金屬切削加工基礎(chǔ)知識.ppt

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第一章金屬切削加工的基礎(chǔ)知識 1 本課程教學(xué)目的 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動化專業(yè)的必修專業(yè)基礎(chǔ)課程 是該專業(yè)的主干課程 通過學(xué)習(xí) 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 可以使學(xué)生對制造活動有一個(gè)總體的 全貌的了解與把握 掌握金屬切削加工的基本規(guī)律 機(jī)械加工的基本知識 具備機(jī)械加工和裝配工藝規(guī)程設(shè)計(jì)的能力 掌握機(jī)械加工中精度及表面質(zhì)量的概念及其控制方法 初步具備分析解決現(xiàn)場工藝問題的能力 了解當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和先進(jìn)制造模式的發(fā)展概況和制造技術(shù)發(fā)展的前沿與趨勢 初步具備對制造系統(tǒng) 制造模式選擇決策的能力 第一章金屬切削加工的基礎(chǔ)知識 2 本課程教學(xué)主要任務(wù)介紹機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程及生產(chǎn)活動的組織 機(jī)械加工過程及其系統(tǒng) 包括 第一章金屬切削加工的基礎(chǔ)知識 1 金屬切削過程及其基本規(guī)律 2 機(jī)床 夾具 刀具的基本知識 3 機(jī)械加工和裝配工藝規(guī)程的設(shè)計(jì) 4 機(jī)械加工中精度及表面質(zhì)量的概念及其控制方法 5 制造技術(shù)與現(xiàn)代生產(chǎn)管理模式 6 制造技術(shù)發(fā)展的前沿與趨勢 1 金屬切削加工的定義 第一章金屬切削加工的基礎(chǔ)知識 金屬切削刀具和工件按一定規(guī)律作相對運(yùn)動 通過刀具上的切削刃切除工件上多余的 或預(yù)留的 金屬 從而使工件的形狀 尺寸精度及表面質(zhì)量都符合預(yù)定要求 這樣的加工稱為金屬切削加工 在金屬切削加工過程中有兩個(gè)基本要素 一個(gè)是成形運(yùn)動 另一個(gè)是刀具 3 金屬切削加工的種類 車削 銑削 刨削 磨削 鉆削 鏜削 拉削等 金屬切削刀具和工件按一定規(guī)律作相對運(yùn)動 通過刀具上的切削刃切除工件上多余的 或預(yù)留的 金屬 從而使工件的形狀 尺寸精度及表面質(zhì)量都合乎預(yù)定要求 這樣的加工稱為金屬切削加工 任何零件的表面形狀都是由一些基本表面組合而成的 所以零件的切削加工過程就是表面成形過程 1 1工件表面的成形方法及所需的成形運(yùn)動 1 零件的表面形狀平面 直線成形表面 圓柱面 圓錐面 球面 圓環(huán)面 螺旋面 1 1工件表面的成形方法及所需的成形運(yùn)動 2 工件表面的形成方法各種典型表面都可以看作是一條線 稱為母線 沿著另一條線 稱為導(dǎo)線 運(yùn)動的軌跡 母線和導(dǎo)線統(tǒng)稱為形成表面的發(fā)生線 1 1工件表面的成形方法及所需的成形運(yùn)動 有些表面的發(fā)生線完全相同 只因母線的原始位置不同 也可以形成不同的表面 母線和導(dǎo)線有時(shí)候可以互換 有時(shí)候不可以互換 1 1工件表面的成形方法及所需的成形運(yùn)動 3發(fā)生線的形成方法及所需的運(yùn)動在實(shí)際的切削加工中 發(fā)生線是由刀具的切削刃與工件間的相對運(yùn)動得到的 由于生產(chǎn)中使用的刀具切削刃形狀和采取的加工方法不同 形成發(fā)生線的方法可歸納為四種 1 1工件表面的成形方法及所需的成形運(yùn)動 軌跡法 成形法 是利用刀具作一定規(guī)律的軌跡運(yùn)動來對工件進(jìn)行加工的方法 利用成形刀具對工件進(jìn)行加工的方法 刀具的切削刃與所需形成的母線完全吻合 相切法 1 1工件表面的成形方法及所需的成形運(yùn)動 展成法 亦稱共軛法或包絡(luò)法 是利用刀具邊旋轉(zhuǎn)邊作軌跡運(yùn)動來對工件進(jìn)行加工的方法 是利用工件和刀具作展成切削運(yùn)動進(jìn)行加工的方法 1 1工件表面的成形方法及所需的成形運(yùn)動 成形法 表面成形運(yùn)動是保證得到工件要求的表面形狀的運(yùn)動 例如用車刀車削外圓柱面 形成母線和導(dǎo)線的方法 都屬于軌跡法 工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動B1 產(chǎn)生母線 圓 刀具的縱向直線運(yùn)動A2產(chǎn)生導(dǎo)線 直線 運(yùn)動B1和A2就是形成外圓表面兩兩個(gè)成形運(yùn)動 1 1工件表面的成形方法及所需的成形運(yùn)動 1 成形運(yùn)動的種類簡單成形運(yùn)動由單獨(dú)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或直線運(yùn)動構(gòu)成 復(fù)合成形運(yùn)動由兩個(gè)或兩個(gè)以上旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或 