《金属切削加工基础》课件.ppt
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1、 金属切削加工基础 切削加工切削加工用刀具从金属材料(毛坯)上切去多余的金属层,获得用刀具从金属材料(毛坯)上切去多余的金属层,获得几何形状、尺寸精度和表面质量都符合要求的零件的生几何形状、尺寸精度和表面质量都符合要求的零件的生产方法。产方法。切削加工概述1编辑版ppt3.1 金属切削加工概论 一、零件表面的形成一、零件表面的形成平面、外圆面、内圆面(孔)、锥面、曲面(成形面)2编辑版ppt二、切削运动二、切削运动为了形成零件表面形状,刀具与工件之间的相对运动。1.1.主运动:主运动:切下切屑最主要的运动。特点:特点:在整个运动系统中 速度最高、消耗的功率最大,主运动只有一个。2.2.进给运动
2、进给运动:使金属层不断投入切削,加工出完整表面所需的运动。特点:特点:速度低、消耗的功率小。有一个或多个。金属切削运动实例3编辑版ppt3.3.零件上的三个表面零件上的三个表面已加工表面已加工表面过渡表面过渡表面(加工表面加工表面)待加工表面待加工表面nf f已加工表面已加工表面过渡表面过渡表面待加工表面待加工表面三、切削要素三、切削要素1.1.切削用量三要素切削用量三要素1 1)切削速度()切削速度(v vc c)m/s在切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度。d dw wd dm m切削速度4编辑版ppt601000dnvc6010002rcLnv旋转运动:旋转运动:(m/s)往复直线运
3、动:往复直线运动:(m/s)2 2)进给量()进给量(f f)(mmmm)在单位时间内(主运动的一个循环内),刀具或工件沿进给运动方向的相对位移。单位时间的进给量单位时间的进给量 进给速度(进给速度(v vf f)nfvf(mm/s)进给量5编辑版pptd dm md dw wf fn3 3)切削深度()切削深度(a ap p)(mm)2mwpdda(mm)2.2.切削层几何参数切削层几何参数切削层切削层 指工件上正在被切削刃切削的那一层金属。即两个相邻加工表面之间的那一层金属。即两个相邻加工表面之间的那一层金属。1 12 2f fa ap pKrKrf fa ap pKrKr背吃刀量(旧称切
4、削深度)6编辑版ppt3.2 刀具的基本结构及常用刀具材料 7编辑版ppt一、刀具的组成一、刀具的组成切削部分切削部分(刀头)(刀头)夹持部分(刀体)夹持部分(刀体)前刀面:前刀面:主后刀面:主后刀面:副后刀面:副后刀面:主切削刃主切削刃副切削刃副切削刃刀尖刀尖切屑流出所经过的表面。刀具上与工件的过渡表面相对的表面。刀具上与工件的已加工表面相对的表面。8编辑版ppt夹持部分夹持部分(刀体)(刀体)切削部分切削部分(刀头)(刀头)前刀面前刀面主后刀面主后刀面副后刀面副后刀面主切削刃主切削刃副切削刃副切削刃刀尖刀尖9编辑版ppt二、刀具几何形状二、刀具几何形状1.1.三个辅助平面三个辅助平面 基面
5、基面d dw wd dm mnf f过切削刃选定点,与该点切削速度方向相垂直的平面。切削平面切削平面过切削刃选定点,与该点过渡表面相切,并垂直于基面的平面。切削平面切削平面 正交平面正交平面正交平面正交平面过切削刃选定点,并同时垂直与基面和切削平面的平面。10编辑版ppt二、刀具几何形状二、刀具几何形状11编辑版ppt车刀上的辅助平面12编辑版ppt2.2.刀具的主要标注角度刀具的主要标注角度d dw wd dm mnf f切削平面切削平面正交平正交平面面1)1)前角(前角(0 0)前刀面和基面前刀面和基面之间的夹角。之间的夹角。在正交平面内度量。在正交平面内度量。0 02 2)后角()后角(
