級(jí)制造技術(shù)—01第一章金屬切削基礎(chǔ)1.ppt

機(jī)械制造,小故事 兩個(gè)人在樹林里過夜，早上樹林里突然跑出一頭大狗熊，其中一個(gè)人忙著穿球鞋；另一個(gè)人對(duì)他說：“你把球鞋穿上有什么用?我們反正跑不過狗熊。”忙著穿球鞋的人說：“我不是要跑過狗熊，而是要跑過你?！?三、切削刀具幾何參數(shù),二、第一章 切削運(yùn)動(dòng)與切削用量,一、生產(chǎn)與制造,目錄,第零章 緒論 第一章 金屬切削基礎(chǔ),一、 生產(chǎn)與生產(chǎn)過程 二、機(jī)械制造與機(jī)械制造業(yè),第零章 緒論,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.1 切削運(yùn)動(dòng)和切削用量,1.1.1 切削時(shí)工件上的表面,1. 待加工表面 2. 已加工表面 3. 過渡表面,1. 待加工表面,工件上多余金屬即將被切除的表面。隨著切削的進(jìn)行逐漸減小，直至多余金屬被切完。,第一章 金屬切削基礎(chǔ),第一章 金屬切削基礎(chǔ),2. 已加工表面,工件上多余金屬被切除后形成的新表面。,3. 過渡表面,工件上多余金屬被切除過程中，待加工表面與已加工表面之間相連接表面，或刀刃正在切削著的表面。,第一章 金屬切削基礎(chǔ),外圓車削時(shí)切削運(yùn)動(dòng)及工件上三表面,平面刨削的切削運(yùn)動(dòng)及工件上三表面,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.1.2 切削運(yùn)動(dòng),主運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 合成運(yùn)動(dòng),1.主運(yùn)動(dòng)：使刀具與工件產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以切除工件上多余金屬的基本運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)速度最高，消耗功率最大。如車削中工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、鉆削中鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、刨削中的刀具的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)等。,注： (1) 主運(yùn)動(dòng)可為刀具，也可為工件； (2) 主運(yùn)動(dòng)可是直線運(yùn)動(dòng)，也可旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； (3) 切削加工中，主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)。,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.1.2 切削運(yùn)動(dòng),主運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 合成運(yùn)動(dòng),2. 進(jìn)給運(yùn)動(dòng),與主運(yùn)動(dòng)配合使切除多余金屬連續(xù)進(jìn)行，形成已加工表面的運(yùn)動(dòng)。如車削中車刀的縱向或徑向運(yùn)動(dòng)、鉆削中鉆頭的直線運(yùn)動(dòng)、刨削中工件的間歇直線運(yùn)動(dòng)。,注意： （1）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是一個(gè)或幾個(gè)； （2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可是直線運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或兩者的組合； （3）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可由刀具或工件完成。,合成運(yùn)動(dòng)是主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的合成。,3. 合成運(yùn)動(dòng),第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.1.2 切削運(yùn)動(dòng),主運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 合成運(yùn)動(dòng),車外圓與車端面,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.1.2 切削運(yùn)動(dòng),主運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 合成運(yùn)動(dòng),切斷槽與鏜內(nèi)孔,刨平面,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.1.2 切削運(yùn)動(dòng),主運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 合成運(yùn)動(dòng),銑削加工中的切削運(yùn)動(dòng),第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.1.2 切削運(yùn)動(dòng),主運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 合成運(yùn)動(dòng),孔加工,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.1.2 切削運(yùn)動(dòng),主運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 合成運(yùn)動(dòng),磨削加工,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.1.2 切削運(yùn)動(dòng),主運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 合成運(yùn)動(dòng),1. 