和 直線運(yùn)動 按照某些確定的運(yùn)動關(guān)系組合而成 1 1工件表面的成形方法及所需的成形運(yùn)動 2 零件表面成形所需的成形運(yùn)動形成表面所需要的成形運(yùn)動 就是形成母線及導(dǎo)線所需要的成形運(yùn)動的總和 為了加工出所需的零件表面 機(jī)床就必須具備這些成形運(yùn)動 1 1工件表面的成形方法及所需的成形運(yùn)動 例1 1用普通車刀車削外圓母線 圓 由軌跡法形成 需要一個(gè)成形運(yùn)動B1 導(dǎo)線 直線 由軌跡法形成 需要一個(gè)成形運(yùn)動A2 表面成形運(yùn)動的總數(shù)為兩個(gè) 即Bl和A2 都是簡單的成形運(yùn)動 1 1工件表面的成形方法及所需的成形運(yùn)動 例1 2用成形車刀車削成形回轉(zhuǎn)表面母線 曲線 由成形法形成 不需要成形運(yùn)動 導(dǎo)線 圓 由軌跡法形成 需要一個(gè)成形運(yùn)動B1 表面成形運(yùn)動的總數(shù)為一個(gè)Bl 是簡單的成形運(yùn)動 1 1工件表面的成形方法及所需的成形運(yùn)動 例1 3用螺紋車刀車削螺紋母線 車刀的刀刃形狀與螺紋軸向剖面輪廓的形狀一致 故母線由成形法形成 不需要成形運(yùn)動 導(dǎo)線 螺旋線 由軌跡法形成 需要一個(gè)成形運(yùn)動 這是一個(gè)復(fù)合運(yùn)動 B11 A12 1 1工件表面的成形方法及所需的成形運(yùn)動 例1 4用齒輪滾刀加工直齒圓柱齒輪齒面母線 漸開線 由展成法形成 需要一個(gè)成形運(yùn)動 是復(fù)合運(yùn)動 可分解為滾刀旋轉(zhuǎn)B11和工件旋轉(zhuǎn)B12兩個(gè)部分 B11和B12之間必須保持嚴(yán)格的相對運(yùn)動關(guān)系 導(dǎo)線 直線 由相切法形成 需要兩個(gè)獨(dú)立的成形運(yùn)動 即滾刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動B11和滾刀沿工件的軸向移動A2 1 2切削運(yùn)動與切削用量 要進(jìn)行切削加工 金屬切削機(jī)床必須為形成工件表面提供兩種最主要的相對運(yùn)動 即主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動 1 主運(yùn)動及切削速度 主運(yùn)動是刀具和工件之間產(chǎn)生的最主要的相對運(yùn)動 它是刀具切削刃及其毗鄰的刀面切入工件材料 使切削層金屬轉(zhuǎn)變成切屑 從而形成新鮮表面的運(yùn)動 在表面成形運(yùn)動中 必須有而且只能有一個(gè)主運(yùn)動 主運(yùn)動消耗的功率比較大 速度也比較高 1 2切削運(yùn)動與切削用量 主運(yùn)動可以由工件完成 也可以由刀具完成 可以是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 也可以是直線運(yùn)動 主運(yùn)動的方向 切削刃上選定點(diǎn)相對于工件的瞬時(shí)主運(yùn)動方向 主運(yùn)動的速度vc 切削刃上選定點(diǎn)相對于工件的主運(yùn)動的瞬時(shí)速度 一般稱為切削速度 1 2切削運(yùn)動與切削用量 2 進(jìn)給運(yùn)動和進(jìn)給速度 由機(jī)床或人力提供的 使主運(yùn)動能夠繼續(xù)切除工件上多余金屬以形成工件表面所需的運(yùn)動稱為進(jìn)給運(yùn)動 進(jìn)給運(yùn)動可以用進(jìn)給速度vf或進(jìn)給量f fz af來表示 進(jìn)給運(yùn)動的特點(diǎn) 速度低 消耗的機(jī)床功率少 各種切削加工方法可以有一個(gè)或多個(gè)進(jìn)給運(yùn)動 一般不唯一 1 2切削運(yùn)動與切削用量 進(jìn)給運(yùn)動可能是連續(xù)的 例如在車床上車削圓柱表面時(shí) 刀架帶動車刀作連續(xù)縱向運(yùn)動 也可能是間歇的 例如牛頭刨床上加工平面時(shí) 刨刀作往復(fù)運(yùn)動 進(jìn)給運(yùn)動為工作臺帶動工件作的橫向間歇移動 進(jìn)給運(yùn)動可以由刀具完成 也可以由工件完成 可以是直線運(yùn)動 也可以是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 1 2切削運(yùn)動與切削用量 進(jìn)給運(yùn)動的方向 切削刃上選定點(diǎn)相對于工件的瞬時(shí)進(jìn)給運(yùn)動的方向 進(jìn)給速度vf 切削刃上選定點(diǎn)相對于工件的進(jìn)給運(yùn)動的瞬時(shí)速度 1 2切削運(yùn)動與切削用量 主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動是實(shí)現(xiàn)切削加工的基本運(yùn)動 可以由刀具來完成 也可以由工件來完成 可以是直線運(yùn)動 用T表示 也可以是回轉(zhuǎn)運(yùn)動 用R表示 正是由于上述不同運(yùn)動形式和不同運(yùn)動執(zhí)行元件的多種組合 產(chǎn)生了不同的加工方法 1 2切削運(yùn)動與切削用量 1 2切削運(yùn)動與切削用量 1 2切削運(yùn)動與切削用量 1 2切削運(yùn)動與切削用量 