机械加工工艺基础

机械加工工艺基础,E-mail:hancs,金工教研室韩成顺,本课程要求,初步掌握金属切削加工基本知识、几种典型表面主要切削加工方法，并具有选择零件加工方法的基本知识；了解各种主要切削加工方法及所用设备和工具的工作原理、应用范围；了解零件的机械加工工艺过程；从切削加工角度初步掌握零件的结构工艺性。,引言,金属加工,钳工,冷加工切削加工,热加工铸、锻、焊、热,钳工：划线、锯、锉、刮、钻孔机械加工：车、铣、刨、磨、镗,金属切削加工：使用工具去除工件上的多余材料，获得符合图样要求的加工精度,1、切削加工的分类,金属切削加工方式很多，一般可分为车削加工、铣削加工、钻削加工、镗削加工、刨削加工、磨削加工、齿轮加工及钳工等。,2、切削加工的特点及应用,切削加工的主要特点是：工件精度高、生产率高及适应性好，凡是要求具有一定几何尺寸精度和表面粗糙度的零件，通常都采用切削加工方法来制造。,引言,机床上加工方法的共性就是把刀具和工件安装在机床上，有机床产生所需的相对运动，从而切削出合乎要求的零件,一、零件表面的形成与切削运动,第一章金属切削加工基础第一节切削运动和切削要素,第一章金属切削加工基础第一节切削运动和切削要素,在切削加工过程中，刀具和工件之间的相对运动称为切削运动。按其所起的作用，切削运动分为两类：主运动：切下切屑所必需的基本运动称为主运动。在切削运动中，主运动的速度最高，消耗的功率也最大。进给运动：使被切削的金属层不断投入切削的运动称为进给运动。由于金属切削加工方式的不同，这两种运动的表现形式也不相同。,一、零件表面的形成与切削运动,刨平面,车外圆,一、零件表面的形成与切削运动,第一章金属切削加工基础第一节切削运动和切削要素,第一章金属切削加工基础第一节切削运动和切削要素,切削时工件上有三个不断变化的表面：待加工表面、已加工表面、过渡表面（加工表面）,二、切削要素,一）切削用量,1切削速度,切削速度指主运动的线速度，以vc表示，单位为m/s。当主运动为旋转运动时，其切削速度可按下式计算：,式中：D工件待加工表面或刀具的最大直径(mm)；n工件或刀具每分钟转数(rmin),第一章金属切削加工基础第一节切削运动和切削要素,当主运动为往复直线运动时，其切削速度可按下式计算：,式中：L往复运动行程长度(mm)；nr主运动每秒或每分钟的往复次数(strmin),2进给量,在主运动的一个循环(或单位时间)内，刀具和工件之间沿进给运动方向相对运动的距离，以f表示。,第一章金属切削加工基础第一节切削运动和切削要素,3背吃刀量,背吃刀量指工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离，以ap表示，单位为mm。在车床上车外圆时，背吃刀量计算公式为：,切削速度、进给量和背吃刀量称为切削用量三要素。它们与加工质量、刀具磨损、机床动力消耗以及机床生产率等参数密切相关，因此应该合理选择和使用切削用量。,切削层是指由切削部分的一个单一动作（或指切削部分切过工件的一个单程，或指只产生一圈过渡表面的动作）所切除的工件材料层。,第一章金属切削加工基础第一节切削运动和切削要素,二）切削层几何参数,1切削层公称宽度bD主切削刃与工件接触的长度，单位为mm。,2切削层公称厚度hD刀具或工件每移动一个进结量f后，主切削刃相邻的两个位置之间的垂直距离，单位为mm。主切削刃与工件接触的长度，单位为mm。,3切削层公称横截面积AD切削层在切削层尺寸平面的横截面面积，单位为mm2AD=bD*hD,刀具的组成：,第七章金属切削加工基础第二节切削刀具,E-mail:hancscn,刀具的几何形状外圆车刀为例,第七章金属切削加工基础第二节切削刀具,车刀切削部分的组成主后面主切削刃前刀面刀尖副切削刃副后面,E-mail:hancscn,三个面两个刃一个尖,第七章金属切削加工基础第二节切削刀具,刀具角度,标注角度,工作角度,在设计和制造刀具时图样上标注的角度、刃磨刀具时测量的角度（静止参考系）,在考虑了合成运动和刀具安装条件的影响，在工作