金屬材料成形基礎(chǔ)+第5章.ppt

1、金屬材料成形基礎(chǔ),主講 徐曉峰,第五章 金屬切削加工 基礎(chǔ)知識,1 切削運(yùn)動(dòng)與切削要素,2 金屬切削刀具,3 金屬切削過程,4 材料的切削加工性,第五章 金屬切削加工 基礎(chǔ)知識,一、切削加工,用刀具從金屬材料（毛坯）上切去多余的金屬層，獲得幾何形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量都符合要求的零件的生產(chǎn)方法。,二、零件的加工質(zhì)量,1. 加工精度,尺寸精度：,形狀精度：,位置精度：,IT01、IT0IT6、IT7、IT8IT18,圓柱度、平面度、圓度等,平行度、垂直度、同軸度等,2. 表面質(zhì)量,表面粗糙度：,表面加工硬化的程度和深度,表面殘余應(yīng)力的大小和性質(zhì),Ra,1 切削運(yùn)動(dòng)與切削要素,一、零件表面的形成,

2、平面、外圓面、內(nèi)圓面（孔）、錐面、曲面（成形面）,二、切削運(yùn)動(dòng),為了形成零件表面形狀，刀具與工件之間的相對運(yùn)動(dòng)。,1. 主運(yùn)動(dòng)：,切下切屑最主要的運(yùn)動(dòng)。,特點(diǎn)：,在整個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中 速度最高、消耗的功率最大。主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)。,2. 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：,使金屬層不斷投入切削，加工出完整表面所需的運(yùn)動(dòng)。,特點(diǎn)：,速度低、消耗的功率小。有一個(gè)或多個(gè)。,3. 零件上的三個(gè)表面,已加工表面,加工表面,待加工表面,n,f,三、切削要素,1. 切削用量三要素,1）切削速度（vc）,m/s,在單位時(shí)間內(nèi)，工件或刀具沿主運(yùn)動(dòng)方向的相對位移。,dw,dm,旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：,（m/s）,往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)：,（m/s）,2）進(jìn)給量（f）

3、 （mm）,在單位時(shí)間內(nèi)（主運(yùn)動(dòng)的一個(gè)循環(huán)內(nèi)），刀具或工件沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的相對位移。,單位時(shí)間的進(jìn)給量 進(jìn)給速度（vf）,（mm/s）,3）背吃刀量（ap）,（mm）,（mm）,2. 切削層幾何參數(shù),切削層 指工件上正在被切削刃切削的那一層金屬。,即兩個(gè)相鄰加工表面之間的那一層金屬。,1,2,f,ap,Kr,f,ap,Kr,1)切削厚度（ac） （mm）,兩相鄰加工表面之間的垂直距離。,ac,（mm）,2)切削寬度（aw） （mm）,沿主刀刃度量的切削層的長度。,aw,（mm）,3)切削面積（AC） （mm2）,（mm2）,2 金屬切削刀具,一、刀具的組成,切削部分（刀頭）,夾持部分（刀體）,

4、前刀面：,主后刀面：,副后刀面：,主刀刃,副刀刃,刀尖,切屑流出所經(jīng)過的表面。,刀具上與工件的加工表面相對的表面。,刀具上與工件的已加工表面相對的表面。,夾持部分（刀體）,切削部分（刀頭）,前刀面,主后刀面,副后刀面,主刀刃,副刀刃,刀尖,二、刀具材料,1. 對刀具材料的基本要求, 較高的硬度。,一般要求在 HRC 60以上。, 有足夠的強(qiáng)度和韌性。, 有較好的耐磨性。, 較高的耐熱性。, 有較好的工藝性。,2. 常用刀具材料, 碳素工具鋼,C= 0.71.4%；T8、T10、T10A、T12等,HRC6165,特點(diǎn),a. 淬火后硬度高；,HRC6165,b. 價(jià)格低；,.耐熱溫度低；,.淬火

5、后應(yīng)力、變形大。,250300,應(yīng)用：速度低、形狀簡單的手動(dòng)工具。如銼刀、鋸條等。, 合金工具鋼,Me5% ； 9SiCr、CrWMn等。,HRC6168,耐熱溫度 350400,應(yīng)用：速度低、形狀復(fù)雜的工具。如絞刀、板牙、絲錐等。, 高速鋼,高合金鋼。,W=620%；Cr=3.84.4%；V=1.04%,HRC6269,耐熱溫度 600,V=2030（m/min）,應(yīng)用：各種形狀復(fù)雜的刀具。 如鉆頭、銑刀、拉刀、齒輪刀具和其他成形刀具。, 硬質(zhì)合金,碳化物+粘結(jié)劑粉末冶金,碳化物：WC、TiC、TaC、NbC,粘結(jié)劑：Co,HRC7684,耐熱溫度 1000,允許的切削速度是高速鋼的410倍