1 2切削運(yùn)動與切削用量 1 2切削運(yùn)動與切削用量 3 合成切削運(yùn)動由同時(shí)進(jìn)行的主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動合成的運(yùn)動 稱為合成切削運(yùn)動 切削刃上任一點(diǎn)相對工件的合成切削運(yùn)動的瞬時(shí)速度稱為合成切削速度 用ve表示 它是同一選定點(diǎn)的主運(yùn)動速度vc與進(jìn)給運(yùn)動速度vf的矢量和 即 ve vc vf 1 2切削運(yùn)動與切削用量 3 合成切削運(yùn)動合成切削運(yùn)動方向與主運(yùn)動方向的夾角稱為合成切削速度角 用 表示 在一些間歇進(jìn)給的機(jī)床 如刨床 上 主運(yùn)動就是合成切削運(yùn)動 但在大多數(shù)情況下vf與vc相比是很小的 可略去不計(jì) 則在大小上近似認(rèn)為 ve vc vf vc 1 2切削運(yùn)動與切削用量 3切削過程中工件上的加工表面如外圓車削時(shí) 工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 刀具作縱向直線運(yùn)動 形成了工件的外圓表面 在新的表面的形成過程中 工件上有三個(gè)依次變化的表面 待加工表面即將被切除金屬層的表面 1 2切削運(yùn)動與切削用量 3切削過程中工件上的加工表面 過渡表面 或稱切削表面 加工時(shí)由主切削刃在工件上正在形成的那個(gè)表面 是待加工表面和已加工表面之間的表面 已加工表面已被切除多余金屬而形成符合要求的工件新表面 1 2切削運(yùn)動與切削用量 4切削用量三要素所謂切削用量是指切削速度vc 進(jìn)給量f 或進(jìn)給速度vf 和背吃刀量asp 也常稱為切削用量三要素 1 切削速度切削速度即主運(yùn)動的速度 主運(yùn)動為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動大多數(shù)主運(yùn)動屬于回轉(zhuǎn)運(yùn)動 切削速度為刀具或工件最大直徑處的線速度 d 完成主運(yùn)動的刀具或者工件的最大直徑 mm n 主運(yùn)動的轉(zhuǎn)速 rad S或r min 1 2切削運(yùn)動與切削用量 主運(yùn)動為直線往復(fù)運(yùn)動 牛頭刨床刨刀的直線往復(fù)運(yùn)動為主運(yùn)動 切削速度計(jì)算公式 n 工件或刀具的轉(zhuǎn)速或往復(fù)次數(shù) r min或d str min str是Stroke 行程 的縮寫 L 工件或刀具往復(fù)單行程 mm 1 2切削運(yùn)動與切削用量 2 進(jìn)給速度vf 進(jìn)給量f和每齒進(jìn)給量fz 進(jìn)給運(yùn)動速度vf切削刃上選定點(diǎn)相對于工件的瞬時(shí)進(jìn)給運(yùn)動速度 即單位時(shí)間的進(jìn)給量 單位是mm s mm min 進(jìn)給量f af刀具或工件的主運(yùn)動每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn) 或一個(gè)雙行程 工件和刀具在進(jìn)給運(yùn)動方向上的相對位移量 以mm r 毫米 轉(zhuǎn) 或mm d str 毫米 雙行程 表示 1 2切削運(yùn)動與切削用量 每齒進(jìn)給量fz對于銑刀 鉸刀 拉刀 齒輪滾刀等多刃切削工具 在它們進(jìn)行工作時(shí) 還應(yīng)規(guī)定每一個(gè)刀齒的進(jìn)給量fz 即后一個(gè)刀齒相對于前一個(gè)刀齒在進(jìn)給運(yùn)動方向上的相對位移量 單位是mm z 毫米 齒 存在以下關(guān)系 1 2切削運(yùn)動與切削用量 3 背吃刀量背吃刀量指已加工表面和待加工表面之間的垂直距離 以asp表示 單位為mm 對于車削和刨削加工來說 背吃刀量asp為工件上已加工表面和待加工表面間的垂直距離 單位為mm 外圓柱表面車削的深度可用下式計(jì)算 asp dw dm 2 1 2切削運(yùn)動與切削用量 對于鉆孔asp dm 2上兩式中dm 已加工表面直徑 mm dw 待加工表面直徑 mm 1 3刀具材料及刀具角度 由于機(jī)械零件的材質(zhì) 形狀 技術(shù)要求和加工工藝的多樣性 客觀上要求進(jìn)行加工的刀具具有不同的結(jié)構(gòu)和切削性能 因此 生產(chǎn)中所使用的刀具的種類很多 刀具常按加工方式和具體用途分為車刀 孔加工刀具 銑刀 拉刀 螺紋刀具 齒輪刀具 自動線及數(shù)控機(jī)床刀具和磨具等幾大類型 刀具還可以按其它方式進(jìn)行分類 如按所用材料分為高速鋼刀具 硬質(zhì)合金刀具 陶瓷刀具 立方氮化硼 CBN 刀具和金剛石刀具等 按結(jié)構(gòu)分為整體刀具 鑲片刀具 機(jī)夾刀具和復(fù)合刀具等 按是否標(biāo)準(zhǔn)化分為標(biāo)準(zhǔn)刀具和非標(biāo)準(zhǔn)刀具等 1 3刀具材料及刀具角度 刀具切削性能的好壞 取決于構(gòu)成刀具切削部分的材料 幾何形狀和刀具結(jié)構(gòu) 刀具材料對刀具使用壽命 加工效率 加工質(zhì)量和加工成本等都有很大影響 因此要重視刀具材料的正確選擇與和合理使用 刀具材料主要是指刀具切削部分的材料 