机械制造工艺基础金属切削的基础知识学习教案

1、会计学1机械制造工艺机械制造工艺(gngy)基础基础 金属切削的金属切削的基础知识基础知识第一页，共106页。第1页/共105页第二页，共106页。第2页/共105页第三页，共106页。第3页/共105页第四页，共106页。零件的加工质量包括加工精度与表面质量两个方面。零件的加工质量包括加工精度与表面质量两个方面。表面质量指零件表面粗糙度表面质量指零件表面粗糙度( (主要指标主要指标) )、加工硬化层、表面残余、加工硬化层、表面残余(cny)(cny)应力以及金相组织结构等，它们对零件的使用性能有很应力以及金相组织结构等，它们对零件的使用性能有很大影响。大影响。第4页/共105页第五页，共10

2、6页。 具体零件的公差值取决于零件的基本尺寸具体零件的公差值取决于零件的基本尺寸(ch cun)(ch cun)与公差等级。与公差等级。标准公差值、标准公差等级、基本尺寸标准公差值、标准公差等级、基本尺寸(ch cun)(ch cun)三者之三者之间的关系详见表间的关系详见表4-1(GB/T1 800.2-1998)4-1(GB/T1 800.2-1998)。IT01IT01IT13-IT13-配合配合(pih)(pih)尺寸，尺寸， IT14 IT14IT18-IT18-非配合非配合(pih)(pih)尺寸。尺寸。第5页/共105页第六页，共106页。第6页/共105页第七页，共106页。

3、形状精度是指零件上的实际形状要素与理想形状要素的符合程形状精度是指零件上的实际形状要素与理想形状要素的符合程度度(chngd)(chngd)。 尺寸精度满足要求，其形状不一定符合要求。如尺寸精度满足要求，其形状不一定符合要求。如: :2.2.形状形状(xngzhun)(xngzhun)精精度度225 5-0.1-0.1的轴，实际尺寸为的轴，实际尺寸为24.9524.95，但轴的某一截面的，但轴的某一截面的实际形状不是理想的圆形，形状不一定满足要求。实际形状不是理想的圆形，形状不一定满足要求。2形状误差：加工形状误差：加工(ji gng)(ji gng)时，实际形状与理想时，实际形状与理想形状的

4、误差。形状的误差。 6 6种形状的标准公差见国标种形状的标准公差见国标GB/T 1182-1996 GB/T 1182-1996 、 GB/T 4249-GB/T 4249-1996 1996 、GB/T 16671-1996 GB/T 16671-1996 。标准形状公差的符号及其含义。标准形状公差的符号及其含义见表见表4-34-3。表面加工基本技术要求：第7页/共105页第八页，共106页。表表 4 - 3 形 状形 状(xngzhun)公差公差表面(biomin)加工基本技术要求：第8页/共105页第九页，共106页。3.3.位置位置(wi (wi zhi)zhi)精度精度 位置位置(w

5、i zhi)(wi zhi)精度是指零件上的表面、轴线等的实际精度是指零件上的表面、轴线等的实际位置位置(wi zhi)(wi zhi)与理想位置与理想位置(wi zhi)(wi zhi)相符合的程度。相符合的程度。 3 3类类8 8种位置种位置(wi zhi)(wi zhi)标准位置标准位置(wi zhi)(wi zhi)公差的符号公差的符号及其含义详见表及其含义详见表4-4 (GB/T1182-19964-4 (GB/T1182-1996、GB/T 4249-1996GB/T 4249-1996、GB/T16671-1996)GB/T16671-1996)。表面加工基本技术(jsh)要求：

6、第9页/共105页第十页，共106页。表表4-4 位置位置(wi zhi)公差公差第10页/共105页第十一页，共106页。表面粗糙度表面粗糙度: :表面上微小峰谷间的高低程度表面上微小峰谷间的高低程度( (也称微观也称微观(wigun)(wigun)不不平度平度) )。常用评定参数常用评定参数: : 4.4.表面表面(biomin)(biomin)粗糙粗糙度度Ra :Ra :轮廓算术平均偏差，轮廓算术平均偏差， ladxxylR0| )(|1表面加工基本(jbn)技术要求：第11页/共105页第十二页，共106页。 允许数值系列允许数值系列: Ra()100/25/12.5 / 6.3/3.

