金属切削基础知识课件.ppt
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1、2.1 金属切削基础知识 金属切削加工是指用刀具或磨具,从工件表面上 切除多余的金属,使工件达到图纸所规定的几何形状、 尺寸精度和表面质量的切削过程。 机械加工简称机加工,是指由工人操纵机床对工 件进行的切削加工。它分为两类:一类是刀具切削加 工;另一类是磨料切削加工。 钳工一般是指由工人用手动工具对工件进行的切 削加工,主要有划线、锯削、锉削、刮削、研磨、钻 孔、铰孔、攻丝、套丝、机械装配和修理等工作。 2.1.1 切削运动 切削运动是指在金属切削加工过程中,工具与工 件之间的相对运动。按在切削过程中所起的作用不同, 切削运动可分为主运动和进给运动两种。 1、主运动是形成机床切削速度或消耗主
2、要动力 的工作运动,也就是切下切屑的基本运动。 2、进给运动是使工件多余的材料不断被去除的 工作运动。进给运动一般速度较低,消耗功率较少, 可由一个或多个运动组成。进给运动可以是连续的, 也可以是间断的。 2.1.2 加工表面和切削用量 1. 切削中形成的工件表面 (1)待加工表面 (2)已加工表面 (3)过渡表面 2.切削用量 切削用量是切削速度、进给量和背吃刀量三者的 总称,即切削用量三要素。 (1)切削速度 是主运动的线速度。切削速度可 按下式计算: (m/s) (2)进给量 是主运动每转一转,刀具沿进给 运动方向相对于工件的位移量,称为每转进给量。钻 削、铣削等多刀齿刀具切削时还可用每
3、齿进给量表示。 进给运动有时还用进给速度来表示,它们的关系是: (mm/min) (3)背吃刀量 是工件上已加工表面至待加工 表面间的垂直距离。对于外圆车削,背吃刀量可按下 式计算: (mm)601000dncznffnzf2mwpdda 2.1.3 切削层参数 切削层是指切削时,切削刃在一次进给中从工件 的待加工表面上切除的那一层金属。如图所示。 1. 切削层公称厚度 2. 切削层公称宽度 3. 切削层公称横截面积rDkfhsinrpDkabsin/pDDDfabhA 2.1.4 刀具切削部分的几何参数 1. 刀具切削部分的组成 普通外圆车刀的构造如图所示,它由刀体和刀柄两 部分组成。车刀的
4、切削部分一般由三面二刃一尖组成。 (1)三面 即前刀面、主后刀面和副后刀面 1)前刀面 是刀具上切屑流过的表面。 2)主后刀面 是与工件上过渡表面相对的表面。 3)副后刀面 是与工件上已加工表面相对的表面。 (2)二刃 即主切削刃和副切削刃 1)主切削刃 前刀面与后刀面的交线,又称主刀 刃。它完成主要的切削工作。 2)副切削刃 前刀面与副后刀面的交线,又称副 刀刃。它配合主切削刃完成切削工作,最终形成工件的 已加工表面。 (3)一尖 即刀尖 是主、副切削刃的交点。 刀尖有三种类型:锐刀尖、修圆刀尖和倒角刀尖。 2. 刀具静止角度参考系 静止参考系由以下平面组成。 (1)基面是指通过切削刃上的选
5、定点并垂直于假 定主运动方向的平面。 (2)切削平面是指通过切 削刃上的选定点,与该切削刃 相切并垂直于基面的平面。 (3)正交平面是指通过主 切削刃上的选定点并同时垂直 于基面和主切削平面的平面。 3. 刀具的几何角度 刀具的几何角度分为标注角度和工作角度。 (1)刀具的标注角度 标注角度是指在刀具图样上标注的角度,是在刀具 角度的参考系中确定的。普通车刀的六个主要标注角度 是前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角和副后角。 1)前角 前刀面与基面之间的夹角,它决定了刀 具前面的位置。 2)后角 主后刀面与切削平面之间的夹角,它决 定了刀具后面的位置。 3)主偏角 主切削刃在基面上的投影与假定进