1 3刀具材料及刀具角度 一 刀具材料必須具備性能作為刀具材料應(yīng)滿足以下基本要求 1 高的硬度和耐磨性刀具材料要比工件材料硬度高 常溫硬度在HRC62以上 耐磨性表示抵抗磨損的能力 耐磨性取決于組織中硬質(zhì)點(diǎn)及其數(shù)量 大小和分布 2 足夠的強(qiáng)度和韌性為了承受切削中的壓力沖擊和振動 避免崩刃和折斷 刀具材料應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度和韌性 一般強(qiáng)度用抗彎強(qiáng)度來表示 韌性用沖擊韌性值表示 1 3刀具材料及刀具角度 3 高的耐熱性 熱穩(wěn)定性 紅硬性 是指刀具材料在高溫下仍能保持高的硬度 耐磨性 強(qiáng)度和韌性的能力 是衡量刀具材料切削性能的重要指標(biāo)之一 刀具材料的高溫硬度越高 允許的切削速度越高 切削性能越好 另外刀具材料還應(yīng)具有在高溫下抗氧化 抗粘結(jié)和抗擴(kuò)散的能力 即良好的化學(xué)穩(wěn)定性 1 3刀具材料及刀具角度 4 良好的工藝性為了便于制造 要求刀具材料有較好的可加工性 如切削加工性 鑄造性 鍛造性 焊接性能 熱處理性等 5 良好的經(jīng)濟(jì)性有些超硬材料 雖然價(jià)格較高 但是它的耐用度高 使用壽命長 這樣分?jǐn)偟矫總€(gè)零件的成本不一定很高 從而得到廣泛的應(yīng)用 6 切削性能的可預(yù)測性 1 3刀具材料及刀具角度 目前 生產(chǎn)中所用的刀具材料以高速鋼和硬質(zhì)合金居多 碳素工具鋼 如T10A T12A 工具鋼 如9SiCr CrWMn 因耐熱性差 僅用于一些手工或切削速度較低的刀具 1高速鋼HSS HighSpeedSteel 定義是一種加入較多的鎢 W 鉬 Mo 鉻 Cr 釩 V 等合金元素的高合金工具鋼 強(qiáng)烈地與C化合形成高硬度的合金碳化物 提高耐磨性 性能有較高的熱穩(wěn)定性 較高的強(qiáng)度 韌性 硬度和耐磨性 有良好的綜合性能 1 3刀具材料及刀具角度 工藝性能和應(yīng)用其制造工藝簡單 容易磨成鋒利的切削刃 可鍛造 可用于制造一些形狀復(fù)雜和大型刀具 如鉆頭 成形刀具 拉刀 齒輪刀具等復(fù)雜刀具 分類按用途分為通用型高速鋼和高性能高速鋼 按化學(xué)性能分鎢系 鎢鉬系和鉬系高速鋼 按制造工藝不同分為熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼 1 3刀具材料及刀具角度 各類高速鋼刀具 1 3刀具材料及刀具角度 1 通用型高速鋼 鎢鋼典型牌號為W18Cr4V 簡稱W18或18 4 1或T1 有良好的綜合性能 可以制造各種復(fù)雜刀具 淬火時(shí)過熱傾向小 磨加工性好 碳化物含量高 塑性變形抗力大 但碳化物分布不均勻 影響薄刃刀具或小截面刀具的耐用度 強(qiáng)度和韌性顯得不夠 熱塑性差 很難用作熱成形方法制造的刀具 如熱軋鉆頭 1 3刀具材料及刀具角度 鎢鉬鋼典型牌號為W6Mo5Cr4V2 簡稱M2或6 5 4 2 將鎢鋼中的一部分鎢以鉬代替而得 國外用1 Mo代替2 W 從而用W量減少了 克服了上述的不足 同時(shí) 強(qiáng)度 韌性和熱塑性 Mo 得到了大大提高 具有良好的機(jī)械性能 可做尺寸較小 承受沖擊力較大的刀具 熱塑性特別好 更適用于制造熱軋鉆頭等 磨加工性也好 目前各國廣為應(yīng)用 1 3刀具材料及刀具角度 W9Mo3Cr4V 我國研制 特點(diǎn) 硬度 強(qiáng)度 熱塑性高于W6Mo5Cr4V2較高的硬度和較好的韌性配合易于軋制 易于鍛造熱處理范圍寬脫碳敏感性小成本也較低 W6Mo5Cr4V2 國外研制 特點(diǎn) 抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性高于W18Cr4V淬火加熱溫度范圍窄脫碳傾向大 易氧化適于制造熱軋刀具或扭制麻花鉆 立銑刀 還可用于尺寸較大 受沖擊力較大的刀具 1 3刀具材料及刀具角度 2 高性能高速鋼 定義是指在普通高速鋼成分中再增加一些C V 再添加Co Al等合金元素的新鋼種 性能特征具有比普通高速鋼更為優(yōu)越的切削性能 更高的強(qiáng)度 耐熱性和耐磨性 刀具的耐用度提高了幾倍 應(yīng)用可以填補(bǔ)普通高速鋼和硬質(zhì)合金之間在切削速度上的空白 vc 0 83 1 67m s 主要用于加工奧氏體不銹鋼 耐熱鋼 鈦合金 高強(qiáng)度鋼等難加工材料 鋼種典型牌號有高碳高速鋼9W18Cr4V 高釩高速鋼W6MoCr4V3 鈷高速鋼W6MoCr4V2Co8 超硬高速鋼W2Mo9Cr4Co8等 1 3刀具材料及刀具角度 鈷高速鋼W2Mo9Cr4VCo8 M42 性能特征 有良好的綜合機(jī)械性能 硬度高 HRC70 紅硬性高 磨加工性好 但是Co的含量高 價(jià)格較貴 盡量少用 5倍于普通高速鋼價(jià)格適用于加工高溫合金 不銹鋼 鋁高速鋼W6Mo5Cr4V2Al 501 是我國獨(dú)創(chuàng)的含Al無鈷的高速鋼 因此價(jià)格低 性能特點(diǎn) Al 耐熱性 耐磨性好可以防止因高碳引起的鋼的韌性下降 高溫硬度 紅硬性 抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性均與M42相當(dāng) 可磨性低于M42 熱處理工藝性較差 1 3刀具材料及刀具角度 