車削 主運(yùn)動(dòng)：工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：刀具 2. 鉆削 主運(yùn)動(dòng)：刀具(鉆頭) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：刀具(鉆頭) 3. 銑削 主運(yùn)動(dòng)：刀具 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：工件,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.1.3 切削用量三要素,切削速度 進(jìn)給量 背吃刀量,1. 切削速度v,式中：dw工件最大直徑(mm)； nw工件主運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速(r/s或r/min)。,刀刃選定點(diǎn)相對(duì)工件的主運(yùn)動(dòng)線速度。即工件待加工表面的最大直徑的線速度。其計(jì)算式為：,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.1.3 切削用量三要素,切削速度 進(jìn)給量 背吃刀量,2. 進(jìn)給量 f,主運(yùn)動(dòng)每一轉(zhuǎn)工件與刀具沿進(jìn)給方向的位移量 f (mm/r) 單位時(shí)間相對(duì)位移量叫進(jìn)給速度vf。 vf=fn (mm/s或mm/min)。 對(duì)于多齒刀具的每齒進(jìn)給量 fz=f/Z (mm/z或毫米/齒)。Z刀具齒數(shù)。 顯然有： vf=fn=fzZn (mm/s或mm/min),第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.1.3 切削用量三要素,切削速度 進(jìn)給量 背吃刀量,3. 背吃刀量ap,對(duì)外圓車削而言，它是待加工表面與已加工表面之間的垂直距離。即,式中：dw待加工面直徑； dm已加工表面直徑。,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.2 金屬切削刀具幾何參數(shù),刀具種類繁多、形狀各異，但其切削部分具有相同的特征，以普通外圓車刀為例來分析其幾何參數(shù)。,1.2.1 刀具切削部分結(jié)構(gòu)要素,三個(gè)刀面 二個(gè)刀刃 一個(gè)刀尖,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.2.1 刀具切削部分結(jié)構(gòu)要素,三個(gè)刀面 二個(gè)刀刃 一個(gè)刀尖,三個(gè)刀面,前刀面（A）：切屑沿其流出的刀面 主后刀面（A）：與工件過渡表面相對(duì)著的刀面 副后刀面（A）：與工件上已加工表面相對(duì)著的刀面,兩個(gè)刀刃,主切削刃S：前刀面與主后刀面相交部位，承擔(dān)主要的切削作用。 副切削刃S：前刀面與副后刀面相交部位，協(xié)助主刀刃切除多余金屬形成已加工表面。,一個(gè)刀尖,刀尖：主刀刃與副刀刃相交部位。,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.2.2 刀具切削角度的參考平面,刀具要從工件上切除金屬，就必須具有一定的切削角度及幾何形狀。 這些角度決定了刀具各切削部分要素（刀面、刀刃、刀尖）的空間位置，它們是在相應(yīng)的參考平面為基礎(chǔ)的條件下測(cè)量的。,標(biāo)注角度 工作角度,標(biāo)注角度：在刀具標(biāo)注參考系中確定的切削刃與刀面的方位角。 是制造、刀磨和檢查刀具所需要的角度。 注：刀具標(biāo)注角度是不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)而定義的。,刀具的工作角度刀具在工作狀態(tài)下的角度，即考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和實(shí)際裝刀狀態(tài)定義的刀具幾何角度。,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.2.2 刀具切削角度的參考平面,刀具標(biāo)注角度參考系,正交平面參考系(Pr 、Ps 、Po ) 法平面參考系(Pr 、 Ps 、Pn ) 背平面和假定工作平面參考系(Pp 、Pf 、Pr ),正交平面參考系,1.基面Pr 通過刀具切削刃上選定點(diǎn)，垂直于主運(yùn)動(dòng)方向的平面。,2切削平面Ps,通過刀刃上選定點(diǎn)，與切削刃相切并垂直于Pr的平面。,3正交平面Po,通過刀刃上選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于Pr和Ps的平面。,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.2.2 刀具切削角度的參考平面,刀具標(biāo)注角度參考系,正交平面參考系(Pr 、Ps 、Po ) 法平面參考系(Pr 、 Ps 、Pn ) 背平面和假定工作平面參考系(Pp 、Pf 、Pr ),正交平面參考系,1.