金属切削的基础知识.ppt

《金属切削的基础知识.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属切削的基础知识.ppt（161页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第五篇 切削加工,切削加工用切削刀具，在工具（刀具）与工件的相对运动中，切除工件上的多余材料，得到预想的工件形状、尺寸和表面质量的加工方法。 分机加工和钳工，机加工是工人操作机床完成，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。 目前绝大多数零件的质量还要靠切削加工的方法来保证。,金属切削的基础知识,第一章,典型表面加工分析,精密加工和特种加工简介,常用加工方法综述,金属切削机床的基本知识,第三章,第四章,第五章,第二章,一、零件表面的形成及切削运动,1-1 切削运动及切削要素,1主运动 主要完成切削的动，消耗功率最多，一种 加工主运动只有一个

2、。（ ）； 2进给运动使切削加工保持连续进行，一种加工可以 有一种（或以上）的进给运动。（ ） （进 给运动可以是连续的也可以是间歇的） 实际的切削运动是一个合成运动。合成切削速度： 是矢量和。,二、切削用量,切削速度Vc 选定点的主运动速度（m/s或m/min）,车削时一般算工件最大切削直径处的线速 度。 2 进给量f刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，车削时为（mm/r）；刨削时为（mm/str），其 他切削加工也可以用进给速度 （mm/s、mm/min、 m/min），和每齿进给量（mm/z）来衡量。 3 背吃刀量ap（切削深度） 垂直与进给速度方向测量的切削层最大尺寸（mm）。,三、

3、切削层参数（如上页图） 1切削厚度hD垂直与切削刃的方向上度量的切削层 截面的尺寸。（mm） 2切削宽度bD沿切削刃方向度量的切削层截面的尺 寸。(mm) 3切削面积AD给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面 里的横截面积。( ),一、刀具材料 1.对刀具材料的基本要求 （1）高硬度 刀具材料的硬度必须高，一般其常温硬度要求在 62HRC以上。 （2）足够的强度和韧度 以承受很大的切削力、冲击与振动。 （3）高耐磨性 以抵抗切削过程中的剧烈磨损，保持刀刃锋利。 一般情况，材料的硬度愈高，耐磨性愈好。 （4）高的耐热性 刀具材料应在高温下仍能保持较高硬度，又 称为红硬性或热硬性。（常用刀具材料的耐热性

4、见图13， 耐热性是衡量刀具材料性能的主要指标，它基本上决定了 刀具允许的切削速度。） （5）良好的工艺性 以便于刀具制造，具体包括锻造、轧制、 焊接、切削加工、磨削加工和热处理性能等。,12 刀具材料及刀具结构,图13常用刀具材料的耐热性,2.常用刀具材料,3其他新型刀具材料简介 高硬度、高强度、高韧性、高耐热性等难加工材料的不断增多，要 求刀具材料也不断改进与创新，而且新材料的引入和原有材料的改 进是刀具改革的根本方向。 （1）高速钢的改进:添加新元素，提高其硬度和耐热性（如 加Al）;或细化其晶粒，消除碳化物偏析。 （2）硬质合金的改进 ：添加合金成分（如TaC或NbC）来细化其晶粒，

5、提高其强度和韧性；或采用涂层刀片（涂TiC或TiN），提高其表 层的耐磨性。 （3）人造金刚石：硬度极高，可制成刀具或砂轮 ，可加工硬质合金、 陶瓷、玻璃和有色金属及其合金，但不宜加工铁族金属。 （4）立方氮化硼（CBN）：高硬度、耐热、稳定性都高于金刚石。能加 工铁族金属，但较脆。,二、刀具角度 以车刀为例说明刀具的切削部分的结构要素和几何角度。 1刀具切削部分的组成 外圆车刀由三个刀面，两条切削刃和一个刀 尖组成（图14）。 （1）前刀面刀具上切屑流过的表面（ ）。 （2）后刀面刀具上与过渡表面相对的是主后刀面( )。与已加 工表面相对的是副后刀面( )。 （3）切削刃前刀面与主后刀面相交