粉末冶金 粉末壓制 是用金屬粉末 或者金屬粉末和非金屬粉末的混合物 做原料 經(jīng)壓制成形后燒結(jié)而制造各種類型的零件和產(chǎn)品的工藝方法 粉末冶金的特點(diǎn) 能夠生產(chǎn)出其它加工方法不能或難制造的制品 材料利用率很高達(dá)到100 經(jīng)濟(jì)性好 一般來說 金屬粉末的價(jià)格較高 粉末冶金設(shè)備和模具投資大 零件的幾何形狀受到一定的限制 適宜大批量生產(chǎn) 1 3刀具材料及刀具角度 粉末冶金生產(chǎn)技術(shù)流程 1 3刀具材料及刀具角度 3 粉末冶金高速鋼 工藝用高壓氬氣或氮?dú)忪F化熔融的高速鋼鋼水 直接得到細(xì)小的高速鋼粉末 然后將這種粉末在高溫下壓制成致密的鋼坯 而后在1100 以下 10 13GPa下 鍛壓成材或刀具毛坯的一種高速鋼 特點(diǎn)與熔煉高速鋼相比 可避免碳化物偏析 顆粒細(xì)小 碳化物細(xì)小而均勻 1 3刀具材料及刀具角度 韌性 硬度較高 是熔煉高速鋼的2倍和2 5 3倍 可磨削性能顯著改善 熱處理變形小 應(yīng)用適合制造切削難加工材料的刀具 大尺寸刀具 如滾刀 插齒刀 精密刀具 磨加工量大的復(fù)雜刀具 高壓動載荷下使用的刀具等 用于加工調(diào)質(zhì)鋼 高速鋼 不銹鋼 1 3刀具材料及刀具角度 1 3刀具材料及刀具角度 1 定義硬質(zhì)合金是由難熔金屬化合物 如WC TiC 和金屬粘結(jié)劑 Co或Ni 用粉末冶金工藝制成 硬度可達(dá)HRA89 93 在800 1000 還能承擔(dān)切削 耐用度較高速鋼高幾十倍 當(dāng)耐用度相同時(shí) 切削速度可提高4 10倍 2 特點(diǎn)a硬質(zhì)合金的硬度 耐磨性和耐熱性都很高 因含有大量熔點(diǎn)高 硬度高 化學(xué)穩(wěn)定性好 熱穩(wěn)定性好的金屬碳化物 1 3刀具材料及刀具角度 b刀具耐用度高可高于高速鋼幾倍到十幾倍 c抗彎強(qiáng)度較高速鋼低 沖擊韌性差 切削時(shí)不能承受大的振動和沖擊負(fù)荷 硬質(zhì)合金刀具的抗彎強(qiáng)度和硬度與成分和顆粒細(xì)小程度之間的關(guān)系 碳化物含量較高時(shí) 硬度高 但抗彎強(qiáng)度低 粘結(jié)劑含量較高時(shí) 抗彎強(qiáng)度高 但硬度低 碳化物越細(xì)小 硬度高 強(qiáng)度稍有降低 1 3刀具材料及刀具角度 3 應(yīng)用硬質(zhì)合金以其切削性能優(yōu)良被廣泛用作刀具材料 約占50 如大多數(shù)的車刀 端銑刀以至深孔鉆 鉸刀 齒輪刀具等 它還可用于加工高速鋼刀具不能切削的淬硬鋼等硬材料 很少用于制造整體刀具 1 3刀具材料及刀具角度 ISO將切削用的硬質(zhì)合金分為三類 P類 用于加工長切屑的黑色金屬 相當(dāng)于我國的YT類 藍(lán)色標(biāo)示K類 用于加工短切屑的黑色金屬 有色金屬及其非金屬材料 相當(dāng)于我國的YG類 紅色標(biāo)示M類 用于加工長 短切屑的黑色金屬 有色金屬 相當(dāng)于我國的YW類 黃色標(biāo)示 1 3刀具材料及刀具角度 1 YG K 類 即WC Co類硬質(zhì)合金由WC和Co組成 牌號有YG6 YG8 YG10 YG3X YG6X 用X表示細(xì)顆粒 含鈷量分別為6 8 10 3 6 組織結(jié)構(gòu)有粗晶粒 中晶粒 細(xì)晶粒和超細(xì)晶粒之分 中晶粒組織 YG6 YG8 細(xì)晶粒硬質(zhì)合金 如YG3X YG6X 超細(xì)晶粒 YG10 在含鈷量相同時(shí)細(xì)晶粒比中晶粒的硬度 耐磨性高 但抗彎強(qiáng)度 韌性低 此類硬質(zhì)合金韌性 磨削性 導(dǎo)熱性較好 較適于加工產(chǎn)生崩碎切屑 有沖擊切削力作用在刃口附近的脆性材料 如鑄鐵 有色金屬及其合金以及導(dǎo)熱系數(shù)低的不銹鋼和對刃口韌性要求高 如端銑 的鋼料等 1 3刀具材料及刀具角度 2 YT P 類 即WC TiC Co類硬質(zhì)合金硬質(zhì)點(diǎn)相除WC外 還含有5 30 的TiC 還含有Co 牌號有YT5 YT14 YT15 YT30 TiC的含量分別為5 14 15 30 相應(yīng)的鈷含量為10 8 6 4 TiC含量提高 Co含量降低 硬度和耐磨性提高 但是沖擊韌性顯著降低 1 3刀具材料及刀具角度 2 YT P 類 即WC TiC Co類硬質(zhì)合金此類合金有較高的硬度和耐磨性 抗粘結(jié)擴(kuò)散能力和抗氧化能力好 但抗彎強(qiáng)度 磨削性能和導(dǎo)熱系數(shù)較低 低溫脆性大 韌性差 適于高速切削鋼料 含鈷量增加 抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性提高 適于粗加工 含鈷減少 硬度 耐磨性及耐熱性增加 適于精加工 應(yīng)注意 該類硬質(zhì)合金不適合加工不銹鋼和鈦合金 因YT中的鈦元素之間的親合力會產(chǎn)生嚴(yán)重的粘刀現(xiàn)象 在高溫切削及摩擦系數(shù)大的情況下會加劇刀具磨損 1 3刀具材料及刀具角度 3 YW M 類 即WC TiC TaC Co類硬質(zhì)合金在YT類中加入TaC 碳化鉭 t n NbC 碳化鈮 可提高其抗彎強(qiáng)度 疲勞強(qiáng)度 沖擊韌性 高溫硬度 強(qiáng)度和抗氧化能力 耐磨性等 