车削加工基础知识.

☆明确常用材料的种类和加工特点☆明确车刀的材料、结构和几何参数选用原则☆明确机床的种类、结构和基本操作☆明确机床夹具的使用和调整方法本章学习目标项目一车削加工基础知识本章大纲任务一认识常用材料任务二车刀及其选用方法任务三车床及其操作任务四常用车床夹具及其应用实训任务一认识常用材料现代机械加工中所用的金属材料主要以合金为主，合金材料具有比纯金属更好的物理和化学性能，其力学性能和工艺性能优良，并且价格低廉。最常用的合金是以铁为基础的铁碳合金，还有以铜或铝等为基础的有色合金。1．铸铁材料铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金，其中碳以石墨的形式存在，具体有灰口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁等类型。一、基础知识•铸铁代号的意义。铸铁代号的含义任务一认识常用材料一、基础知识•（1）灰口铸铁。•灰口铸铁具有良好的减振性和耐磨性，缺口敏感性好，铸造性能和切削性能优良，但脆性大，焊接性能差。主要用于制造承受压力和振动的零部件，如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体等。灰口铸铁零件任务一认识常用材料一、基础知识•（2）球墨铸铁。•在铁水（球墨生铁）浇注前加一定量的球化剂（常用的有硅铁、镁等）使铸铁中石墨球化，这样的铸铁称为球墨铸铁。•球墨铸铁的力学性能优于灰口铸铁，接近于碳钢，塑性和韧性比灰口铸铁和可锻铸铁都高，可用它代替铸钢和锻钢制造各种载荷较大、受力较复杂和耐磨损的零件。如汽车、拖拉机或柴油机中的曲轴、连杆、凸轮轴、齿轮，机床中的主轴、蜗杆、蜗轮，以及受压阀门、机器底座和汽车后桥壳等。球墨铸铁件任务一认识常用材料一、基础知识•（3）可锻铸铁。•将白口铸铁加热到900℃～980℃，在此温度下长时间保温，使碳化物分解为团絮状石墨，冷却后得到的铸铁即为可锻铸铁。•黑心可锻铸铁的强度、硬度低，塑性、韧性好，用于载荷不大、承受较高冲击、振动的零件。珠光体基体可锻铸铁因具有高的强度、硬度，用于载荷较高、耐磨损并有一定韧性要求的重要零件。如石油管道、炼油厂管道和商用及民用建筑的供气和供水系统的管件。任务一认识常用材料一、基础知识可锻铸铁的应用任务一认识常用材料一、基础知识•（4）蠕墨铸铁。•铸铁液浇注前加入蠕化剂，使石墨呈蠕虫状，这样的铸铁称为蠕墨铸铁。•蠕墨铸铁的力学性能介于灰口铸铁和球墨铸铁之间，其强度、塑性和抗疲劳性能优于灰口铸铁，铸造性能、减振性和导热性优于球墨铸铁。常用于制造承受热循环载荷的零件，如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀以及结构复杂、强度要求高的铸件，如液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。任务一认识常用材料一、基础知识蠕墨铸铁件任务一认识常用材料一、基础知识•2．碳钢材料•钢材在经济建设的各个领域中都是非常重要的金属材料。•（1）钢的分类和牌号。•钢材的种类很多，其详细分类见书中表1-6。•常用钢的牌号及其表示方法见书中表1-7。•（2）低碳钢。•低碳钢是含碳量低于0.25%的碳素钢，强度和硬度较低，塑性和韧性较好，故又称软钢。•低碳钢使用前一般不经热处理，可采用卷边、折弯和冲压等方法进行冷成形。•低碳钢易于接受各种加工如锻造、焊接和切削。任务一认识常用材料一、基础知识•（3）中碳钢。•中碳钢是含碳量在0.25%～0.60%的碳素钢，有镇静钢、半镇静钢、沸腾钢等多种产品。•中碳钢强度和硬度比低碳钢高，塑性和韧性比低碳钢低。其热加工及切削性能良好，焊接性能较差。可不经热处理，直接使用热轧材、冷拉材，亦可经热处理后使用。•淬火、回火后的中碳钢具有良好的综合力学性能，能够达到的最高硬度约为HRC55（HB538），σb为600～1100MPa。所以在中等强度水平的各种用途中，中碳钢得到最广泛的应用，除作为建筑材料外，还大量用于制造各种机械零件。任务一认识常用材料一、基础知识•（3）中碳钢。