6、形成的交线称为主切削刃 （ ），它完成主要的切削工作。前刀面与副后刀面相交形成的 是副切削刃( ) 它完成部分的切削工作并最终形成己加工表面 （4）刀尖主、副切削刃的连接部位。,图14 外圆车刀,2车刀切削部分的主要角度 （1）刀具静止参考系选定适当组合的基准坐标平面作 为参考系。用于定义刀具设计、制造、刃磨和测量时 几何参数的参考系，称为刀具静止参考系。 基面过切削刃选定点，垂直于该点假定主运动 方向的平面（Pr）； 切削平面过切削刃选定点，与切削刃相切，并 垂直于基面的平面，主切削平面（Ps）， 副切削平面（Ps）； 正交平面过切削刃选定点，并同时垂直于基面 和切削平面的平面（Po）； 假

7、定工作平面过切削刃选定点，垂直于基面并 平行于假定进给运动方向的平面（Pf）。,3. 车刀的主要角度,为确定刀具的主要角度，须建立三个相互垂直的 参考平面构 成的静止参考系。,(1) 建立车刀静止参考系,基面,切削平面,正交平面,1) 基面,通过切削刃选定点的平面，它平行刀具安装的一个平面，其方位要垂直于主运动方向。,2) 切削平面,通过切削刃选定点并同时垂直于基面的平面。,正交平面,切削平面,基面,3) 正交平面,通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。,前角0,基面投影线,前刀面投影线,在正交平面内测量，前刀面与基面之间的夹角。,1)前角0,(2) 车刀切削部分的主要角度,前角越

8、大,刀刃越锋利,在-50250内选取， 粗加工取小，精取大,已加工表面质量越好,主切削刃强度越低， 易崩刃,切削平面投影线,主后刀面投影线,后角0,在正交平面内测量，主后刀面与切削平面之间的夹角。,2) 后角0,作用：,减小后刀面与已加工表面之间的摩擦; 它和前角一样影响刃口的强度和锋利程度。,后角应在60120内选取; 粗加工取小，精加工取大。,3) 主偏角r,主切削平面与假定工作平面之间的夹角。,主偏角r,主偏角r 减小，主切削刃参加切削的长度增加，刀具磨损减慢，但作用于工件的径向力会增加。,常用刀具的主偏角r 有450、600、750、900。,4) 副偏角r,副切削平面与假定工作平面之

9、间的夹角。,副偏角可减小副切削刃与工件已加工表面之间的摩 擦，减小已加工表面的粗糙度。,副偏角一般为50150,副偏角r,基面投影线,主切削刃,刃倾角s,刀尖为切削刃最高点时为正， 反之为负。,刃倾角一般 50 50,5) 刃倾角s,在切削平面中测量，主切削刃与基面的夹角。,刃倾角可控制切屑流出方向和刀头强度。,（2）车刀的主要标注角度及选择要点在车刀设计、制造、刃磨和测量时，必须确定的角度。 前角o前刀面与基面之间的夹角。增大前角，使主切削刃锋利，减小切削力和切削热。但前角过大，刀刃很脆弱，易产生崩刃。前角有正与负（如图）的区分。 后角o主后刀面与切削平面之间的夹角。后角的主要作用是减少刀具

10、后刀面与工件表面间的摩擦和后刀面的磨损，并配合前角影响切削刃的锋利和强度。 主偏角 r主切削刃和假定进给方向在基面（Pr）上投影的夹角。主偏角的大小影响切屑断面形状和切削分力的大小。有时主偏角也根据工件加工形状来定。, 副偏角r副切削刃和假定进给的相反方向在基面Pr上投影的夹角。副偏角的主要作用是减少副切削刃与工件已加工表面的摩擦，减少刀具磨损和防止切削时产生振动。减小副偏角可减小切削残留面积，降低己加工表面的粗糙度（如图） 刃倾角s在主切削平面（Ps）里测量的主切削刃与基面间的夹角。它与前角类似，也有正、负和零值之分（如图）。刃倾角主要影响刀头的强度、切削分力和排屑方向。 选择刀具几何角度时

11、，应遵循“锐字当先，锐中求固”原则。即将刀具锋利放在第一位，同时保证刀具有一定的强固。国内外先进刀具在角度的变革方面，大致有“三大一小”的趋势，即采用大的前角、刃倾角和主偏角，采用小的后角。,（3）车刀的工作角度是在工作参考系中定义的角度。 刀尖安装高低的影响 车外圆时若刀尖高于工件的回转轴线 （图110a），则工作前角oeo，工作后角oeo；若刀尖低时（图110c）则反之。, 刀杆中心线安装偏斜的影响 当刀杆中心线与进给方向不垂直时，工作主偏角r和工作副偏角r将发生变化（见下左图）。右下图是横向进给对前角和后角的影响 进给运动对工作角度的影响 通常进给量不大时，角度的变化常可忽略，但在快速切

