金属切削基础.ppt

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1、,第 1 章 金属切削基础,知识点 切削运动、切削用量、切削层参数 、切削方式 刀具几何参数 刀具材料,第一章 金属切削基础,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 切削运动和切削用量,第一节 切削运动和切削用量,完成切削加工必须具备的两个条件： 切削刀具与工件之间必须有一定的相对运动；有缘学习更多关注桃报：奉献教育（店铺） 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,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：

2、速度高、功耗大、只能有一个。,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。,合成切削运动：主运动和进给运动合成的运动。用ve表示。,工件上待切除的表面。,工件上经刀具切削后产生的新表面。,工件上切削刃正在切削的表面。它是待加工表面和已加工表面之间的过渡表面。,切削过程中的加工表面,各种切削加工运动和加工表面,切削用量三要素,切削速度 v 进给量 f 切削深度 ap,三、切削用量三要素,切削速度：(vc)切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度。通常以最大线速度为准,进给量：( f )工件或刀具每转一转时，两者沿进给方向的

3、相对位移,切削深度(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,外圆车削的切削速度为 vc =dn/1000,主运动是回转运动时，进给量单位为mm/r；主运动是直线运动时，进给量单位为mm/单行程；,第二节 刀具的几何参数,刀具切削部的构造 提示: 前刀面、后刀面 刀具的几何角度定义及其标注 提示: 前角、后角、主偏角,第二节 刀具的几何参数,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A,副后刀面A,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,前刀面: 切屑流过的表面 后刀面

4、: 与过渡表面相对着的表面 副后刀面: 与已加工表面相对着的表面 主切削刃: 承担主要的切削工作,形成已加工 表面 副切削刃: 协助主切削刃切除多余金属,二、刀具标注角度参考系,前提条件：有缘学习更多关注桃报：奉献教育（店铺） 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；,刀 具标注角度参考系,(每个参考系由三个平面构成) 正交平面参考系: 基面+主剖面+切削平面 法平面参考系 : 基面+法剖面+切削平面 背平面参考系 : 基面+进给平面+切深平面,基面,基面Pr： “通过主切削刃上选定点垂直于主运动方向的平面”,切削平面,切削平面Ps：

5、 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,主剖面,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,法平面Pn: 通过主切削刃上选定点，并垂直于切削刃的平面。,进给剖面(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”,背平面(切深平面),背平面（切深剖面）Pp: “通过主切削刃上选定点，同时垂直于基面和进给剖面的平面”。,刀 具标注角度参考系,(每个参考系由三个平面构成) 正交平面参考系: 基面+主剖面+切削平面 法平面参考系 : 基面+法剖面+切削平面 背平面参考系 : 基面+进给平面+切深平面,刀具的标注

6、角度,明确表示刀具切削过程中的角度 前角、后角 主偏角、付偏角 刃倾角 (不表示刀具的结构，表示刀具切削参数）,正交平面参考系内: 基面: 主偏角、副偏角、刀楔角、刀尖园弧半径 主剖面： 前角、后角 切削平面：刃倾角有缘学习更多关注桃报：奉献教育（店铺）,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”。r=180-(r+r),三、刀具的标注角度,在正交平面(主剖面)内测量的角度,后角：o “后刀面与切削平面的夹角”,前角：o “前刀面与基面之间的

7、夹角”。,在切削平面内：,刃倾角：S “主切削刃与基面之间的夹角”,正交平面参考系车削外圆角度标注,假定工作平面参考系,基面: 主偏角、副偏角、刀楔角、刀 尖园弧半径 进给平面(假定工作平面）: 侧前角、侧后角 切深平面（背平面）： 背前角、背后角,重点使用正交平面参考系 标注切削过程中的刀具角度 能够对各种加工方法的刀具角度进行标注,课堂问题？,1请解释刀具基本概念： 前刀面A、主后刀面A、副后刀面A、主切削刃 、副切削刃,解答,前刀面A切屑沿其流出的表面。 主后刀面A与过渡表面相对的面。 副后刀面A与已加工表面相对的面。 主切削刃 前刀面与主后刀面相交形成的刀刃。 副切削刃前刀面与副后刀面