6、。, 鎢鈷類（YG）：WC+Co,韌性好、硬度低，切削韌性材料時(shí)耐磨性較差。,適于加工鑄鐵、青銅等脆性材料和粗加工。, 鎢鈷鈦類（YT）：WC+TiC+Co,硬度高、耐磨性好、耐熱性好，但韌性較差 。,適于加工韌性材料和精加工。, 陶瓷材料,主要成分是Al2O3,HRC9394,耐熱溫度 12001450,主要用于加工半精加工和精加工高硬度、高強(qiáng)度鋼及冷硬鑄鐵等材料。,人造金剛石、立方氮化硼等刀具材料,三、刀具幾何形狀,1. 三個(gè)輔助平面, 基面,過主刀刃上一點(diǎn)，與該點(diǎn)切削速度方向相垂直的平面。, 切削平面,過主刀刃上一點(diǎn)，與該點(diǎn)加工表面相切的平面。,切削平面, 主剖面,主剖面,過主刀刃上一點(diǎn)

7、，與主刀刃在基面上的投影相垂直的平面。,2. 刀具的主要標(biāo)注角度,1) 前角（0）,前刀面和基面之間的夾角。,在主剖面內(nèi)度量。,0,2）后角（0）,主后刀面和切削平面之間的夾角。,在主剖面內(nèi)度量。,0,3）主偏角（kr）,4）副偏角（kr）,kr,Kr,5）刃傾角（S）,主切削刃與基面之間的夾角。,在切削平面內(nèi)度量,3. 刀具的工作角度,4. 刀具的結(jié)構(gòu)形式,1）焊接式車刀,2）機(jī)加重磨式車刀,3）機(jī)加可轉(zhuǎn)位式車刀,四、刀具角度對加工過程的影響,1. 前角（0）,作用, 減小切屑的變形；, 減小前刀面與切屑之間的摩擦力。,所以,a .減小切削力和切削熱；,b .減小刀具的磨損；,c .提高工件

8、的加工精度和表面質(zhì)量。,0,選擇：,前角（0）可正、可負(fù)、也可以為零。,高速鋼車削碳鋼： 0=200300,硬質(zhì)合金車削碳鋼： 0=100200,2. 后角（ 0）,作用：,減小工件加工表面與主后刀面之間的摩擦力。,所以,a .減小切削力和切削熱；,b .減小刀具的磨損；,c .提高工件的加工精度和表面質(zhì)量。,0,選擇：,后角（ 0）只能是正的。,精加工： 0= 80120,粗加工： 0= 4080,3 . 主偏角（kr）,改善切削條件，提高刀具壽命。,作用：,選擇,系統(tǒng)剛性好：取較小的kr。100300、450。,系統(tǒng)剛性差：取較大的kr。600、750、900。,4 . 副偏角（kr）,最

9、終形成已加工表面。,作用：,選擇：在不產(chǎn)生振動(dòng)的前提下，取小值。,Kr：使已加工表面殘留密集的高度減小，降低工件的表面粗糙度。,5 . 刃傾角（ S ）,作用, 影響切削刃的鋒利程度；,影響切屑流出方向；,影響刀頭強(qiáng)度和散熱條件；,影響切削力的大小和方向。,選擇：,粗加工：可取零或負(fù)（ S =0、- S ）,精加工：取 正（+S ）,3 金屬切削過程,金屬材料在刀具的作用下變形、分離的過程。,一、切屑的形成過程及切屑的種類,1. 切屑的形成過程與切屑變形,F,450,O,M,A,B,F,O,M,A,B,Lc,ac,Lch,ac h,切屑的變形程度用變形系數(shù)表示。, = Lc/Lch=ac h/

