金属切削加工基础知识课件.ppt
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1、引言,切削加工:利用切削刀具和工件之间的相对运动,从毛坯(铸件、锻件、型材等)上切去多余部分材料,以获得所需几何形状、尺寸精度和表面粗糙度的机器零件的一种加工方法。,切削加工分为钳工和机械加工两部分。,切削过程:在机床上,通过刀具与工件按一定规律作相对运动,从工件上切除多余的金属层,形成切屑和已加工表面,并使已加工零件的尺寸、形状、相互位置精度和表面质量达到设计要求的过程。在这个过程中,会产生切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等物理现象。,零件表面的形成,-毛坯成形-切削加工,第一节 切削运动和切削要素,零件表面:外圆面、内圆面、平面、曲面,机械零件的形状很多,它们的表面都是由圆柱面
2、、圆锥面、平面和各种成形面组成。各种形状的表面是以直线(或曲线)为母线,以曲线(或直线)为运动轨迹所形成的面(见下图)。,圆柱面,圆锥面,平面,成形面1,成形面2,零件表面的形成,是指用切削刀具从坯料或工件上切除多余材料,以获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的零件的加工方法,金属切削加工:,切削运动,在切削加工过程中,刀具和工件之间的相对运动称为切削运动。按其所起的作用,切削运动分为两类: 主运动 切下切屑所必需的基本运动称为主运动。在切削运动中,主运动的速度最高,消耗的功率也最大。 进给运动 使被切削的金属层不断投入切削的运动称为进给运动。 由于金属切削加工方式的不同,这两种运动的表现
3、形式也不相同。如下图所示为几种主要切削加工的运动形式。,切削运动,切削运动实例,图172所示外圆车削为例 1.主运动工件的回转运动。主运动的速度即为切削速度,记作vc,单位是m/min。,2. 进给运动车刀的运动。 车削时的进给速度: vfn f 式中n 主轴转速(r/min) f 进给量(mm/r),切削运动,几点说明: 1)主运动通常只有一个,进给运动可以是多个; 2)主运动和进给运动可有刀具单独实现,但工件单独实现很困难; 3)切削运动一般都是简单的运动; 4)主运动和进给运动可同时也可交替进行; 5)一般主运动速度比较高,大部分切削功率消耗于主运动。,切削要素,待加工表面需要切去金属的
4、表面。已加工表面切削后得到的表面。过渡表面正在被切削的表面。过渡表面亦称为切削表面或加工表面。,切削要素,切削要素是指切削用量和切削层参数,切削用量是切削速度、进给量、背吃刀量的总称。,切削要素,1)切削速度 切削速度指主运动的线速度,以v表示,单位为m/min。当主运动为旋转运动时,其切削速度可按下式计算: 式中:d被切削件(或刀具)的直径,mm;n被切削件(或刀具)的转速,r/min。,切削要素,2)进给量 进给量指工件(或刀具)每转一转时,刀具(或工件)沿进给方向移动的距离(也称走刀量),以f表示,单位为mm/r。如主运动为往复直线运动(如刨削、插削),则进给量的单位为mm/次。,切削要
5、素,3)背吃刀量 背吃刀量指工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离(旧称切削深度),以ap表示,单位为mm。在车床上车外圆时,背吃刀量计算公式为: 式中: 工件待加工表面的直径,mm; 工件已加工表面的直径,mm。,二、切削运动和切削要素,切削要素,切削层参数,切削层工件上正被切削刃切削的一层金属。如图外圆车削时,工件转一转,车刀从位置移动到位置,前进了一个进给量f,所切下来的金属层(阴影部分)即为切削层。其截面尺寸的大小即为切削层参数,它决定了刀具所承受负荷的大小及切削尺寸,还影响切削力、刀具磨损、表面质量和生产效率。,二、切削运动和切削要素,切削要素,切削层参数,切削要素,材料切除率 材料