6、给方 向之间的夹角。 4)副偏角 副切削刃在基面上的投影与假定进给 反方向之间的夹角。 5)刃倾角 主切削刃与基面之间的夹角。 6)副后角 副后刀面与副切削平面 之间的夹角。 (2)刀具的工作角度 工作角度是指按照切削工作实际情况而确定的角度。 1)刀具工作参考系平面如下图所示。 工作基面是指通过切削刃上的选定点并与合成切 削速度方向相垂直的平面。 工作切削平面是指通过切削刃上选定点与切削刃 相切并垂直于工作基面的平面。 工作正交平面是指通过切削刃上的选定点并同时 与工作基面和工作切削平面相垂直的平面。 2)进给运动对工作角度的影响 以车外圆为例,在车削大导程的丝杠或多头(右旋)螺纹时,要将车
7、刀的左侧刃后角磨大些,右侧刃后角磨小些,使左、右侧刀刃获得相同的工作后角。 3)刀具安装位置对工作角度的影响 在实际生产中,粗车外圆时常将车刀刀尖装高一个值;精尖装低一个值车外圆时常将车刀刀。 2.2 常用刀具材料 2.2.1 刀具材料应具备的基本性能 1. 高的硬度和耐磨性 。 2. 足够的强度和韧性。 3. 高的耐热性和良好的导热性。 4. 良好的工艺性和较好的经济性。 2.2.2 常用刀具材料的类型及选用 1. 高速钢 高速钢是在钢中加入较多的钨、钼、铬、钒等合金 元素的高合金工具钢。其按用途不同可分为通用型高速 钢和高性能高速钢;按制造工艺方法不同又可分为熔炼 高速钢和粉末冶金高速钢。
8、 2. 硬质合金 (1)硬质合金的组成和特点 硬质合金是用粉末冶金的方法制成的。 硬质合金是由高硬度、高熔点的金属碳化物的微粉 和金属粘结剂 ,在高压下压制成形,并在1500C的高 温下烧结而成。 它的硬度很高,耐磨性好,能加工包 括淬硬钢在内的多种材料。 但抗弯强度低、冲击韧性 差、不能承受振动和冲击,制造工艺性差,多用于制造 刀片,很少做成形状复杂的整体刀具。 (2)硬质合金的种类、牌号、性能及选用 1)钨钴类(YG)硬质合金 其由碳化钨和钴构成。常用的牌号有YG3X 、 YG6X 、YG6 、YG8等。适用于切削铸铁、有色金属及 其合金,非金属材料、不锈钢材料等,其中YG3适用于 精加工
9、,YG8适用于粗加工,YG6适用于半精加工。 2)钨钛钴类(YT)硬质合金 其由碳化钨、碳化钛和钴构成。YT30适用于精加 工钢材,YT5适用于粗加工塑性较大的材料,YT15适 用于半精加工钢材。 3)钨钛钽钴类(YW)硬质合金 其由碳化钨、碳化钽或碳化铌和钴构成,是一种既 能加工钢,又能加工铸铁和有色金属及其合金,通用性 较好的刀具材料。常用的牌号有YW1、YW2等。 3. 涂层刀具 涂层刀具是在韧性较好的硬质合金或高速钢刀具基 体上,通过化学气相沉积法或物理气相沉积法,涂覆一 层512um厚的耐磨性很高的难熔金属碳化物而获得的。 常用的涂层材料有碳化钛、氮化钛和氧化铝等。涂层硬 质合金刀片
10、的寿命至少可以提高13倍,涂层高速钢刀 具的寿命则可以提高210倍。 4. 其他刀具材料简介 (1)陶瓷 陶瓷刀具是以氧化铝为主要成分,经压制成形后烧 结而成的一种刀具材料。其特点:有很高的硬度、耐磨 性和耐热性;有良好的化学稳定性;不易产生积屑瘤, 抗弯强度和韧性差,不能承受冲 击负荷。 主要用于高硬度、高强度钢和冷硬铸铁等材料的半 精加工和精加工。 (2)金刚石 1)天然单晶金刚石刀具价格昂贵,应用较少,主 要用于有色金属及非金属的精密加工。 2)人造聚晶金刚石刀具结晶界面无固定方向,可 以自由刃磨。 3)金刚石复合刀片可进行间断切削和多次重磨使 用。 金刚石刀具的主要特点:有极好的硬度和