基面Pr,2切削平面Ps,3正交平面Po,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.2.3 刀具的標(biāo)注角度,在正交平面參考系中刀具的標(biāo)注角度 （l）在基面Pr內(nèi)能夠標(biāo)注的角度,主偏角Kr主刀刃在基面上的投影與進(jìn)給方向之間的夾角； 副偏角Kr副刀刃在基面上的投影與進(jìn)給方向之間的夾角； 刀尖角r主、副刀刃在基面上的投影之間的夾角；,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.2.3 刀具的標(biāo)注角度,在正交平面參考系中刀具的標(biāo)注角度 （2）在正交平面Po內(nèi)能夠標(biāo)注的角度,前角o前刀面與基面之間的夾角。 有正、負(fù)之分。前刀面在基面下面，前角為正，反之為負(fù)。 主后角o主后刀面與切削平面之間的夾角。 刀楔角o前刀面與主后刀面之間的夾角。 顯然，o=90-(o+o),第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.2.3 刀具的標(biāo)注角度,在正交平面參考系中刀具的標(biāo)注角度 （3）在切削平面Po內(nèi)能夠標(biāo)注的角度,刃傾角s主刀刃與基面之間的夾角。 s有正、負(fù)之分，刀尖是刀刃最高點(diǎn)時(shí)，s為正，反之為負(fù)。 副后角o在副刀刃選定點(diǎn)的副正交剖面 Po內(nèi)，副后刀面與副切削平面 Ps之間的夾角。,小 結(jié),切削運(yùn)動(dòng)與切削用量 刀具的幾何參數(shù),作業(yè)： 教材：P28:1-1；1-3,第一章 金屬切削基礎(chǔ),第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.3 切削層參數(shù)與切削方式,1.3.1 切削層參數(shù),切削層：在切削過程中，刀具或工件沿進(jìn)給方向移動(dòng)一個(gè)f 時(shí)所切下的金屬層在基面內(nèi)的截形。 切削層大小與形狀直接決定切削部分承受切削力的大小和切下切屑的形狀和大小。,切削厚度ac、切削寬度aw、切削面積Ac,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.3 切削層參數(shù)與切削方式,1.3.1 切削層參數(shù),（1）切削厚度ac 垂直過渡表面度量的切削層尺寸。 外圓縱車時(shí)有： ac = f sin kr,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.3 切削層參數(shù)與切削方式,1.3.1 切削層參數(shù),（2）切削寬度aw 沿過渡表面度量的切削層尺寸。刀具為直線刃時(shí)：aw = ap / sinkr 刀刃為曲線刃時(shí)，各點(diǎn) Kr 不相同，故切削厚度不相同。,（3）切削面積Ac 切削層在基面內(nèi)的截面面積。 Ac = aw . a c,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.3 切削層參數(shù)與切削方式,1.3.2 切削方式,(1) 直角切削與斜角切削,直角切削，正交切削 直角切削刀刃垂直于合成切削運(yùn)動(dòng)方向的切削方式，s=0。切屑流出方面在刀刃法平面內(nèi)。 斜角切削刀刃不垂直于合成切削運(yùn)動(dòng)方向。s0 切屑流出方向不在法平面內(nèi)。,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.3 切削層參數(shù)與切削方式,1.3.2 切削方式,(2) 自由切削與非自由切削,自由切削只有一條直線刀刃參與的切削方式。特點(diǎn)：刀刃上各點(diǎn)切削流出方向一致，且金屬變形在二維平面內(nèi)。 非自由切削方式曲線刀刃或兩條或兩條以上刀刃參與切削的切削方式。,直角自由切削方式既是直角切削方式，又是自由切削方式。,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.4 刀具材料,1.4.1、刀具材料應(yīng)具備的性能,刀具材料的基本要求 刀具材料需滿足一些基本要求 ：,（1）高硬度,（2）高強(qiáng)度與強(qiáng)韌性,（3）較強(qiáng)的耐磨性和耐熱性,（4）優(yōu)良導(dǎo)熱性,（5）良好的工藝性與經(jīng)濟(jì)性,刀具材料耐熱性是衡量刀具切削性能的主要標(biāo)志 ，通常用高溫下保持高硬度的性能來衡量，也稱熱硬性,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.4 刀具材料,（1）高硬度,刀具是從工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度。 刀具材料最低硬度應(yīng)在60HRC以上。 對(duì)于碳素工具鋼材料，在室溫條件下硬度應(yīng)在62HRC以上；高速鋼硬度為63HRC70HRC；硬質(zhì)合金刀具硬度為89HRC93HRC。,1.4.1、刀具材料應(yīng)具備的性能,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.4 刀具材料,1.4.1、刀具材料應(yīng)具備的性能,（2）高強(qiáng)度與強(qiáng)韌性,刀具材料在切削時(shí)受到很大的切削力與沖擊力。 如車削45鋼，在背吃刀量ap4，進(jìn)給量f 0.5/r的條件下，刀片所承受的切削力達(dá)到4000N，可見，刀具材料必須具有較高的強(qiáng)度和較強(qiáng)的韌性。 一般刀具材料的韌性用沖擊韌度aK(P10)表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力。