金属工艺切削加工成形.ppt

第4章材料切削加工基础 切削加工 机工是通过工人操纵机床来完成切削加工的 其主要方法有车 钻 刨 铣 磨及齿轮加工等 所用的机床为车床 钻床 刨床 铣床 磨床及齿轮加工机床等 钳工一般是通过工人手持工具来进行切削加工比钳工常用的加工方法有划线 堑切 锯 铿 刮 研 钻孔和铰孔 攻丝和旁相等 机械加工 简称机工 钳工 4 1切削加工成形工艺基础 某工厂切削加工的产品 4 1 1零件表面的形成 图4 1零件表面的形成 1 切削运动主运动 使刀具和工件产生相对运动以进行切削的最基本的运动 进给运动 使主运动能够连续切削工件以形成工件表面所需的运动 4 1 2切削运动和切削要素 2 工件上形成的表面待加工表面已加工表面过渡表面 正加工表面 图4 2工件上形成的表面 3 切削运动的三要素切削速度Vc 在单位时间内 工件和刀具沿主运动方向的相对位移 单位为m s或m min 进给量f 工件或刀具运动在一个工作循环 或单位时间 内 刀具与工件之间沿进给运动方向的相对位移 切削深度 背吃刀量 ap 待加工表面与已加工表面间的垂直距离 单位为mm 4 切削层几何参数切削厚度ac fSinkr切削宽度aw ap Sinkr切削层面积Ac acaw fap 1 刀具材料的要求较高的硬度足够的强度和韧性较好的耐磨性较高的耐热性较好的工艺性 4 1 3刀具材料及结构 2 常用的刀具材料目前在切削加工中常用的刀具材料有 碳素工具钢 合金工具钢 高速钢 硬质合金 陶瓷 金刚石 立方氮化硼等 使用最多的刀具材料是高速钢和硬质合金 1 高速钢它是含W Cr V等合金元素较多的合金工具钢 它的耐热性 硬度和耐磨性虽低于硬质合金 但强度和韧性高于硬质合金 工艺性较硬质合金好而且价格也比硬质合金低 普通高速钢如W18Cr4V和W6Mo5Cr4V是国内使用最为普通的刀具材料 常温硬度达70HRC左右 650 时仍可保持60HRC 广泛地用于制造各种形状较为复杂的刀具 如麻花钻 铣刀 拉刀 齿轮刀具和其他成形刀具等 2 硬质合金它是以高硬度 高熔点的金属碳化物 如WC TIC等 作基料以金属Co等作粘结剂用粉末冶金的方法而制成的一种合金 硬度可达80HRC 1000 以内的高温下仍可保持65 70HRC 它的硬度高 耐磨性好 耐热性高 允许的切削速度比高速钢高数倍 但其强度和韧性均较高速钢低 工艺性也不如高速钢 因此 硬质合金常制成各种型式的刀片 焊接或机械夹固在车刀 刨刀 端铣刀等的刀体 刀杆 上使用 国产的硬质合金一般分为两大类 一类是由WC和Co组成的钨鈷类 YG类 YG类硬质合金韧性较好但切削韧性材料时 耐磨性较差 因此它适于加工铸铁 青铜等脆性材科 常用的牌号有YG6X YG6X YG6 YG8等 其中数字表示Co含量的百分率 Co的含量少者脆 一类是由WC TiC和Co组成的钨钛鈷类 YT类 硬度和 耐磨性较高 适合高速切削钢料 常用的牌号有YT5 YT14 YT15 YT30等 3 陶瓷硬度高达85HRC 在1450 以内的高温下仍保持高硬度 能承受的切削速度比硬质合金的更高 但抗弯强度低 冲击韧度差 主要用于半精加工 精加工高硬度 高强度材料 4 人造金刚石硬度高达10000HV 可加工硬质合金 陶瓷 耐磨塑料 玻璃等硬脆材料 但不宜加工钢铁材料 5 立方氮化硼硬度和耐磨性仅次于金刚石 但耐热性高于金刚石 可达1500 以内的高温 可加工铁族及非铁族难加工材料 切削刀具的种类很多 但它们切削部分的几何要素和几何角度有着共同的特征 如图8 3所示 各种多齿刀具和复杂刀具 就其一个刀齿而言 都相当于一把车刀的刀头 