•中碳钢是含碳量在0.25%～0.60%的碳素钢，有镇静钢、半镇静钢、沸腾钢等多种产品。•中碳钢强度和硬度比低碳钢高，塑性和韧性比低碳钢低。其热加工及切削性能良好，焊接性能较差。可不经热处理，直接使用热轧材、冷拉材，亦可经热处理后使用。•淬火、回火后的中碳钢具有良好的综合力学性能，能够达到的最高硬度约为HRC55（HB538），σb为600～1100MPa。所以在中等强度水平的各种用途中，中碳钢得到最广泛的应用，除作为建筑材料外，还大量用于制造各种机械零件。任务一认识常用材料一、基础知识•（4）高碳钢。•常称工具钢，其含碳量大于0.60%，硬度很高但是质脆容易折断，可以淬硬和回火。实际应用中，锤、撬棍等由含碳量0.75%的高碳钢制造；切削工具如钻头、丝攻、铰刀等由含碳量0.90%～1.00%的钢制造。任务一认识常用材料一、基础知识•3．有色合金材料•有色合金是以一种有色金属为基体（通常大于50%），加入一种或几种其他元素而构成的合金。其强度和硬度一般比纯金属高，电阻比纯金属大、电阻温度系数小，具有良好的综合机械性能。工业上最常用的有色合金材料主要有铝合金、铜合金、钛合金等。•（1）铝合金。•铝合金密度低，但强度较高，接近或超过优质钢；塑性好，可加工成各种型材，且具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上使用量仅次于钢。铝合金分为两大类：铸造铝合金，在铸态下使用；变形铝合金，能承受压力加工，力学性能高于铸态。可加工成各种形态、规格的铝合金材。主要用于制造航空器材、日常生活用品、建筑用门窗等。任务一认识常用材料一、基础知识•（2）铜合金。•常用的铜合金分为黄铜﹑白铜、青铜3大类。•以锌为主要添加元素的铜合金称黄铜。生产中常添加如铝﹑镍﹑锰﹑锡﹑硅﹑铅等元素来改善普通黄铜的性能。黄铜铸件常用来制作阀门和管道配件等。•白铜是以镍为主要添加元素的铜合金。结构白铜机械性能和耐蚀性好，色泽美观，广泛用于制造精密机械﹑化工机械和船舶构件。电工白铜一般有良好的热电性能，用于制造精密电工仪器﹑变阻器以及热电偶等。•青铜是铜和锡、铅的合金，具有熔点低、硬度大、可塑性强、耐磨、耐腐蚀、色泽光亮等特点，适用于铸造各种器具、机械零件、轴承和齿轮等。任务一认识常用材料一、基础知识•（1）在教师的带领下，深入企业生产第一线，了解材料的使用情况。•（2）在教师的辅助下，查阅有关材料手册，明确常用金属材料的牌号及其用途。任务一认识常用材料二、技能训练•车削加工是在车床上利用工件相对于刀具旋转，对工件进行切削加工的方法，车削加工的主要刀具是车刀，其外形如图所示。车刀切削性能的优劣，首先取决于刀具的材料，其次取决于刀具的几何参数和结构。任务二车刀及其选用方法一、基础知识•1．刀具材料的切削性能•刀具材料主要是指刀具切削部分的材料，是影响加工表面质量、切削效率、刀具寿命的基本因素。性能优良的刀具材料是保证刀具高效工作的基本条件。•（1）高硬度和高耐磨性。•（2）强度与冲击韧性。•（3）耐热性。•（4）工艺性和经济性。任务二车刀及其选用方法一、基础知识•2．常用刀具材料•常用刀具材料有工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬刀具材料，目前用得最多的为高速钢和硬质合金。•（1）高速钢。•高速钢是一种加入了较多钨、铬、钒以及钼等合金元素的高合金工具钢，具有良好的综合性能。任务二车刀及其选用方法一、基础知识高速钢条材典型高速钢刀具•（2）硬质合金。•硬质合金通常由粉末冶金方法制成，由硬度和熔点很高的金属碳化物（例如WC或TiC等）微粉和黏结剂经高压高温烧结而成。硬质合金的硬度高，耐磨性好，能耐高温，其化学稳定性和热稳定性好。•硬质合金在1000℃时还能保持良好的切削性能，耐磨损、耐腐蚀，切削速度是高速钢的5～8倍，但是其韧性较差，质地较脆。任务二车刀及其选用方法一、基础知识典型硬质合金刀具•3．车刀的种类•车刀种类丰富。按车削形式和用途可分为外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、车断刀、车槽刀、螺纹车刀等。