制造工艺装备

第二章制造工艺装备全书重点内容：金属切削刀具机床机床夹具2-1金属切削刀具一.金属切削加工的基本概念切削运动与切削用量为了切除多余的金属，刀具和工件之间必须有相对运动，即切削运动。切削运动可分为主运动和进给运动。切削用量是指切削速度Vc，进给量f(或进给速度Vf)和背吃刀量ap三者的总称。切削运动：主运动-工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本运动；进给运动-使切削层不断投入切削以逐渐切出整个表面的运动。工件表面：待加工表面；已加工表面；过度表面外圆车削的切削运动与加工表面平面刨削的切削运动与加工表面外圆磨削内圆与平面磨削镗削齿面加工切削用量（切削三要素）切削速度vc=Pidn/1000进给量f或进给速度vf背吃刀量ap=(dw-dm)/2切削层参数切削层指刀具在切削部分的一个单一（单位）动作所切除的工件材料层。公称厚度hD公称宽度bD公称横截面积AD=hD×bD=fap沿过渡表面所测量的切削尺寸二.金属切削刀具的基本概念切削部分组成（车刀）前刀面主后刀面副后刀面主切削刃副切削刃刀尖rAASAS其它各类刀具可看作为车刀的演变和组合。(a)刨刀(b)钻头(c)铣刀刀具切削部分的几何角度刀具标注角度参考系基面Pr切削平面Ps正交平面Po以上为正交平面参考系刀具标注角度前角后角主偏角刃倾角刃倾角00rrs刀具标注角度刃倾角正负的规定作业与思考题为课后2-1和2-5题刀具的工作角度（实际角度）横向进给的影响00e00e2farctg工作前角e0工作后角e0刀具的工作角度（实际角度）横向进给的影响00e00e2farctg工作前角e0工作后角e0轴(纵)向进给的影响00e00ewrdfsintg工作前角e0工作后角e0轴向进给的影响00e00ewrdfsintg工作前角e0工作后角e000e刀具安装高度的影响00erwhdhcos2tg22工作前角e0工作后角e0刀具安装高度的影响rwhdhcos2tg22rwhdhcos2tg22rre刀杆中心线偏斜的影响工作主偏角re工作副偏角rerre三.刀具材料问题1：刀具材料有那些？刀具材料的性能与特点？问题2：普通高速钢有什么特点?常用的牌号有哪些?主要用来制造哪些刀具?问题3：什么是硬质合金?常用的牌号有哪几大类?一般如何选用?三.刀具材料刀具切削性能的好坏取决于构成刀具切削部分的材料、几何形状和结构尺寸。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：刀具制造成本低常用刀具材料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、立方炭化硼等高速钢表2-1含有较多钨、钼、铬、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硬质合金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（硬质合金刀片），或2—10倍（高速钢）。加工材料的硬度愈高，效果愈好。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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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。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。选择前角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。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°。选择后角影响：加工表面的质量。主要取决于：工件材料、切削厚度和工艺系统的刚性有关刀具材料、加工要求后角的主要功用是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影响。切削厚度越大↑，刀具后角↓；工件材料越软、塑性越大，后角越大；工艺系统刚性较差时，应适当减小后角；刀具尺寸精度要求较高的刀具，后角宜取小值。车削一般钢和铸铁时，车刀后角常选用4°～6°。0选择主偏角和副偏角影响：刀具的耐用度、工艺系统的变形和振动。减小主偏角和副偏角↓，刀具耐用度↑，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。如车削外圆时，主偏角↑，背向力Fp明显↓，进给力Ff增大，工艺系统的弹性变形和振动↓。在工艺系统刚性较好时，主偏角宜取较小值，如30°～45°；当工艺系统刚性较差或强力切削时，一般取60°～75°；车削细长轴时，取90°～93°，以减小背向力Fp。副偏角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。选择刃倾角刃倾角入主要影响刀头的强度和切屑流动的方向。在加工一般钢料和铸铁时，无冲击的粗车取0°～-5°，精车取0°～5°；有冲击负荷时，取-5°～-15°；当冲击特别大时，取-30°～-45°。切削高强度钢、冷硬钢时，为提高刀头强度，可取-30°～-10°。s作业与思考题2-6刀具的工作角度和标注角度有什么区别?影响刀具工作角度的主要因素有哪些?试举例说明。2-9刀具的前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角各有何作用?如何选用合理的刀具切削角度?