机械制造技术基础 金属切削原理与刀具.pptx
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1、第二章第二章 金属切削原理与刀具金属切削原理与刀具2.1 刀具的结构刀具的结构 一、切削运动与切削要素一、切削运动与切削要素 1、切削运动切削运动 (1)金属切削加工:)金属切削加工:(2)切削运动:刀具与工件之间的相对运动)切削运动:刀具与工件之间的相对运动 主运动:只有一个主运动:只有一个 进给运动:可以有一个或几个进给运动:可以有一个或几个 2、切削要素切削要素 (1)待加工表面待加工表面加工表面(过度表面)加工表面(过度表面)已加工表面已加工表面切削表面切削表面(2)切削用量切削用量 (旋转)(旋转)(往复直线)(往复直线)(3)切削层几何参数切削层几何参数进给量进给量背吃刀量背吃刀量
2、切削速度切削速度切削厚度切削厚度切削面积切削面积切削宽度切削宽度3、切削方式的划分、切削方式的划分(1 1)自由切削与非自由切削)自由切削与非自由切削 自由切削:只有一条直线切削刃参加切削工作自由切削:只有一条直线切削刃参加切削工作 非自由切削:刀具切削刃是曲线,或几条切削刃同时非自由切削:刀具切削刃是曲线,或几条切削刃同时参加并完成切削参加并完成切削(2 2)直角切削与斜角切削)直角切削与斜角切削 直角切削:刀具主切削刃的刃倾角直角切削:刀具主切削刃的刃倾角 的切削。此的切削。此时,主切削刃与切削速度方向成直角时,主切削刃与切削速度方向成直角 斜角切削:刀具主切削刃的刃倾角斜角切削:刀具主切
3、削刃的刃倾角 的切削。的切削。二、刀具角度二、刀具角度 1、刀具切削局部的组成刀具切削局部的组成 前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃、前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃、刀尖刀尖 2、确定刀具切削角度的参考平面确定刀具切削角度的参考平面 切削平面:通过刀刃上选定点,切于工件过渡外表切削平面:通过刀刃上选定点,切于工件过渡外表的平面的平面 基面:通过刀刃上选定点,垂直于该点合成切削运动基面:通过刀刃上选定点,垂直于该点合成切削运动向量的平面向量的平面 3、刀具标注角度的参考系刀具标注角度的参考系 正交平面正交平面 法平面法平面 背平面和假定工作平面背平面和假定工作平面 4
4、、刀具的标注角度刀具的标注角度 前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角、副后角前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角、副后角 5、刀具的工作角度刀具的工作角度 (1)刀具安装位置对工作角度的影响)刀具安装位置对工作角度的影响 刀具安装上下对工作角度的影响刀具安装上下对工作角度的影响(a)(b)(c)刀杆中心线与进给方向不垂直的影响刀杆中心线与进给方向不垂直的影响2-2 刀具材料刀具材料一、刀具材料应具备的性能一、刀具材料应具备的性能 高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性 足够的强度和韧性足够的强度和韧性 高的耐热性高的耐热性 更好的热物理性能和耐热冲击性能更好的热物理性能和耐热冲击性能 良好的工艺性良好的
