金属切削刀具可靠性的研究毕业论文3

-1-金属切削刀具可靠性的研究毕业论文年级:学号:姓名:专业:指导老师:-2-摘要金属切削刀具的切削性与几何参数有非常重要的关系，但能够决定刀具材料切削性能的基本身的强度和韧性。硬度和耐磨性，耐热性等。本文详细介绍了金属切削刀具的常用材料及其金属切削刀具的基本识的这些特征的分析使人们详细的了解每种刀具材料适宜加工的工件的材料，有助于帮助使用者合理的选择，以充分发挥刀具的切削性能和对金属切削刀具的可靠性研究-3-AbstractThecuttingofmetalcuttingtoolgeometryparameterandaveryimportantrelationship,buttodeterminecuttingtoolmaterialthebasicbodystrengthandtoughness.Thehardnessandwearresistance,heatresistance.Thispaperintroducesthecommonlyusedmetalcuttingtoolmaterialanditstypicalbrandofthesefeaturesmakeitadetailedunderstandingofeachtoolmaterialsuitableforprocessingtheworkpiecematerial,tohelpuserschoosereasonable,soastogivefullplaytothecuttingperformanceofthecuttingtoolandthecuttingtoolreliabilityresearch-4-目录摘要.………………………………………………………………………………………2Abstract………………………………………………………………………………………3第一章金属切削刀具的基本识………………………………………………………51.1切削运动及切削要素………………………………………………………………51.2切削用量……………………………………………………………………………61.3切削层参数………………………………………………………………………81.4刀具的组成部分……………………………………………………………………91.5刀具的分类………………………………………………………………………10第二章金属切削刀具的可靠性…………………………………………………112.1.1金属切削的技术特点……………………………………………………………112.1.2金属切削刀具可靠性……………………………………………………………14第三章金属切削刀具材料现状及其展望……………………………………………153.1金属切削刀具材料现状及其展望…………………………………………………153.2金属切削超硬刀具材料…………………………………………………………………18结论……………………………………………………………………………………………20致谢……………………………………………………………………………………………21参考文献………………………………………………………………………………………22-5-一、零件表面的形成及切削运动第一节切削运动及切削要素机器零件的形状主要由下列几种表面组成：（1）外圆面（2）内圆面（孔）：外圆面和内圆面（孔）是以某一直线为母线，以圆为轨迹，作旋转运动所形成的表面。（3）平面:平面是以一直线为母线，以另一直线为轨迹，作平移运动所形成的表面。（4）成形面:成形面是以曲线为母线，以圆或直线为轨迹，作旋转或平移运动所形成的表面。1．主运动主运动使刀具和工件之间产生相对运动，促使刀具前刀面接近工件而实现切削。它速度最高，消耗功率最大。2．进给运动进给运动使刀具与工件之间产生附加的相对运动，与主运动配合，即可连续地切除切削，获得具有所需几何特性的已加工表面。各种切削加工方法（车削、钻削、刨削、铣削、磨削和齿轮加工等）都是为了加工某种表面而发展起来的，因此，也都有其特定的切削运动。