6、0 0)主后刀面和切削平主后刀面和切削平面之间的夹角。面之间的夹角。在正交平面内度量。在正交平面内度量。0 03 3)主偏角()主偏角(krkr)4 4)副偏角()副偏角(krkr)krkrKrKr在基面内度量。在基面内度量。车刀的主要几何角度113编辑版ppt5 5)刃倾角()刃倾角(S S)主切削刃与基面之间的夹角。主切削刃与基面之间的夹角。在切削平面内度量在切削平面内度量车刀的主要几何角度214编辑版ppt4.4.刀具的结构形式刀具的结构形式1 1)焊接式车刀)焊接式车刀2 2)机加重磨式车刀)机加重磨式车刀3 3)机加可转位式车刀)机加可转位式车刀15编辑版ppt三、刀具角度对加工过程
7、的影响三、刀具角度对加工过程的影响1.1.前角(前角(0 0)16编辑版ppt作用作用 减小切屑的变形;减小切屑的变形;减小前刀面与切屑之间的摩擦力。减小前刀面与切屑之间的摩擦力。所以所以 0 0 :a.a.减小切削力和切削热;减小切削力和切削热;b.b.减小刀具的磨损;减小刀具的磨损;c.c.提高工件的加工精度和表面质量。提高工件的加工精度和表面质量。0 017编辑版ppt选择:加工塑性材料和精加工取大前角()0 0加工脆性材料和粗加工取小前角()0 0前角(前角(0 0)可正、可负、也可以为零。)可正、可负、也可以为零。高速钢车削碳钢:高速钢车削碳钢:0 0=20=200 0-30-300
8、 0硬质合金车削碳钢:硬质合金车削碳钢:0 0=10=100 0-20-200 018编辑版ppt2.2.后角(后角(0 0)19编辑版ppt作用:作用:减小工件加工表面与主后刀面之间的摩擦力减小工件加工表面与主后刀面之间的摩擦力。所以所以 0 0a.a.减小切削力和切削热;减小切削力和切削热;b.b.减小刀具的磨损;减小刀具的磨损;c.c.提高工件的加工精度和表面质量。提高工件的加工精度和表面质量。0 0 020编辑版ppt选择:加工塑性材料和精加工取大后角()0 0加工脆性材料和粗加工取小后角()0 0后角(0)只能是正的。精加工:0 0=8=80 012120 0粗加工:0 0=4=40
9、 0880 03.3.主偏角(主偏角(k kr r)改善切削条件,提高刀具寿命改善切削条件,提高刀具寿命。作用:减小减小kr:当当a ap p、f f 不变时,不变时,则则 b bD D 、h hD D 使切削条件得到改善,提高了刀具寿命。使切削条件得到改善,提高了刀具寿命。21编辑版pptnf fd dw wd dm mkrkrkrkra ap p选择系统刚性好:取较小的kr。100300、450。系统刚性差:取较大的kr。600、750、900。但减小但减小kr Fy kr Fy 、Fx Fx ,加大工件的变形,加大工件的变形挠度,使工件精度降挠度,使工件精度降低。同时,容易引起低。同时,
10、容易引起系统振动。系统振动。22编辑版ppt4.4.副偏角(副偏角(krkr)最终形成已加工表面最终形成已加工表面。作用:选择:在不产生振动的前提下,取小值。Kr:使已加工表面残留密集的高度减小,降低工件的表面粗糙度。23编辑版ppt5.5.刃倾角(刃倾角(S S )24编辑版ppt作用影响切削刃的锋利程度;影响切屑流出方向;影响刀头强度和散热条件;影响切削力的大小和方向。选择:选择:粗加工:可取零或负(S S=0、-S S)精加工:取 正(+S S)25编辑版ppt四、刀具材料四、刀具材料1.1.对刀具材料的基本要求对刀具材料的基本要求 较高的硬度。一般要求在一般要求在 60HRC 60HR