8、相交形成的刀刃。,课堂问题？,车刀各刀具角度的概念？ 前角o、后角o、主偏角r 、 副偏角r、刃倾角s,解答,前角o在主切削刃选定点的正交平面po内，前刀面与基面之间的夹角。 后角o在正交平面内，主后刀面与切削平面之间的夹角。 主偏角r主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角。 刃倾角s在切削平面ps内，主切削刃与基面pr的夹角。,刀具角度的正负,前角o ：前刀面与基面之间的夹角为锐角，前角为正，夹角为钝角，前角为负值。 后角o ：后刀面与切削平面之间的夹角为锐角，后角为正，夹角为钝角，后角为负值。 刃倾角s ：刀尖是主切削刃上最高点时刃倾角为正，刀尖位于主切削刃上最低点时刃倾角为负，主切削刃与

9、基面平行时时刃倾角为零。,四 刀具的工作角度,刀具工作时的实际状况与定义参考系的假设状态不同，所以造成实际工作角度与标注角度有所不同。 刀具切削时的实际切削角度通常称为刀具的工作角度。 刀具的工作角度值受刀具安装位置和进给运动影响 之前的假设: 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,刀具的工作角度,刀杆轴线安装的偏斜的影响: 改变了主偏角和副偏角 (也就是说：实际的主偏角和标注时的主偏角不同)有缘学习更多关注桃报：奉献教育（店铺）,刀具的工作角度,进给运动的影响 进给量改变了合成运动的方向 (从而改变了基面的位置以及其他

10、面的位置,影响所有的角度),刀具的工作角度,刀尖的安装位置的影响 刀尖安装位置的高低改变了切削速度的方向 (从而改变了基面的位置以及其他面的位置,影响所有的角度),刀具工作参考系,通过切削刃上的考查点，垂直于合成切削运动速度方向的平面。,通过切削刃上的考查点，与切削刃相切且垂直于工作基面的平面。,通过切削刃上的考查点，同时垂直于工作基面、工作切削平面的平面。,2刀具工作角度的分析,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,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=fsinr (mm),切削宽度：bD “沿

11、着过渡表面度量的切削层尺寸” bD=ap/sinr (mm),切削面积：AD AD=hDbD (mm2) 对于外圆车削： AD=fap (mm2),切削层的大小和形状影响： 刀具切削部分承受的载荷大小； 决定了切削的尺寸和形状；,三、残留面积：,切削方式,直角切削 : 刀刃垂直于合成切削运动方向 斜角切削:刀刃不垂直于合成切削运动方向 自由切削: 只有一条切削刃参加工作（车外圆) 非自由切削: 多条切削刃参加工作(切槽）,切削方式,较强的耐磨性和耐热性,高强度与强韧性 (承受切削负荷、振动与冲击),第四节 刀具材料,刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主要标志 ，通常用高温下保持高硬度的性能来衡

12、量，也称热硬性,刀具材料的基本要求 刀具材料需满足一些基本要求 ：,高硬度 (常温硬度HRC60),良好的工艺性与经济性,优良导热性,（1）高硬度,刀具是从工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。 刀具材料最低硬度应在60HRC以上。 对于碳素工具钢材料，在室温条件下硬度应在62HRC以上；高速钢硬度为63HRC70HRC；硬质合金刀具硬度为89HRC93HRC。,（2）高强度与强韧性,刀具材料在切削时受到很大的切削力与冲击力。 如车削45钢，在背吃刀量ap4，进给量f 0.5/r的条件下，刀片所承受的切削力达到4000N，可见，刀具材料必须具有较高的强度和较强的韧性。 一般

13、刀具材料的韧性用冲击韧度aK表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力。,（3）较强的耐磨性和耐热性,刀具耐磨性是刀具抵抗磨损能力。 一般刀具硬度越高，耐磨性越好。 刀具金相组织中硬质点（如碳化物、氮化物等）越多，颗粒越小，分布越均匀，则刀具耐磨性越好。 刀具材料耐热性是用高温下保持高硬度的性能来衡量，也称热硬性。 刀具材料高温硬度越高，则耐热性越好，在高温抗塑性变形能力、抗磨损能力越强。,优良导热性,刀具导热性好，表示切削产生的热量容易传导出去，降低了刀具切削部分温度，减少刀具磨损。 刀具材料导热性好，其抗耐热冲击和抗热裂纹性能也强。,良好的工艺性与经济性,刀具不但要有良好的切削性能，本身还应该易于

