小学语文人教版四年级上册第四单元电子备课15、猫

2.1 刀具的结构 一、切削运动与切削要素1、切削运动 （1）金属切削加工：利用刀具切去工件上多余的金属层以获得具有一定几何精度和表面质量的机械零件。 （2）切削运动：刀具与工件间的相对运动称为切削运动（即表面成形运动）。切削运动可分为主切削运动（主运动）和进给运动。a、主运动 将工件上切削层切除使之转变为切屑的最基本的运动。主运动速度最高，消耗功率最大。机床只能有一个主运动。例如，车削加工时，工件的回转运动是主运动。铣刀的回转运动是主运动。b、进给运动 使刀具连续不断地切除多余金属层以获得完整表面的运动。进给运动：可以有一个或几个。可以是连续的，也可以是间歇的。如车削加工时，车刀的纵、横向运动。,第2章 金属切削原理与刀具 10学时,2、切削要素（1）切削表面：工件形成三个不断变化的表面已加工表面：工件上已切去切削（金属）层而形成的新表面待加工表面：直径dw：工件上即将被切除的表面加工表面（过渡表面）：工件上正被刀具切削着的表面，介于已加工表面和待加工表面之间,P68图2.1,（2）切削用量 （旋转） （往复直线）（3）切削层几何参数,3、切削方式的划分（1）自由切削与非自由切削 自由切削：只有一条直线切削刃参加切削工作 非自由切削：刀具切削刃是曲线，或几条切削刃同时参加并完成切削（2）直角切削与斜角切削 直角切削：刀具主切削刃的刃倾角 的切削。此时，主切削刃与切削速度方向成直角，与基面平行。 斜角切削：刀具主切削刃的刃倾角 的切削。,图2.3直角切削与斜角切削,二、刀具角度 1、刀具切削部分的组成（以车刀为例） 前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃、刀尖,图2.4车刀组成,图2.5刀具过渡刃,图2.6刨刀、钻头、铣刀切削部分形状,2、确定刀具切削角度的参考平面 切削平面Ps：通过刀刃上选定点，切于工件过渡表面的平面（与切削运动共面） 基面Pr：通过刀刃上选定点，垂直于该点合成切削运动向量的平面正交平面Po:通过刀刃上选定点，垂直Ps和Pr的平面。,图2.7 宽刃刨刀参考平面,3、刀具标注角度的参考系,图2.8车刀标注角度参考系,a 正交平面参考系 b 法平面参考系 c 背平面和假定工作平面参考系,1、假定运动条件：用刀具主运动向量vc近似代替合成运动向量ve，然后再用平行或垂直于主运动方向的坐标平面构成参考系。,2、假定安装条件：刀具的安装位置恰好使其底面或轴线与参考系的平面平行或垂直。,刀具角度标注参考系共有三个,图2.9正交平面参考系,图2.10法平面参考系,图2.11背平面和假定工作平面参考系,正交平面参考系建立过程,刀具标注角度参考系P74表2.1,4、刀具的标注角度 P75 前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角、副后角,图2.12 车刀的主要角度,1）前角o 前刀面与基面的夹角。在正交平面内测量。以基面为基准，在刀头实体外时o为负值；反之为正值。,增大前角o可使刀具锋利，切削力变小。但前角过大，刀刃和刀尖强度下降，刀具导热体积减小，刀具寿命低。,用硬质合金车刀切削钢件，o取1020；切削灰铸铁，o取515；切削铝及铝台金，o取2535；切削高强度钢，o取-5 -10。,判断前角、后角、主偏角、副偏角等角度的“正或负”时，应根据“入体原则”。向里“入体”为正，反之为负。所谓“入体原则”就是将刀具想像为六方体，往六方体里切入形成的角度，即称为“入体”。,2）后角o 主后刀面与切削平面的夹角。