机械制造技术基础课件

熊良山等编《机械制造技术基础》课件1第2章制造工艺装备金属切削刀具机床机床夹具2华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作2.1金属切削刀具的基本知识2.1.1金属切削加工的基本概念1.切削运动（主运动和进给运动）与切削用量图2-1外圆车削的切削运动与加工表面图2-2平面刨削的切削运动与加工表面3华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作切削速度Vc，进给量f(或进给速度Vf)和背吃刀量ap4华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作切削运动主运动进给运动合成切削运动2.工件表面待加工表面已加工表面过渡表面5华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作3.切削层参数：公称厚度hD，公称宽度bD，公称横截面积AD=hDbD=fap6华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作2.1.2刀具角度（一）切削部分的组成前刀面Aγ主后刀面Aα副后刀面主切削刃S副切削刃S’刀尖7华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作其他刀具可看作是车刀的演变和组合8华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作（二）定义刀具角度的参考系刀具标注角度参考系基面Pr切削平面Ps正交平面P0法平面Pn假定工作Pf背平面Pp9华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作（三）刀具的标注角度前角0：前刀面—基面（正交平面）后角0：主后刀面—切削平面（正交平面）主偏角r：主刃投影—假定进给方向（基面）副偏角’r：主刃投影—假定进给方向（基面）刃倾角s：主刃—基面（切削平面）10华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作图2-7车刀的主要标注角度11华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作图2-9横向进给运动的影响（四）刀具的工作角度12华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作轴向进给运动的影响13华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作安装高度的影响14华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作刀杆中心线偏斜的影响15华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作2.1.3刀具材料加工时要承受高温、高压、强烈的摩擦，冲击和振动。1.刀具材料应具备的性能1)高的硬度：比工件高，HRC602)高的耐磨性：耐用度3)足够的强度和韧性：不崩刃，不断4)高的耐热性（热稳定性）：高温时可以加工5)良好的热物理性能和耐热冲击性能6)良好的工艺性能：刀具制造成本低16华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作常用刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼等。2.高速钢表2-1含有较多钨、钼、烙、钒等元素的高合金工具钢较高的硬度（热处理硬度达HRC62—67）和耐热性（切削温度可达550—600º）切速比碳素工具钢和合金工具钢高1—3倍（因此而得名），刀具耐用度高10—40倍，甚至更多可以加工从有色金属到高温合金的范围广泛的材料制造工艺简单，能锻造，容易磨出锋利的刀刃在复杂刀具（钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等）的制造中占有重要地位。用途分：通用型高速钢和高性能高速钢制造工艺分：熔炼高速钢和粉末冶金高速钢17华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作3.硬质合金(表2-2)用高耐热性和高耐磨性的金属碳化物（碳化钨，碳化钛，碳化钽，碳化铌等）与金属粘结剂（钴，镍，钼等）在高温下烧结而成的粉末冶金制品。硬度：HRA89-93，能耐850-1000ºC的高温，良好的耐磨性，切速可达100-300m/min，可加工包括淬硬钢在内的多种材料。广泛应用硬质合金的抗弯强度低，冲击韧性差，不锋利，较难加工，不易做成形状复杂的整体刀具。常用的硬质合金有钨钴类（YG类），钨钛钴类（YT类）和通用硬质合金（YW类）3类。18华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作4.涂层刀具和其它刀具材料涂层刀具：耐磨性高的难熔金属化合物耐用度至少可提高1—3倍（刀片），或2—10倍（高速钢）。加工材料的硬度愈高，效果愈好。人造金刚石：在高温高压下由石墨转化而成极高的硬度（显微硬度可达HV10000）和耐磨性，摩擦系数小，切削刃非常锋利。很高的加工表面质量。陶瓷材料：以氧化铝为主要成分，经压制而成在1200°C时可保持HRA80的硬度，脆。热稳定性较差（不得超过700～800℃），与铁元素的化学亲和力很强，不宜加工钢铁件。加工硬质合金。立方氮化硼：由六方氮化硼在高温高压下转变而成硬度热稳定性很高（可达1300—1400°C）。最大的优点：在高温（1200—1300°C）时也不易与铁族金属起反应。19华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作2.1.4CVD金刚石切削刀具激光焊接金刚石圆锯片人造金刚石单晶寿命相当于硬质合金刀具的100倍以上加工特性：1)刀刃强度高，能承受较单晶金刚石刀具更高的冲击载荷。2)磨耗小，耐用度比硬质合金高100倍以上，性能优于PCD刀具。可以多次修磨，反复使用。3)用单晶金刚石刀具的研磨方法将刃部精细研磨抛光至Ra≤0.05um,被加工工件表面可达到镜面光。4)热导率5W/cmK。5)热稳定性好，最高工作温度800℃。20华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作2.1.5刀具角度的选择1.选择前角02.选择后角αo3.选择主偏角κr和副偏角κ´r4.选择刃倾角s应当指出，刀具各角度之间是相互联系，相互影响的，孤立地选择某一角度并不能得到所希望的合理值。21华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作1.前角0影响：切削的难易程度-很大。↖前角，使刀刃变得锋利，使切削更轻快，切屑变形↘，切削力和切削功率↘↖前角，刀刃和刀尖强度↘，散热体积↘，影响刀具寿命。对表面粗糙度，排、断屑等有一定的影响22华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作选择前角0主要取决于：工件材料、刀具材料、加工要求工件强度、硬度较低时，取较大的前角，反之取较小的前角；加工塑性材料（如钢）选较大的前角，脆性材料（如铸铁）选较小的前角。刀具材料韧性好（如高速钢），前角可选得大些，反之（如硬质合金）则前角应选得小一些。粗加工时，特别是断续切削时，应选用较小的前角；精加工时应选用较大前角。硬质合金车刀的前角γ0在－5°～＋20°范围内选，高速钢刀具的前角应比硬质合金刀具大5°～10°，而陶瓷刀具的前角一般取－5°～15。23华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作2.后角αo后角的主要功用：减小后刀面与工件的摩擦和后刀面的磨损，其大小对刀具耐用度和加工表面质量都有很大的影响。大小取决于：切削厚度（或进给量），也与工件材料，工艺系统的刚性有关。车削一般钢和铸铁时，车刀后角常选用4°～6°。24华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作3.主偏角κr和副偏角κ´r影响：主偏角和副偏角对刀具耐用度影响很大。减小主偏角和副偏角刀尖角增大，刀尖强度提高，散热条件改善，刀具耐用度提高。降低残留面积高度，减小加工表面的粗糙度。主偏角和副偏角还会影响各切削分力的大小和比例。主偏角取值：在工艺系统刚性较好时，主偏角κr宜取较小值，如κr=30°~70°。车削细长轴时，取κr=90°~93°，以减小背向力Fp。副偏角κr的大小主要根据表面粗糙度的要求选取，一般为5°~15°，粗加工时取大值，精加工时取小值。25华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作4.刃倾角s影响：刀头的强度和切屑流动的方向。取值：在加工一般钢件和铸铁时，无冲击的粗车取s=0~-5°精车取s=0~+5°；有冲击负荷时，取s=－5°~－15°；当冲击特别大时，取s=－30°~－45°。切削高强度钢，冷硬钢时，可取s=－30°~－10°。