7、2/1.6/0.8/0.4/0.2/0.1/0.05/0.025 / 0.012/0.008 常用常用(chn yn)数值范围：数值范围：Ra = 0.0256.3 表面粗糙度对零件的疲劳强度、耐磨性、耐腐蚀性、表面粗糙度对零件的疲劳强度、耐磨性、耐腐蚀性、配合配合(pih)(pih)性能等对有很大影响。性能等对有很大影响。 Ra Ra值越小，表面质量越高，但加工越困难，成本也越值越小，表面质量越高，但加工越困难，成本也越高。高。影响影响(yngxing)(yngxing)：表面加工基本技术要求：第12页/共105页第十三页，共106页。表表 4 - 5 4 - 5 表 面 粗 糙 度 选 用

8、表 面 粗 糙 度 选 用( x u n y n g )( x u n y n g ) 举 例举 例如粗车、粗刨、切断(qi dun)等粗加工后的表面粗加工后的表面(biomin)，焊接前的焊缝、粗钻的孔壁一般非结合表面，如轴的端面、倒角等不重要零件的非配合表面，如支柱、支架、外壳等的端面，紧固件的自由表面、紧固件通孔的表面第13页/共105页第十四页，共106页。表表 4 - 5 4 - 5 表 面 粗 糙 度 选 用表 面 粗 糙 度 选 用( x u n y n g )( x u n y n g ) 举 例举 例不重要零件的非配合表面，如支柱、支架(zhji)、外壳等的端面，紧固件的自由

9、表面、紧固件通孔的表面与其他零件(ln jin)连接，但不形成配合的表面，如箱体、外壳等的端面。安装直径超过80mm的G级轴承的外壳孔、普通精度齿轮的齿面、定位销孔等重要表面第14页/共105页第十五页，共106页。表表4-5 4-5 表面表面(biomin)(biomin)粗糙度粗糙度选用举例选用举例要求保证定心及配合特性的表面，如锥销与圆柱销的表面，磨削的轮齿(ln ch)表面、中速转动的轴颈表面要求长期保持配合性质(xngzh)的配合表面，如IT7级的轴、孔配合表面，精度较高的轮齿表面。工作时受变应力作用的重要零件的表面，保证零件的疲劳强度、防腐性和耐久性，并在工作时不破坏配合性质的表面

10、。工作时承受较大变应力作用的重要零件的表面，保证精确定心的锥体表面等。第15页/共105页第十六页，共106页。表表 4 - 5 4 - 5 表 面 粗 糙 度 选 用表 面 粗 糙 度 选 用( x u n y n g )( x u n y n g ) 举 例举 例保证高度气密性接合的表面，如活塞(husi)、柱塞的外表面和气缸的内表面。高压柱塞泵中的柱塞与柱塞泵的配合(pih)表面等精密表面。仪器的测量表面和配合表面，尺寸超过100mm的块规的工作表面块规的工作表面，高精度测量仪器的测量表面及其摩擦机构的支承表面。第16页/共105页第十七页，共106页。第17页/共105页第十八页，共1

11、06页。表面表面(biomin):外圆面外圆面,内圆面内圆面,平面和成型面平面和成型面.A.内外圆面内外圆面:以直线为母线以直线为母线,以圆为轨迹以圆为轨迹,作旋转运动作旋转运动 而形成。而形成。第18页/共105页第十九页，共106页。Fig1-1第19页/共105页第二十页，共106页。Fig1-2a)车外圆面b)磨外圆面c)刨平面d)钻孔第20页/共105页第二十一页，共106页。第21页/共105页第二十二页，共106页。工件加工三个变化(binhu)的表面: 待加工表面；加工表面（或过渡表面）；已加工表面。待加工表面待加工表面 ap加工表面加工表面 fkrdwdm第22页/共105页