在正交平面内测量，通常为正值。,后角的作用：减小主后刀面与加工表面之间的摩擦及主后刀面的磨损。后角过大，刀刃强度下降，刀具导热体积减小，反而会加快主后刀面的磨损。,粗加工和冲击载荷的刀具，为使刀刃强度足够，后角可选小些，一般为46；精加工时切深较小，后角可选大些，一般为812。,车刀常用的主偏角有45、60、75、90几种。,3）主偏角r 在基面内测量，是主切削刃与进给方向的夹角，在基面上投影角。,减小主偏角r ，主切削刃参加切削的长度增加，单位力减小，刀尖强度高，增大了散热面积，使刀具寿命提高。减小主偏角r使背向力增大，当加工刚性较弱的工件时，易引起工件变形和振动。,4）副偏角r r在基面内测量，是副切削刃在基面上的投影与进给反方向的夹角。,副偏角可减小副切削刃与工件已加工表面之间的摩擦，防止切削时产生振动。副偏角的大小影响刀尖强度和表面粗糙度。,在切深、进给量和主偏角相同的情况下，减小副偏角可使残留面积减小，表面粗糙度降低,5）刃倾角s是主切削刃与基面的夹角。在切削平面内测量，当刀尖是切削刃最高点时,s定为正值；反之为负。,s影响刀尖强度和切屑流动方向。粗加工时为增强刀尖强度，s常取负值；精加工时为防止切屑划伤已加工表面，s常取正值或零。,5、刀具的工作角度P76（1）刀具安装位置对工作角度的影响 刀具安装高低对工作角度的影响 见P77图2.14,（a）,（b）,（c）,刀杆中心线与进给方向不垂直的影响,图2.15车刀安装偏斜,图2.17横向进给,图2.16横向进给纵向进给,2-2 刀具材料P78,一、刀具材料应具备的性能 高的硬度和耐磨性 足够的强度和韧性 高的耐热性 更好的热物理性能和耐热冲击性能 良好的工艺性 经济性二、常用的刀具材料 工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷超硬刀具材料,（1）高速钢 特点：较高的强度、韧性和耐磨性，较好的工艺性 主要种类：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W6Mo5Cr4V2Co8应用范围：用于加工小于250280HB以下的大部分结构钢和铸铁，可做复杂刀具如：钻头、丝锥、铰刀、铣刀、齿轮刀具和成形刀具（2）硬质合金特点：硬度、耐磨性、耐热性都很高，在500的温度下能基本保持性能不变。抗弯强度、断裂韧性较低。硬质合金广泛用于车刀、铣刀、刨刀、钻头等的制作。比高速钢切削速度高47倍，切削速度远高于碳素工具钢。制造模具、量具，寿命比合金工具钢高 20150倍。可切削50HRC左右的硬质材料。,主要种类： 钨钛钴（硬钛）类YT ：YT5、YT15、YT30 钨钴（硬钴）类YG ：YG3、YG6、YG8 钨钛钽（硬万）类YW ：YW1、YW2 应用范围：YT类用于钢类、铸铁类高精加工，不用于钛合金 和含钛的不锈钢YG类铸铁、有色金属、非金属材料、高强度钢、 奥氏体钢、高温合金粗加工YW类不锈钢、高锰钢、耐热钢的粗、半精加工,常用硬质合金牌号及应用范围,2-3 金属切削过程及其物理现象,2.3.1、国内外切削理论研究概述2.3.2、研究金属切削过程的实验方法 侧面观察法，高速摄影法，快速落刀法，扫描电镜显微观察法，光弹性、光塑性试验法、其他试验法2.3.3、切屑形成过程,切屑形成过程将形成三个变形区：第一变形区第二变形区第三变形区,2.3.4、变形区基本特征第一变形区（基本变形区）：切削层受切削力作用，产生弹塑性变形；进而沿滑移线发生剪切变形。