12、断和车丝杆、蜗杆和多头螺纹时，必须考虑进给运动对工作角度的变化。,三、刀具结构 车刀按结构分类，有整体式、焊接式、机夹式和可转位式四种型式（见图）。 （它们的特点与常用场合见表12。）,表12 车刀结构类型、特点与用途,13 金属切削过程,一、切屑的形成及种类 （一）切屑的形成过程 切削区划分为三个变形区，如图： 第变形区：主要发生塑性材料的剪切滑移变形。金属材料的变形程度、切削力、切削热的大小和切屑形态等，主要决定于 该区的状况。在切削速度较大时，该区就逐渐变窄成一个面 （图中 OM面），通常OM面的位置就反映了金属变形程度。 2 第变形区：发生刀具前刀 面的磨损和积屑瘤现象。 3第变形区：

13、影响刀具后刀 面的磨损以及已加工表面的 质量（包括加工硬化、表面 纤维化等）。,（二）切屑的种类,工件材料的塑性不同、刀具的前角不同或采用不同的切削用量等，会形成不同类型的切屑，同时也反映了对切削加工的不同影响。常见的切屑种类有以下几种（见图） 1带状切屑：其特征是连绵不断，底部很光滑。这时切削力稳定，加工表面较光洁。精加工时出现这种切屑较为理想，但必须采取断屑措施。 2挤裂切屑：切屑的背面呈锯齿形，底面有时出现裂纹，这时表明材料的剪切滑移量较大，使切屑材料局部地方加工硬化严重，达到了断裂强度。此时切削力波动较大，已加工表面粗糙度大，粗加工时才允许出现。,3崩碎切屑： 切屑为不规则的碎块状，这

14、时工件已加工表面凹凸不平。已加工表面质量差。在切削铸铁和黄铜等脆性材料时会产生。,二、积屑瘤,（一）积屑瘤的现象 在一定条件下切削塑性金属时，常发现刀具前刀 面靠近切削刃的部位，粘附着一小块很硬的金属，这就是积屑 瘤，或称刀瘤。,（二）积屑瘤的形成 切屑与刀具在第变形区发生强烈的挤压和擦， 切屑底面金属的流动速度变慢而形成 “滞流层”，在适当的温度 和压力作用下，前刀面对滞流层的摩擦力和粘结力 超过切屑材料的内部分子结合 力时，部分滞流层金属会粘结 在刀刃附近，形成积屑瘤。积 屑瘤是不稳定的，它不断地产 生、长大和破裂，或被切屑带 走，或嵌附在工件表面上。,（三）积屑瘤在切削过程中的作用,1积

15、屑瘤的硬度比工件材料高，能代替切削刃进行切削，保护刀刃以减少磨损；此外积屑瘤增大了刀具实际工作前角，使切削轻快，所以粗加工时可以利用积屑瘤。 2积屑瘤的顶端伸出刀刃之外，且不断地产生与脱落，使切削层公称厚度不断变化，影响工件尺寸精度。 3切削力的变化又会引起振动，加上一些积屑瘤碎片会粘附在已加工表面上，增加工件表面粗糙度。因此，精加工时应当避免积屑瘤产生。,（四）影响积屑瘤的主要因素及防止方法,1首先可控制切削速度，因为切削速度与摩擦系数、切削温度关系密切，从而影响积屑瘤的产生和大小。当切削速度很低，以及切削速度很高时，都不会产生积屑瘤。因此，精车和精铣一般采用高速切削，而铰削、拉削、宽刀精刨和精车丝杆、涡轮等情况，则采用低速加工，以避免积屑瘤的影响。 2降低工件材料的塑性（如低碳钢、不锈钢等正火后切削）。 3增大刀具前角和选用适当的切削液等，都是有效地减少或避免积屑瘤的重要措施。,三、切削力 （一）切削力的来源与分解,刀具切削工件时，必须首先克服材料的变形抗力，主要是第变形区的剪切滑移抗力，加上第、第变形区的摩擦阻力，这些力的合力就构成了作用在刀具上的总切削力F。 实际加工中，总切削力的方向和大小的测定既不容易也没有必要。为了适应设计和