12、第二十三页，共106页。第23页/共105页第二十四页，共106页。第24页/共105页第二十五页，共106页。第25页/共105页第二十六页，共106页。apdwdm第26页/共105页第二十七页，共106页。第27页/共105页第二十八页，共106页。apdwdm第28页/共105页第二十九页，共106页。hDbDap kr两个相邻加工表面之间的那层材料两个相邻加工表面之间的那层材料,垂直于切削速度垂直于切削速度的平面内观察和度量的平面内观察和度量,切削厚度切削厚度hD,切削宽度切削宽度(kund)bD和切削面积和切削面积A。待加工表面待加工表面 ap加工表面加工表面 fkrdwdm第29

13、页/共105页第三十页，共106页。hDbDap kr第30页/共105页第三十一页，共106页。第31页/共105页第三十二页，共106页。第32页/共105页第三十三页，共106页。磨具类磨具类按刀具结构按刀具结构(jigu)，分为整体式、镶片式、复合，分为整体式、镶片式、复合式刀具等。式刀具等。第33页/共105页第三十四页，共106页。图2-48 各种刀具切削部分的形状刨刀、铣刀、钻头等其他刀具可视为车刀的演变刨刀、铣刀、钻头等其他刀具可视为车刀的演变(ynbin)或或组合。组合。第34页/共105页第三十五页，共106页。第35页/共105页第三十六页，共106页。三高一专的三高一专

14、的先进先进(xinjn)刀具刀具高精度高精度高效率高效率高可靠性高可靠性专业化专业化第36页/共105页第三十七页，共106页。先进的专用先进的专用(zhunyng)可转位刀具可转位刀具第37页/共105页第三十八页，共106页。第38页/共105页第三十九页，共106页。刀具材料种类很多，常用的有工具钢（包括碳素工具钢、合金(hjn)工具钢和高速钢）、硬质合金(hjn)、陶瓷、金刚石（天然和人造）和立方氮化硼等。碳素工具钢和合金(hjn)工具钢，因其耐热性很差，目前仅用于手工工具。第39页/共105页第四十页，共106页。常用高速钢牌号及其应用范围类别牌 号主 要 用 途普通高速钢W18Cr

15、4V广泛用于制造钻头、绞刀、铣刀、拉刀、丝锥、广泛用于制造钻头、绞刀、铣刀、拉刀、丝锥、齿轮刀具等齿轮刀具等W6Mo5Cr4V2用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等，如轧制钻头等W14Cr4VmnRe用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等，如轧制钻头等高性能高速钢高碳95W18 Cr4V用于制造对韧性要求不高，但对耐磨性要求较高用于制造对韧性要求不高，但对耐磨性要求较高的刀具的刀具高矾W12Cr4V4 Mo用于制造形状简单，对耐磨性要求较高的刀具用于制造形状简单，对耐磨性要

16、求较高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al用于制造复杂刀具和难加工材料用的刀具用于制造复杂刀具和难加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al耐磨性好，用于制造加工高强度耐热钢的刀具耐磨性好，用于制造加工高强度耐热钢的刀具W6Mo5Cr4V5SiNbAl用于制造形状简单的刀具，如加工铁基高温合金用于制造形状简单的刀具，如加工铁基高温合金的钻头的钻头W12Cr4V3 Mo3Co5Si耐磨性、耐热性好，用于制造加工高强度钢的刀耐磨性、耐热性好，用于制造加工高强度钢的刀具具W2Mo9Cr4VCo8（M42）用作难加工材料的刀具，因其磨削性好可作复杂用作难加工材料的刀具，因其磨削性好可作复杂刀具，价格昂贵

17、刀具，价格昂贵 第40页/共105页第四十一页，共106页。第41页/共105页第四十二页，共106页。各种硬质合金的应用范围牌 号应 用 范 围YG3X铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG3铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG6X普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工、半精加工YG6铸铁、有色金属及其合金的半精加工和粗加工YG8铸铁、有色金属及合金、非金属材料粗加工，也可用于断续切削YG6A冷硬铸铁、有色金属及其合金的半精加工，亦可用于高锰钢、淬硬钢的半精加工和精加工YT30碳素钢、合金钢的精加工YT15碳素钢、合金钢在连续切削时的粗加工、半精加