5、工艺性 经济性经济性二、常用的刀具材料二、常用的刀具材料 工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷超硬刀具材料工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷超硬刀具材料(1)高速钢)高速钢 突出性能:较高的强度、韧性和耐磨性,较好的工突出性能:较高的强度、韧性和耐磨性,较好的工艺性艺性 主要品种:主要品种:W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2 、W6Mo5Cr4V2 Co8、W6Mo5Cr4V2Al 应用范围:用于加工应用范围:用于加工250280HB以下的大局部结构以下的大局部结构钢和铸铁,用作复杂刀具如钻头、丝锥、铰刀、拉刀、钢和铸铁,用作复杂刀具如钻头、丝锥、铰刀、拉刀、铣刀、齿轮刀具和成形刀具铣刀、齿轮刀具和成
6、形刀具(2)硬质合金)硬质合金 突出性能:硬度、耐磨性、耐热性都很高;但抗弯突出性能:硬度、耐磨性、耐热性都很高;但抗弯强度低,断裂韧性也较低强度低,断裂韧性也较低 突出性能:硬度、耐磨性、耐热性都很高;但抗弯强度突出性能:硬度、耐磨性、耐热性都很高;但抗弯强度低,断裂韧性也较低低,断裂韧性也较低 主要种类:主要种类:应用范围:应用范围:K K类:类:YG3YG3、YG6YG6、YG8YG8M M类:类:YW1YW1、YW2YW2P P类:类:YT5YT5、YT15YT15、YT30YT30YTYT类类用于钢类、铸铁类高静加工,用于钢类、铸铁类高静加工,不用于钛合金和含钛的不锈钢不用于钛合金和
7、含钛的不锈钢YGYG类类铸铁、有色金属、非金属材料铸铁、有色金属、非金属材料高强度钢、奥氏体钢、高温合金粗加工高强度钢、奥氏体钢、高温合金粗加工YWYW类类不锈钢、高锰钢、耐热钢的粗、半精加工不锈钢、高锰钢、耐热钢的粗、半精加工(3)涂层刀具)涂层刀具 CVD涂层、涂层、MT-CVD涂层、涂层、PVD涂层、涂层、ZX涂层、涂层、CVD 石(薄膜和厚膜)、涂层陶瓷和多立方氮化硼石(薄膜和厚膜)、涂层陶瓷和多立方氮化硼(4)石刀具石刀具 PCD、CVD厚膜和人工合成单晶厚膜和人工合成单晶 石石 突出性能:极高的硬度和耐磨性,摩擦系数小,但耐突出性能:极高的硬度和耐磨性,摩擦系数小,但耐热性低,不能
8、加工铁族金属热性低,不能加工铁族金属 主要应用:有色金属及其合金,非金属,光学零件等主要应用:有色金属及其合金,非金属,光学零件等精密和超精密加工精密和超精密加工(5)立方氮化硼)立方氮化硼 很高的硬度和耐磨性,热稳定性好,化学惰性大;用于很高的硬度和耐磨性,热稳定性好,化学惰性大;用于加工淬火钢和冷硬铸铁加工淬火钢和冷硬铸铁2-3 金属切削过程及其物理现象金属切削过程及其物理现象一、国内外切削理论研究概述一、国内外切削理论研究概述二、研究金属切削过程的实验方法二、研究金属切削过程的实验方法 侧面观察法,高速摄影法,快速落刀法,扫描电镜显侧面观察法,高速摄影法,快速落刀法,扫描电镜显微观察法,
9、光弹性、光塑性试验法、其他试验法微观察法,光弹性、光塑性试验法、其他试验法三、切屑形成过程三、切屑形成过程第二变形区第二变形区第三变形区第三变形区第一变形区第一变形区四、变形区基本特征四、变形区基本特征 第一变形区(基本变形区):沿滑移线的剪切变形,第一变形区(基本变形区):沿滑移线的剪切变形,以及随之产生的加工硬以及随之产生的加工硬 化。化。第二变形区(摩擦变形区):使切屑底层靠近前刀面第二变形区(摩擦变形区):使切屑底层靠近前刀面处纤维化,流动速度减慢,甚至滞留在前刀面上;切屑处纤维化,流动速度减慢,甚至滞留在前刀面上;切屑弯曲;由摩擦产生的热量使切屑与刀具接触面温度升高弯曲;由摩擦产生的