10、ac1,影響切屑變形的因素：, 刀具角度：, 切削速度：, 材料塑性：, 刀具與切屑之間的摩擦系數(shù) ， 。,2. 切屑的種類,1) 帶狀切屑,特征：內(nèi)表面光滑，外表面呈毛茸狀。,形成條件：塑性材料、速度中等、較大的0 、較小的f 和ap。,2) 節(jié)狀切屑,特征：內(nèi)表面有時(shí)有裂紋，外表面呈鋸齒狀。,形成條件：中等硬度的塑性材料、速度較低、較小的0 、較小的f 和ap。,3) 崩碎狀切屑,特征：不規(guī)則的碎塊狀。,形成條件：脆性材料。,二、積屑瘤,在一定的切削速度下切削塑性材料時(shí)，常發(fā)現(xiàn)在刀具前刀面 上靠近刀刃的部位粘附著一小塊很硬的金屬稱為積屑瘤。,1. 積屑瘤的形成,1) 積屑瘤的形成過程,2)

11、 積屑瘤的形成條件, 工件材料：塑性材料；, 切削速度：中等（1050m/min），溫度約300；, 刀具角度： 0 偏?。? 冷卻條件：不加切削液。,2. 積屑瘤對加工過程的影響,有利, 使 0 增大，使切削過程變得輕快。, 可代替主刀刃和前刀面進(jìn)行切削，保護(hù)刀具。,所以：粗加工時(shí)可以利用。,3. 積屑瘤的抑制,不利, 積屑瘤不穩(wěn)定，易引起振動(dòng)，使 Ra 增大。, 會引起ap的變化，使加工精度降低。,所以：精加工時(shí)應(yīng)盡量避免。, 利用切削液；, 控制切削速度；, 加大刀具前度 0 ；, 對工件進(jìn)行正火、調(diào)質(zhì)處理，降低 、ak。,三、切削力和切削功率,1. 切削力,1) 切削力的構(gòu)成, 材料的

12、彈性變形和塑性抗力；, 切屑、工件表面與刀具的摩擦力。,2) 切削力的分解,刀具切削工件時(shí)作用在刀具或工件上的力。,將Fr沿速度方向、軸向和徑向三個(gè)相互垂直的發(fā)現(xiàn)分解為Fz、Fx、Fy。,F彈、塑,F摩1,F摩2,Fr, 主切削力（切向分力）Fz,Fz,是Fr在切削速度方向上的分力。,主切削力占總切削力的80%90%，消耗的功率占總功率的95%以上。是計(jì)算機(jī)床動(dòng)力及主要傳動(dòng)零件強(qiáng)度和剛度的依據(jù)。, 進(jìn)給抗力（軸向分力）Fx,Fx,是Fr在進(jìn)給方向上的分力。,消耗的功率僅占總功率的15%。是設(shè)計(jì)和計(jì)算進(jìn)給機(jī)構(gòu)零件強(qiáng)度和剛度的依據(jù)。, 切深抗力（徑向分力）Fy,是Fr在切削深度方向上的分力。,Fy

13、,FX、Y,3) 影響切削力的因素,工件材料：材料的強(qiáng)度、硬度越高，塑性韌性越好，F(xiàn)r越大。, 切削用量：ap 、f 增大， Fr越大。, 刀具角度： 增大 0 ，F(xiàn)r 減??；增大kr ，F(xiàn)y減小、Fz增大。, 冷卻條件：加切削液，F(xiàn)r 減小。,4) 切削力的估算,生產(chǎn)中常用單位切削力p 估算切削力的大小。,單位切削力切削單位面積所需要的切削力。,單位：N/MM2,（N）,2. 切削功率（Pm）,（W）,（W）,四、切削熱和切削溫度,1. 切削熱的來源與傳散,1) 切削熱的來源,a . 切屑變形所產(chǎn)生的熱；,b . 切屑與前刀面之間的摩擦；,c . 工件與后刀面之間的摩擦。,切屑：,介質(zhì)：,工

14、件：,刀具：,5080%,1%,4010%,93%,2) 切削熱的傳散,2. 切削溫度及其影響因素,切削溫度 切削區(qū)的平均溫度。,切削區(qū) 切屑、工件、刀具相接觸的區(qū)域。,影響切削溫度的因素：, 工件材料：材料的強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性越好， 切削溫度越高；材料的導(dǎo)熱性愈好，切削溫度愈低。, 刀具, 冷卻條件：加切削液，切削溫度降低。,刀具角度： 增大 0 ，切削溫度降低；減小kr 、kr，切削溫度降低。,刀具材料：導(dǎo)熱性愈好，切削溫度愈低。, 切削用量： 、 、 愈大，切削溫度愈高。但 的影響 最大 、 次之、 最小。,3. 切削液,在切削過程中，正確的選擇和使用切削液。對降低切削溫度、減小