18、工，亦可用于断续切削时的精加工YT14同YT15YT5碳素钢、合金钢的粗加工，也可以用于断续切削YW1高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的半精加工和精加工YW2高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的粗加工和半精加工抗弯强度、韧性、进给量 硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量 硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量 硬度、耐磨性、切削速度第42页/共105页第四十三页，共106页。主要(zhyo)缺点是性脆、抗冲击韧性差，抗弯强度低。第43页/共105页第四十四页，共106页。第44页/共105页第四十五页，共1

19、06页。2.2.常用的刀具常用的刀具(doj)(doj)材料性能材料性能比较比较: :第45页/共105页第四十六页，共106页。第46页/共105页第四十七页，共106页。第47页/共105页第四十八页，共106页。第48页/共105页第四十九页，共106页。第49页/共105页第五十页，共106页。主切削刃主后刀面前刀面副切削刃主剖面 PoA基 面 P r ： 通 过 切 削(qixio)刃选定点与切削(qixio)速度方向垂直的平面。切削平面 Ps基面 Pr车刀(ch do)主剖面坐标系切削平面Ps：通过切削刃通过切削刃选定点与主切削刃相切且垂选定点与主切削刃相切且垂直于基面直于基面P

20、Pr r的平面。的平面。主剖面Po：通过切削刃通过切削刃选定点垂直于基面选定点垂直于基面P Pr r和切和切削平面削平面 P Ps s的平面。的平面。第50页/共105页第五十一页，共106页。主偏角主偏角r 在基面内测量，是主切削刃在基面内测量，是主切削刃在基面上投影在基面上投影(tuyng)与假与假定进给方向的夹角。定进给方向的夹角。rr的大小影响刀具寿的大小影响刀具寿命。减小主偏角，主刃命。减小主偏角，主刃参 加 切 削 的 长 度参 加 切 削 的 长 度(chngd)(chngd)增加，负荷增加，负荷减轻，同时加强了刀尖减轻，同时加强了刀尖，增大了散热面积，使，增大了散热面积，使刀具

21、寿命提高。刀具寿命提高。rr的大小还影响切削的大小还影响切削分力。减小主偏角使吃分力。减小主偏角使吃刀抗力增大，当加工刚刀抗力增大，当加工刚性较弱的工件时，易引性较弱的工件时，易引起工件变形和振动。起工件变形和振动。q 主偏角应根据加工对象正确选取，车主偏角应根据加工对象正确选取，车刀常用的主偏角有刀常用的主偏角有4545、6060、7575、9090几种。几种。第51页/共105页第五十二页，共106页。副偏角r r在基面内测量，是副切削刃在基面上的投影与假定进给反方向的夹角。副偏角的作用是为了减小副切削刃与工件已加工表面(biomin)之间的摩擦，以防止切削时产生振动。副偏角的大小影响刀尖

22、强度和表面(biomin)粗糙度。q 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(cnli)面积减小，表面粗糙度降低。第52页/共105页第五十三页，共106页。第53页/共105页第五十四页，共106页。前角o 在主剖面内测量，是前刀面与基面的夹角。o影响切削难易程度。增大(zn d)前角可使刀具锋利，切削轻快。但前角过大，刀刃和刀尖强度下降，刀具导热体积减小，影响刀具寿命。 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。第54页/共105页第五十五页，共106页。2）后角o 后角o在主剖面内测量，是主

23、后刀面与切削平面的夹角。后角的作用是为了减小主后刀面与工件加工表面之间的摩擦以及主后刀面的磨损。但后角过大，刀刃强度下降，刀具导热体积减小，反而会加快(ji kui)主后刀面的磨损。粗加工和承受冲击载荷的刀具，为了使刀刃有足够强度，后角可选小些，一般为46；精加工时切深较小，为保证加工的表面质量，后角可选大一些，一般为812。第55页/共105页第五十六页，共106页。第56页/共105页第五十七页，共106页。a）b）c）刃倾角对排屑方向的影响5）刃倾角s切削平面内测量，是主切削刃与基面的夹角。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(zn

