01第一章金属切削加工的基础知识

机械制造工程学MachineManufacturingEngineering机械制造工程学2020年3月22日机械制造工程学第一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与切削方式第四节刀具材料机械制造工程学第一节切削运动和切削要素一、零件的种类及组成机械制造工程学第一节切削运动和切削要素一、零件的种类及组成平面机械制造工程学第一节切削运动和切削要素一、零件的种类及组成圆柱面机械制造工程学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——机床提供；②切削刃有一定的形状——刀具保证。机械制造工程学二、切削运动分析切削运动直线运动旋转运动简单成形运动直线运动旋转运动复合成形运动＋机械制造工程学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、m/min)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，单位分别为mm/s、mm/r、mm/z。特点：速度低、功耗小、可以是断续运动、也可有多个。3.合成切削运动：主运动和进给运动合成的运动。用Ve表示。二、切削运动分析机械制造工程学二、切削运动分析机械制造工程学三、切削用量三要素机械制造工程学1.切削速度：(Vc)2.进给量：(f)3.背吃刀量：(ap)“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：三、切削用量三要素切削速度)s/m(601000)nd(vwc)s/m(601000nL2vrc机械制造工程学1.切削速度：(Vc)2.进给量：(f)3.背吃刀量：(ap)“工件或刀具每转一转时，两者沿进给方向的相对位移”。vf(mm/s),f(mm/r),fz(mm/z)60nzf60nfvzf三、切削用量三要素进给量机械制造工程学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三、切削用量三要素背吃刀量机械制造工程学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机械制造工程学归结起来：“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’刀尖连接部分第二节刀具的几何角度和结构机械制造工程学二、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。归纳为假定工作条件：假定运动条件和假定安装条件。刀具标注角度参考系是用于设计、制造、刃磨和测量刀具几何角度的参考系。机械制造工程学正交平面参考系：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”机械制造工程学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：机械制造工程学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”。正交平面参考系：机械制造工程学法平面参考系：法平面Pn:“通过主切削刃上选定点，并垂直于切削刃的平面”。机械制造工程学假定工作平面（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：机械制造工程学假定工作平面、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”。机械制造工程学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”。三、刀具的标注角度机械制造工程学在基面内测量的角度：副偏角：“副切削刃在基面上的投影与进给相反方向的夹角”。三、刀具的标注角度机械制造工程学在基面内测量的角度：刀尖角：“主切削刃与副切削刃之间的夹角”。εr=180º-(Кr+Кr’)三、刀具的标注角度机械制造工程学三、刀具的标注角度在正交平面内测量的角度：机械制造工程学在正交平面内：前角：γo“前刀面与基面之间的夹角”。后角：αo“后刀面与切削平面的夹角”机械制造工程学三、刀具的标注角度机械制造工程学在切削平面内：刃倾角：λS“主切削刃与基面之间的夹角”机械制造工程学四、刀具的工作角度dfndnfvvtgcfooe0oe机械制造工程学Dh2sinppppepppe四、刀具的工作角度机械制造工程学第三节切削层参数与切削方式一、切削层参数“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决定了切屑的尺寸和形状。机械制造工程学第三节切削层参数与切削方式切削层截面尺寸称为切削层参数。切削层参数通常在垂直于主运动方向的基面内测量。机械制造工程学第三节切削层参数与切削方式机械制造工程学第三节切削层参数与切削方式二、切削方式1.正切屑和倒切屑正切屑：特征是hD＜bD倒切屑：特征是hD＜bD对等屑：特征是hD＝bD机械制造工程学第三节切削层参数与切削方式2.正切削和斜切削正切削（直角切削）：切削刃垂直于合成切削速度方向的切削方式。斜切削（斜角切削）：切削刃不垂直于合成切削速度方向的切削方式。机械制造工程学第四节刀具材料一、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，通常应在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.良好的导热性和工艺性。机械制造工程学1.高速钢（1900年首次使用）基本性能：硬度：62～66HRC耐热性：500～600℃切削速度：V30m/min工艺性：工艺性好，适用于制造复杂刀具。常用牌号：W18Cr4VW6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2Al普通高速钢(属钨系高速钢)，国内使用最为普遍。主要用于制造钻头、铰刀、铣刀、拉刀、丝锥、齿轮刀具等。普通高速钢(属钨钼系高速钢)。碳化物分布的均匀性、韧性和高温塑性均胜过W18Cr4V，但可磨性不如W18Cr4V。主要用于制造热轧钻头。高性能高速钢(属铝高速钢)。是在W6Mo5Cr4V2的基础上加工Al增C形成的，具有良好的综合性能，价格低廉。是我国独创的新型高速钢材料。高速钢是加入了W、Mo、Cr、V等合金元素的一种合金工具钢。二、常用刀具材料机械制造工程学二、常用刀具材料2.硬质合金（1930年出现）基本性能：硬度：71～76HRC耐热性：800～1000℃切削速度：V=100～300m/min工艺性：工艺性差，不适用于制造整体结构的复杂刀具。典型牌号：①K类硬质合金（钨钴类YG）②P类硬质合金（钨钛钴类YT）③M类硬质合金（通用类YW）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。用红色作标志。常用牌号：K01(YG3)、K20(YG6)、K30(YG8)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。用蓝色作标志。常用牌号：P01(YT30)、P10(YT15)、P30(YT5)等精加工粗加工成分：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。用黄色作标志。常用牌号：M10(YW1)、M20(YW2)、M30(YW3)等精加工粗加工硬质合金是由金属碳化物粉末和金属粘结剂经粉末冶金方法制成。硬质合金是当今最主要的刀具材料之一。金属碳化物有：WC、TiC、TaC、NbC，为1～4μm的粉末。金属粘结剂有：Co、Mo、Ni。机械制造工程学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。缺点：脆、易崩刃。主要用于平稳车削的冷硬铸铁、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。10000HV以上。②耐热性：700～800℃，不能在高温下切削，800℃以上会石墨化。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，硬度仅次于金刚石。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。3.超硬刀具材料二、常用刀具材料机械制造工程学4.涂层刀具材料二、常用刀具材料涂层刀具通过在刀具基体上涂覆金属化合物薄膜，以获得远高于基体的表面硬度和优良的切削性能。常用的刀具基体材料主要有：高速钢、硬质合金、金属陶瓷、陶瓷等。涂层材料：氮化钛(TiN)、碳氮化钛(TiCN)、氮化铝钛(TiAlN)、碳氮化铝钛(TiAlCN)等。其中TiAlN在超高速切削中性能优异，其最高工作温度可达900℃，硬度可达3400～3600HV。氮化钛(TiN)碳氮化钛(TiCN)氮化铝钛(TiAlN)机械制造工程学本章作业第一章习题：四-7五-2