,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.4 刀具材料,（3）高耐磨性和耐熱性,1.4.1、刀具材料應(yīng)具備的性能,A、刀具耐磨性是刀具抵抗磨損能力。 一般刀具硬度越高，耐磨性越好。 刀具金相組織中硬質(zhì)點(diǎn)（如碳化物、氮化物等）越多，顆粒越小，分布越均勻，則刀具耐磨性越好。 B、刀具材料耐熱性是衡量刀具切削性能的主要標(biāo)志，通常用高溫下保持高硬度的性能來衡量，也稱熱硬性。 刀具材料高溫硬度越高，則耐熱性越好，在高溫抗塑性變形能力、抗磨損能力越強(qiáng)。,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.4 刀具材料,1.4.1、刀具材料應(yīng)具備的性能,（4）優(yōu)良導(dǎo)熱性,刀具導(dǎo)熱性好，表示切削產(chǎn)生的熱量容易傳導(dǎo)出去，降低了刀具切削部分溫度，減少刀具磨損。 刀具材料導(dǎo)熱性好，其抗耐熱沖擊和抗熱裂紋性能也強(qiáng)。,（5）良好的工藝性與經(jīng)濟(jì)性,刀具不但要有良好的切削性能，本身還應(yīng)該易于制造，這要求刀具材料有較好的工藝性，如鍛造、熱處理、焊接、磨削、高溫塑性變形等功能。 經(jīng)濟(jì)性也是刀具材料的重要指標(biāo)之一，選擇刀具時(shí)，要考慮經(jīng)濟(jì)效果，以降低生產(chǎn)成本。,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.4 刀具材料,1.4.2、刀具材料的種類,1高速鋼 (什么是高速鋼，它的力學(xué)性能如何？) （1）概念： 高速鋼是一種含有鎢、鉬、鉻、釩等合金元素較多的工具鋼 （2）性質(zhì)： 、高速鋼具有良好的熱穩(wěn)定性 、高速鋼具有較高強(qiáng)度和韌性 、高速鋼具有一定的硬度(6370HRC)和耐磨性,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.4 刀具材料,1.4.2、刀具材料的種類,、高性能高速鋼 優(yōu)點(diǎn)：具有較強(qiáng)的耐熱性，刀具耐用度是普通高速鋼的1.53倍 。 缺點(diǎn)：強(qiáng)度與韌性較普通高速鋼低，高釩高速鋼磨削加工性差。 適合加工的零件：奧氏體不銹鋼、高溫合金、鈦合金、超高強(qiáng)度鋼等難加工材料。,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.4 刀具材料,1.4.2、刀具材料的種類,、粉末冶金高速鋼,優(yōu)點(diǎn)：無(wú)碳化物偏析，提高鋼的強(qiáng)度、韌性和硬度，硬度值達(dá)6970HRC； 保證材料各向同性，減小熱處理內(nèi)應(yīng)力和變形； 磨削加工性好，磨削效率比熔煉高速鋼提高23倍； 耐磨性好。 適于制造切削難加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滾刀和插齒刀），精密刀具和磨加工量大的復(fù)雜刀具。,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.4 刀具材料,1.4.2、刀具材料的種類,2.硬質(zhì)合金 （1）硬質(zhì)合金組成 硬質(zhì)合金是由難熔金屬碳化物和金屬粘結(jié)劑經(jīng)粉末冶金方法制成。 （2）硬質(zhì)合金的性能特點(diǎn) 硬質(zhì)合金優(yōu)點(diǎn)：硬質(zhì)合金中高熔點(diǎn)、高硬度碳化物含量高，熱熔性好 ,熱硬性好，切削速度高。 硬質(zhì)合金缺點(diǎn)：脆性大，抗彎強(qiáng)度和抗沖擊韌性不強(qiáng)。抗彎強(qiáng)度只有高速鋼的1/31/2，沖擊韌性只有高速鋼的1/41/35。 硬質(zhì)合金力學(xué)性能：主要由組成硬質(zhì)合金碳化物的種類、數(shù)量、粉末顆粒的粗細(xì)和粘化劑的含量決定。,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.4 刀具材料,1.4.2、刀具材料的種類,（3）普通硬質(zhì)合金的種類、牌號(hào)及適用范圍 按其化學(xué)成分的不同可分為 ： 鎢鈷類（WC+Co）（合金代號(hào)為YG，對(duì)應(yīng)于國(guó)標(biāo)K類 ） 合金鈷含量越高，韌性越好，適于粗加工； 鈷含量低，適于精加工。,鎢鈦鈷類 鎢鈦鈷類（WC+TiC+Co）（合金代號(hào)為YT，對(duì)應(yīng)于國(guó)標(biāo)P類 ） 此類合金有較高的硬度和耐熱性，主要用于加工切屑成呈狀的鋼件等塑性材料。 合金中TiC含量高，則耐磨性和耐熱性提高，但強(qiáng)度降低 粗加工一般選擇TiC含量少的牌號(hào)，精加工選擇TiC含量多的牌號(hào)。,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.4 刀具材料,1.4.2、刀具材料的種類,、鎢鈦鉭（鈮）鈷類 鎢鈦鉭（鈮）鈷類（WC+TiC+TaC（Nb）+Co）（合金代號(hào)為YW，對(duì)應(yīng)于國(guó)標(biāo)M類） 適用于加工冷硬鑄鐵、有色金屬及合金半精加工，也能用于高錳鋼、淬火鋼、合金鋼及耐熱合金鋼的半精加工和精加工。,碳化鈦基類（WC+TiC+Ni+Mo）合金代號(hào)YN，對(duì)應(yīng)于國(guó)標(biāo)P01類。 用于精加工和半精加工，對(duì)于大長(zhǎng)零件且加工精度較高的零件尤其適合，但不適于有沖擊載荷的粗加工和低速切削。,第一章 金屬切削基礎(chǔ),1.4 刀具材料,1.4.2、刀具材料的種類,3陶瓷刀具 （1）材料組成：主要由硬度和熔點(diǎn)都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物組成，另外還有少量的金屬碳化物、氧化物等添加劑，通過粉末冶金工藝方法制粉，再壓