14、制造，这要求刀具材料有较好的工艺性，如锻造、热处理、焊接、磨削、高温塑性变形等功能。 经济性也是刀具材料的重要指标之一，选择刀具时，要考虑经济效果，以降低生产成本。,刀具材料,碳素工具钢 -手工工具(耐热性低) 合金工具钢 -手工工具(耐热性低) 高速钢 -常用 硬质合金 -常用 陶瓷 -超硬材料加工 金刚石 -超硬材料加工 立方氮化硼 -超硬材料加工,高速钢,概念： 高速钢是一种含有钨、钼、铬、钒等合金元素较多的工具钢 性质： 、具有良好的热稳定性 、具有较高强度和韧性 、具有一定的硬度(6370HRC)和耐磨性,高速钢的分类,普通高速钢 钨系高速钢 钨钼钢 高性能高速钢,A、钨系高速钢（简

15、称 W18） 典型牌号：W18Cr4V 优点：钢磨削性能和综合性能好，通用性强。 缺点：碳化物分布常不均匀，强度与韧性不够强，热塑性差，不宜制造成大截面刀具。 B、钨钼钢（将一部分钨用钼代替所制成的钢 ）典型牌号： 6 Mo 5 Cr 4 V 2 优点：减小了碳化物数量及分布的不均匀性 。 缺点：高温切削性能和W18相比稍差。,普通高速钢,高性能高速钢,在通用型高速钢的基础上，通过调整基本化学成分并添加其他合金元素，使其常温与高温力学性能得到显著提高 例如：高碳,在W18Cr4V基础上增加0.2%含碳量，形成95W18Cr4V 此外还有高钴、高钒等,高性能高速钢 优点：具有较强的耐热性，刀具耐

16、用度是普通高速钢的1.53倍 。 缺点：强度与韧性较普通高速钢低，高钒高速钢磨削加工性差。 适合加工的零件：奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。 ,硬质合金组成 硬质合金是由难熔金属碳化物和金属粘结剂经粉末冶金方法制成。 硬质合金优点：硬质合金中高熔点、高硬度碳化物含量高，热熔性好 ,热硬性好，切削速度高。 硬质合金缺点：脆性大，抗弯强度和抗冲击韧性不强。抗弯强度只有高速钢的1/31/2，冲击韧性只有高速钢的1/41/35。 硬质合金力学性能：主要由组成硬质合金碳化物的种类、数量、粉末颗粒的粗细和粘化剂的含量决定。,硬质合金,普通硬质合金的种类,类型 我国的代号 ISO代号

17、 钨钴类 -YG K 钨钛钴类 -YT P 钨钛钽（铌）钴类 -YW M 碳化钛基类 -YN P01 (按其化学成分的不同),合金代号为YG，对应于国标K类 ）(YG6、YG8、YG8N) 合金钴含量越高，韧性越好，适于粗加工；钴含量低，适于精加工。,钨钴类（WC+Co）(YG),钨钛钴类(YT),钨钛钴类（WC+TiC+Co）（合金代号为YT，对应于国标P类 ） 此类合金有较高的硬度和耐热性。 合金中TiC含量高，则耐磨性和耐热性提高，但强度降低 粗加工一般选择TiC含量少的牌号，精加工选择TiC含量多的牌号。,钨钛钽（铌）钴类(YW),钨钛钽（铌）钴类（WC+TiC+TaC（Nb）+Co）

18、（合金代号为YW，对应于国标M类） (YW1、YW2 ) 适用于加工冷硬铸铁、有色金属及合金半精加工，也能用于高锰钢、淬火钢、合金钢及耐热合金钢的半精加工和精加工。,（WC+TiC+Ni+Mo）合金代号YN，对应于国标P01类。 用于精加工和半精加工，对于大长零件且加工精度较高的零件尤其适合，但不适于有冲击载荷的粗加工和低速切削。,碳化钛基类(YN) (P01),（3）超细晶粒硬质合金,超细晶粒硬质合金多用于YG类合金，它的硬度和耐磨性得到较大提高，抗弯强度和冲击韧度也得到提高，已接近高速钢。 适合做小尺寸铣刀、钻头等，并可用于加工高硬度难加工材料。,特殊刀具材料,1陶瓷刀具 （1）材料组成：

