金属切削工艺

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十七章,切削工艺知识,切削,:,利用切削工具从工件上切除多余材料的加工方法,。,GB4863,85,中又规定：切屑加工（定义同上）；,切削加工,=,钳工,+,机械加工,机械加工,利用机械力对各种工件进行加工的方法。,机械加工的方法有许多：,车、钻、铣、刨和磨,等多种，但它们在切削运动、切削刀具、切削过程的物理实质等方面都有着共同的现象和规律。,1,切削运动与切削要素,一、零件表面的,形成,二、切削运动,零件,表面,基本表面：平面、外、内圆面；,成形面：沟、槽、螺纹及齿,面等,1.在切削加工过程中，工件上存在三个,不断变化,的表面，即：,已加工表面、待加工表面和过渡表面。,（1）待加工表面 工件上即将切去切屑的表面。,（2）已加工表面 工件上已切去切屑的表面。,（3）过渡表面 工件上由,切削刃,形成的那部分表面，即已加工表面和待加工表面之间的过渡表面。,切削运动：刀具与工件之间的相对运动。,切削运动又分主运动和进给运动，其中：,1.,切削速度,c,（,以车削为例）切削速度,c,（,m/s,）,是主运动的线速度。,1.,主运动,由机床或人力提供的主要运动，它促使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具前面接近工件。,2.,进给运动,是使待加工表面不断地或连续地投入切削并得出所需几何特性的已加工表面的运动,。,切削过程中主运动只有一个；进给运动可以有一个或几个。,切削运动的形式有：,旋转或直线,的。,实际的切削运动是一个,合成切削运动,.,三、,切削用量,一般，切削用量包括：,切削速度、进给量和背吃刀量,。,常称为,切削用量三要素。,c,=,m/s,生产中为提高效率一般对工件分粗、精加工阶段，如,粗加工时的选择原则,：,式中：,D,为工件待加工表面的直径（,mm,）；,n,为转速（,r/min,）。,车削时指工件待加工表面最大直径处的线速度。,2.,进给量,f,（,mm/r,）,指（车）刀具相对于工件旋转一转，在进给方向的,位移量,。,单位为：,mm/r,或,mm/,str,。,3,.,背吃力量,a,p,（,mm,）,指工件上已加工表面与待加工表面之间的垂直距离，单位为：,mm,。,a,P,式中：,d,为已加工表面的直径（,mm）,“,先定,a,p,次选,f,最后定,c,”,c,四、,切削层参数,1.,切削层公称横截面积,A,D,在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面积，单位为,mm,2,。,2.,切削层公称宽度,b,D,；,3.,切削层公称厚度,h,D,且三者间有关系,：,A,D,=,b,D,h,D,mm,2,在车削中可近似认为,：,A,D,fa,p,mm,2,2,刀具材料与刀具构造,刀具组成切削部分夹持部分,一、刀具材料（指切削部分）,1,.,对刀具材料的基本要求,切削过程中，刀具的切削部分要承受很大的压力、摩擦、冲击和很高的温度，刀具切削部分的材料应具备以下性能：,（,1,）,高的硬度,一般刀具材料的硬度应在,60HRC,以上。,（,2,）,足够的强度和韧性,又称,坚韧性,，以承受切削中的冲击力和振动，减少刀具脆性断裂和崩刃。,（,3,）,耐磨性好,即,抵抗磨损,的能力，使刀具使用耐久。,（4）,高的耐热性,是指刀具在高温下仍能保持硬度、强度、韧性和耐磨性等。,（5）,工艺性能要好,为了便于刀具本身的制造，刀具,材料还应具有一定的工艺性能，如,切削性能、磨削性能、焊接性能及热处理性能等,。,2.,常用刀具材料,（,1,）碳素工具钢,T10,钢（,W,C,=1%,）,制作手用钢锯条、简单冷作模,;,T12,钢用于制作铰刀、锉刀、量具等,（,2,）合金工具钢,常用牌号如,9SiCr,、,Cr12,、,CrMn,、,GCr15,等，,主要用于制造刃具、模具、量具等工具,（,3,）高速钢,高速钢是含,W,、,C,r,、,V,等合金元素较多的合金工具钢。