3刀具材料金属切削过程.ppt

2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,1,第三讲 刀具材料，金属切削过程,机械制造技术基础,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,2,1 金属切削原理,本讲提要 1.2 刀具材料 1.3 金属切削过程 本讲重点 切削层的变形 作业,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,3,1.2 刀具材料,刀具切削性能的好坏，取决于构成刀具切削部分的材料、几何形状和刀具结构。刀具材料对刀具使用寿命、加工效率、加工质量和加工成本等都有很大影响，因此十分重要。 1.2.1 刀具材料应具备的性能 1.2.2 常用刀具材料的种类与特性,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,4,1.2.1 刀具材料应具备的性能,刀具切削部分的材料在切削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动，应具备以下基本性能： 高硬度、高耐磨性 足够的强度和韧性 高的耐热性（热稳定性） 良好的热物理性能 良好的工艺性能 经济性 切削性能可预测性,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,5,1.2.2 常用刀具材料的种类与特性,常用刀具材料有:碳素工具钢，合金工具钢，高速钢，硬质合金，陶瓷，金刚石，立方氮化硼 高速钢具有较高的热稳定性、高的强度，刀具制造工艺简单。 硬质合金具有高耐磨性和高耐热性，但抗弯强度低、冲击韧性差，很少用于制造整体刀具。 陶瓷材料硬度高、耐用度高，还可用于冲击负荷下的粗加工，切削效率显著提高。,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,6,1.2.2.1 高速钢,特别适用于制造结构复杂的刀具 例如各类成形刀具、孔加工刀具铣刀、拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具等 适于制造中、低速切削的各种刀具 按其性能分成两大类 普通高速钢 钨系：w18cr4v,w14cr4mnre 钼系：w6mo5cr4v2 高性能高速钢,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,7,高性能高速钢,高碳: 9w18cr4v(c:0.9%) 高钒: w6mo5cr4v3 高钴: w6mo5cr4co8 超硬: w2mo9cr4vco8,w6mo5cr4v2al,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,8,1.2.2.2 硬质合金,硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物微米级粉末和金属粘接剂经过高温、高压烧结而成的粉末冶金材料。附注 yt,硬钛(p类) yt5,yt14,yt30 yg,硬钴(k类) yg3x,yg6x,yg8 yw,硬钨(m类) yw1,yw2 涂层硬质合金,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,9,刀具材料应用场合总结1,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,10,刀具材料应用场合总结2,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,11,1.3 金属切削过程,【金属切削过程】刀具从工件表面切除多余金属，从切屑形成开始到加工表面形成为止的完整过程。 1.3.1 切削层的变形 1.3.2 切削变形的衡量方法 1.3.3 切屑的种类与变形规律 1.3.4 刀-屑接触区的变形与摩擦 1.3.5 刀-工接触区的变形与加工质量,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,12,1.3.1 切削层的变形,【切削层】切削过程中，刀具切削刃的一个单一动作，或一个单程，或指只产生一圈（层）过渡表面，所切除的工件材料层。 1.3.1.1 第一变形区 1.3.1.2 第二变形区 1.3.1.3 第三变形区,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,13,切削层的变形,在金属压缩实验中，当金属试件受挤压时，在其内部产生主应力的同时，还将在与作用力大致成45方向的斜截面产生最大切应力，在切应力达到屈服强度时将在此方向剪切滑移。 金属刀具切削时相当于局部压缩金属的压块，使金属沿一个最大剪应力方向产生滑移。 当切屑层达到切削刃oa（oa代表始滑移面）处时，切应力达到材料屈服强度，产生剪切滑移，切削层移到om面上，剪切滑移终止，并离开切削刃后形成了切屑，然后沿前面流出,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,14,侧面方格变形观察法,切削层的金属变形三个变形区： 第一变形区（剪切滑移） 第二变形区（纤维化） 第三变形区（纤维化与加工硬化）。,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,15,1,1,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,16,切削层金属的变形过程,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,17,1.3.1.1 第一变形区,始滑移面oa与终滑移面om之间的变形区称为第一变形区，宽度很窄(约0.020.2mm)，故常用om剪切面亦称滑移面来表示，它与切削速度的夹角称为剪切角。,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,18,i区变形,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,19,i区变形特点,沿着滑移线的剪切变形，以及随之产生的加工硬化,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,20,1.3.1.2 第二变形区,当切屑沿前面流出时，由于受到前面挤压和摩擦作用，在前面摩擦阻力的作用下，靠近前面的切屑底层金属再次产生剪切变形。使切屑底层薄的一层金属流动滞缓，流动滞缓的一层金属称为滞流层，这一区域又称为第二变形区。,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,21,1.3.1.3 第三变形区,工件已加工表面受到钝圆弧切削刃的挤压和后面的摩擦，使已加工表面内产生严重变形，已加工表面与后面的接触区称为第三变形区。,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,22,1.3.2 切削变形的衡量方法,1变形系数 2剪应变 3剪应变与变形系数的关系 4剪切角,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,23,1.3.2.1变形系数,原理：变形前后体积不变,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,24,1.3.2.2剪应变,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,25,1.3.2.3剪应变与变形系数的关系,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,26,1.3.2.4剪切角,李和谢弗公式 前角增大时，剪切角随之增大，变形减小 摩擦角增大时，剪切角随之减小，变形增大,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,27,1.3.3 切屑的种类与变形规律,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,28,iso切屑分类法,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,29,切屑变形规律,1 带状切屑（最常见,切削塑性金属材料，切厚小，v大，r0大时） 2 挤裂切屑（低速，切厚大r0小时） 3 单元切屑（较少见） 4 崩碎切屑（加工脆性材料时，尽量避免）,2019年3月5日星期二,西安科技大学机械制造工程学院,30,1.3.4 刀-屑接触区的变形与摩擦,ii区变形特点 纤维化 积屑瘤（bue）的形成,2019年3月5日星期二,西安