参考系中定义的角度,第七章金属切削加工基础第二节切削刀具,E-mail:hancscn,确定车刀角度的辅助平面,第七章金属切削加工基础第二节切削刀具,基面pr，主切削平面ps，副切削平面ps，正交平面po，假定工作平面pf,确定车刀角度的辅助平面,第七章金属切削加工基础第二节切削刀具,车刀的标注角度,第七章金属切削加工基础第二节切削刀具,主偏角Kr,副偏角Kr,E-mail:hancscn,第七章金属切削加工基础第二节切削刀具,刃倾角s,E-mail:hancscn,车刀的标注角度,第七章金属切削加工基础第二节切削刀具,前角o,后角o,主偏角：切削分力、切削载荷常用450、600、750、900副偏角：减小副后面与已加工表面磨擦。一般5-150，粗加工较大值,共同影响已加工表面粗糙度,第七章金属切削加工基础第二节切削刀具,2.车刀切削部分的主要角度,前角：刀具锋利程度、切削刃刀头强度及散热能力工件材料塑性大、或刀具材料强度和韧性好、或精加工，可取较大（一般-5-250）,第七章金属切削加工基础第二节切削刀具,2.车刀切削部分的主要角度,后角不能为0、负,后角：可减少后刀面对工件表面摩擦与前角配合改变切削刃的锋利与强度过大会削弱刀尖强度。,选择：粗加工或工件材料较硬、断续切削，可取较小值3-60对切削刃强度要求不高8-120,第七章金属切削加工基础第二节切削刀具,刃倾角的作用,刀头强度切屑流向,第七章金属切削加工基础第二节切削刀具,刃倾角的作用,选择：一般-5-50粗加工取负增强刀头精加工取正、零保护已加工表面,第七章金属切削加工基础第二节切削刀具,工作角度：刀具在切削过程中的实际切削角度,车刀安装高度对前、后角的影响,第七章金属切削加工基础第二节切削刀具,车刀安装偏斜的影响：对主、副偏角,第七章金属切削加工基础第二节切削刀具,横向给运动对刀具角度的影响,第七章金属切削加工基础第二节切削刀具,工作参考系内的工作角度为：,为合成切削速度角：,刀具几何角度的合理选用,1、前角的选择,1)前角的选择原则为：在刀具强度许可条件下，尽量选用大的前角。2)同时应考虑：（1）被切削对象塑性越大，前角越大。（2）刀具切削部分的材料高速钢前角可大于硬质合金。（3）粗加工前角应取小些，精加工时前角应取大些。,3）具体可参考表,刀具几何角度的合理选用,2、后角的选择,后角选择原则：在粗加工时以确保刀头强度为主，可在范围内选取；在精加工时以保证加工表面质量为主。,3、主偏角、副偏角,1）主偏角的选择原则：粗加工时选大些，精加工时可选小些；工件材料强度、硬度高时，主偏角应取小些；工艺系统刚性好，主偏角应取小些，反之取大些，所以车削细长轴时，为减小径向力，常用90度的车刀。,2）副偏角,在工艺系统刚度允许的条件下，副偏角通常取较小值，,4、刃倾角的选择,刃倾角选择原则是：主要根据刀具强度，流屑方向和加工条件而定。一般钢料或铸造铁粗加工，取，若有冲击负荷，取；精加工时为使切屑不流向已加工表面使其划伤进行微量精细切削时，取，切削淬硬钢、高强度钢等难加工材料时，则取。,对刀具材料的要求,良好的工艺性,第七章金属切削加工基础第二节切削刀具,是衡量刀具切削性能的主要标志，通常用高温下保持高硬度的性能来衡量，也称热硬性,钻头、铣刀、拉刀、齿轮刀具,铰刀、拉刀、板牙、丝锥,手工工具：锉刀、锯条刮刀,用途,工艺性好复杂刀具,热处理变形小低速复杂刀具,热处理变形大价格低,特点,0.50.83（1）,20%碳素工具钢(0.50.6）,0.13（0.20.4）,许用切削速度m/s（速比）,600,300400,200250,耐热性OC,HRC6265,HRC6165,HRC6165,硬度,W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2,CrWMn、9SiCr,T10、T10AT12,常用牌号,高速钢,合金工具钢,碳素工具钢,常用刀具材料的性能及用途,第七章金属切削加工基础第二节切削刀具,第七章金属切削加工基础第二节切削刀具,第七章金属切削加工基础第二节切削刀具,普通刀具材料,1高速钢高速钢是一种含有钨、钼、铬、钒等合金元素较多的工具钢、高速钢具有良好的热稳定性、高速钢具有较高强度和韧性、高速钢具有一定的硬度(6265HRC)和耐磨性,2硬质合金硬质合金是由难熔金属碳化物和金属粘结剂经粉末冶金方法制成。