10、热量使切屑与刀具接触面温度升高 第三变形区(加工外表变形区):使切屑底层靠近前第三变形区(加工外表变形区):使切屑底层靠近前刀面处纤维化,流动速度减慢,甚至滞留在前刀面上;刀面处纤维化,流动速度减慢,甚至滞留在前刀面上;切屑弯曲;由摩擦产生的热量使切屑与刀具接触面温度切屑弯曲;由摩擦产生的热量使切屑与刀具接触面温度 升高升高五、切屑变形的表示方法五、切屑变形的表示方法 剪切角剪切角 相对滑移或剪切应变相对滑移或剪切应变 切屑变形系数切屑变形系数 相对滑移相对滑移 与变形系数与变形系数 间的关系间的关系六、切屑类型及其操作六、切屑类型及其操作 1、带状切屑、带状切屑 产生条件:加工塑性材料,切削
11、速度较高,切削产生条件:加工塑性材料,切削速度较高,切削厚度较小,刀具前角较大厚度较小,刀具前角较大 形态特征:内外表是光滑的,外外表是毛葺的形态特征:内外表是光滑的,外外表是毛葺的 2、挤裂切屑、挤裂切屑 产生条件:加工塑性材料,切削速度较低,切削厚度产生条件:加工塑性材料,切削速度较低,切削厚度较大,刀具前角较小较大,刀具前角较小 形态特征:内外表有时有裂纹,外外表呈锯齿形形态特征:内外表有时有裂纹,外外表呈锯齿形 3、单元切屑、单元切屑 产生条件:改变挤裂切屑条件,进一步减小刀具前角,产生条件:改变挤裂切屑条件,进一步减小刀具前角,减低切削速度,或加大切削厚度减低切削速度,或加大切削厚度
12、 形态特征:梯形的单元切屑形态特征:梯形的单元切屑 4、崩碎切屑、崩碎切屑 产生条件:加工脆性材料产生条件:加工脆性材料 形态特征:切屑的形状不规则,加工的外表凹凸不平形态特征:切屑的形状不规则,加工的外表凹凸不平 5、切屑操作、切屑操作 定义:定义:衡量切屑可控性的标准:不阻碍正常的加工;不影响衡量切屑可控性的标准:不阻碍正常的加工;不影响操作者的平安;易于清理、存放和搬运操作者的平安;易于清理、存放和搬运 切屑操作措施:在前刀面上磨制出断屑槽或使用压块切屑操作措施:在前刀面上磨制出断屑槽或使用压块式断屑器;推广使用可转位刀具式断屑器;推广使用可转位刀具七、积屑瘤现象七、积屑瘤现象 定义:定
13、义:产生:切屑与前刀面粘结产生:切屑与前刀面粘结内摩擦内摩擦底层上金属加工硬化底层上金属加工硬化粘结体粘结体长大长大积屑瘤积屑瘤 影响积屑瘤产生和大小的因素:金属材料的硬化程度;影响积屑瘤产生和大小的因素:金属材料的硬化程度;刃前区的温度与压力刃前区的温度与压力 积屑瘤对切削过程的影响:实际切削前角增大;实际切积屑瘤对切削过程的影响:实际切削前角增大;实际切削厚度增大;加工外表粗糙度增大;影响刀具寿命削厚度增大;加工外表粗糙度增大;影响刀具寿命 防止积屑瘤产生的方法:防止积屑瘤产生的方法:切削速度切削速度切削温度切削温度不易产生粘结现象;不易产生粘结现象;切削速度切削速度切削温度切削温度不发生
14、粘结现象;不发生粘结现象;润滑性能好的切削液润滑性能好的切削液摩擦摩擦;刀具前角刀具前角 接触压力接触压力;改改变工件材料加工特性工件材料加工特性 加工硬化。加工硬化。2-4 切削力与切削功率切削力与切削功率一、切削力的来源、切削合力及其分解、切削功率一、切削力的来源、切削合力及其分解、切削功率 1、切削力的来源、切削力的来源 抗力抗力 摩擦阻力摩擦阻力 2、切削合力及分解、切削合力及分解 主切削力(切向力)主切削力(切向力)进给力(轴向力)进给力(轴向力)背向力背向力 3、切削功率与电机功率、切削功率与电机功率二、切削力的测量二、切削力的测量 1、切削力的理论计算、切削力的理论计算 2、切削
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