机械制造技术基础1

1、机械制造技术基础机械制造技术基础 前言前言 课程介绍课程性质和内容简介学时安排:1.(5) 2.(9) 3.(13) 5.(11) 7.(5) 8.(3) 9.(2) 考核平时成绩30分: 考勤和课堂纪律15 ; 课堂讨论、笔记和作 业15。期末闭卷考试70分 试卷题型：1填空 15 约5题 ； 2. 选择题35 约7题 ； 3. 简答题16 约4题 ； 4. 分析题24 约3题 ； 5计算题10 约1题 。第一章：金属切削过程的基础知识第一章：金属切削过程的基础知识（约（约5学时）学时） 本章提要本章提要 一、基本定义 介绍金属切削过程方面的一些基本概念，它包括切削运动、切削用量、参考系（基

2、面、切削平面、主剖面）、刀具标注角度、切削层参数等。二、刀具材料 介绍刀具材料应具备的性能（硬度、耐磨性、强度、韧性、耐热性、工艺性、经济性），两种常用的刀具材料（高速钢、硬质合金）和其它刀具材料（涂层、陶瓷、人造金刚石、立方氮化硼）。1.1基本定义1.1.1切削运动与切削用量 工件三个表面定义： 待加工表面：即将被切去金属层的表 面； 加工表面：切削刃正在切削着的表面； 已加工表面：已经切去一部分金属形成的新表面。1.1.1.1切削运动*主运动 主运动是速度最高，消耗机床功率最多的那个运动。（如图1.3Vc）进给运动 进给运动使新的金属不断投入切削的运动。进给运动可是一个、两个或多个，通常消

3、耗功率较小。（如图1.3Vf）合成运动与合成切削速度 当主运动与进给运动同时进行时，刀具切削刃上某点相对工件的运动称为合成切削运动。(如图1.3Ve) VcVeVf1.1.1.2 切削用量三要素*cvfpa1000dnVc (1) 切削速度 （车钻镗） (2) 进给速度、进给量和每齿进给量 进给速度Vf是单位时间的进给量，单位是mm/s(mm/min)进给量f是工件或刀具每回转一周两者沿进给运动方向的相对位移，单位是mm/r对于铣刀、齿轮滚刀等多刃切削工具，在它们进行工作时，还应规定每一个刀齿的进给量f z 三者的关系三者的关系:nZfnfVzf2mdwdpa2mdpa(3)背吃刀量 (切削深

4、度) 背吃刀量ap为工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离 （车削） （钻削） 1.1.2.刀具切削部分的刀具切削部分的基本定义基本定义1.1.2.1 刀具切削部分刀具切削部分的构造要素的构造要素(1)前刀面：前刀面前刀面Ar 是切屑流出的表面 (2)后刀面：后刀面分为主后刀面与副后刀面主后刀面主后刀面Aa 是指与工件加工表面相对的刀具表面。 副后刀面副后刀面Aa 是指与工件已加工表面相对的刀具表面。(3)切削刃：主切削刃主切削刃指前刀面与主后刀面相交的锋边；副切削刃副切削刃指前刀面与副后刀面相交的锋边。(4)刀尖： 刀尖刀尖可以是主、副切削刃的实际交点（图1.5），它也可以是圆弧或直线（通

5、常都称为过渡刃）。 1.1.2.2 刀具标注角度的参考系刀具标注角度的参考系由下列诸平面构成：基面Pr 通过切削刃选定点，垂直假定主运动方向的平面。切削平面Ps 通过切削刃选定点，与主切削刃相切，并垂直于基面Pr的平面。主剖面Po和主剖面参考系 主剖面Po是通过切削刃选定点，同时垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。 由Pr-Ps-Po组成的一个正交的主剖面参考系主剖面参考系。 基面基面Pr切削平面切削平面Ps主剖面主剖面Po法剖面法剖面PnV Vf法剖面Pn和法剖面参考系 法剖面 Pn是通过切削刃选定点，垂直于切削刃的平面。Pr-Ps-Pn组成一个法剖面参考系法剖面参考系进给剖面Pf和背平面P

