金属切削原理与刀具复习课件.ppt
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1、金属切削原理与刀具金属切削原理与刀具复习大纲复习大纲第一章第一章 刀具几何角度及切削要素刀具几何角度及切削要素v=d n/1000m/s 或或 m/minap=(D-d)/2mm/r切削刃上各点速度不一样,一般取切削刃上各点速度不一样,一般取dw1-2 1-2 刀具切削部分的基本定义刀具切削部分的基本定义二、刀具切削部分的几何角度二、刀具切削部分的几何角度(以外圆车刀为例)(以外圆车刀为例)1 1、车刀的组成、车刀的组成刀刀 头头刀刀 杆杆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刀 尖尖三面、两刃、一尖三面、两刃、一尖2 2、车刀的几何角度、车刀的几何角度
2、(1 1)辅助平面)辅助平面v基基 面面基基 面面切削平面切削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三三 个个 辅辅 助助 平平 面面(2 2)车刀的主要几何角度)车刀的主要几何角度v前角前角 0后角后角 0楔角楔角 00+0+0=90o主偏角主偏角 kr副偏角副偏角 kr刀尖角刀尖角 kr+kr+=180o七个角(正交平面七个角(正交平面3个,基面个,基面3个,切削平面个,切削平面1个)个)刃倾角刃倾角 0(现(现在在0=0)三、刀具的标注角度在基面内测量的角度:主偏角:主偏角:“主切削刃在基面主切削刃在基面上的投影与进给方上的投影与进给方向的夹角向的夹角”。副偏角:副偏角:“
3、副切削刃在基面副切削刃在基面上的投影与进给方上的投影与进给方向的夹角向的夹角”。刀尖角:刀尖角:“主切削刃与副切削刃之间的夹主切削刃与副切削刃之间的夹角角”。r=180-(r+r)三、刀具的标注角度在正交平面内测量的角度在正交平面内测量的角度后角:后角:o o“后刀面与切削平后刀面与切削平面的夹角面的夹角”前角:前角:o o“前刀面与基面之间前刀面与基面之间的夹角的夹角”。在切削平面内:刃倾角:刃倾角:S S“主切削刃与基主切削刃与基面之间的夹角面之间的夹角”1-5刀具的工作角度 切削刃安装高低对工作前、后角影响:偏高:,工作前角 增大 工作后角 减小oeoe重点:作图法做出表示外圆、端面、镗
4、孔、切槽刀的几何角度重点:作图法做出表示外圆、端面、镗孔、切槽刀的几何角度 切削三要素及切削层参数的计算切削三要素及切削层参数的计算1-6 1-6 切削层参数切削层参数1.1.刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能(1 1)高的硬度和耐磨性)高的硬度和耐磨性(2 2)足够的强度和韧性)足够的强度和韧性(3 3)高的耐热性与化学稳定性)高的耐热性与化学稳定性(4 4)有锻造、焊接、热处理、磨削加工等良好的工艺性有锻造、焊接、热处理、磨削加工等良好的工艺性(5 5)导热性好,有利于切削热传导,降低切削区温度,导热性好,有利于切削热传导,降低切削区温度,延长刀具寿命,便于刀具的制造,资源丰富,价格
5、低廉。延长刀具寿命,便于刀具的制造,资源丰富,价格低廉。第二章第二章 刀具材料刀具材料 2.2.常用刀具材料常用刀具材料高速钢高速钢能制造结构复杂的成形刀具硬质合金硬质合金有钨钴类硬质合金、钨钛钴类硬质合金和钨钛钽(铌)类硬质合金。陶瓷陶瓷超硬刀具材料超硬刀具材料 推广使用新型刀具材料如涂层刀具、陶瓷刀具、天然金刚石、聚晶金刚石、立方氮化硼等。钨钴类(WC+Co);YG,属K类 加工铸铁、有色金属及其合金,可断续切削或粗加工(不适合加工钢料,因为在640严重粘结,使刀具磨损)含Co量高适于粗加工,含Co量低适于精加工钨钛钴类(WC+TiC+Co);YT,属P类加工碳钢、合金钢,宜在连续切削的半