故先从车刀入手讨论刀具角度问题 图4 3刀具的切削部分 3 刀具切削部分的几何参数 1 车刀切削部分的组成要素 车刀切削部分是由三个刀面组成 1 前刀面切屑被切下以后从刀具切削部分流出所经过的表面 2 主后刀面在切削过程中 刀具上与工件的加工表面相对的表面 3 副后刀面在切削过程中 刀具上与工件的已加工表面相对的表面 图4 4外圆车刀 前刀面与主后刀面的交线称为主切削刃 切削时 主要的切削工作由它来负担 前刀面与副后刀面的交线称为副切削刃 切削过程中 它也起一定的切削作用 但不很明显 主切削刃和副切削刃相交的地方称为刀尖 实际上 刀尖并非绝对尖锐而是一段过渡圆弧或直线 为了确定上述刀面和切削刃的空间位置 首先要建立起由三个辅助平面组成的坐标参考系 并以它为基准 用角度值来反映刀面和切削刃的空间位置 2 车刀切削部分的主要角度 图4 5刀具参考系平面 车刀标注角度的参考平面 辅助平面 基面 通过主切削刃上某一点 与该点切削速度方向垂直的平面 用Pr表示 切削平面 通过主切削刃上某一点 与该点加工表面相切的平面 用Ps表示 它包含切削速度 主剖面 通过主切削刃上某一点 与主切削刃在基面上投影垂直的平面 用Po表示 主剖面垂直于基面和切削平面 故又称正交平面 三个辅助平面互相垂直 图4 6刀具参考系平面 车刀的标注角度 标注角度 即在刀具图纸上标注的角度 也即静止参照系中的刀具角度 是刀具制造和刃磨的依据 车刀的主要标注角度有以下几个 图4 7车刀的主要标注角度 a 前角ro在主剖面中 前刀面与基面之夹角 根据前刀面和基面相对位置的不同 正前角 零度前角和负前角 b 后角 o在主剖面中 主后刀面与切削平面之夹角 图4 8前角的正与负 图4 9前角的作用 c 主偏角Kr主切削刃在基面Pr的投影与进给运动方向的夹角 d 副偏角K r副切削刃在基面Pr的投影与进给运动方向的夹角 图4 10主偏角对切削曾参数的影响 图4 11主 副偏角对残留面积的影响 e 刃倾角 s在切削平面上测量的主切削刃与基面的夹角 当刀尖在主切削刃上为最高点时 s为正值 当刀尖在主切削刃上为最低点时 s为负值 图4 12刃倾角对刀具排屑方向的影响 刀具的工作角度 车刀工作角度 指在工作参照系中定义的刀具角度 它考虑了合成运动和刀具安装条件的影响 一般情况下进给运动对合成运动的影响科忽略 车刀的工作角度近似于标注角度 但在切断 车螺纹及车非圆柱表面时 要考虑进给运动的影响 图4 13车刀的安装高度对刀具前角和后角的影响 图4 14车刀随小刀架转动对刀具主 副偏角的影响 1 切削形成过程切屑形成过程模拟 4 2金属切削加工基础理论 图4 15切削的形成 2 切屑的种类1 带状切屑2 挤裂切屑3 单元切屑4 崩碎切屑 切屑种类切削铸铁 图4 16切屑的种类 3 积屑瘤在一定切削速度范围下切削塑性金属时粘附在刀具前刀面的一小块坚硬的金属 叫做积屑瘤 neoplasmofchip 1 积屑瘤的形成2 对切削加工的影响3 积屑瘤的控制 图4 17积屑瘤的形成 图8 18积屑瘤 4 刀具的磨损和耐用度刀具耐用度 cuttinglife 是指刀具从开始切削至达到磨损限度为止的切削时间 常以分钟表示 刀具耐用度数值一般根据工厂具体生产条件来制订 较难确定统一的标准 有关资料中有推荐的某些工厂耐用度值 影响刀具耐用度的因素较多 其中主要因素是切削温度 因此 切削用量中 影响最大的是切削速度 切削速度稍加提高 耐用度就明显降低 直接影响生产率 其次是进给量和背吃刀量 因此切削加工时 应合理选好切削用量 第5章典型表面的加工 组成零件的表面主要有外圆面 