任务二车刀及其选用方法一、基础知识常用车削方式任务二车刀及其选用方法一、基础知识常用车削操作•从结构上分，车刀可分为整体车刀、焊接式车刀、机夹车刀、可转位车刀和成形车刀，其中可转位车刀的切削性能稳定，不必磨刀，在车刀中所占比例逐渐增加。任务二车刀及其选用方法一、基础知识车刀结构类型•（1）整体车刀。•整体车刀其切削部分和刀柄是一个整体。整体式车刀对贵重刀具材料的消耗很大，故一般只有普通车刀和高速钢车刀采用整体式结构。•（2）焊接车刀。•焊接车刀是在碳钢刀杆上按刀具几何角度的要求开出刀槽，用焊料将硬质合金刀片焊接在刀槽内，并按所选择的几何参数刃磨后使用的车刀。任务二车刀及其选用方法一、基础知识•（3）机夹车刀。•机夹车刀是采用普通刀片，用机械夹固的方法将刀片夹持在刀杆上使用的车刀。常见的机夹车刀按装夹方式可分S类夹紧、P类夹紧和M类夹紧3类。任务二车刀及其选用方法一、基础知识机夹车刀装夹方式•机夹车刀有以下几个特点。•①刀片不经过高温焊接，避免了因焊接而引起的刀片硬度下降、产生裂纹等缺陷，提高了刀具的耐用度。•②由于刀具耐用度提高，使用时间较长，换刀时间缩短，提高了生产效率。•③刀杆可重复使用，既节省了钢材又提高了刀片的利用率，刀片由制造厂家回收再制，提高了经济效益，降低了刀具成本。•④刀片重磨后，尺寸会逐渐变小，为了恢复刀片的工作位置，往往在车刀结构上设有刀片的调整机构，以增加刀片的重磨次数。•⑤压紧刀片所用的压板端部，可以起断屑器作用。任务二车刀及其选用方法一、基础知识•（4）可转位车刀。•可转位车刀是使用可转位刀片的机夹车刀，一条切削刃用钝后可迅速转位换成相邻的新切削刃继续工作，直到刀片上所有切削刃均已用钝，刀片才报废回收。更换新刀片后，车刀又可继续工作。•（5）成形车刀。•成形车刀是加工回转体成形表面的专用刀具，其刃形根据工件廓形设计，可用在各类车床上加工内外回转体的成形表面。主要用在加工批量较大的中、小尺寸带成形表面的零件。任务二车刀及其选用方法一、基础知识•4．车刀的几何角度•车刀切削部分的几何参数是指车刀的角度、刀面和切削刃的形状和数值。合理的几何参数在保证加工质量和一定的刀具寿命的前提下，能获得理想的加工效率。•（1）车刀切削部分的组成。任务二车刀及其选用方法一、基础知识•（2）定义刀具角度的辅助平面。任务二车刀及其选用方法一、基础知识•（3）刀具角度的定义。任务二车刀及其选用方法一、基础知识•5．车刀切削部分几何参数的选择•（1）前角的选择。•前角的选择原则如下：•加工硬度高、机械强度大及脆性材料时，应选取较小的前角。•加工硬度低、机械强度小及塑性材料时，应选取较大的前角。•粗加工时应选用较小的前角，精加工时应选用较大的前角。•刀具材料韧性较差时，应选取较小的前角，刀具材料韧性较高时取较大的前角。•机床、夹具、工件和刀具系统刚性差时，选取较大的前角。任务二车刀及其选用方法一、基础知识•（2）前刀面形状。•前刀面形状及应用如书中表1-11所示。•（3）后角的选择。•后角的选择原则如下。•加工硬度高、机械强度大及脆性材料时，应选取较小的后角。•加工硬度低、机械强度小及塑性材料时，应选取较大的后角。•粗加工时应选用较小的后角，精加工时应选用较大的后角。•采用负前角车刀时，后角应取大值。•工件与车刀的刚性较差时应取较小的后角。任务二车刀及其选用方法一、基础知识•（4）主偏角的选择。•主偏角的选择原则如下。•工件材料较硬时应选用较小的主偏角。•车削刚性较差的工件时应选用较大的主偏角，以减小径向切削力。•机床、夹具、工件和刀具系统刚性好的情况下，尽量选取较小的主偏角。•根据工件形状选取主偏角，对于阶台轴，kr=90°，加工中间切入的工件时，kr=60°。任务二车刀及其选用方法一、基础知识•（5）副偏角的选择。•②副偏角选用原则如下。•机床、夹具、工件和刀具系统刚性好的情况下，可以选取较小的主偏角。•精加工刀具选用较小的副偏角。•加工细长轴时选用较大的副偏角。•加工中间切入的工件时，r'=60°。任务二车刀及其选用方法一、基础知识•（6）刃倾角的选择。•当刀尖是主切削刃上最低点时，刃倾角为负值；当刀尖是主切削刃上最高点