切削运动有旋转的，也有直行的；有连续的，也有间歇的。切削时,实际的切削运动是一个合成运动其方向由合成切削速度角η确定的。-6-切削用量切削用量用来衡量切削运动量的大小。在一般的切削加工中，切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量三要素。1．切削速度vc切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度。单位为m/s或m/min.若主运动为旋转运动，切削速度一般为其最大的线速度。可按下式计算：vc=πdn/1000m/s或m/min式中：d—工件或刀具的直径，mm；n—工件或刀具的转速，r/s或r/min。若主运动为往复直线运动（如刨削、插削等），则常以其平均速度为切削速度，即：vc=2Lnr/1000m/s或m/min式中L—往复行程长度（mm）nr—主运动每秒或每分钟的往复次数，st/s或str/min2.进给量刀具在进给运动方向上相对工件的位移量称为进给量。用单齿刀具（如车刀、刨刀等）加工时，进给量常用刀具或工件每转或每行程，刀具在进给运动方向上相对工件的位移量来度量，称为每转进给量或每行程进给量，以f表示，单位为mm/r或mm/st（图1-3）。用多齿刀具（如铣刀、钻头等）加工时，进给运动的瞬时速度称进给速度，以vf表示，单位为mm/s或mm/min。刀具每转或每行程中每齿相对工件在进给运动方向上的位移量称每齿进给量，以fz表示，单位为mm/z。-7-每齿进给量、进给量和进给速度之间有如下关系：vf=fn=fzznmm/s或mm/min式中n—刀具或工件转速，r/s或r/minz—刀具的齿数。3.背吃刀量ap在通过切削刃上选定点并垂直于该点主运动方向的切削层尺寸平面中，垂直于进给运动方向测量的切削层尺寸，称为背吃刀量,单位mm。车削时，可用下式计算：dp=（dw-dm）/2mm式中dw—工件待加工表面直径（mm）；dm—工件已加工表面直径（mm）-8-切削层参数切削层是指切削过程中，由刀具切削部分的一个单一动作（如车削时工件转一周，车刀主切削刃移动一段距离）所切除的工件材料层。切削层决定了切屑的尺寸及刀具切削部分的载荷。切削层的尺寸和形状，通常是在切削层尺寸平面中测量的。1．切削层公称横截面积AD在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面积，单位为mm2。2．切削层公称宽度bD在给定瞬间，作用主切削刃截形上两个极限点间的距离，单位为mm2。3．切削层公称厚度hD在同一瞬间的切削层公称横截面积与其公称宽度之比，单位为mm。由定义知：AD=bDhDmm因AD不包括残留面积，而且在各种加工方法中AD与进给量和背吃刀量的关系不同，所以AD不等于f和ap的积。只有在车削加工中，当残留面积很小时才能近似地认为它们相等，即AD≈fapmm2-9-刀具的组成部分••刀面•刀头--切削部分刀刃•刀尖•刀杆--用于装夹•前刀面Ar——切屑流出时经过的刀面•后刀面Aa——与加工表面相对的刀面•副后刀面A’a——与已加工表面相对的刀面•-10-刀具的分类•(1)切刀包括各种车刀、刨刀、插刀、镗刀、成形车刀等．•(2)孔加工刀具包括各种钻头、扩孔钻、铰刀、复合孔加工刀具(如钻-铰复合刀具)等。(3)拉刀包括圆拉刀、平面拉刀、成形拉刀(如花键拉刀)等。•(4)铣刀包括加工平面的圆柱铣刀、面铣刀等；加工沟槽的立铣刀、键槽铣刀、三面刃铣刀、锯片钝刀等；加工特形面的模数铣刀、凸(凹)圆弧铣刀、成形铣刀等。•(5)螺纹刀具包括螺纹车刀、丝锥、板牙、搓丝板等。•(6)齿轮刀具包括齿轮滚刀，蜗轮滚刀、插齿刀、剃齿刀、花键滚刀等。•(7)磨具包括砂轮、砂带、砂瓦、油石和抛光轮等。•(8)其它刀具包括数控机床专用刀具、自动线专用刀具等。