孔面 平面 成形面 螺纹表面和齿轮齿面等 零件使用性能的发挥 要求上述表面应具有一定的形状和尺寸 同时还要求达到一定的技术要求 如尺寸精度 形状精度 相互间位置精度和表面质量等 由于零件的结构特点 材料性能和加工要求的不同 所采用的加工方法也不一样 常见表面如外圆面 孔面 平面加工的技术要求及主要加工方式见表8 1 表5 1外圆面 孔面 平面加工技术要求及主要加工方式 5 1外圆加工 1 车削外圆1 粗车 以提高生产率为主要目的 对加工质量无太高要求 多使用切削部分强度高的外圆车刀 以较大的背吃刀量 较大的进给量和较低的切削速度 尽快地从毛坯上切去大部分多余的金属层 切削机械 车床 磨床车削加工产品车床1车床2车床3磨床加工及零件立车 图片 2 半精车 目的是提高精度和减小表面粗糙度值 可作为中等精度外圆的终加工 亦可作为精加工外圆前的预加工 半精车的背吃刀量和进给量较粗车时小 半精车的尺寸精度可达公差等级ITl0 IT9 表面粗糙度Ra值为6 3 3 2 m 3 精车 主要目的是保证零件所要求的精度和表面粗糙度 一般以较小的背吃刀量 较小的进给量 高速 或低速进行精车 精车的尺寸精度可达公差等级IT8 IT7 表面租糙度Ra值为1 6 0 8 m 4 精细车 一般适合技术要求高的有色金属零件的加工 是代替磨削的光整加工 精细车所用机床应有很高的精度和刚度 多使用切削部分经仔细刃磨的金刚石车刀 采用很小的背吃刀量 0 05mm 小的进给量 f 0 02 0 2mm r 和高的切削速度 2 6m s 精细车的尺寸精度可达公差等级IT6 IT5 表面粗糙度Ra值为0 4 0 1 m 2 磨削外圆1 磨削方法a 纵磨法b 横磨法c 深磨法d 无心外圆磨法 图5 1纵磨法 图5 2横磨法 图5 3深磨法 图5 4无心外圆磨削1 工件2 磨削轮3 托板4 导轮 3 研磨外圆研磨是用研磨工具和研磨剂 从工件上研去一层极薄表面层的精加工方法 研磨时 研具以一定的压力作用于工作表面 二者作复杂的相对运动 靠研磨剂的机械及化学作用 从工件表面切除一层极微薄的金属层 从而获得高精度和低的表面粗糙度值 研磨外圆尺寸精度可达公差等级IT6 IT5 表面粗糙度值可达0 1 0 008 m 2 磨削特点a 精度高 表面粗糙度小b 磨削温度高c 适宜磨削高硬度材料d 径向力较大 4 抛光外圆抛光是利用机械 化学或电化学的作用 使工件获得光亮 平整表面的加工方法 抛光轮用棉织品 皮革 毛毡 橡胶 或压制纸板等材料叠制而成 具有一定弹性 抛光膏由磨料和油脂 硬脂酸 石蜡 煤油 调制而成 抛光工艺特点 方法简便 成本低b 适宜曲面的加工c 不能提高加工精度 5 外圆加工方案选择 图8 2 5外圆加工方案 中等精度 表面粗糙度可达3 2 m 5 外圆加工方案选择 图8 2 5外圆加工方案 较高精度 表面粗糙度可达0 8 m 5 外圆加工方案选择 图8 2 5外圆加工方案 高精度 适宜加工非铁金属件 表面粗糙度可达0 2 m 5 外圆加工方案选择 图8 2 5外圆加工方案 高精度 不宜加工非铁金属件 表面粗糙度可达0 2 m 5 2孔的加工 孔加工钻头钻孔 台式 钻孔 立式 模板导向钻孔扩孔及扩孔钻钻孔 扩孔铰孔及铰刀攻丝车床上钻 扩 铰车床镗孔镗床1镗孔1镗孔2可调镗刀镗孔镗床2图片拉削加工孔 5 3平面加工 刨削 牛头刨龙门刨 图片 实拍1实拍2铣削 立铣平面卧铣斜齿轮立铣各型沟槽拉削 拉削平面 连杆断面 拉削平面 缸体 插削 插削 齿轮 方孔 键槽等 插削竖平面 图片 磨削 磨平面 1 平面加工方法 图5 5平面加工方案 2 平面加工方案选