其常用牌号有：,W18C,r,4V,、,W6M,o,5C,r,4V2,等，,广泛用于制造形状复杂的高速切削工具，如：,麻花钻、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其他成形刀具,。,（,4,）,硬质合金,根据,GB/2075-1998,规定，按,被加工材料,分了三个大（类）组；,分别用字母,P,、,M,、,K,表示（,这些字母完全是习惯性，本身无其他含义,）,.,相应识别颜色为,蓝、黄、或红,。具体应用：,1,）,P,类（蓝色）,相当于旧牌号,YT,类硬质合金。,适宜,加工长切屑的,黑色金属,，,如钢、铸钢等,。,其代号,P01,、,P10,、,P20,、,P30,、,P40,、,P50,等，,数字越大，耐磨性越低而韧性越高。如车削时：,精车用,P01,，,半精车用,P10,，,P20,；,粗车选用,P30,。,2,）,M,类,（,黄色,）相当于,旧牌号,YW,类,硬质合金。,适宜加工,长切屑或短切屑的金属材料，如钢、铸钢、不锈钢、灰铸铁、有色金属,等。其代号有,M10,、,M20,、,M30,、,M40,等，数字越大，耐磨性低而韧性大。,精车选,M10,；,半精车用,M20,；,粗车时可用,M30,。,3,）,K,类（红色）,相当于,旧牌号,TG,类硬质合金。,适宜加工,短切屑的金属或非金属材料，,如,淬硬钢、铸铁、铜铝合金、塑料,等，其代号有,K01,、,K10,、,K20,、,K30,、,K40,等，数字大，耐磨性降而韧性大。如车削时：,精车选,K01,；,半精车,K10,、,K20,；,粗车用,K30,。,3.,新型,刀具材料,（,1,）,涂层,刀具材料,是指通过气相沉积或其他技术方法，在硬质合金或高速钢的基体上涂覆一薄层高硬耐磨的难熔金属或非金属化合物而构成的,。,如在硬质合金表面上涂厚,4,9m,的涂层时，表面硬度可达,2500,4200HV,，,是实现刀具要求,“,面硬而心韧,”,的有效方法之一,。,常用的,涂层材料有,TiC,、,TiN,、,Al,2,O,3,等,硬质合金涂层刀具寿命可比原来提高,1,3,倍，高速钢涂层后寿命提高,2,10,倍，世界各国对涂层刀具运用很广泛。处于领先地位的瑞典，在车削中使用涂层硬质合金刀片已达,70%,80%,。,（,2,）,陶瓷,刀具材料,按化学成分可,分为,Al,2,O,3,基和,Si,3,N,4,基,两类。,陶瓷刀具硬度高而耐磨，允许切削速度达成,12.5m/s,，,耐热性度可达,1200,1450,o,C,，,其效率比硬质合金提高了,1,4,倍，可制成刀片。,用于半精和精加工高硬度、强度钢及冷硬铸铁等，缺点抗弯强度低，冲击韧性差。,（,3,）,超硬,刀具材料,它包括,人造聚晶金刚石和立方氮化硼等人造聚晶金刚石刀具，,硬度极高（,5000HV,以上），耐磨性极好，可切削硬的材料而长时间保持尺寸的稳定（,不宜加工铁族金属，为什么,？）。,二、刀具角度,刀具寿命比硬质合金高几十至三百倍，宜精细加工。,立方氮化硼（,CBN,）,的显微硬度达,8000,9000HV,，,仅次于,天然金刚石,（,10000HV,），,耐磨性很好，其耐热性达,1500,o,C,，,且与,铁族材料亲和作用小,。,适于加工高硬、难切材料。,注意刀具材料的使用性能，工艺性能和价格不同，各种切削加工条件对刀具要求也各异，应综合考虑，合理地选用刀具材料。,刀具的种类相当繁多，但其切削部分的结构要素和几何角度有着许多共同的特征，,如图所示,。,各种刀具就,一个刀齿而言，都相当于,车刀的刀头,。,（一）车刀切削部分的组成,车刀切削,部分有,：“,三面两刃一尖”。,（二）刀具角度参考系,1.,前刀面,（简称,前面,）,指刀具上切屑流经的表面。,2.,主后刀面,（简称,后面,）,是与工件上过渡表面相对的表面。,3.,副后刀面,（简称,副后面,）,是与工件已加工表面相对的表面。,4.,主切削刃,前刀面与主后刀面的交线。,5.,副切削刃,前刀面与副后刀面的交线。