6、精加工或精加工 含TiC高适于精加工,含TiC低适于粗加工.钨钛钽(铌)类硬质合金(WC+TiC+TaC+(NbC)+Co):YW,属M类适用于加工脆性材料、塑性材料。(1 1)硬质合金的分类)硬质合金的分类 第三章第三章 金属切削过程的基本规律金属切削过程的基本规律第一变形区:(基本变形区)第一变形区:(基本变形区)OAOM之间的区域,是切削之间的区域,是切削过程中的主要变形区,是切削过程中的主要变形区,是切削力和切削热的主要来源。力和切削热的主要来源。主要特征:主要特征:剪切面的滑移变形剪切面的滑移变形第二变形区:第二变形区:切屑底层与前刀面之间的摩擦切屑底层与前刀面之间的摩擦变形区。主要
7、影响切屑的变形变形区。主要影响切屑的变形和积屑瘤的产生。和积屑瘤的产生。第三变形区第三变形区第二变形区第二变形区第一变形区第一变形区第三变形区:第三变形区:工件已加工表面与刀具后刀面之工件已加工表面与刀具后刀面之间的挤压、摩擦变形区域。间的挤压、摩擦变形区域。造成工件表面的纤维化与加工硬造成工件表面的纤维化与加工硬化。化。该区域对工件表面的残余应力以该区域对工件表面的残余应力以及后刀面的磨损有很大的影响。及后刀面的磨损有很大的影响。1.切削变形区切削变形区二、二、切屑的种类切屑的种类带状切屑带状切屑节状切屑节状切屑粒状切屑粒状切屑崩脆切屑崩脆切屑切塑性材料切塑性材料带状切屑带状切屑节状切屑节状
8、切屑粒状切屑粒状切屑切脆性材料切脆性材料在不同的切削条件下,形成的切屑种类不同,当条件改变时它们在不同的切削条件下,形成的切屑种类不同,当条件改变时它们可以互相转化。在形成可以互相转化。在形成节状切削节状切削情况下情况下,改变切削条件改变切削条件,进一步进一步,就可以得到粒状切削就可以得到粒状切削;反之反之,如如增大切削速度增大切削速度,增大前角增大前角,减小切削厚度减小切削厚度,即可得到带状切削即可得到带状切削.掌握其掌握其变化规律,有助于控制切屑形态,控制切削过程。变化规律,有助于控制切屑形态,控制切削过程。节状切屑节状切屑粒状切屑粒状切屑带状切屑带状切屑三、变形程度的表示方法三、变形程度
9、的表示方法Dchhhh厚度变形系数:厚度变形系数:长度变形系数:长度变形系数:chclll根据体积不变原理数:根据体积不变原理数:1lhsin)cos(sinOM)cos(OMhhooDch切塑性金属时前刀面上应力分布切塑性金属时前刀面上应力分布情况情况刀刀-屑接触区可分两部分:屑接触区可分两部分:粘接区粘接区l lf f1 1:剪切滑移,内摩擦剪切滑移,内摩擦滑动区滑动区l lf f2 2:滑动摩擦,外摩擦滑动摩擦,外摩擦一般内摩擦力约占总摩擦力的一般内摩擦力约占总摩擦力的85%85%四、四、前面上摩擦特点前面上摩擦特点切屑流出时与刀具前面接触长度为切屑流出时与刀具前面接触长度为Lf=Lfi
10、+Lfo五五 积屑瘤积屑瘤 在一定速度范围下,切削塑性金属材料形成带在一定速度范围下,切削塑性金属材料形成带状切屑时状切屑时,常在刀具前刀面靠近切削刃的部位粘结一些常在刀具前刀面靠近切削刃的部位粘结一些工件材料工件材料,形成一块硬度很高的楔块,称之为形成一块硬度很高的楔块,称之为积屑瘤积屑瘤(the built-up edge)(the built-up edge),或称刀瘤,或称刀瘤。1 1)什么是积屑瘤)什么是积屑瘤(1)积屑瘤硬度比工件材料高)积屑瘤硬度比工件材料高2-3倍倍,可以可以代替切削刃及前刀代替切削刃及前刀面进行切削面进行切削,可以保护切削刃、减小前刀面的磨损;可以保护切削刃、
