第五篇 切削加工.ppt

材料 45热处理 齿面50 55HRc心部180 220HBS 第五篇切削加工 切削加工是使用切削工具 包括刀具 磨具和磨料 在工具和工件的相对运动中 把工件上多余的材料层切除 使工件获得规定的几何参数 形状 尺寸 位置 和表面质量的加工方法 切削加工可分为机械加工和钳工两部分 机械加工方法 车 钻 刨 铣 磨机齿轮加工钳工方法 錾 锯 锉 刮 研 钻孔 铰孔 功螺纹 功丝 和套螺纹 套扣 现代机器的精度和性能都要求较高 对其所组成的零件的加工质量要求更高 因此 如何正确地进行切削加工以保证产品质量 提高生产效率和降低成本 是本专业要求掌握的基本知识 第一章金属切削的基本知识 金属切削有很多不同的形式 但很多方面有着共同的现象和规律 如切削运动 切削工具以及切削过程等 这些现象和规律是学习各种切削加工方法的共同基础 第一节切削运动及切削要素 零件表面的形成及切削运动机械零件的形状主要由外圆面 内圆面 孔 平面和成形面组成 只要能对这几种表面进行加工 就基本上能完成所有机械零件的加工外圆面和孔是以某一直线为母线 以圆为轨迹作旋转运动所形成的表面 平面是以某一直线为母线 以另一直线为轨迹作平移运动所形成的表面 成形面是以曲线为母线 以圆或直线为轨迹作旋转或平移运动所形成的表面 进行表面加工时 刀具和工件必须进行的相对运动 即切削运动 切削运动包括主运动和进给运动 主运动使刀具和工件之间产生相对运动 促使刀具接近工件而实现切削 它的速度高 消耗功率最大 进给运动使刀具与工件之间产生附加的相对运动 与主运动配合 完成连续切削 实际的切削运动是一个合成运动其方向是由合成切削速度角 确定的 二 切削用量 切削用量用来衡量切削运动的大小 包括切削速度 进给量和背吃刀量三要素 1 切削速度vc切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度 用vc表示单位为m s或m min 习惯上常用后者 2 进给量刀具在进给运动方向上相对工件的位移量称为进给量 不同的加工方法 由于所用刀具不同和切削运动形式不同 进给量的表述和度量方法也不同 用f表示 车加工和刨加工时 为每转进给量或每行程进给量 3 背吃刀量ap在通过切削刃上选定点并垂直于该点主运动方向的切削层尺寸平面中 垂直于进给运动方向测量的切削层尺寸 称为背吃刀量 用ap来表示车外圆时 ap dw dm 2dw 工件待加工表面 dm 工件已加工表面 三 切削层参数 1 切削层公称横截面积AD在给定瞬间 切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面积 单位为mm2 2 切削层公称宽度bD在给定瞬间 作用主切削刃截形上两个极限点的距离 在切削层尺寸平面中测量 单位为mm 3 切削层公称厚度hD在同一瞬间的切削层公称横截面积与公称宽度之比 单位为mm2 AD bDhDmm2 第二节刀具材料及刀具构造 切削刀具一般由切削部分和夹持部分组成 夹持部分是用来将刀具夹持在机床上的部分 要求它能保证刀具正确的工作位置 传递所需的运动和动力 并且夹固可靠 装卸方便 切削部分是刀具直接工作部分 刀具切削性能的优劣 取决于刀具切削部分材料 角度和结构 一 刀具材料 1 对刀具材料的要求刀具材料是指切削部分的材料 它在高温下工作 并承受较大的压力 摩擦 冲击和震动 因此应具备的基本性能有 1 较高的硬度 60HRc 2 足够的强度和韧度 以承受切削力 冲击和振动 3 较好的耐磨性 4 较高的耐热性 即红硬性或热硬性 5 