第二变形区（摩擦变形区）：切屑底层靠近前刀面处，形成的切屑沿前刀面方向排出，同时克服刀具前刀面对切屑产生的摩擦力，并产生挤压、摩擦变形，晶粒被拉长形成纤维化组织，摩擦面呈光滑状。第三变形区（加工表面变形区）：已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压摩擦，晶粒被拉长或挤压破碎形成纤维化组织并伴有加工硬化现象产生。 三个变形区汇集于刀尖处附近，使金属层与工件基体分离，因切削力的连续作用形成切屑。切屑是在剪切、挤压和摩擦的联合作用下形成的。,剪切角 、相对滑移和切屑变形系数常用以表示切屑变形程度。剪切角-剪切滑移面与切削速度之间的夹角。相对滑移或剪切应变 切屑变形系数,相对滑移 与变形系数 间的关系,a当前角0增大时， 值增大，变形系数减小，增大前角0对切削有利；,b当摩擦角增大时， 值减小，变形系数增大，摩擦较大的低速切削时使用切削液降低摩擦对切削有利；,2.3.6、切屑类型及其控制,1、带状切屑 产生条件：加工塑性材料，切削速度较高，切削厚度较小，刀具前角较大 形态特征：内表面是光滑的，外表面是毛葺的,带状切屑,挤裂切屑,单元切屑,崩碎切屑,2、挤裂切屑 产生条件：加工塑性材料，切削速度较低，切削厚度较大，刀具前角较小 形态特征：内表面有时有裂纹，外表面呈锯齿形 3、单元切屑 产生条件：加工塑性材料，改变挤裂切屑条件，进一步减小刀具前角，减低切削速度，加大切削厚度 形态特征：梯形的单元切屑 4、崩碎切屑 产生条件：加工脆性材料 形态特征：切屑的形状不规则，加工的表面凹凸不平,提问：当分别出现下列三种情况时，对于带状切屑、挤裂切屑、单元切屑哪种屑会合适些？ 不希望划伤工件已加工表面，不希望切屑缠绕； 不希望崩伤自己，不希望切屑崩的哪都是； 粗加工时。,5、切屑控制,切屑的可控制性指在切削加工中，采取适当的措施来控制切屑的卷曲、流向与折断。衡量切屑可控性的标准：不妨碍正常的加工；不影响操作者的安全；易于清理。切屑控制的措施：在前刀面上磨制出断屑槽或使用压块式断屑器；推广使用可转位刀具等。问题： 为什么要断屑？ 断屑的实质是什么？ 如何断屑？ 在带状切屑的情况下，增大进给量,切屑会如何变化？,积屑瘤对切削过程的影响：积屑瘤相当于加大刀具的实际前角，使切削力减小，对切削有利。实际前角增大，实际切削厚度增大，加工表面粗糙度增大，影响刀具寿命。积屑瘤的顶部不稳定，易破裂，使工件尺寸发生变化。积屑瘤使加工表面非常粗糙。,2.3.7、积屑瘤现象定义：切削速度不高连续切削加工塑性材料时，冷焊在前刀面上的金属粘着物称为积屑瘤。产生：切屑与前刀面粘结内摩擦底层上金属加工硬化粘结体长大积屑瘤,防止积屑瘤产生的方法： 降低切削速度，使温度较低，粘结现象不易发生；采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤消失的温度；采用切削液，减小摩擦，使温度降低，粘结现象不易发生；增加刀具前角，以减小切屑与前刀面接触区的压力；提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。,分析： 积屑瘤粘附在前刀面上，可代替刀刃切削，有减少刀具磨损、提高刀具寿命的作用。积屑瘤的破裂又可能影响工件的尺寸精度和表面粗糙度。 粗加工时，积屑瘤可延长刀具寿命；精加工时，必须避免或减小积屑瘤。,2.4.1切削力的来源、切削力的合力及其分解、切削功率刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力。应用：计算切削功率，机床、夹具设计，确定切削用量，优化刀具几何参数等。 