金属加工工艺学第五篇切削加工

湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering第五篇切削加工湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering第五篇切削加工切削加工——使用切削工具，在工具和工件的相对运动中，把工件上多余的材料层切除，使工件获得规定的几何参数和表面质量的加工方法。分为机械加工和钳工二部分1.机械加工——通过工人操纵机床来完成切削加工。主要方法:车、钻、刨、铣、磨等。2.钳工——通过工人手持工具来进行加工。常用方法:锉、锯、刮、研、錾等。湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering一、金属切削加工的基础知识1）加工精度尺寸精度：分为20级：T00、T01、T1、T2------T18T7～T6常用于机床、机器、车辆和仪表；T9～T8于中等精度，用于重型机械。形状精度：直线度、平面度、圆度、圆柱度等。位置精度：平行度、垂直度、同轴度、对称度等。（一）加工质量要求湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering2）表面加工质量－以表面粗糙度标记标记：、、、数字为Ra（m）。Ra越小，表面愈光洁。6.30.81.63.2……湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering（二）切削运动与切削要素１.切削运动—切削机床上刀具与工件的相对运动。车削铣削根据其作用不同而分为主运动和进给运动。湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering主运动速度最高；消耗功率最大；切下金属的主体运动。如车削中工件的旋转运动；铣削中刀具的旋转等。•进给运动（１个或多个）维持新的金属层连续投入切削，消耗功率小。如车削中车刀的直线平移（轴向或径向进给）和铣削中工作台带着工件的直线移动。湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering２.切削用量三要素包括切削速度、进给量和背吃刀量三要素。切削速度－主运动速度c切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度（单位时间内工件与刀具沿主运动方向相对移动的距离。）单位为m/s主运动为旋转,切削速度为最大线速度式中d—工件或刀具直径（mm）；n—工件或刀具转速（r/s或r/min）；min)/,/(100msmdnc1000湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering主运动为往复直线运动（如刨削）式中nr—主运动（直线）每秒或每分钟的往复次数（st/s或st/min）；L—往复行程长度（mm）。)m/min(m/s,υ10002Lncr湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering进给量（f）进给量（常以f表示）是主运动旋转一周或一个往复行程时，（刀具在进给方向上相对工件的位移量.）单位为mm/r或mm/st。湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering背吃刀量（αp）是工件已加工表面与待加工表面的垂直距离，(如车削)即式中dw—工件待加工表面直径（mm）；dm—工件已加工表面直径（mm）。2ndwdpadw-dm湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering（三）刀具材料及刀具构造了解刀具材料、刀头几何形状及典型刀具结构特点。刀具的组成夹持部分切削部分湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering＊高硬度;＊足够强度和冲击韧度；＊高耐磨性；＊高热硬性，即具有高温（600~700℃）硬度（红硬度）；＊良好的工艺性能和低成本。1．刀具材料1）刀具材料性能要求湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering2）常用刀具材料•高速钢：W18Cr4V（600℃时48HRC）W6Mo5Cr4V3（630~650℃时60HRC）（高速切削）；•合金工具钢：9Mn2V、9SiCr、CrWMn（一般刀具）；•碳素工具钢：T8、T10A等（钳工刀具）；.硬质合金：用粉末冶金制取，用于切削难加工材料；YG（K）：WC—Co切脆性材料YT（P）：WC—TiC—Co加工钢件•其他类：涂层（TiC）刀具；陶瓷（Al2O3—TiC）和金刚石（刻划玻璃）刀具等（用于切削难加工材料），见P7表1-1常用刀具材料的基本性能湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering2.刀具角度1）车刀切削部分的组成“三面两刃一刀尖”(以车刀为例)湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering前刀面切屑流出的表面（刀头上表面）；•副后刀面与工件已加工表面相对应的刀头平面，包容副切削刃；•主后刀面与工件加工表面相对应的刀头平面,包容主切刃；•主切削刃前刀面与主后刀面的交线；承担主体切削工作;•副切削刃前刀面与副后刀面的交线。•刀尖（实为小圆弧状或线形）两刀刃的交点。湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering2）车刀切削部分的主要角度借助三个辅助面—基面、切削平面、正交平面（静止参考系）基面-----通过主切削刃上某一点而垂直于该点(假定)主运动方向的平面,可视为水平面。用Pr表示，切削平面--通过主切削刃上某一点与切削刃相切,且垂直基面的平面用Ps表示。正交平面（主剖面）通过主切削刃上某一点且同时垂直于基面和切削平面的平面。用Po表示。湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering“前角、后角两偏角”还有一个刃倾角—刀头标注角度用于刀头设计、制造、刃磨和测量。