,6.,刀尖,指主、副切削刃汇交的部位，它可以是,圆弧,，或是一小段,直线,。,刀具角度是确定车刀各部分几何形状的重要参数，用于,定义和规定刀具角度的各基准坐标平面称为,参考系,。参考系有两类：,一类称为,刀具静止参考系,，又称,标注参考系,，,它是刀具设计时标注、刃磨和测量的基准，用此定义的刀具角度称,刀具标注角度,；,另一类是,刀具工作参考系,，又称为动态参考系。,组成刀具静止参考系的平面，,如图,，由,三平面,组成：,1.,基面,Pr,过切削刃选定点并垂直于假定主运动方向的平面,。,车刀的基面可理解为平行于刀具底面的水平面。,2.,切削平面,Ps,过切削刃上选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面,（,主切削平面以,Ps,表示，,副切削平面以,Ps,，,表示）。,3,.,正交平面,Po,过切削刃上选定点，并同时垂直于基面和切削平面的平面。,（三）车刀的几何角度及其作用,4,.,假定工作平面,P,f,过切削刃选定点，垂直于基面并平行与假定进给运动方向的平面。,由于刀具的参考系在切削刃上各点是变化的，因此,角度的定义也应指明选定点,。在未指明时，一般指切削刃的基点或刀尖。,在,正交平面内测量,的标注角度,见图,1.,前角,r,。,前刀面与基面间的夹角,。,根据前刀面与基面间的相对位置又分别规定为:,正前角、零度前角和,负前角,作用,：,影响切削刃锋利程度及强度，增加前角可使刀刃锋利，切削力减少。切削温度降低，但过大的前角会使刃口强度降低，容易造成刃口损坏。,选择原则,：前角的数值大小与刀具切削部分的材料，被加工材料、工作条件等都有关系。,(1),切削材料性脆、强度低时前角应取小值；,(2),工件材料强度和硬度低时，取较大前角；,(3),有冲击的工作条件时，前角应取较小值，甚至取负值。,在保证刀具刃口强度的条件下，尽量用大前角。,2.,后角,o,指主后刀面与切削平面之间的,夹角,。,作用,：减小后面与工件之间的摩擦，和前角一样影响刃口的强度和锋利程度。,选择原则,：,与前角相似，一般后角值为,6,o,8,o,。,在基面内测量,的角度有,3.,主偏角,指主切削平面与假定工作平面间,夹角,。,作用,：影响,切削刃工作长度、背向力、刀尖强度和散热条件,；主偏差越小，背向力越大，切削刃工作长度,越大，散热条件越好。,选择原则,：,工件粗大，刚性好时取较小值，车细长轴时为减少背向力，以免,工件,弯曲，加工出腰鼓形，宜选取较大的值，常用为,45,o,75,o,间,。,4.,副偏角,副切削平面与假定工作平面间的,夹角,。,。,作用,：影响已加工表面的粗糙度，减少副偏角可使被加工表面粗糙值降低。,选择原则,：精加工时为提高加工表面的质量，选取较小值，一般为,5,o,10,o,在切削平面内侧量,的角度有：,5.,刃倾角,s,指主切削刃与基面间的夹角，反映主切削刃对基面的倾斜程度。,作用,：影响切屑流动方向和刀尖的强度。,(1),当,s,为正值时，刀尖在主切削刃上的最高点，切屑流向待加工表面；,三、刀具结构,(2),当,s,为负值时，刀尖在主切削刃上为最低点，切屑流向已加工表面；,(3),刃倾角为,0,o,时，切屑垂直于过渡表面,方向流出,。,在,s,时，切屑的压力使刀头及刃口易损坏，刀头强度表现差；反之，则刀头强度较好。,选择原则,：,精加工时取正值，粗加工时或有冲击时取负值，一般情况下为,0,o,5,o,。,18”,）,刀具结构种类很多，以车刀为例介绍常见分类：,1.整体车刀,切削部分与刀杆为同一种材料，如,高速钢车刀（白钢刀）,，在有色金属加工中应用较多。,2.焊接车刀,切削部分与刀杆不同材料，刀杆为中碳钢锻造，而切削部分为硬质合金类刀片，运用硬钎焊连,3,金属切削过程,（,20,）,接而成，方便灵活，尤其小刀具运用多。,3.,机械夹固式车刀,按是否重磨又分,机夹不重磨式和机夹重磨式,两种，其中机夹,不重磨,时，一刀刃用钝后不需重磨。图所示，只须将夹紧螺钉稍松，将刀片再转过一刃即可使用。,而机夹重磨式，类似焊接车刀，,用钝后,可,重磨,。,一、切