切削力的来源克服被加工材料对弹性变形的抗力；克服被加工材料对塑性变形的抗力；克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面对加工表面与已加工表面之间的摩擦力。上述各力的总和形成作用在刀具上的切削合力F。,2-4 切削力与切削功率, 切削合力及分解主切削力（切向力）Fz：它与加工表面相切并与基面垂直。用于计算车刀强度，设计机床零件，确定机床功率。进给力（轴向力）Fx：它在基面内与工件轴线平行与走刀方向相反的力。Ff用于计算进给功率，设计进给机构。背向力Fy：该力处于基面内并与工件轴线垂直。Fp主要用来计算与加工精度有关的工件变形，该力影响工件的加工质量。,切削力,工程应用时，Fz、Fx、Fy三力有近似关系。即：, 切削功率与电机功率切削功率Pc：消耗在切削过程中的功率称为。切削功率Pc的用途：核算加工成本和计算能量消耗、设计机 床时根据切削功率选择机床主电动机功率。因Fy方向没有位移，不消耗功率。所以切削功率为切削力Fz和Fx所消耗的功率之和，切削功率为：,（KW）,其中：Pc切削功率； Fz切削力（N）； V切削速度（m/s）； Fx进给力（N）； nw工件转速（r/s）； f进给量（mm/r）。 式中等号右侧的第二项是进给运动消耗的功率，它比主运动消耗的功率要小很多，一般为1%2%，可以忽略，故上式可简写为：,计算电动机功率PE时，应考虑到机床的传动效率。0.750.85，大值适用于新机床，小值适用于旧机床。电动机功率为：,（KW）,2.4.2 切削力的测量1) 切削力的理论计算2) 切削力的测量方法测定切削功率，计算切削力测定机床功率，计算切削力。用功率表测出机床电机在切削过程中消耗的功率PE，再可按PE=Pc计算出切削功率Pc。若知道切削速度Vc，则利用,求出切削力Fz。这种方法求出的切削力比较粗糙。当要求精确知道切削力的大小时，可采用测力仪直接测量。,2.4.3 切削力的经验公式和切削力估算1）切削力的指数公式,式中：CFz、CFy、CFx与工件、刀具材料有关的系数； xFz、xFy、xFx背吃刀量ap 对切削力的影响指数； yFz、yFy、yFx进给量 f 对切削力的影响指数； nFz、nFy、nFx切削速度v对切削力的影响指数；KFz、KFy、KFx考虑润滑条件、刀具几何参数、磨损等因素的修正系数。 实用中可查表。P91表2-2给出特定条件下，计算车削切削力的经验公式中的系数和指数。表中nFc、nFp、nFf的值或很小或没有，说明切削速度v对切削力的影响不明显。,2）按单位切削力计算,2.4.4影响切削力的因素P921)被加工材料的影响 物理机械性能 加工硬化能力 化学成分 热处理状态 材料性质的不同2)切削用量对切削力的影响 背吃刀量ap和进给量f：ap和f增大，都会使切削力增大，但两者的影响程度不同。 ap增大时，切削力成正比增大； f增大时，切削力不成正比增大。 切削速度：切削铸铁等脆性材料时，被切材料的塑性变形及它与前刀面的摩擦均比较小。切削速度Vc对切削力没有显著影响。,图2.26 车削45钢，背吃刀量和进给量的影响,图2.27车削45钢，切削速度的影响,图2.28车削灰铸铁，切削速度的影响,3、刀具几何参数的影响 图2.29前角对切削力的影响,图2.31负倒棱对切削力的影响,主偏角对切削力的影响 对切削力 的影响,图2.35对副刃前角的影响,图2.33主偏角对切削力的影响,图2.34切削厚度与切削刃曲线部分长度的变化,对 和 的影响 刀尖圆弧半径的影响,图2.37主偏角不同时力的分解,图2.39刀尖圆弧半径的影响,刃倾角对切削力的影响 前角0对切削力的影响 刀具材料对切削力的影响 切削液的对切削力影响 刀具磨损对切削力的影响,图2.40刃倾角的影响,图2.41车刀材料的影响,主偏角对切削力的影响 刀具材料对切削力的影响：工件材料的强度、硬度越高，切削力越大。