第二章 金属切削加工的基础知识

第二章金属切削加工的基础知识第一节切削运动和切削要素第二节刀具的几何角度和结构第三节切削层参数第四节刀具材料第一节切削运动和切削要素一、零件的种类及组成完成切削加工必须具备的两个条件：①切削刀具与工件之间必须有一定的相对运动；②切削刃有一定的形状；二、切削运动分析切削运动直线运动旋转运动二、切削运动分析1.主运动：直接切除工件上的切削层，使之变为切屑，以形成工件新表面的运动。通常用切削速度vc(m/s)表示。特点：速度高、功耗大、只能有一个。2.进给运动：不断地把切削层投入切削的运动。通常用vf、f或fz表示。特点：速度低、功耗小、可以是断续运动、可以有多个。3.合成切削运动：主运动和进给运动合成的运动。用ve表示。三、切削用量三要素三、切削用量三要素1.切削速度：(vc)2.进给量：(f)3.背吃刀量：(ap)“工件上已加工表面和待加工表面之间的垂直距离”。对于外圆车削：)(2mmddamwp“切削刃选定点相对与工件主运动的瞬时速度”。通常以最大线速度为准。主运动是旋转运动时：主运动是直线运动时：)/(601000)(smndvwc)/(6010002smnLvrc“工件或刀具每转一转时，两者沿进给方向的相对位移”。f(mm/r),vf(mm/s),fz(mm/z)6060nzfnfvzf第二节刀具的几何角度和结构一、刀具切削部分的结构要素第二节刀具的几何角度和结构归结起来：“三面两刃一尖”前刀面Ar后刀面Aα副后刀面Aα’交线交线主切削刃s副切削刃s’刀尖连接部分一、刀具切削部分的结构要素二、刀具标注角度参考系前提条件：不考虑进给运动；车刀刀尖与工件中心等高；刀杆中心线与进给方向垂直；刀具的安装面与基面Pr平行；正交平面参考系：1.基面Pr：“通过主切削刃上选定点垂直于主运动方向的平面”正交平面参考系：2.切削平面Ps：“通过主切削刃上选定点，与切削刃相切并垂直于基面的平面”。正交平面参考系：3.正交平面（主剖面）Po：“通过主切削刃上选定点，并同时垂直于基面和切削平面的平面”。法平面参考系：法平面Pn:“通过主切削刃上选定点，并垂直于切削刃的平面”。假定工作平面、背平面参考系：假定工作平面（进给剖面）Pf：“通过主切削刃上选定点，平行于进给方向并垂直于基面的平面”假定工作平面、背平面参考系：背平面（切深剖面）Pp:“通过主切削刃上选定点，同时垂直于基面和假定工作平面的平面”。三、刀具的标注角度在基面内测量的角度：主偏角：“主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角”。副偏角：“副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角”。刀尖角：“主切削刃与副切削刃之间的夹角”。εr=180º-(Кr+Кr’)三、刀具的标注角度在正交平面内测量的角度后角：αo“后刀面与切削平面的夹角”前角：γo“前刀面与基面之间的夹角”。三、刀具的标注角度在切削平面内：刃倾角：λS“主切削刃与基面之间的夹角”四、刀具的工作角度dfndnfvvtgcfooeoe0四、刀具的工作角度Dhppppepppe2sin第三节切削层参数一、切削层：“刀具沿进给方向移动一个进给量f，由一个刀齿正在切削着的金属层”。切削层的大小和形状直接影响：①刀具切削部分承受的载荷大小；②决定了切削的尺寸和形状；二、切削层的参数切削厚度：hD“垂直于过渡表面度量的切削层尺寸”hD=f∙sinКr(mm)切削宽度：bD“沿着过渡表面度量的切削层尺寸”bD=ap/sinКr(mm)切削面积：ADAD=hD∙bD(mm2)对于外圆车削：AD=f∙ap(mm2)三、残留面积：ctgctgfRRfAD'maxmax21第四节刀具材料一、刀具材料应具备的基本性能：1.高的硬度；必须高于工件硬度，通常应60HRC以上。2.足够的强度和韧性；3.较高的耐磨性；4.较高的耐热性；5.良好的工艺性；二、常用刀具材料1.高速钢（1900年首次使用）基本性能：硬度：62~65HRC耐热性：500~600℃切削速度：V30m/min工艺性好，适用于制造复杂刀具。常用牌号：W18Cr4VW6MO5Cr4V2W6MO5Cr4V2Al二、常用刀具材料2.硬质合金：基本性能：硬度：74~82HRC耐热性：800~1000℃切削速度：V=100~300m/min工艺性差，不适用于制造整体结构的复杂刀具。典型牌号：①钨钴类YG（K类）②钨钴钛类YT（P类）③通用类YW（M类）成分：WC+Co多用于加工短切屑的金属或非金属，如：铸铁、青铜等。常用牌号：YG3(K01)、YG6(K20)、YG8(K40)等精加工粗加工成分：WC+TiC+Co多用于加工长切屑的黑色金属，如：钢材等。常用牌号：YT5(P30)、YT15(P20)、YT30(P10)等粗加工精加工成分：WC+TiC+TaC(NbC)+Co既可用于加工短切屑的铸铁，也可用于加工长切屑的钢材。常用牌号：YW1(M10)、YW2(M20)、YW3(M30)等精加工粗加工三、超硬刀具材料陶瓷人造聚晶金刚石（PCD）立方氮化硼（CBN）“Al2O3或Si3N4添加不同的金属元素(Ni、Co、Mo、W)或金属炭化物(TiC、WC)，采用热压和烧结的方法获得”。特点：硬度高、耐磨性好。91~95HRA耐热性高。1200℃切削速度高达100~400m/min抗弯强度、冲击韧性较差。主要用于冷硬铸铁、高硬钢等精加工和半精加工。“高温下借助合金触媒的作用，由石墨转化而成”。特点：①硬度高、耐磨性极好。5000HV以上。②耐热性：700~800℃，不能在高温下切削③冲击韧性、抗弯强度低。只有硬质合金的1/4。④与Fe的亲和力强，不能加工铁族材料。适用于硬质合金、玻璃等高硬材料的精加工与金刚石相比：①硬度：8000~9000HV。②耐热性：1300~1500℃③与Fe的亲和力小，能加工铁族材料。主要适用于淬硬钢、耐磨铸铁、高温合金等高硬铁族材料的精加工或半精加工。