24、gqing)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。第57页/共105页第五十八页，共106页。第58页/共105页第五十九页，共106页。第59页/共105页第六十页，共106页。第60页/共105页第六十一页，共106页。第61页/共105页第六十二页，共106页。第62页/共105页第六十三页，共106页。第63页/共105页第六十四页，共106页。第64页/共105页第六十五页，共106页。第65页/共105页第六十六页，共106页。第66页/共105页第六十七页，共106页。f第67页/共105页第六十八页，共106页。2、焊接式3、机夹式1、整体式第

25、68页/共105页第六十九页，共106页。n机夹铣刀机夹铣刀(x do)第69页/共105页第七十页，共106页。4、机夹重磨式第70页/共105页第七十一页，共106页。第71页/共105页第七十二页，共106页。图4-13 切屑形成过程abc弹性变形弹性变形(bin xng)(bin xng)塑性变形塑性变形(bin xng)(bin xng)被挤裂被挤裂沿沿前刀面流出成为切屑前刀面流出成为切屑第72页/共105页第七十三页，共106页。FABOM45a）正挤压）正挤压FABOM45b）偏挤压）偏挤压OMFc）切削）切削与偏挤压情况类似。弹性变形与偏挤压情况类似。弹性变形剪切应力增大，达到

26、屈服点剪切应力增大，达到屈服点产生塑性产生塑性变形，沿变形，沿OMOM线滑移线滑移剪切应力与滑移量剪切应力与滑移量继续增大，达到断裂强度继续增大，达到断裂强度切屑与母切屑与母体脱离。体脱离。金属挤压与切削比较第73页/共105页第七十四页，共106页。图3-3 切屑(qi xi)根部金相照片M刀具切屑OA终滑移线始滑移线：=s剪切角第74页/共105页第七十五页，共106页。 切削(qixio)部位三个变形区第变形区：靠近前刀面处靠近前刀面处，切屑排出时受前刀面挤压与，切屑排出时受前刀面挤压与摩擦摩擦。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要

27、原因。的主要原因。第75页/共105页第七十六页，共106页。形成条件影响名称名称简图形态变形带状，底面光滑带状，底面光滑，背面呈毛茸状，背面呈毛茸状节状，底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状粒状不规则块状颗粒剪切滑移尚未达到断裂程度局部剪切应力达到断裂强度剪切应力完全达到断裂强度未经塑性变形即被挤裂加工塑性材料，切削速度较高，进给量较小， 刀具前角较大加工塑性材料，切削速度较低，进给量较大， 刀具前角较小工件材料硬度较高，韧性较低，切削速度较低加工硬脆材料， 刀具前角较小切削过程平稳，表面粗糙度小， 妨碍切削工作，应设法断屑切削过程欠平稳，表面粗糙度欠佳切削力波动较大，切削过程不平稳，表面粗糙度不佳

28、切削力波动大，有冲击，表面粗糙度恶劣，易崩刀带状切屑带状切屑挤裂切屑挤裂切屑单元切屑单元切屑崩碎切屑崩碎切屑第76页/共105页第七十七页，共106页。带状切屑挤裂切屑节状切屑(qi xi)崩碎切屑(qi xi)图3-6 切屑形态(xngti)照片第77页/共105页第七十八页，共106页。第78页/共105页第七十九页，共106页。第79页/共105页第八十页，共106页。第80页/共105页第八十一页，共106页。第81页/共105页第八十二页，共106页。n2. 措施措施n减少切削变形、摩擦和切削热。减少切削变形、摩擦和切削热。第82页/共105页第八十三页，共106页。rFcFFpFf pFfFf pFf pfvF 切削合力Fc主切削力Fp吃刀抗力Ff进给抗力第83页/共105页第八十四页，共106页。第84页/共105页第八十五页，共106页。第85页/共105页第八十六页，共1