既可用于加工鑄鐵 也可加工鋼 因而又有通用硬質(zhì)合金之稱 常用的牌號為YW1和YW2 以上三類的主要成分均為WC 所以又稱為WC基硬質(zhì)合金 各種硬質(zhì)合金牌號刀具的應(yīng)用范圍 各種硬質(zhì)合金牌號刀具的應(yīng)用范圍 1 3刀具材料及刀具角度 1 涂層刀具它是在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上 或在高速鋼刀具基體上 涂抹一薄層耐磨性高的難熔金屬化合物而獲得的 常用的涂層材料有TiC TiN Al2O3等 涂層刀具具有較高的抗氧化性能 因而有較高的耐磨性和抗月牙洼磨損能力 有低的摩擦系數(shù) 可降低切削時(shí)的切削力及切削溫度 可提高刀具的耐用度 提高硬質(zhì)合金耐用度1 3倍 高速鋼刀具耐用度2 10倍 但也存在著鋒利性 韌性 抗剝落性 抗崩刃性及成本昂貴之弊 2 陶瓷 有純Al2O3陶瓷及Al2O3 TiC混合陶瓷兩種 以其微粉在高溫下燒結(jié)而成 陶瓷刀具有很高的硬度 HRA91 95 和耐磨性 有很高的耐熱性 在高溫1200 以上仍能進(jìn)行切削 切削速度比硬質(zhì)合金高2 5倍 有很高的化學(xué)穩(wěn)定性 與金屬的親合力小 抗粘結(jié)和抗擴(kuò)散的能力好 可用于加工鋼 鑄鐵 車 銑加工也都適用 但其脆性大 抗彎強(qiáng)度低 沖擊韌性差 易崩刀 使其使用范圍受到限制 但作為連續(xù)切削用的刀具材料 還有很大發(fā)展前途的 1 3刀具材料及刀具角度 3 金剛石 是目前人工制造出的最硬的物質(zhì) 硬度高達(dá)HV10000 耐磨性好 可用于加工硬質(zhì)合金 陶瓷 高硅鋁合金及耐磨塑料等高硬度 高耐磨的材料 刀具耐用度比硬質(zhì)合金可提高幾倍到幾百倍 其切削刃鋒利 能切下極薄的切屑 加工冷硬現(xiàn)象較少 有較低的摩擦系數(shù) 其切屑與刀具不易產(chǎn)生粘結(jié) 不產(chǎn)生積屑瘤 很適于精密加工 但其熱穩(wěn)定性差 切削溫度不宜超過700 800 強(qiáng)度低 脆性大 對振動敏感 只宜微量切削 與鐵有極強(qiáng)的化學(xué)親合力 不適于加工黑色金屬 目前主要用于磨具和磨料 對有色金屬及非金屬材料進(jìn)行高速精細(xì)車削及鏜孔 加工鋁合金 銅合金時(shí) 切削速度可達(dá)800 3800m min 1 3刀具材料及刀具角度 4 立方氮化硼 由軟的立方氮化硼在高溫高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)變而成 有很高的硬度 HV8000 9000 及耐磨性 有比金剛石高得多的熱穩(wěn)定性 1400 可用來加工高溫合金 化學(xué)惰性大 與鐵族金屬在1300 時(shí)也不易起化學(xué)反應(yīng) 可用于加工淬硬鋼及冷硬鑄鐵 有良好的導(dǎo)熱性 較低的摩擦系數(shù) 它目前不僅用于磨具 也逐漸用于車 鏜 銑 鉸 它有兩種類型 整體聚晶立方氮化硼 能像硬質(zhì)合金一樣焊接 并可多次重磨 立方氮化硼復(fù)合片 即在硬質(zhì)合金基體上燒結(jié)一層厚度為0 5mm的立方氮化硼而成 1 3刀具材料及刀具角度 表1 2切削加工常用硬質(zhì)合金的應(yīng)用范圍分類和用途 盡管金屬切削刀具的種類繁多 但其切削部分的幾何形狀與參數(shù)都有共性 即不論刀具結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜 其切削部分的形狀總是近似地以外圓車刀切削部分的形狀為基本形態(tài) 1 3刀具材料及刀具角度 因此 在確定刀具切削部分幾何形狀的一般術(shù)語時(shí) 常以車刀切削部分為基礎(chǔ) 刀具切削部分的結(jié)構(gòu)為 三面 兩刃和一刀尖 1 3刀具材料及刀具角度 三面 兩刃 一刀尖 主刀刃S 副刀刃S 前刀面 主后面 副后面 1 3刀具材料及刀具角度 1 3刀具材料及刀具角度 1 3刀具材料及刀具角度 參考系 一類是刀具靜止參考系 標(biāo)注參考系 設(shè)計(jì) 制造 刃磨 測量時(shí)采用的參考系 另一類是刀具工作參考系 動態(tài)參考系 確定刀具在切削運(yùn)動中有效工作角度的依據(jù) 動態(tài)參考系考慮了進(jìn)給運(yùn)動對刀具角度大小的影響了的 1 3刀具材料及刀具角度 1 3刀具材料及刀具角度 1 3刀具材料及刀具角度 假定安裝條件 刀尖與工件中心等高 車刀刀桿軸線垂直工件的回轉(zhuǎn)中心線假定標(biāo)注角度參考系的諸平面平行或垂直于刀具便于制造 刃磨和測量時(shí)定位與調(diào)整的平面或軸線 如車刀底面 車刀刀桿軸線 銑刀 鉆頭的軸線等 反之也可以說 假定刀具的安裝位置恰好使其底面或軸線與參考系的平面平行或垂直 刀刃上選定點(diǎn)的切削速度方向與刀尖處的切削速度方向平行刀刃上選定點(diǎn)的這種切削速度方向稱為假定主運(yùn)動方向 當(dāng)切削刃平行于刀具底面時(shí) 刀刃上的任意一點(diǎn)的切削速度方向都與刀尖上的切削速度方向平行 這時(shí)假定主運(yùn)動方向都是一樣的 就是刀尖的切削速度方向 1 3刀具材料及刀具角度 刀具標(biāo)注角度的參考系由下列諸平面構(gòu)成 構(gòu)成刀具標(biāo)注角度參考系的參考平面通常有 基面 切削平面 主剖面 法剖面 假定工作平面和背平面 