公称横截面要素,图2-9 车外圆时切削层参数 a) 直线刃时 b) 曲线刃时,第一节 刀具的几何角度及切削要素,(1) 切削层公称厚度hD 切削层公称厚度是指切削刃两瞬时位置过渡表面间的距离。 (2) 切削层公称宽度bD 切削层公称宽度是
7、指沿过渡表面测量的切削层尺寸。 (3) 切削层公称横截面面积AD 切削层公称横截面面积是指切削层横截面的面积。,第二节 刀 具 材 料,一、刀具材料应具备的性能 1.高硬度 2.高耐磨性 3.足够的强度与韧性 4.高耐热性 5.良好的工艺性 二、刀具材料的种类 刀具切削部分材料主要有工具钢(碳素工具钢和合金工具钢)、高速钢、硬质合金、陶瓷材料和超硬刀具材料等，它们的主要物理力学性能见表21。,第二节 刀 具 材 料,表2-1 各类刀具材料的物理力学性能,第二节 刀 具 材 料,(一) 高速钢 1.普通高速钢 2.高性能高速钢 (1) 高碳高速钢 碳的质量分数提高到0.9%1.05%，使钢中的合
8、金元素全部形成碳化物，从而提高钢的硬度、耐磨性和耐热性，但其强度和韧性略有下降，典型牌号为95W18Cr4V。 (2) 高钒高速钢 钒的质量分数提高到3%5%，其典型牌号为W6Mo5Cr4V3。 (3) 钴高速钢 在高速钢中加入钴，从而提高了高速钢的高温硬度和抗氧化能力，其典型牌号为W2Mo9Cr4VCo8，它有良好的综合性能，用于切削高温合金、不锈钢等难加工材料，其效果很好。,第二节 刀 具 材 料,(4) 铝高速钢 铝高速钢是我国独创的新型高速钢，它是在普通高速钢中加入少量的铝，从而提高了高速钢的耐热性和耐磨性，有良好的综合性能。,表2-2 高速钢的牌号及主要力学性能,(二) 硬质合金 1
9、.钨钴类硬质合金(YG) 2.钨钛钴类硬质合金(YT),第二节 刀 具 材 料,表2-3 常用硬质合金种类、牌号、化学成分及主要性能,3.钨钽(铌)钴类硬质合金(YA),第二节 刀 具 材 料,4.钨钛钽(铌)钴类硬质合金(YW) 5.碳化钛基类硬质合金(YN) (三) 其他刀具材料 1.陶瓷 2.金钢石 3.立方氮化硼 三、刀具材料的表面涂层 刀具材料的韧性和硬度一般不能兼顾，故一般刀具材料的寿命主要是受磨损的影响，近年来采用了表面涂层处理的方法，妥善解决了这一问题。,第三节 金属切削过程,一、变形系数、切屑与积屑瘤 (一) 变形系数和切屑的类型 1.变形系数,图2-10 切削变形,第三节
10、金属切削过程,2.切屑的类型 (1) 带状切屑 外形呈带状，底面光滑，背面无明显裂纹，呈微小锯齿形。 (2) 节状切屑 切屑底面较光滑，背面局部裂开成节状。 (3) 粒状切屑 切屑沿厚度断裂为均匀的颗粒状。 (4) 崩碎切屑 切削脆性金属如铸铁、青铜时，切削层几乎不经过塑性变形就产生脆性崩裂，从而使切屑呈不规则的细粒状。,表2-4 影响切屑形态的因素及其对切削力的影响,第三节 金属切削过程,(二) 积屑瘤 1.积屑瘤的概念,图2-11 积屑瘤,2.积屑瘤的产生与成长 3.积屑瘤的脱落与消失 4.积屑瘤的作用,第三节 金属切削过程,5.减小或避免积屑瘤的措施 1) 避免采用产生积屑瘤的速度进行切
11、削(见图2-12)，即宜采用低速或高速切削，但低速加,图2-12 积屑瘤高度与切削 速度的关系,第三节 金属切削过程,2) 采用大前角刀具切削，以减少刀具与切屑间的接触压力。 3) 降低工件材料的塑性，提高工件的硬度，减少加工硬化倾向。 4) 其他措施，诸如减小进给量，减小前刀面的表面粗糙度值，合理使用切削液等。 二、切削力 切削过程中作用在刀具与工件上的力称为切削力，作用在工件上的力与作用在刀具上的力大小相等、方向相反。 1.切削力的来源 2.切削力的分解,第三节 金属切削过程,图2-13 外圆车削时力的分解,第三节 金属切削过程,图2-14 车削力在平面图上的表示,(1) 主切削力Fc 切