切削脆性材料时，被切材料的塑性变形及它与前刀面的摩擦都比较小，其切削力相对较小。,2-5 切削热和切削温度P100,一、切削热的产生和传导 1、切削热的来源 切屑变形功、前后刀面的摩擦功 2、切削热的传出 切削、工件、刀具、 周围介质等,二、切削温度的测量 1、切削温度：一般指前刀面与切屑接触区域的平均温度 2、切削温度的理论计算 3、测量方法热电偶法：自然热偶法和人工热偶法辐射温度计法：辐射热计法、红外线干板法、红外线胶片法,三、影响切削温度的主要因素 1、切削用量的影响 切削速度影响最大，进给量次之，切削深度最小 2、工件材料的影响 3、刀具角度的影响 前角和主偏角影响较大 4、刀具磨损的影响 5、切削液的影响,剪切面上各点温度基本相同前刀面和后刀面的最高温度位于离开刀刃一定距离处垂直剪切面方向上温度梯度很大切屑底层上温度梯度很大后刀面温度的升降在极短时间内完成温度的分布与工件材料塑性有关温度分布与工件材料的导热性有关,四、切削温度的分布规律及其对工件、刀具和切削过程的影响 1、切削温度的分布及其规律,2、切削温度对工件、刀具和切削过程的影响 切削温度对工件材料强度和切削力的影响 对刀具材料的影响 对工件尺寸精度的影响 工件本身受热膨胀，直径变化 刀杆受热膨胀 工件受力变长 利用切削温度自动控制切削速度或进给量 利用切削温度与切削力控制刀具磨损,2.6 刀具磨损与刀具寿命2.6.1 刀具磨损的形态及其原因1、刀具损坏的形式正常磨损：前刀面磨损、后刀面磨损、边界磨损破损（非正常磨损）：塑性破损、脆性破损2、正常刀具磨损 （1）前刀面磨损（月牙洼磨损）产生条件：在冷却液工作不良的情况下，前刀面与切屑长期接触摩擦造成的。磨损特征：月牙洼定量描述指标：KT,图2.44前面月牙洼磨损,图2.45磨损痕迹随时间变化,（2）后刀面磨损产生条件：由于后角很小，切削刃不锋利，后刀面与工件长期接触摩擦造成的。定量描述（VB）,（3）边界磨损产生条件：在主切削刃刀尖和主切削刃与工件待加工表面接触处。磨损特征：靠近主切削刃刀尖和主切削刃与工件待加工表面接触磨损较重。定量描述（VC和VN）磨损原因：见P108,3、非正常刀具磨损 （1）塑性破损 （2）脆性破损4、刀具磨损的原因P106 硬质点磨损（机械磨损或摩擦磨损）、粘结磨损、扩散磨损、化学磨损2.6.2 刀具磨损过程刀具磨损过程三阶段：,2.6.3、刀具的磨钝标准 根据加工情况规定刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，这个规定的磨损限度称为磨钝标准。,小厂或有经验工人根据一些现象来判断刀具是否磨钝； 粗加工磨钝标准的判断：加工表面是否出现亮带，切屑的颜色和形状发生明显变化出现振动或其它不正常的声音工件的尺寸及形位精度是否超差, 精加工磨钝标准的判断表面粗糙度是否超过加工要求工件的尺寸及形位精度是否超差2）ISO标准规定以1/2 ap处的后刀面磨损带宽度VB值作为刀具的磨钝标准；3）在不同的加工条件下，磨钝标准的具体数值是不同的。工艺系统刚性大、HBS大、粗加工时，VB值按较大的确定；工艺系统刚性小(易振动)、硬质合金、精加工时，VB值按较小的确定；加工精度和表面质量要求高，磨钝标准值应该减小；大型工件使用较低的切削速度以延长刀具使用寿命，磨钝标准值应该加大。