标示前刀面、后刀面（三面）的空间位向。以外圆车刀为例：车刀切削部分的五个主要角度湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering前角:在正交平面内测量。前刀面与基面的夹角，以0表示,0增大，车刀锋利，减小与切屑的磨损。一般取值10～20,切灰铸铁取值5～15•主后角:正交平面P0内测量的,主后刀面与切削平面的夹角。以0表示，0增大，减小刀头与工件的磨损。一般取6～12湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering两偏角(主偏角和副偏角):在基面Pr内测量的,表示两切削刃偏离进给方向的空间位向。主偏角:主切削刃在基面Pr的投影与进给方向的夹角称为主偏角，以Kr表示。一般取值30～75。Kr增大（90），用于切削的刃长减小，刀具耐用度增加，径向力降低。车削细长轴时弯曲变形小。湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering副偏角:副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角，用Kr表示，一般取值5~10。Kr减小，减小刀具磨损，有利于降低表面粗糙度。湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering还有一个“刃倾角”在切削平面Ps测量的,主切削刃与基面的夹角，以s表示。湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering刃倾角的正负：刃尖为最高点，主切削刃向下倾斜，s定为正。刃尖处于最低点，主切削刃向上倾斜，s定为负。s取负值时，刀头强度加大，适于铸铁粗加工。s取正值时，切屑流向待加工表面。精加工s取负值，对于带状切屑，切屑流向已加工表面，有可能刮伤加工表面。这一点，需要注意。湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering车刀磨刃技巧取s=+3，切屑流向待加工表面。不损伤已加工表面主切削刃磨有0.15~0.2mm的倒棱，能提高刀刃强度。大前角，令0=15~30，切削力小，前刀面上磨有平行于主切削刃的圆形卷屑槽（4~6mm深）。排屑顺利，发热小。主偏角Kr=90，切削刃长度最小，工件受力（径向力）变形最小。用于细长轴精加工。湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering金属切削过程定义：用金属切削刀具从工件表面切除多余的金属，获得一定精度和表面质量的要求的零件的过程。1）切屑的形成与切削变形切屑的形成刀具挤压切削层——产生变形——与工件分离——形成了切屑。（四）金属切削过程湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering切削过程三个变形区第一变形区：从OA塑性变形开始——OM剪切滑移基本完成。第二变形区：靠近前刀面处的晶粒进一步变形，沿前刀面方向纤维化第三变形区：已加工表面上金属与后刀面摩擦，产生纤维化和加工硬化湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering切削厚度压缩比:∧h=hch/hDlD湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering2）影响切削变形的因素(选讲）a工件材料：塑性好，变形大b刀具的角度：前角大，变形小c切削用量：切削速度大，进给量大，切削厚度大，变形小d刀具与工件的摩擦：摩擦大。变形大。湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering3）切屑的种类a带状切屑塑性材料，切削厚度小，切削速度高，前角大b挤裂切屑切削速度低，切削厚度大，前角较小c粒状切屑（单元切屑）切削速度更低，切削厚度更厚，塑性较低c崩碎切屑脆性材料（铸铁和黄铜）湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering4）积屑瘤切塑性金属（在一定的切削速度范围内），刀具前刀面靠近切削刃的部位粘附一块很硬的金属。形成条件：切塑性金属，切削速度在一定的范围内(5~50m/min),切削区的温度高。控制方法：提高强度、硬度，增大切削速度，控制切削区的温度。湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering作用在刀具上的力5)切削力和切削功率1）切削力的来源：切屑层金属和切屑作用在前刀面上的正压力和摩擦力；已加工表面作用在后刀面上的正压力和摩擦力湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering外圆切削时的切削合力与分力主切削力（Fc)（切向力）总切削力在主运动方向上的分力。进给力（Ff）（轴向力）总切削力在进给方向上的分力背向力（Fp）（径向力）总切削力在背吃刀量方向上的分力F=Fc²+Ff²+Fp²√湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering6）切削功的计算Pm=Fcvc10-3(KW)3）影响切削力的因素a工件材料b切削用量c刀具几何角度d切削液和刀具材料湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering7)切削热和切削温度切削热的产生产生于三个变形区切屑变形所产生的热是主要来源（第一变形区）切屑与前刀面的摩擦所产生的热（第二变形区）刀具的后刀面与工件表面摩擦所产生的热（第三变形区）湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering切削热的传出通过切屑、工件、刀具、周围的介质传出车削50~86%3~9%10~40%1%钻削28%52.5%14.5%5%湖北汽车工业学院材料工程系DepartmentofMaterialsEngineering影响切削温度的主要因素a切削用量b刀具角度c工件材料d其他