6、切除率是指单位时间内刀具所切除的工件材料的体积,用符号Qz表示,单位为mm3/s,是衡量切削效率的一个指标。计算公式为,任务描述 用主偏角为75 车刀车外圆,工件加工前直径为75mm,加工后直径为66mm,工件的转速n=220r/min,刀具每秒沿工件轴向移动1.6mm,试求 进给量、背吃刀量、切削速度、切削层公称厚度、切削层公称宽度、切削层公称横截面积、材料切除率。,作业,1、什么是切削加工?2、什么是切削用量三要素?3、切削层参数指的是什么?,谢谢!,THANKS,机 械 制 造 基 础,第二节 切削刀具基本定义,刀具的各组成部分统称为刀具的要素。刀具的种类很多,但从刀具切削部分的几何特征
7、来看,都可看作是由外圆车刀的切削部分演变而来的。,1. 刀具的结构,车刀的组成:,刀头(切削部分),刀柄(夹持部分),金属切削刀具,1. 刀具的结构,1)刀具切削部分的组成,三个刀面、两个刀刃、一个尖,金属切削刀具,1)刀具切削部分的组成,三个刀面、两个刀刃、一个尖,金属切削刀具,1)刀具切削部分的组成,三个刀面、两个刀刃、一个尖,金属切削刀具,1)刀具切削部分的组成,三个刀面、两个刀刃、一个尖,金属切削刀具,1)刀具切削部分的组成,三个刀面、两个刀刃、一个尖,金属切削刀具,1)刀具切削部分的组成,三个刀面、两个刀刃、一个尖,金属切削刀具,2. 刀具的几何角度,(1)刀具的静止参考系。刀具要从
8、工件上切除余量,就必须使它具有一定的几何角度。为了适应刀具在设计、制造、刃磨和测量时的需要,选取一组几何参数作为参考系(称为静止参考系)。选择刀具的静止参考系有两点假设: 运动假设:假设刀具的进给运动速度为零。 安装假设:假设刀具安装时刀尖与工件的轴线等高;刀杆与工件的轴线垂直。,金属切削刀具,2. 刀具的几何角度,(2).标注角度 在基面pr内标注的角度 .主偏角kr:主切削平面与假定工作平面间夹角,即主切削刃在基面上的投影与进给方向间夹角(4090)。 .副偏角kr:副切削平面与假定工作平面间夹角,即副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向间夹角。,金属切削刀具,2. 刀具的几何角度,(2)
9、.标注角度,主偏角kr越大,进给抗力越大,切深抗力越小,金属切削刀具,2. 刀具的几何角度,(2).标注角度 在正交平面po标注的角度,.前角o:前刀面与基面间夹角(015)。,.后角o :主后刀面与主切削平面间夹角(612),金属切削刀具,2. 刀具的几何角度,前角越大,刀越锋利、切削轻快, 强度下降、不利散热,金属切削刀具,2. 刀具的几何角度,增大后角,可减小主后刀面与加工表面的摩擦,金属切削刀具,2. 刀具的几何角度,在主切削平面ps标注的角度,刃倾角s:主切削刃与基面间夹角(-5+5)。,金属切削刀具,2. 刀具的几何角度,刃倾角对切屑排出方向的影响,课堂思考题,刀具的几何角度选择,
10、1.被切削材料塑形越大,前角( )2.粗加工前角应取 ( )精加工是前角应取( )3.在粗加工时以确保刀具强度为主 ,后角应选择( )在精加工是以确保加工表面质量为主,后角应选择( )4.粗加工时主偏角应选( )精加工时主偏角应选( ),越大,较小,较大,较大,较小,较小,较大,作业,1、车刀切削部分由哪六个部分组成?2、写出刀具的5个基本角度。3、简述刀具角度对切削加工的影响。,谢谢!,THANKS,机 械 制 造 基 础,第3节 刀具材料,刀具的材料性能的优劣直接影响加工表面质量、切削效率、刀具寿命等基本要素,因此正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一。,(1)较高硬度,常温下60