11、C以上。以上。有足够的强度和韧性。有较好的耐磨性。较高的耐热性(热硬性)。有较好的工艺性。2.2.常用刀具材料常用刀具材料 碳素工具钢碳素工具钢C=0.71.4%C=0.71.4%;T8T8、T10T10、T10AT10A、T12T12等等HRC6165HRC616526编辑版ppt特点特点a.a.淬火后硬度高;淬火后硬度高;HRC6165HRC6165b.b.价格低;价格低;.耐热温度低;耐热温度低;.淬火后应力、变形大。淬火后应力、变形大。250300250300应用:速度低、形状简单的手动工具。如锉刀、锯条等。应用:速度低、形状简单的手动工具。如锉刀、锯条等。合金工具钢合金工具钢Me5%
12、Me5%;9SiCr9SiCr、CrWMnCrWMn等。等。HRC6168HRC6168耐热温度 350350400400应用:速度低、形状复杂的工具。如铰刀、板牙、丝锥等。应用:速度低、形状复杂的工具。如铰刀、板牙、丝锥等。27编辑版ppt 高速钢高速钢 HSS(High Speed Steel)高合金钢。高合金钢。W=620%W=620%;Cr=3.84.4%Cr=3.84.4%;V=1.04%V=1.04%HRC6269HRC6269 耐热温度 600600应用:各种形状复杂的刀具。应用:各种形状复杂的刀具。如钻头、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其他成形刀具。如钻头、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其他成
13、形刀具。硬质合金硬质合金碳化物碳化物+粘结剂粘结剂粉末冶金粉末冶金碳化物:碳化物:WCWC、TiCTiC、等、等粘结剂:粘结剂:CoCoHRC7684HRC7684耐热温度 10001000允许的切削速度是高速钢的允许的切削速度是高速钢的410410倍。倍。W18Cr4VW18Cr4V、W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V228编辑版ppt 钨钴类(钨钴类(YGYG)(K)(K):WC+CoWC+Co 钨钴钛类(钨钴钛类(YTYT)(P)(P):WC+TiC+CoWC+TiC+Co 通用(通用(YWYW)(M)(M):TaCTaC、NbCNbC 表面涂层:表面涂层:TiCTiC、TiNTiN
14、、TiCNTiCN、TiAlNTiAlN 29编辑版ppt 钨钴类(钨钴类(YGYG)(K)(K):WC+CoWC+Co韧性好、硬度低,切削韧性材料时耐磨性较差。韧性好、硬度低,切削韧性材料时耐磨性较差。适于加工铸铁、青铜等脆性材料和有色合金。适于加工铸铁、青铜等脆性材料和有色合金。常用牌号有YG3、YG6、YG8等。后面的数字表示含钴量的百分比,含钴量愈高,其承受冲击的性能就愈好。因此,YG8常用于粗加工,YG6和YG3常用于半精加工和精加工。30编辑版ppt 钨钴钛类(钨钴钛类(YTYT)(P)(P):WC+TiC+CoWC+TiC+Co硬度高、耐磨性好、耐热性好,但韧性较差硬度高、耐磨性
15、好、耐热性好,但韧性较差 。适于加工塑性材料。适于加工塑性材料。常用牌号有YT5、YT15、YT30等。后面数字是碳化钛含量的百分数,碳化钛的含量愈高,红硬性愈好;但钴的含量相应愈低,韧性愈差,愈不耐冲击。所以YT5常用于粗加工,YT15和YT30常用于半精加工和精加工。31编辑版ppt 通用(通用(YWYW)(M)(M):TaCTaC、NbCNbC适于范围广泛。适于范围广泛。表面涂层:表面涂层:TiCTiC、TiNTiN、TiCNTiCN、TiAlN TiAlN 32编辑版ppt 陶瓷材料陶瓷材料主要成分是Al2O3HRC9394HRC9394耐热温度耐热温度 120014501200145