4）自动化精加工刀具，以径向磨损量NB作为磨钝标准,2.6.4、刀具寿命及其经验公式1、刀具寿命定义：刀具刃磨后，开始使用至达到磨钝标准为止的实际切削时间。（两次刃磨之间所经历的实际切削时间）刀具总寿命：刀具从开始使用到报废为止的总切削时间。 重磨刀具：刀具总寿命刀具寿命刃磨次数 不重磨刀具：刀具总寿命刀具寿命刀具总寿命刀具耐用度可重磨刀具的寿命和刀具总寿命2、刀具寿命的经验公式,切削速度对刀具寿命的影响最大、进给量其次、切削深度影响最小。切削速度对切削热的影响最大、进给量其次、切削深度影响最小。,3、切削用量对刀具寿命的影响规律,图2.49刀具磨损曲线,图2.50各种刀具材料寿命曲线,4、刀具寿命的分布正态分布,2.6.5、刀具合理耐用度的选用原则 1、最高生产率耐用度 2、最低成本耐用度 3、合理选择刀具耐用度 根据刀具复杂程度、制造和刀具成本选择，刀具复杂刀具耐用度可选得高些； 机夹可转位刀具和陶瓷刀具换刀时间短，其刀具耐用度可选低些； 对装、换、调刀较复杂麻烦的，刀具耐用度可选得高些； 根据车间实际工序节拍情况选； 大件精加工，为避免中途换刀，刀具耐用度按零件精度和Ra确定。,2.7 工件材料加工性及切削用量的选择2.7.1、工件材料的切削加工性1）工件材料的切削加工性:指材料被加工成合格零件的难易程度！如果断屑容易，加工容易，质量容易保证，一定条件下切削力小、切削温度低，一定寿命情况下切削速度高,说明材料的切削加工性好。2）衡量切削加工性的指标 以加工质量的好坏衡量切削加工性好坏 以刀具的耐用度衡量切削加工性好坏 在机床动力不足或工艺系统刚性不足的情况下，常用单位切削力来衡量切削加工性好坏 以断屑性能来衡量（自动机床、组合机床、自动线上或断屑性能要求很高的工序）切削加工性好坏,3）常用指标最高切削速度VT和相对加工性Kr P111当刀具的耐用度为T时，切VT越高材料的削某种材料所允许的最高切削速度VT，VT越高材料的切削加工性越好。通常取VT60min, 则VT记作V60。,以切削b=0.637GPa，正火45钢的V60做基准同其他材料的V60相比，其比值Kr称为相对加工性：,Kr1相对加工性好。相对加工性Kr可查表，但本书没有！,4）改善材料切削加工性的途径调整材料的化学成分，在钢中加硫、铅等元素，生成易切削钢切削加工性好；铸铁中增加石墨成分。采用热处理的方法改变材料的金相组织，从而改善切削加工性。如：低、中碳钢宜选正火处理，提高硬度，降低塑性；高碳钢用球化退火,降低硬度,均匀组织,以便加工；中碳以上的合金钢硬度较高，需退火以降低硬度；不锈钢常要调质处理，降低塑性，以便加工；铸铁需退火处理，降低表皮硬度，消除内应力；白口铁很难加工，白口铁900多度退火可得可锻铸铁，容易切削。,式中：x、y、z是切削用量对刀具寿命的影响系数。,2.7.2、切削用量的选择切削用量对加工质量、生产率、刀具的耐用度都有影响1）合理的选择切削用量2）制定切削用量时应考虑的因素 切削加工生产率 对刀具寿命的影响切削用量与刀具寿命关系的经验公式：,切削速度对刀具寿命的影响最大，进给量的影响其次，背吃刀量的影响最小。切削速度增大，刀具寿命降低，磨刀次数增加，生产率降低。选择切削用量的顺序：先选尽可能大的背吃刀量其次选尽可能大的进给量最后选尽可能大的切削速度在多刀切削和使用组合刀具切削时，应把各刀具中允许的切削用量中最低的参数作为调整机床的参数；在自动线加工中，还要考虑生产节拍。,若用YT5硬质合金刀头车削b=0.637Gpa的碳钢，进给量f0.75mm/r时, 切削用量与刀具使用寿命关系的经验公式可写成：, 对切削力和表面粗糙