11、HRC以上(2)足够的强度和韧性(3)良好的耐磨性(4)良好耐热性(5)良好工艺性,1)对刀具材料的要求,铣刀、齿轮刀具,铰刀、拉刀,手工工具,用途,小,小,大,热处理变形,0.51.08 (1),20%碳素工具钢(0.50.6),0.13(0.20.4),许用切削速度 m/s(速比),600,300400,200250,耐热性 OC,HRC6265,HRC6165,HRC6165,硬度,W18Cr4V,CrWMn、9SiCr,T10、T10AT12,例,高速钢,合金工具钢,碳素工具钢,2、常用刀具材料的性能及用途,金属切削刀具,3. 刀具的材料,碳素钢刀具,金属切削刀具,3. 刀具的材料,高
12、速钢刀具,金属切削刀具,3. 刀具的材料,硬质合金刀块,作业,常用的刀具材料有哪些?试对高速钢、硬质合金、陶瓷、人造金刚石、立方氮化硼的耐热性进行排序。,常用材料:工具钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料耐热性从小到大:高速钢、人造金刚石、硬质合金、陶瓷材料、立方氮化硼,谢谢!,THANKS,机 械 制 造 基 础,第4节 切削过程中的物理现象,0 导入,金属切削加工是使用高于工件硬度的刀具在工件上切除多余金属材料;那么在切削过程中,我们看到了什么现象呢?,切除的铁屑发热、变色;刀具发热磨损;工件发热变形等。,1. 金属切削过程与三个变形区,第4节 切削过程中的物理现象,弹性变形,塑性变形,挤裂,切离
13、,切屑,切屑的形成,切削层的金属受到刀具前刀面的推挤后产生弹性变形,随着切应力、切应变逐渐增大,达到其屈服强度时,产生塑性变形而滑移,刀具继续切入时,材料内部的应力、应变继续增大,当切应力达到其断裂强度时,金属材料被挤裂,沿刀具前刀面流出,1. 金属切削过程与三个变形区,第4节 切削过程中的物理现象,三个变形区域,第变形区 近切削刃处切削层内产生的塑性变形区;,第变形区 与前刀面接触的切屑层内产生的变形区;,第变形区 近切削刃处已加工表层内产生的变形区。,3)单元切屑 形状呈颗粒状,裂纹贯穿切屑,是在加工塑性材料时较少见的一种切屑形态。,2 切屑的形态,切削过程中的物理现象,4)崩碎切屑 切削
14、铸铁等脆性材料时,切削层产生弹性变形后,一般不经过塑性变形就突然崩碎,形成不规则的碎块状屑片,称为崩碎切屑。,2 切屑的形态,切削过程中的物理现象,切屑形状随着切削条件不同而变化。例如,加大前角、提高切削速度或减小进给量可将挤裂切屑变成带状切屑。因此,生产上常根据具体情况采取不同措施得到所需的切屑,以保证切削顺利进行。,切削过程中的物理现象,2 切屑的形态,积屑瘤形成动画,切削塑性材料时,由于切屑底面与前刀面的挤压和剧烈摩擦,使切屑底层的流动速度低于上层的流动速度,形成滞流层。当滞流层金属与前刀面之间的摩擦力超过切屑本身分子间结合力时,滞流层的部分新鲜金属就会粘附在刀刃附近,形成楔形的积屑瘤,
15、切削过程中的物理现象,3 积屑瘤,1)积屑瘤影响:保护刀具,提高刀具的寿命;增大刀具的实际前角,使切削力减小;加工表面质量下降,2)控制积屑瘤措施:控制高或低的切削速度;减小进给量、背吃刀量;使用高效切削液研磨刀具前面;增大刀具前角;加工前对工件采取适当热处理,切削过程中的物理现象,3 积屑瘤,变形摩擦,切削过程中的物理现象,4 切削力,(1)切削力的来源,(2)切削力的分解 三个分力: 切削力 Fc 进给力Ff 背向力Fp 总切削力:F,切削过程中的物理现象,4 切削力,在切削过程中,切削力能使工件、机床、刀具与夹具变形,影响加工精度。为提高加工精度,应减小切削力,增大工艺系统刚度。,1)刀
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