11、减小前刀面的磨损;(5)积屑瘤积屑瘤脱落的碎片脱落的碎片会粘结或嵌入工件表面,影响工件已加会粘结或嵌入工件表面,影响工件已加工表面的质量。因此精加工时必须设法抑制积屑瘤的形成。工表面的质量。因此精加工时必须设法抑制积屑瘤的形成。(4)积屑瘤高低不平积屑瘤高低不平,会在工件表面造成,会在工件表面造成“犁沟犁沟”现象,影响现象,影响工件的表面粗糙度;工件的表面粗糙度;(3)对于积屑瘤突出于切削刃之外,使实际切削厚度增大,形成)对于积屑瘤突出于切削刃之外,使实际切削厚度增大,形成“过切现象过切现象”,影响工件的尺寸精度;,影响工件的尺寸精度;(2)在积屑瘤形成后,刀具的)在积屑瘤形成后,刀具的实际前
12、角将明显增大实际前角将明显增大,对减小,对减小切屑变形及降低切削力起了积极作用;切屑变形及降低切削力起了积极作用;凡有利于减轻刀和屑界面摩擦,减小粘结接触面积的因素,凡有利于减轻刀和屑界面摩擦,减小粘结接触面积的因素,都有利于抑制积屑瘤。都有利于抑制积屑瘤。4积屑瘤的控制措施6 6、采用、采用润滑性能好的润滑性能好的切削液,减小摩擦。切削液,减小摩擦。5 5、对工件材料进行适当的、对工件材料进行适当的热处理热处理,提高其硬度,提高其硬度,减小塑性;减小塑性;4 4、提高刀具刃磨质量提高刀具刃磨质量,降低刀面的表面粗糙度;,降低刀面的表面粗糙度;3 3、减小进给量减小进给量;2 2、增大刀具的前
13、角增大刀具的前角,以减小刀,以减小刀屑接触压力;屑接触压力;1 1、采用、采用低速或高速切削低速或高速切削,避开容易形成积屑瘤,避开容易形成积屑瘤的切削速度的切削速度;第二节 切削力一、切削力的来源:Fc :Fp :Ff =1:(0.4-0.5):(0.3-0.4)主运动方向上的力,主运动方向上的力,95%-99%95%-99%功率功率不做功不做功进给力进给力1%-5%功耗功耗 1.切削用量切削用量 ap f Vc(ap影响最大,影响最大,f次之次之,Vc影响最小)影响最小)2.刀具几何参数刀具几何参数 前角前角o:o-Fc 主偏角主偏角kr :kr(30-60)-Fc,kr(60-70)-F
14、c 3-3 3-3 切削热切削热切削层挤切削层挤裂变形裂变形前刀面与切前刀面与切屑摩擦屑摩擦一、切削热的来源:一、切削热的来源:切削热的分布:切削热的分布:热量的热量的20%20%50%50%传给刀具传给刀具刀具磨损、硬度降低刀具磨损、硬度降低二、影响切削温度的因素分析vc、f、ap zpyxcafvC用用YT15刀具,切削刀具,切削45#钢时钢时(b b=75kg/cm=75kg/cm2 2)04.014.04.0314pcafv(二)刀具几何参数的影响二)刀具几何参数的影响 1.1.前角前角0 0 的影响的影响 0 0 变形程度变形程度F F Q Q 但但0 0 2020时,会使刀头时,会
15、使刀头部分散热体积部分散热体积,对,对的降低有的降低有影响。影响。2.2.主偏角主偏角r r的影响的影响 r r,切削宽度,切削宽度a aw w ,散热面积散热面积 3-4 刀具磨损正常磨损形式:月牙洼形成条件:加工塑性材料,v大,hD大影响:削弱刀刃强度,降低加工质量形式:后角=0的磨损面(参数VB,VBmax)形成条件:加工塑性材料,v 较小,hD 较小;加工脆性材料影响:切削力,切削温度,产生振动,降低加工质量VBVBmaxa)KTKBb)图3-25 刀具磨损形态三、刀具的磨钝标准三、刀具的磨钝标准五、刀具的使用寿命一)一)刀具寿命概念:刀具寿命概念:“刀具从开始切削一直到磨损量刀具从开
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