较好的工艺性 目前还没有一种材料能全面满足上述要求 常用的刀具材料有 碳素工具钢 T10A合金工具钢 包括高速钢 9SiCr W18Cr4V W6Mo5Cr4V2等 硬质合金 是以高硬度 高熔点的金属碳化物 WC TiC等 作基体 以金属Co Ni等作粘结剂 用粉末冶金方法制成的一种合金 特点 硬度高 耐磨性好 耐热性好 允许切削速度比高速钢高数倍 但强度和韧性比高速钢差 工艺性也较差 硬质合金一般制成各种形式的刀片 焊接或机械夹固在刀柄上使用 国产的硬质合金一般分为两大类 一类是钨钴类 WC和Co组成 常用牌号为K01 YG3 K20 YG6 K30 YG8 等 数字 越大 表示含Co量含量 Co量含量越低 耐磨性越好 但越脆 P类为钨钛钴类 WC TiC和Co组成 牌号有P01 YT5 P10 YT15 P30 YT30 等 其中数字表示TiC的含量 TiC 数字越小 的含量越多 耐磨性和耐热性越好 韧性越低 K类硬质合金适于加工铸铁 青铜等脆性材料 P类硬质合金适于加工钢件 3 陶瓷材料 陶瓷材料主要成分是Al2O3 陶瓷刀片的硬度高 耐磨性好 耐热性高 允许较高的切削速度 是很有前途的刀具材料 但其脆性大不耐冲击 切削时易崩刃 金属陶瓷是由Al2O3作基体 金属 Ni 作粘结剂组成的材料 性能高于普通陶瓷材料 另一类是氮化硅陶瓷材料 3 其他新型刀具材料简介 高速钢的改进含铝或含氮的高速钢硬质合金的改进人造金刚石硬度在10000Hv 立方氮化硼 CBN 一种人工合成的高硬度材料仅次于金刚石 硬度在8000Hv左右人造金刚石和立方氮化硼刀具脆性大 要求机床的刚性要好 适于连续切削 尽量避免冲击和振动 二 刀具角度 切削刀具的种类很多 但它们切削部分的结构要是几何角度有着许多共同的特征 但是多么复杂的刀具 就其一个刀齿而言 可以看成是一把车刀 1 车刀切削部分的组成 车刀切削部分是由三个刀面组成 即 前刀面 主后刀面和副后刀面 前刀面主后刀面和副后刀面切削刃 主切削刃和副切削刃刀尖 2 车刀切削部分的主要角度 刀具要从工件上切除余量 就必须使它的切削部分具有一定的切削角度 为定义 规定不同角度 适应刀具在设计 制造及工作时的多种需要 需选定各种参考系 1 刀具静止参考系 包括基面过切削刃选定点 垂直于该点假定主运动方向的平面 以Pr表示 b 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 主切削平面以Ps表示 副切削平面以P s表示 C 正交平面 主剖面 过切削刃选定点 并同时垂直于基面和切削平面的平面 以Po表示 d 假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 以Pt表示 2 车刀的主要角度 主偏角Kr在基面中测量的主切削平面与假定工作面 与进给方向 的夹角 副偏角Kr在基面中测量的副切削平面与假定工作面 与进给方向相反方向 的夹角 主偏角主要影响切削层的形状的参数 影响切削分力的变化 并和副偏角一起影响已加工表面的粗糙度 副偏角还有减少副后刀面与已加工表面间摩擦的作用 主 副偏角应根据工件的刚度及加工要求选取合理的数值 一般车刀有主偏角45 60 75 90 几种 也称多少度偏刀 副偏角一般为5 15 C 前角 在正交平面中测量的前刀面与基面的夹角 根据前刀面和基面相对位置的不同 分为正前角 零前角和负前角 用硬质合金切削结构钢件 10 20 切削铸铁件 5 15 d 后角 在正交平面中测量的后刀面与切削平面的夹角 刃倾角 s在主切削平面中测量的主切削刃与基面间的夹角 