15、刀具磨損，提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)量有著重要的意義。,1) 切削液的作用,a . 冷卻作用：,b . 潤滑作用：,c . 洗滌與排屑作用：,d . 防銹作用：,2) 切削液的種類, 乳化液：乳化油+水；呈乳白色。應(yīng)用最廣泛。, 切削油：礦物油；潤滑作用。, 水溶液：水+防銹劑等；呈透明狀。,3) 切削液的選用,粗加工：以冷卻為主。,如水溶液、低濃度的乳化液等。,精加工：以潤滑為主。,高濃度的乳化液、切削油等。,五、刀具磨損和刀具耐用度,1. 刀具磨損,1) 刀具磨損形式, 后刀面磨損：,VB,這種磨損一般發(fā)生在切削脆性材料或以較小的切 削厚度（ac0.1mm）切削塑性材料的條件下。, 前刀面磨損：,

16、KT,這種磨損一般發(fā)生在以較大的切削厚度（ac0.5mm）切削塑性材料的條件下。, 前后刀面同時(shí)磨損：,這種磨損一般發(fā)生在以中等切削厚（ac=0.10.5mm）切削塑性材料的條件下。,由于多數(shù)情況下，后刀面都有磨損，它的磨損對加工質(zhì)量的影響較大，而且測量相對方便，所以一般都用后刀面的磨損高度VB來表示刀具的磨損程度。,2) 刀具的磨損過程,VB,t,O,A,B,C, 初期磨損階段(OA) :,磨合階段, 正常磨損階段(AB) :, 急劇磨損階段(BC) :,所以：應(yīng)在刀具正常磨損階段后期，急劇磨損階段之前刃磨刀具。,判斷刀具鈍化的方法：, 觀察法：, 測定（限定）刀具后刀面的磨損高度VB：,精

17、加工：VB = 0.10.3mm,粗加工,粗車中碳鋼：VB = 0.60.8mm,粗車合金鋼：VB = 0.40.5mm,但VB的測量,a.須經(jīng)驗(yàn)豐富；,b.影響生產(chǎn)率。,所以：在數(shù)控機(jī)車、加工中心得到廣泛應(yīng)用。, 規(guī)定刀具使用時(shí)間：, 刀具耐用度。,2. 刀具耐用度（T）,指刀具由開始切削到磨鈍為止的實(shí)際切削總時(shí)間。,刀具在兩次刃磨之間的實(shí)際切削總時(shí)間。,如粗加工：,硬質(zhì)合金車刀：T = 60min,高速鋼鉆頭：T = 60120min,3.影響刀具磨損與刀具耐用度的因素, 切削用量： 、 、 愈大， 刀具磨損加劇。但 的影響最大 、 次之、 最小。, 工件材料：材料的強(qiáng)度、硬度越高，溫度越

18、高；材料的 導(dǎo)熱性愈差，刀具磨損愈快，降低刀具耐用度。, 刀具, 冷卻條件：合理使用切削液，可降低切削溫度降低、減小 摩擦，提高刀具耐用度。,刀具角度： 增大 0 、0，可減小切屑變形、減 小摩擦，從而減小刀具磨損，提高刀具耐用度。,b.刀具材料：耐磨性、耐熱性愈好，刀具耐用度愈高。,4 材料的切削加工性,材料的切削加工性是指材料被切削加工的難易程度。,一、衡量材料切削加工性的指標(biāo),2.相對加工性 kr,1.一定刀具耐用度下的切削速度,當(dāng)?shù)毒叩哪陀枚葹門時(shí)，切削某種材料所允許的切削速度。,材料的切削加工性越好。,若T = 60min，則,若把45鋼的 作為基準(zhǔn)，寫為,材料具有良好的切削加工性。,材料的切削加工性較差。,常用材料的切削加工性分為八級,P27，表1-11,3.已加工表面質(zhì)量,5.切削力,4.切屑的控制或斷屑的難易,凡較容易獲得好的表面質(zhì)量的材料，其切削加工性較好； 反之則較差。精加工時(shí)，常以此為衡量指標(biāo)。,凡切屑較容易控制或易于斷屑的材料，其切削加工性較好； 反之則較差。在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上加工時(shí)，常以此為衡 量指標(biāo)。,在相同切削條件下，凡切削力較小的材料，其切削 加工性較好