6、p及其组成的进给、背平面参考系 进给剖面Pf是通过切削刃选定点，平行于进给运动方向并垂直于基面Pr的平面。背平面Pp是通过切削刃选定点，同时垂直于Pr和Pf的平面。Pr-Pf-Pp组成一个进给、背平面参考系进给、背平面参考系。VPrVf1.1.2.3 刀具工作角度的参考系（自阅自阅）刀具工作角度参考系与标注角度参考系的唯一不同是：用主运动与进给运动的合成切削运动Ve取代主运动Vc Ve Vc n Vf f * Ve=Vc+Vf 1.1.2.4 刀具的标注角度* 前角0：前刀面与基面间的夹角（在主剖面中测量）。 后角0：后刀面与切削平面的夹角（在主剖面中测量）。 主偏角r：基面中测量的主切削刃与

7、进给运动方向的夹角。 刃倾角s：切削平面中测量的主切削刃与基面间的夹角。 同理可得：副偏角r，副刃倾角s， ，副前角0， ，副后角0， 。它们的定义与主切削刃上的四种角度类似。 几个派生角如下：楔角 ：主剖面中测量的前、后刀面间夹角。刀尖角 ：基面中测量的主、副切削刃间夹角。0)(900000ar)(1800rrrkk00为负值为负值为正值为正值课堂讨论课堂讨论端面、切断车刀0 0 r r， s的标注1.1.3.刀具角度的换算 (自阅)nvfvfPrPsPoPr00rr，s(Po Po)(Ps向向)(Pr向向)切削层参数（厚度hD宽度bD面积AD ）随堂手画讲解00s(Ps向向)(Pr向向)(

8、Po Po)切削层参数（厚度hD宽度bD面积AD ）随堂手画讲解1.1.4.刀具工作角度1.1.4.1进给运动对工作角度的影响横车基面位置变化所致: 前角 后角aVeVfVc纵车基面位置变化所致：前角后角aoeo1.1.4.2 刀具安装对工作角度的影响 刀 尖 安装高低对工作角度的影响 装高了导致：0 0101020203030404050506060707080809090第一季度第一季度 第三季度第三季度东部东部西部西部北部北部a刀杆安装倾斜对工作角度的影响 车刀刀杆与进给方向不垂直时，工作主偏角和工作副偏角将发生变化： ,rekrek1.1.5切削层参数与切削形式1.1.5.1 切削层*

9、 切削厚度 垂直于加工表面来度量的切削层尺寸（图1.19）称为切削厚度，以hD表示。切削宽度 沿加工表面度量的切削层尺寸（图1.19），称为切削宽度，以 bD 表示。切削面积AD pDDDafbhAbDhDhDbDbD2bD1hD2hD1hD3hD2hD1 bD 上面所计算的均为名义切削面积名义切削面积。实实际切削面积际切削面积等于名义切削面积减去残留面积残留面积注注：残留面积直接影响表面粗糙度。1.1.5.2切削形式(自阅) 正切削与斜切削自由切削与非自由切削1.2 刀具材料1.2.1.刀具材料应具备的性能* 高的硬度与耐磨性（常温硬度在HRC62以上）足够的强度和韧性高的耐热性良好的工艺性

10、良好的经济性 1.2.2.常用的刀具材料1.2.2.1.高速钢*高速钢高速钢是一种加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。其性能及特点：有较高的热稳定性（正常工作切削温度可达500 650 oC ）； 有较高的强度、韧性、硬度和耐磨性； 制造工艺性好（常用于钻头等）。通用型高速钢钨钢 W18Cr4V (简称W18) 含(钨)W18%(铬)Cr4% (钒)V1%有良好的综合性能，在600 oC时其高温硬度为HRC48.5，可以制造各种复杂刀具。 钨钼钢 W6Mo5Cr4V2 (简称M2) 适用于制造热轧钻头等 高性能高速钢 是在通用高速钢的基础上再增加一些含碳量、含钒量及添加钴、铝等元