刃倾角主要影响刀头的强度 切削分力和排屑方向 实际生产中 通过改变车刀的几何参数 可创造出很多先进的车刀 如书中给出的银白屑车刀 3 刀具的工作角度 是指在刀具在实际工作时的角度 在正常安装时 车刀刀尖与工件回转轴线等高 刀柄纵向轴线与进给方向垂直 这时车刀的工作角度与静止参考系的角度相近 安装不当时 可引起刀具的工作角度变化 三 刀具结构 刀具的结构形式对刀具的切削性能 切削加工的生产效率和经济效益有着重要的影响 以车刀为例 看其演变和改进 车刀的结构形式有 整体式 焊接式 机夹可转位式 机夹重磨式等 第三节金属切削过程 对于金属切削过程的研究 主要是对切削过程中产生的切削力 切削热 刀具磨损 表面张力的物理现象的研究 这些对保证加工质量 降低生产成本 提高生产效率有着重要意义 同时可以解决生产中如振动 卷屑 断屑等问题 一 切屑形成过程及切屑种类 1 切屑形成过程切屑厚度压缩比2 切屑的种类带状切屑节状切屑崩碎切屑切屑的形状可以随切削条件的不同而改变 切屑厚度压缩比 h hch hD 带状切屑 节状切屑 崩碎切屑 二 积屑瘤 在一定范围的切削速度下切削塑性金属时 常发现在刀具前刀面靠近切削刃的部位有一小块很硬的金属 即积屑瘤1 积屑瘤的形成2 积屑瘤对切削加工的影响3 积屑瘤的控制影响积屑瘤形成的主要因素有 工件材料的力学性能 切削速度和冷却润滑条件等 积屑瘤的存在有利有弊 三 切削力和切削功率 1 切削力的构成与分解刀具切削时 必须克服材料的变形抗力 刀具与工件及刀具与切屑之间的摩擦力才能切下切屑 这些抗力构成实际的切削力 实际加工中 总切削力不易直接测定 一般根据设计和工艺需要直接研究它在一定方向的分力 主切削力Fc占80 90 进给力Ff占1 5 背向力Fp 2 切削力的估算切削力的大小与工件材料 切削用量 刀具角度和刀具材料等有关 切削力大小可用经验公式来计算 3 切削功率 四 切削热和切削温度1 切削热的产生 传出及对加工的影响切削过程中 由于绝大部分的切削功都转变成热量 有大量的热产生 成为切削热 其来源有 切屑变形所产生的热 是切削热主要来源 切屑与刀具前刀面之间的摩擦热工件与刀具后刀面之间的摩擦热热量的传出 切屑传出最多 刀具最少 但影响最大 五 刀具磨损和刀具耐用度1 刀具磨损的形式与过程2 影响刀具磨损的因素 切削速度 刀具材料 刀具机和形状 工件材料 切削液的使用等等 一次刃磨寿命 即可以表示刀具耐用度 粗加工时 一般硬质合金车刀的耐用度60min 高速钢钻头80 120min 硬质合金端铣刀120 180min 齿轮铣刀200 300min 精加工时 以走刀次数或加工零件的个数表示刀具总寿命 第四节切削加工技术经济简析 制定的切削加工方案要技术先进 经济合理切削加工的几个主要技术经济指标 1 产品质量零件切削加工后的质量包括精度和表面质量 精度 指的是零件加工之后 其尺寸 形状等参数的实际数值与图纸标注的相符合的程度 精度越高 误差越小 尺寸精度指表面本身的尺寸精度 如圆柱面的直径 和表面间 如孔间的距离 的尺寸精度 尺寸精度的高低 用尺寸公差的大小来表示 国标有标准公差等级IT01 IT0 和IT1 IT18 IT01 IT13用于配合尺寸 其余用于非配合尺寸 形状精度指零件表面与理想表面之间在形状上接近的程度 如圆柱面的圆柱度 圆度 平面的平面度等 位置精度指零件的表面 轴线或对称平面之间的实际位置与理想位置接近的程度 如同轴度 两平面的平行度或垂直度等 表面质量指已加工表面的表面粗糙度 表层加工硬化的程度 表层剩余应力的性质和大