16、0主要用于加工半精加工和精加工高硬度、高主要用于加工半精加工和精加工高硬度、高强度钢及冷硬铸铁等材料。强度钢及冷硬铸铁等材料。(6)人造金刚石、立方氮化硼等刀具材料33编辑版ppt3.3.13.3.1 金属切削过程金属切削过程金属材料在刀具的作用下塑性变形、滑移、切离的过程。金属材料在刀具的作用下塑性变形、滑移、切离的过程。一、切屑的形成过程及切屑的种类一、切屑的形成过程及切屑的种类1.1.切屑的形成过程与切屑变形切屑的形成过程与切屑变形F45450 0O OMMA AB BFO OMMA AB B3.3常用切削加工方法及相应切削机床 切屑的形成34编辑版ppt2.2.切屑的种类切屑的种类1)
17、1)带状切屑带状切屑特征:特征:底层光滑,上表面呈毛茸状。底层光滑,上表面呈毛茸状。形成条件:形成条件:塑性材料、切削速度大、较大的塑性材料、切削速度大、较大的 0 0、切削、切削 厚度较小。厚度较小。2)2)节状切屑节状切屑(挤裂切屑挤裂切屑)特征:特征:底层光滑、有时有裂底层光滑、有时有裂纹,上表面呈锯齿状。纹,上表面呈锯齿状。形成条件:形成条件:中等硬度的塑性材料、切削速度较低、较中等硬度的塑性材料、切削速度较低、较 小小的的 o o、切削厚度较大。、切削厚度较大。35编辑版ppt3)3)崩碎切屑崩碎切屑特征:不规则的碎块状。特征:不规则的碎块状。形成条件:脆性材料。形成条件:脆性材料。
18、二、积屑瘤二、积屑瘤在一定的切削速度下切削塑性材料时,常发现在刀具前刀面上靠近刀刃的部位粘附着一小块很硬的金属称为积屑瘤。1.1.积屑瘤的形成积屑瘤的形成1)1)积屑瘤的形成过程积屑瘤的形成过程积屑瘤的形成36编辑版ppt2)2)积屑瘤的形成条件积屑瘤的形成条件 工件材料:塑性材料;切削速度:中等(1050m/min),温度约300;刀具角度:0 0 偏小;冷却条件:不加切削液。2.2.积屑瘤对加工过程的影响积屑瘤对加工过程的影响有利可代替主刀刃和前刀面进行切削,保护刀具。使 0 增大,使切削过程变得轻快。所以:粗加工时可以利用。37编辑版ppt3.3.积屑瘤的抑制积屑瘤的抑制不利不利 积屑瘤
19、不稳定,易引起振动,使积屑瘤不稳定,易引起振动,使 Ra Ra 增大。增大。会引起会引起a ap p的变化,使加工精度降低。的变化,使加工精度降低。所以:精加工时应尽量避免。利用利用切削液切削液;控制切削速度;控制切削速度;加大刀具前度加大刀具前度 0 0 ;对工件进行正火、调质处理,降低对工件进行正火、调质处理,降低 、a ak k。38编辑版ppt三、切削力三、切削力1.1.总切削力总切削力1)1)总切削力的构成总切削力的构成oM 材料的弹性变形和塑性抗力;切屑、工件表面与刀具的摩擦力。2)2)总切削力的分解总切削力的分解刀具切削工件时作用在刀具或工件上的力。将将F F沿主运动方向、进给运
20、动方向和径沿主运动方向、进给运动方向和径向三个相互垂直的方向分解为向三个相互垂直的方向分解为F Fz z、F Fx x、F Fy y。F弹、塑F摩1F摩239编辑版pptFr 切削力(切向分力)FzFz是F在主运动方向上的分力。切削力占总切削力的切削力占总切削力的80%-90%80%-90%,消,消耗的功率占总功率的耗的功率占总功率的95%95%以上。以上。进给力(轴向分力)FxFx是是F F在进给方向上的分力。在进给方向上的分力。消耗的功率仅占总功率的消耗的功率仅占总功率的1-5%1-5%。40编辑版ppt 背向力(径向分力)背向力(径向分力)F Fy y是F在切削深度方向上的分力。FrFz