19、主要由硬度和熔点都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物组成，通过粉末冶金工艺方法制粉，再压制烧结而成。 （2）常用种类：Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷 （3）优点：有很高的硬度和耐磨性，刀具寿命比硬质合金高；热硬性，摩擦系数低，切削力比硬质合金小，能提高表面光洁度。 （4）缺点：强度和韧性差，热导率低。陶瓷最大缺点是脆性大，抗冲击性能很差。 （5）适用范围：高速精细加工硬材料。,（1）分类：天然金刚石刀具；人造聚晶金刚石刀具；复合聚晶金刚石刀具。 （2）优点：极高的硬度和耐磨性，人造金刚石硬度达10000HV，耐磨性是硬质合金的6080倍；切削刃锋利，能实现超精密微量加工和镜面加工

20、；很高的导热性。 （3）缺点：耐热性差，强度低，脆性大，对振动很敏感。 （4）适用范围：用于高速条件下精细加工有色金属及其合金和非金属材料。,金刚石刀具,3立方氮化硼刀具 （1）概念：立方氮化硼（简称CBN）是由六方氮化硼为原料在高温高压下合成。 （2）优点：硬度高，硬度仅次于金刚石，热稳定性好，较高的导热性和较小的摩擦系数。 （3）缺点：强度和韧性较差，抗弯强度仅为陶瓷刀具的1/51/2。 （4）适用范围：适用于加工高硬度淬火钢、冷硬铸铁和高温合金材料。它不宜加工塑性大的钢件和镍基合金，也不适合加工铝合金和铜合金，通常采用负前角的高速切削。,涂层刀具,（1）概念：涂层刀具是在韧性较好的硬质合

21、金基体上或高速钢刀具基体上，涂覆一层耐磨性较高的难熔金属化合物而制成。 （2）常用的涂层材料有：TiC、TiN、Al2O3等 （3）涂层形式：单涂层和复合涂层 （4）优点：涂层刀具具有高的抗氧化性能和抗粘结性能，因此具有较高的耐磨性 （5）适用范围：主要用于车削、铣削等加工，由于成本较高，还不能完全取代未涂层刀具的使用。不适合受力大和冲击大的粗加工，高硬材料的加工以及进给量很小的精密切削。,高速钢的知识,高速钢又名风钢或锋钢，意思是淬火时即使在空气中冷却也能硬化，并且很锋利。成分复杂的合金钢，含有钨、钼、铬、钒等碳化物。合金元素总量达1025%左右。在高速切削产生高热情况下(约500)仍能保持

22、高的硬度，HRC能在60以上,即红硬性。而碳素工具钢经淬火和低温回火后，在室温下虽有很高的硬度，但当温度高于200时，硬度便急剧下降，在500硬度已降到与退火状态相似的程度，完全丧失了切削金属的能力，这就限制了碳素工具钢制作切削工具用。,高速钢的热处理工艺较为复杂，经过退火、淬火、回火。退火的目的是消除应力，降低硬度。淬火时由于它的导热性差一般分两阶段进行。先在800850预热(以免引起大的热应力)，然后迅速加 热到淬火温度12201250，后油冷。淬火后因内部组织还保留一部分(约30%)残余奥氏体没有转变成马氏体，影响了高速钢的性能。为使残余奥氏体转变，进一步提高硬度和耐磨性，一般要进行23次回火，回火温度560，每次保温1小时。,(1)生产制造方法：通常采用电炉生产，近来曾采用粉末冶金方法生产高速钢，使碳化物呈极细小的颗粒均匀地分布在基体上，提高了使用寿命。 (2)用途：用于制造各种切削工具。如车刀、钴头、滚刀、机用锯条及要求高的模具等。,2. 主要生产厂 我国大连钢厂、重庆钢厂、上海钢厂是生产高速钢的主要生产厂。 3. 主要进口生产国家 我国主要从日本、俄罗斯、德国、巴西等国进口。 4. 种类 有钨系高速钢和钼系高速钢两大类。钨系高速钢有W 18 CR 4 V,钼系高速钢有 6 Mo 5 Cr 4 V 2 等。,