1 基面 Pr通過切削刃選定點(diǎn) 垂直于假定主運(yùn)動方向的平面 通常 基面應(yīng)平行或垂直于刀具上便于制造 刃磨和測量的某一安裝定位平面或軸 例如 為普通車刀 刨刀的基面Pr 它平行于刀具底面 1 3刀具材料及刀具角度 2 切削平面 Ps通過切削刃選定點(diǎn) 與主切削刃相切 并垂直于基面Pr的平面 也就是是通過切削刃選定點(diǎn) 包含該點(diǎn)假定主運(yùn)動方向而又與刀刃相切的平面 也可以說是主切削刃與切削速度方向構(gòu)成的平面 1 3刀具材料及刀具角度 3 輔助平面正交平面 主剖面 Po過主切削刃上選定點(diǎn) 同時(shí)垂直于基面和切削平面的平面稱為該選定點(diǎn)的正交平面 主剖面 法平面Pn過主切削刃上選定點(diǎn) 垂直于主切削刃上該點(diǎn)切線方向的平面稱為該選定點(diǎn)的法平面 假定工作平面 進(jìn)給剖面 Pf和背平面 切深剖面 Pp過主切削刃上選定點(diǎn) 平行于進(jìn)給運(yùn)動方向且垂直于該選定點(diǎn)基面的平面稱為假定工作平面 是過切削刃上的同一選定點(diǎn)并同時(shí)垂直于假定工作平面及基面的平面稱為背平面 1 3刀具材料及刀具角度 1 正交平面 主剖面 參考系Pr Ps Po構(gòu)成的刀具標(biāo)注角度參考系 切削刃上同一點(diǎn)的Pr Ps Po互相垂直 2 法平面 法剖面 參考系Pr Ps Pn構(gòu)成的刀具法平面參考系 刀刃上同一點(diǎn)的法平面Pn不垂直于該點(diǎn)的基面Pr 3 假定工作平面及背平面參考系 進(jìn)給 切深剖面參考系Pr Pf Pp構(gòu)成的刀具的假定工作平面及背平面參考系 切削刃上同一點(diǎn)的Pr Pf Pp互相垂直 1 3刀具材料及刀具角度 1 基面Pr 基面是通過切削刃上選定點(diǎn) 垂直于主運(yùn)動方向的平面 通?；鎽?yīng)平行或垂直于刀具上便于制造 刃磨和測量時(shí)的某一安裝定位平面或軸線 例如 普通車刀 刨刀的基面Pr 平行于刀具底面 鉆頭和銑刀等旋轉(zhuǎn)類刀具 其基面Pr就是通過該點(diǎn)并包含刀具旋轉(zhuǎn)軸線的平面 即刀具的軸向平面 1 3刀具材料及刀具角度 2 切削平面Ps 切削平面是通過切削刃上選定點(diǎn)與切削刃S相切 并垂直于基面Pr的平面 也就是切削刃S與切削速度方向構(gòu)成的平面 基面和切削平面十分重要 這兩個(gè)平面加上以下所述的輔助剖面 便構(gòu)成不同的刀具角度參考系 1 3刀具材料及刀具角度 3 主剖面Po和主剖面參考系 主剖面Po是通過切削刃上選定點(diǎn) 同時(shí)垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面 Pr Ps Po組成一個(gè)正交的主剖面參考系 這是目前生產(chǎn)中最常用的刀具標(biāo)注角度參考系 1 3刀具材料及刀具角度 4 切削刃法平面Pn和法平面參考系 法平面Pn是通過切削刃上選定點(diǎn) 垂直于切削刃的平面 Pr Ps Pn組成一個(gè)法平面參考系 由該圖可知 兩個(gè)參考系的基面和切削平面相同 只是剖面不同 1 3刀具材料及刀具角度 5 進(jìn)給 切深剖面參考系 假定工作平面Pf和背平面Pp及其組成的假定工作平面和背平面參考系假定工作平面Pf是通過切削刃上選定點(diǎn) 平行于進(jìn)給運(yùn)動方向并垂直于基面Pr的平面 通常Pf也平行或垂直于刀具上制造 刃磨和測量時(shí)的某一安裝定位平面或軸線 背平面Pp是通過切削刃上選定點(diǎn) 同時(shí)垂直于Pr和Pf的平面 圖中表示由Pr Pf Pp組成一個(gè)進(jìn)給 切深剖面參考系 1 3刀具材料及刀具角度 a 主剖面參考系 b 法剖面參考系 c 假定工作平面和背平面參考系 1 3刀具材料及刀具角度 1 3刀具材料及刀具角度 1 前角 過主切削刃上選定點(diǎn)的主剖面內(nèi) 前刀面與基面之間的夾角 在主剖面內(nèi)測量 3 楔角 在正交平面內(nèi)測量的前面與后面之間的夾角 并且 o 90o o o 2 主后角 過主切削刃上選定點(diǎn)的主剖面內(nèi) 主后刀面與切削平面之間的夾角 在主剖面內(nèi)測量 在主剖面內(nèi)測量的角度 1 3刀具材料及刀具角度 在基面內(nèi)測量的角度 4 主偏角 主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動方向的夾角 在基面內(nèi)測量 6 刀尖角 主切削刃與副切削刃在基面上投影的夾角 在基面內(nèi)測量 5 副偏角 副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動反方向之間的夾角 在基面內(nèi)測量 教材上定義錯(cuò)誤 1 3刀具材料及刀具角度 6 刃傾角 在切削平面內(nèi) 主切削刃與基面之間的夾角 在切削平面內(nèi)測量 在切削平面內(nèi)測量的角度 當(dāng)?shù)都馓幱谇邢魅械淖畹忘c(diǎn)時(shí) s為負(fù)值 當(dāng)?shù)都馓幱谇邢魅械淖罡唿c(diǎn)時(shí) s為正值 1 3刀具材料及刀具角度 刀具角度正負(fù)值的定義 1 3刀具材料及刀具角度 法剖面內(nèi)測量的角度有 法前角 n 法后角 n 法楔角 n假定工作平面內(nèi)測量的角度有 