优点：硬质合金中高熔点、高硬度碳化物含量高，热熔性好,热硬性好，切削速度高。缺点：脆性大，抗弯强度和抗冲击韧性不强。抗弯强度只有高速钢的1/31/2，冲击韧性只有高速钢的1/41/35。力学性能：主要由组成硬质合金碳化物的种类、数量、粉末颗粒的粗细和粘化剂的含量决定。,普通刀具材料,硬质合金的种类按其化学成分的不同可分为：钨钴类（WC+Co）（合金代号为YG，对应于国标K类）合金钴含量越高，韧性越好，适于粗加工；钴含量低，适于精加工。,钨钛钴类（WC+TiC+Co）（合金代号为YT，对应于国标P类）有较高的硬度和耐热性，主要用于加工切屑成呈状的钢件等塑性材料。合金中TiC含量高，则耐磨性和耐热性提高，但强度降低粗加工一般选择TiC含量少的牌号，精加工选择TiC含量多的牌号。,特殊刀具材料,1陶瓷刀具（1）材料组成：主要由硬度和熔点都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物组成，另外还有少量的金属碳化物、氧化物等添加剂，通过粉末冶金工艺方法制粉，再压制烧结而成。（2）常用种类：Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷（3）优点：有很高的硬度和耐磨性，刀具寿命比硬质合金高；具有很好的热硬性，摩擦系数低，切削力比硬质合金小，用该类刀具加工时能提高表面光洁度。（4）缺点：强度和韧性差，热导率低。陶瓷最大缺点是脆性大，抗冲击性能很差。（5）适用范围：高速精细加工硬材料。,2金刚石刀具（1）分类：天然金刚石刀具；人造聚晶金刚石刀具；复合聚晶金刚石刀具。（2）优点：极高的硬度和耐磨性，人造金刚石硬度达10000HV，耐磨性是硬质合金的6080倍；切削刃锋利，能实现超精密微量加工和镜面加工；很高的导热性。（3）缺点：耐热性差，强度低，脆性大，对振动很敏感。（4）适用范围：用于高速条件下精细加工有色金属及其合金和非金属材料。,特殊刀具材料,3立方氮化硼刀具（1）概念：立方氮化硼（简称CBN）是由六方氮化硼为原料在高温高压下合成。（2）优点：硬度高，硬度仅次于金刚石，热稳定性好，较高的导热性和较小的摩擦系数。（3）缺点：强度和韧性较差，抗弯强度仅为陶瓷刀具的1/51/2。（4）适用范围：适用于加工高硬度淬火钢、冷硬铸铁和高温合金材料。它不宜加工塑性大的钢件和镍基合金，也不适合加工铝合金和铜合金。,特殊刀具材料,涂层刀具,刀具材料的韧性和硬度一般不能兼顾，故一般刀具材料的寿命主要是受磨损的影响，可采用表面涂层处理的方法解决这一问题。（1）概念：涂层刀具是在韧性较好的硬质合金基体上或高速钢刀具基体上，涂覆一层耐磨性较高的难熔金属化合物而制成。（2）常用的涂层材料有：TiC、TiN、Al2O3等（3）涂层形式：可以采用单涂层和复合涂层（4）优点：涂层刀具具有高的抗氧化性能和抗粘结性能，因此具有较高的耐磨性，切削速度可提高30%50%，刀具寿命可提高数倍。,碳素工具钢刀具,第七章金属切削加工基础第二节切削刀具,高速钢刀具,第七章金属切削加工基础第二节切削刀具,高速钢刀具,第七章金属切削加工基础第二节切削刀具,第七章金属切削加工基础第一节刀具的几何形状及刀具材料,刀具材料的发展,1.在基面投影图中注出：已加工表面,待加工表面，过渡表面，前面，主切削刃，副切削刃，刀尖，主偏角、副偏角和正交平面Po2.按投影关系作出正交平面投影OO图，并在正交平面投影图中注出：基面Pr，主切削平面Ps，前面，主后面，前角、后角,如何区分主副切削刃?,如何区分前角和后角?,1、强度和韧性大的刀具材料选择大的还是小的前角，而脆性大的刀具又如何选择？2、加工塑性材料时，一般选择大的还是小的前角。3、加工脆性材料