11、素。适合于加工高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。 典型牌号有高碳高速钢、高钒高速钢、钴高速钢、超硬高速钢等。粉末冶金高速钢 用高压氩气或氮气雾化熔融的高速钢水，直接得到细小的高速钢粉末，高温下压制成致密的钢坯，而后锻压成材或刀具形状。适合制造切削难加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滚刀、插齿刀）、精密刀具等。1.2.2.2.硬质合金 *硬质合金硬质合金是由难熔金属化合物（如WC、TiC）和金属粘结剂（Co）经粉末冶金法制成。其性能：硬度可达HRA89-93，在800-1000 oC还能承担切削，耐用度较高速钢高几十倍。适合切削速度较高，可提高45倍。但抗弯强度较高速钢低，冲击韧性差。 碳化

12、物含量较高时，硬度高，但抗弯强度低； 粘结剂含量较高时，抗弯强度高，但硬度低。 ISO将切削用的硬质合金分为以下三类将切削用的硬质合金分为以下三类：YG(K)类，即WC-Co类硬质合金*成份：由WC和Co组成。 牌号有YG6，YG8（中晶粒，粗加工用）；YG3X，YG6X（细晶粒，精加工用），含钴量分别为6%，8%，3%，6%。性能：硬度为HRA8991.5； 抗弯强度为1.11.5 Gpa (110150kgf/mm2 )； 此类合金韧性、磨削性、导热性较好。 “细晶粒”比 “中晶粒”硬度高，韧性低。 适用场合：加工产生崩碎切屑、有冲击切削力作用在刃口附近的脆性材料(铸铁、有色金属及其合金)

13、和导热系数低的不锈钢等。YT(P)类，即WC-TiC-Co类硬质合金*成份： 硬质点除WC外，还含有5%30%的TiC。 牌号有 YT5（粗加工）, YT14, YT15, YT30（精加工）, TiC的含量分别为5%，14%，15%，30%， 钴的相应含量为10%，8%，6%，4%。性能：硬度为HRA91.592.5； 抗弯强度为0.91.4GPa (90140 kgf/mm2 )。 TiC含量提高，Co含量降低，硬度和耐磨性提高，但是冲击韧性显著降低。适用场合：高速切削钢料（含钴量增加，抗弯强度和冲击韧性提高，适于粗加工；含钴减少，硬度、耐磨性及耐热性增加，适于精加工）。注注：YT（P)类

14、不适于加工不锈钢和钛合金。因YT中的钛元素和工件中的钛元素之间的亲合力会产生严重的粘刀现象，在高温切削及磨擦系数大的情况下会加剧刀具磨损。YW(M)类 即WC-TiC- TaC - Co类硬质合金 成份及性能：在YT类中加入TaC(NbC)（碳化钽）可提高其抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、高温硬度、强度和抗氧化能力、耐磨性等(性能介于YG和YT之间)。 适用场合：既可用于加工铸铁，也可加工钢。常用的牌号为YW1，YW2。 以上三类的主要成分均为WC，所以以称WC基硬质合金。另另：尚有以TiC为主要成分的TiC基硬质合金 （见书P16中下自阅）1.2.3.其它刀具材料 涂层刀具 它是在韧性较好的硬

15、质合金的基体上，或在高速钢刀具基体上，涂抹一薄层耐磨性高的难熔金属化合物而获得的。 常用的涂层材料有TiC 、TiN 、Al2O3等。陶瓷 有纯Al2O3陶瓷和Al2O3TiC混合陶瓷两种，在高温1200 oC以上仍能进行切削；切削速度比硬质合金高25倍；可用于加工钢、铸铁；车、铣加工也都适用。但其脆性大、抗弯强度低、冲击韧性差、易崩刃，使其使用范围受到限制。 金刚石 硬度高达HV10000，耐磨性好，可用于加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等高硬度、高耐磨的材料，刀具耐用度比硬质合金可提高几倍到几百倍。目前主要用于磨具和磨料，对有色金属及非金属材料进行高速精细车削及镗孔。立方氮化硼 由软的立方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而成。硬度高（HV80009000）耐磨性好；有比金刚石高得多的热稳定性（1400 oC ）。目前不仅用于磨具，也逐渐