21、FxFyFX、Y41编辑版ppt2.2.切削功率(切削功率(PmPm)cvFzPm 310mmEPP42编辑版ppt四、切削热和切削温度四、切削热和切削温度1.1.切削热的来源与传散切削热的来源与传散1)1)切削热的来源切削热的来源a.切屑变形所产生的热;b.切屑与前刀面之间的摩擦;c.工件与后刀面之间的摩擦。43编辑版ppt切屑:介质:工件:刀具:5086%1%4010%93%2)2)切削热的传散切削热的传散切屑:介质:工件:刀具:28%5%52.5%14.5%车车削削钻钻削削44编辑版ppt 工件材料:材料的强度、硬度越高,塑性、韧性越好,切削温度越高。刀具 冷却条件:加切削液,切削温度降
22、低。刀具角度:增大 0,切削温度降低;减小kr、kr,切削温度降低。刀具材料:导热性愈好,切削温度愈低。切削用量:切削用量:、愈大,切削温度愈高。但愈大,切削温度愈高。但 的影响最大的影响最大 、次之、次之、最小。最小。cvfpacvfpa2.2.影响切削温度的因素切削热概述45编辑版ppt3.3.切削液切削液在切削过程中,正确的选择和使用切削液。对降低切削温度、在切削过程中,正确的选择和使用切削液。对降低切削温度、减小刀具磨损,提高生产率和加工质量有着重要的意义。减小刀具磨损,提高生产率和加工质量有着重要的意义。1)1)切削液的作用切削液的作用a.a.冷却作用:冷却作用:b.b.润滑作用:润
23、滑作用:c.c.洗涤与排屑作用:洗涤与排屑作用:d.d.防锈作用:防锈作用:2)2)切削液的种类切削液的种类 乳化液:乳化油+水;呈乳白色。应用最广泛。切削油:矿物油;润滑作用。水溶液:水+防锈剂等;呈透明状。46编辑版ppt3)3)切削液的选用切削液的选用粗加工:以冷却为主。如水溶液、低浓度的乳化液等。精加工:以润滑为主。高浓度的乳化液、切削油等。47编辑版ppt3.3.2 车削加工车削 用车刀在车床上加工工件的工艺过程。加工精度:IT8IT7,表面粗糙度:Ra=1.66.3um主运动 工件的旋转旋转运动。进给运动 刀具的直线直线运动。车削加工适宜各种回转体表面的加工。48编辑版ppt普通车
24、床普通车床 适于各种中、小型轴、盘、套类零件的单件、小批量生产。转塔式六角车床转塔式六角车床 适于加工零件尺寸较小、形状较复杂的中、小型轴、盘、套类零件。立式车床立式车床 适于直径较大、长度较短的重型零件。(L/D=0.30.8)数控车床数控车床 适于多品种、小批量生产复杂形状的零件。典型机床传动系统与结构49编辑版ppt一、工件装夹的方法一、工件装夹的方法1.1.卡盘装夹卡盘装夹适用于L/D 4的工件。1)三爪卡盘安装三爪卡盘安装定位精度一般为0.010.1mm,三爪卡盘最适宜安装形状规则的圆柱形工件。2)四爪卡盘安装四爪卡盘安装定位精度可达0.005mm,四爪卡盘夹紧力大,适合于三爪卡盘不
25、能安装的工件,如矩形的、不对称或较大的工件。3)花盘安装花盘安装适用于外形复杂以不能使用卡盘安装的工件。50编辑版ppt51编辑版ppt2.2.顶尖装夹顶尖装夹适用于L/D=410的工件。用顶尖安装时,工件两端面先用中心钻钻上中心孔52编辑版ppt3.3.心轴装夹心轴装夹适用于盘、套类零件的精加工。4.4.其它附件其它附件跟刀架、中心架53编辑版ppt二、车削加工的应用二、车削加工的应用pafv1.1.车车外圆面外圆面2.2.车内圆面(车床上镗孔)车内圆面(车床上镗孔)3.3.车端面、切槽、切断车端面、切槽、切断粗车:精车:vfpa 实体零件:钻孔 车(镗)扩、铰 已铸出、锻出孔:镗孔54编辑
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