側(cè)前角 f 側(cè)后角 f 側(cè)楔角 f背平面內(nèi)測量的角度有 背前角 p 背后角 p 背楔角 p 1 3刀具材料及刀具角度 1 3刀具材料及刀具角度 注意在刀具的標(biāo)注角度參考系中確定的切削刃與刀面的方位角度 稱為刀具標(biāo)注角度 在切削刃是曲線或前 后刀面是曲面的情況下 定義刀具的角度時(shí) 應(yīng)該用通過切削刃選定點(diǎn)的切線或切平面代替曲刃或曲面 1 3刀具材料及刀具角度 刀具的工作角度是指刀具在工作狀態(tài)下的幾何角度 它受進(jìn)給量和刀具安裝條件的影響 1 橫向進(jìn)給運(yùn)動對刀具工作角度的影響 切斷和切槽時(shí) 進(jìn)給運(yùn)動是橫向進(jìn)給的 vc ve vf 刀刃愈接近中心 d值愈小 值愈大 愈大 愈小 因此橫向進(jìn)給的刀具不宜選過大的進(jìn)給量f 而且應(yīng)適當(dāng)增大后角 1 3刀具材料及刀具角度 縱向進(jìn)給車螺紋 在主切削刃上選定點(diǎn)的假定工作平面 進(jìn)給剖面 內(nèi) f 車刀的縱向進(jìn)給量 車削單頭螺紋時(shí) f等于工件的螺距 車削多頭螺紋時(shí) f等于工件的螺紋導(dǎo)程 dw 工件直徑或螺紋外徑 f 1 3刀具材料及刀具角度 3 刀尖安裝高度對刀具工作角度的影響 h 刀尖高于工件中心的數(shù)值 dw 工件直徑 mm p p pe pe 背前角 背后角 在主切削刃上選定點(diǎn)的背平面 切深剖面 內(nèi) 1 3刀具材料及刀具角度 在主切削刃上選定點(diǎn)的主剖面 正交剖面 內(nèi) 1 3刀具材料及刀具角度 當(dāng)切削刃上選定點(diǎn)安裝得低于工件中心時(shí) 上述計(jì)算公式符號相反 鏜孔時(shí)計(jì)算公式符號與外圓車削計(jì)算公式符號相反 1 3刀具材料及刀具角度 或 由刀桿偏斜方向決定 G 為刀桿中心線的垂線與進(jìn)給方向的夾角 G 背平面Pf與實(shí)際工作背平面Pfe之間的夾角 在基面Pr內(nèi)測量 1 3刀具材料及刀具角度 1 切削層參數(shù)切削層公稱橫切面積AD 切削層公稱寬度bD 切削層公稱厚度hD 切削刃基點(diǎn)D 切削層尺寸平面pD 切削層尺寸平面 它是過切削刃基點(diǎn)D 并垂直于該點(diǎn)主運(yùn)動方向的平面 Kr 0 s 0 1 4切削層參數(shù)及切削方式 ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 切削層由刀具切削部分的一個(gè)單一動作所切除的工件材料 如車削時(shí) 工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn) 切削表面 過渡表面 被切除的材料層 它的度量參數(shù)有切削層公稱橫切面積AD AC 切削層公稱切削寬度bD aW 和切削層公稱切削厚度hD aC 1 4切削層參數(shù)及切削方式 1 4切削層參數(shù)及切削方式 1 切削層各種切削加工的切削層參數(shù) 可用典型的外圓縱車來說明 如圖所示 車刀主切削刃上任意一點(diǎn)相對于工件的運(yùn)動就軌跡是一條空間螺旋線 它們的各義及說明如下 1 4切削層參數(shù)及切削方式 為了簡化計(jì)算工作 切削層的表面形狀和尺寸 通常都在垂直于切削速度vc的基面Pr內(nèi)觀察和量度 切削層參數(shù)為 1 切削厚度垂直于加工表面來度量的切削層尺寸稱為切削厚度 以hD表示 在外圓縱車 s 0 時(shí) hD f sinkr 2 切削寬度沿加工表面度量的切削層尺寸 稱為切削寬度 以bD表示 外圓縱車 當(dāng) s 0時(shí) bD asp sinkr 1 4切削層參數(shù)及切削方式 可見 在f與asp一定的條件下 主偏角kr越大 切削厚度hD也就越大 但切削寬度bD越小 kr越小時(shí) hD越小 bD越大 當(dāng)kr 90時(shí) hD f 曲線形主切削刃 切削層各點(diǎn)的切削厚度互不相等 3 切削面積切削層在基面Pr的面積 稱為切削面積 以AD表示 其計(jì)算公式為 AD hD bD 1 4切削層參數(shù)及切削方式 對于車削來說 不論切削刃形狀如何 切削面積均為 AD hD bD f asp上面所計(jì)算的均為名義切削面積 實(shí)際切削面積等于名義切削面積減去殘留面積 殘留面積是指刀具副偏角kr 0時(shí) 刀具經(jīng)過切削后 殘留在已加工表面上的不平部分 ABE 的剖面面積 1 4切削層參數(shù)及切削方式 材料的切除率是指刀具在單位時(shí)間內(nèi)從工件上切除的材料的體積 它是衡量材料切削加工效率的指標(biāo) 材料切除率Zw可由切削面積AD和平均切削速度vav求出 Zw 1000ADvav 1 4切削層參數(shù)及切削方式 1 正切削與斜切削切削刃垂直于合成切削速度方向的切削方式稱為正切削或直角切削 如果切削刃不垂直于切削方向則稱為斜切削或斜角切削 圖示為刨削時(shí)的正切削和斜切削 1 4切削層參數(shù)及切削方式 2 自由切削與非自由切削只有直線形主切削刃參加切削工作 而副切削刃不參加切削工作 稱為自由切削 曲線主切削刃或主 副切削刃都參加切削者 稱為非自由切削 這是根據(jù)切削變形是二維問題或三維問題進(jìn)行區(qū)分的 為了簡化研究工作 通常采用自由切削變形區(qū)和觀察和研究