11、耐磨性, 可用来加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料; 不易产生积屑瘤。但耐热性差,不宜加工钢铁材料。 (3)立方氮化硼 其特点有:具有很高的硬度和耐磨性;很好的热 稳定性;化学惰性大。因此可对淬火钢、冷硬铸铁进 行粗加工和半精加工,高速切削高温合金、硬质合金 及其他难加工材料。2.3 金属切削过程中的基本规律及控制 2.3.1 切屑的类型及断屑方法 1. 切屑的类型 在加工中会出现四种不同形态的切屑,即带状切屑、 挤裂切屑、单元切屑和崩碎切屑,如图所示。 2. 切屑的形状 在实际加工中,因工件材料、 刀具几何参数和切削用量的不同, 切屑形状有很大的不同。还可以按 切屑的形状分为带状切屑、
12、C形切 屑、宝塔状卷屑、长紧卷屑、发条 状卷屑、崩碎切屑、螺卷屑。如图所示。 3. 控制切屑的方法 在刀具上磨制出断屑槽和选择合理的断屑槽的斜角, 是控制切屑折断及流向的有利措施。 (1)断屑槽的型式 型式有折线型、直线圆弧型和全圆弧型三种。 (2)断屑槽的尺寸参数 1)宽度的选择 断屑槽宽度越小,切屑卷曲半径越小,弯曲应力越 大,切屑越易折断,但也不宜选得太小,否则会使卷屑 槽容屑空间减小,造成堵屑、崩刃和切屑飞溅等不良现 象。在保证断屑的前提下,应选择较大的断屑槽宽度。 通常按下式初选: DBnhl)1310( 2)反屑角的选择 反屑角通常按槽型选择。折线型=6070,直线圆 弧型=405
13、0,全圆弧型=3040。 上述数值经试切后再修正。 3)卷屑槽斜角 外斜式(图a)的主要特点是卷屑槽的宽度外宽内窄, 深度是外深内浅。 平行式(图b)的特点是卷屑槽的宽度、深度前后均 相等,其断屑效果与外斜式相近。 内斜式(图c)的主要特点是卷屑槽的宽度外窄内宽, 深度是外 浅内深。 2.3.2 积屑瘤 在某一切削速度范围内,切削钢、有色金属等塑性 材料时,常常在刀具切削刃附近的前刀面上粘结着一块 与工件材质相同,但硬度高于工件材料23.5倍的楔块, 其形状好像在刀具上长了一个瘤,所以称为积屑瘤。 1. 积屑瘤的形成及变化规律 刀-屑间的冷焊是积屑瘤形成的主要原因。 变化规律:积屑瘤的产生、成
14、长、脱落过程是在短时 期内进行的,并在切削过程中不断地周期出现。 2. 积屑瘤对切削过程的影响 (1)保护刀具 (2)增大刀具前角 (3)增大切削厚度 (4)增大已加工表面粗糙度 粗加工时,可利用积屑瘤; 而在精加工时一定要避免积屑瘤的产生。 3. 控制积屑瘤的措施 (1)控制切削速度 (2)增大刀具前角 (3)降低材料的塑性 (4)合理使用切削液 4. 残余应力 残余应力是指在切削力消失的状态下,在材料内部 保持平衡而存在的应力,分为残余压应力和残余拉应力。 残余拉应力会降低零件的疲劳强度;残余压应力有时却 提高零件的疲劳强度。已加工表面的残余应力如分布不 均匀,会使工件发生变形,影响工件形
15、状和尺寸精度。 5. 加工硬化 加工硬化是指已加工表面经过切削加工后,其表层 金属硬度高于里层金属硬度的现象。其硬化层的硬度比 工件硬度高1.42.2倍,硬化层的深度可达几十至几百微 米。 加工硬化使下道工序加工困难,加速刀具磨损;同 时硬化层的表面常常会出现微细的裂纹,并在表层内形 成残余应力,增大了表面粗糙度和降低材料的疲劳强度。 加工时应尽量减轻或避免硬化现象:提高刀具刃磨 质量,减小刃口钝圆半径;增大刀具前角,减小切削变 形;增大后角,减少摩擦;提高切削速度,减少变形等。 但可利用加工硬化来提高已加工表面的硬度、耐磨性等。 6. 鳞刺 鳞刺就是已加工表面上出现的一种鳞片状有裂口的 毛刺
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