12、削力在主运动方向上的分力。,第三节 金属切削过程,(2) 背向力Fp 切削力在垂直于假定工作平面方向上的分力。 (3) 进给力Ff 切削力在进给运动方向上的分力。 3.切削力的计算 4.影响切削力的因素 5.切削功率 三、切削热与切削温度 在切削过程中产生的另一个重要物理现象是切削热与切削温度。 1.切削热 2.切削温度 3.影响切削温度的因素 四、刀具磨损与刀具使用寿命 切削过程中，刀具是在高温高压下工作的。,第三节 金属切削过程,(一) 刀具磨损 1.刀具磨损的形式 (1) 前刀面磨损 切削塑性材料时，若切削厚度较大，在刀具前刀面刃口后方会出现月牙洼形的磨损现象(见图2-15a)，月牙洼处
13、是切削温度最高的地方。,图2-15 刀具磨损 a) 前、后刀面磨损 b) 磨损量的表示,第三节 金属切削过程,(2) 后刀面磨损 指磨损的部位主要发生在后刀面。 (3) 前、后刀面同时磨损 当切削塑性金属时，如果切削厚度适中，则经常会发生前刀面与后刀面同时磨损的磨损形式。 2.刀具磨损过程,图2-16 刀具后刀面磨损过程,第三节 金属切削过程,(1) 初期磨损阶段(图示AB阶段) 在刀具开始切削的短时间内磨损较快。 (2) 正常磨损阶段(图示BC阶段) 随着切削时间的增加，磨损量以较均匀的速度加大。 (3) 急剧磨损阶段(图示CD阶段) 当刀具磨损量达到某一数值后，磨损急剧加速，继而刀具损坏。
14、 3.刀具磨钝标准(磨损限度) 1) 当后刀面B区磨损带是正常磨损形式时，后刀面磨损带的平均宽度VB=0.3mm。 2) 当后刀面B区磨损带不是正常磨损形式时，如划伤、崩刃等，后刀面磨损带的最大宽度VBmax=0.6mm。 3) 月牙洼深度KT=0.06+0.3f。,第三节 金属切削过程,(二) 刀具使用寿命 1.刀具使用寿命的概念 2.影响刀具使用寿命的因素 (1) 切削速度对刀具使用寿命的影响 提高切削速度vc，会使切削温度增高，刀具磨损加剧，从而使刀具使用寿命T降低。 (2) 进给量与背吃刀量的影响 f和ap增大，均使刀具使用寿命T降低，但f增大后，使切削温度升高较多，故对T影响较大；而
15、p增大，使切削温度升高较少，故对T影响较小。 (3) 刀具几何参数 合理选择刀具几何参数能提高刀具使用寿命。 (4) 工件材料 工件材料的强度、硬度和韧性越高，延伸率越小，均能使切削时切削温度升高，刀具使用寿命降低。,第三节 金属切削过程,(5) 刀具材料 刀具材料是影响刀具使用寿命的重要因素，合理选用刀具材料、采用涂层刀具材料和使用新型刀具材料，是提高刀具使用寿命的有效途径。,第四节 提高切削效益的途径,一、改善工件材料的切削加工性 工件材料的切削加工性是指在一定切削条件下，工件材料被切削加工的难易程度。 (一) 衡量工件材料切削加工性的指标,表2-5 相对切削加工性及其分级,(二) 改善工
16、件材料切削加工性的措施 1.选择易切钢,第四节 提高切削效益的途径,2.进行适当的热处理 3.合理选择刀具材料 4.加工方法的选择 二、切削液的合理选择 合理地使用切削液，可以改善切削条件，减少刀具磨损，提高已加工表面质量，这也是提高金属切削效益的有效途径之一。 (一) 切削液的作用 1.冷却作用 2.润滑作用 3.清洗与防锈作用 (二) 切削液的种类 1.水溶性切削液,第四节 提高切削效益的途径,(1) 水溶液 水溶液是以水为主要成分并加入防锈添加剂的切削液。 (2) 乳化液 乳化液是乳化油加95%98%水稀释而成的一种切削液，乳化油由矿物油、乳化剂配制而成。 (3) 化学合成液 化学合成液是由水、各种表面活性剂和化学添加剂组成，具有良好的冷却、润滑、清洗和防锈性能。 2.油溶性切削液 (1) 切削油 切削油是以矿物油为主要成分并加入一定的添加剂而构成的切削液。 (2) 极压切削油 切削油中加入了硫、氯、磷等极压添加剂后，能显著提高润滑效果和冷却作用，尤以硫化油应用较广泛。 3.固体润滑剂,第四节 提高切削效益的途径,(三) 切削液的合理选