•单刃(单齿)刀具和多刃(多齿)刀具；•标准刀具(如麻花钻、铣刀、丝锥等)和非标准刀具(如拉刀、成形刀具等)；•定尺寸刀具(如扩孔钻、铰刀等)和非定尺寸刀具(如外圆车刀、直刨刀等)；•整体式刀具、装配式刀具和复合式刀具等•形状、结构和功能各不相同的各种刀具都有功能相同的组成部分•工作部分和夹持部分工作部分承担切削加工，夹持部分将工作部分与机床连接在一起，传递切削运动和动力，并保证刀具正确的工作位置．-11-金属切削刀具的可靠性切削力切削时刀具的前面和后面上都承受法向力和摩擦力，这些力组成合力F，在外圆车削时,一般将这个切削合力F分解成三个互相垂直的分力（图3[切削合力和分力]）：切向力F──它在切削速度方向上垂直于刀具基面，常称主切削力；径向力F──在平行于基面的平面内,与进给方向垂直,又称推力；轴向力F──在平行于基面的平面内,与进给方向平行,又称进给力。一般情况下,F最大,F和F较小,由于刀具的几何参数刃磨质量和磨损情况的不同和切削条件的改变，F、F对F的比值在很大的范围内变化。切削过程中实际切削力的大小，可以利用测力仪测出。测力仪的种类很多，较常用的是电阻丝式和压电晶体式测力仪。测力仪经过标定以后就可测出切削过程中各个分力的大小。切削热切削金属时，由于切屑剪切变形所作的功和刀具前面、后面摩擦所作的功都转变为热，这种热叫切削热。使用切削液时，刀具、工件和切屑上的切削热主要由切削液带走；不用切削液时，切削热主要由切屑、工件和刀具带走或传出，其中切屑带走的热量最大，传向刀具的热量虽小，但前面和后面上的温度却影响着切削过程和刀具的磨损情况，所以了解切削温度的变化规律是十分必要的。切削温度切削过程中切削区各处的温度是不同的，形成一个温度场切屑和工件的温度分布，这个温度场影响切屑变形、积屑瘤的大小、加工表面质量、加工精度和刀具的磨损等，还影响切削速度的提高。一般说来，切削区的金属经过剪切变形以后成为切屑,随之又进一步与刀具前面发生剧烈摩擦,所以温度场中温度分布的最高点不是在正压力最大的刃口处，而是在前面上距刃口一段距离的地方。切削区的温度分布情况，须用人工热电偶法或红外测温法等测出。用自然热电偶法测出的温度仅是切削区的平均温度。刀具磨损具在切削时的磨损是切削热和机械摩擦所产生的物理作用和化学作用的综合结果。刀具磨损表现为在刀具后面上出现的磨损带、缺口和崩刃等，前面上常出现的月牙洼状的磨损，-12-副后面上有时出现的氧化坑和沟纹状磨损等。当这些磨损扩展到一定程度以后就引起刀具失效，不能继续使用。刀具逐渐磨损的因素，通常有磨料磨损、粘着磨损、扩散磨损、氧化磨损、热裂磨损和塑性变形等。在不同的切削条件下，尤其是在不同切削速度的条件下，刀具受上述一种或几种磨损机理的作用。例如，在较低切削速度下，刀具一般都因磨料磨损或粘着磨损而破损；在较高速度下，容易产生扩散磨损、氧化磨损和塑性变形。刀具寿命刀具由开始切削达到刀具寿命判据以前所经过的切削时间叫做刀具寿命(曾称刀具耐用度)，刀具寿命判据一般采用刀具磨损量的某个预定值，也可以把某一现象的出现作为判据，如振动激化、加工表面粗糙度恶化，断屑不良和崩刃等。达到刀具寿命后，应将刀具重磨、转位或废弃。刀具在废弃前的各次刀具寿命之和称为刀具总寿命。生产中常根据加工条件按最低生产成本或最高生产率的原则，来确定刀具寿命和拟定工时定额。切削加工性指零件被切削加工成合格品的难易程度。它根据具体加工对象和要求，可用刀具寿命的长短、加工表面质量的好坏、金属切除率的高低、切削功率的大小和断屑的难易程度等作为判据。在生产和实验研究中，常以作为某种材料的切削加工性的指标，它的含义是：当刀具寿命为分钟时,切削该材料所允许的切削速度。越高，表示加工性越好,一般取60、30、20或10分钟。加工表面质量通常包括表面粗糙度加工硬化残余应力、表面裂纹和金相显微组织变化等。切削加工中影响加工表面质量的因素很多，例如刀具的刀尖圆弧半径进给量和积屑瘤等是影响表面粗糙度的主要因素;刀具的刃口钝圆半径和磨损及切削条件是影响加工硬化和残余应力的主要因素。因此，生产中常通过改变刀具的几何形状和选择合理的切削条件来提高加工表面质量。切削振动切削过程中，刀具与工件之间经常会产生自由振动、强迫