金属切削加工基本知识课件.ppt
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1、模块一 金属切削加工基本知识,项目一 金属切削基础任务一 切削运动和切削用量 1.切削运动 在切削加工中刀具与工件的相对运动,使刀具和工件之间产生相对运动,称为切削运动。1)主运动 由机床或人力提供的主要运动。特点:切削速度最高,消耗功率最大。如车削时工件的旋转运动,刨削时工件或刀具的往复运动,铣削时铣刀的旋转运动等。,1,ppt课件,2)进给运动 由机床或人力提供的运动,它使刀具和工件之间产生附加的相对运动。3)合成切削运动 由主运动和进给运动合成的运动,称为合成切削运动。,2,ppt课件,3,ppt课件,2.工件上的加工表面 切削加工时在工件上产生的表面。待加工表面 工件上有待切除的表面。
2、已加工表面 工件上经刀具切削后产生的表面。过渡表面 工件上由刀具切削刃形成的正在切削的那一部分表面。,4,ppt课件,5,ppt课件,3.切削用量切削用量是切削速度、进给量(或进给速度)和背吃刀量的总称。1)切削速度(Vc)是指在切削加工时,切削刃上选定点相对于工件的主运动瞬时线速度。Vc=Dn/1000,6,ppt课件,2)进给量(f)是指工件(或刀具)每回转一周时,刀具(或工件)在进给运动方向上的相对位移量。3)背吃刀量(ap)指待加工表面和已加工表面之间的垂直距离。,7,ppt课件,4.切削层参数切削层是指在切削过程中,刀具的切削部分沿进给方向在一次走刀中切除的工件材料层。切削层参数包括
3、切削层公称宽度bD、切削层公称厚度hD和切削层公称横截面积AD,它的形状和尺寸规定在刀具的基面中度量。,8,ppt课件,任务二 刀具角度一、刀具切削部分的组成前刀面A、后刀面A、副后面A、主切削刃S、副切削刃S、刀尖。安装车刀时,规定刀尖与工件中心等高,刀杆中心线垂直于进给运动方向。,9,ppt课件,几个平面,10,ppt课件,刀具静止角度 1)主偏角Kr 2)副偏角Kr 3)刃倾角s 4)前角o 5)后角o 6)副后角o,11,ppt课件,12,ppt课件,13,ppt课件,14,ppt课件,(3)较强的耐磨性和耐热性,(2)高强度与强韧性,刀具材料,3.1.1 刀具材料的基本要求刀具材料需
4、满足一些基本要求:,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量,也称热硬性,(1)高硬度,(5)良好的工艺性与经济性,(4)优良导热性,15,ppt课件,(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。,16,ppt课件,(2)足够强度和韧性,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
5、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。,17,ppt课件,(3)高的耐磨性和耐热性,A、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。B、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。,18,ppt课件,(4)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
6、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。,19,ppt课件,(5)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。,20,ppt课件,3.1.2 刀具材料的种类和用途,1.碳素工具钢:(C=0.65%1.35%)常用的牌号有T8A、T10A、T12A等。切削温度200,切削速度8m/min,硬度60 65HRC 主要用于手用工具,如锉刀锯条等。2.合金工具钢:(锰、铬、钨、硅)常用的牌号有
7、9SiCr、GCr15、CrWMn等。切削温度600,硬度63 66HRC 主要用于制造低速手用工具,如丝锥绞刀等。,21,ppt课件,3.高速钢(1)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(2)性质:高速钢具有良好的热稳定性 高速钢具有较高强度和韧性 高速钢具有一定的硬度(63 70HRC)和耐磨性,22,ppt课件,(3)高速钢的分类 普通高速钢 A、钨系高速钢(简称 W18)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)优点:减小了碳化物数量及分布的不均匀
8、性。缺点:高温切削性能和W18相比稍差。,23,ppt课件,高性能高速钢 优点:具有较强的耐热性,刀具耐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。,24,ppt课件,粉末冶金高速钢,优点:无碳化物偏析,提高钢的强度、韧性和硬度,硬度值达6970HRC;保证材料各向同性,减小热处理内应力和变形;磨削加工性好,磨削效率比熔炼高速钢提高23倍;耐磨性好。适于制造切削难加工材料的刀具、大尺寸刀具(如滚刀和插齿刀),精密刀具和磨加工量大的复杂刀具。,25,ppt课件,4硬质合金(1)硬质合
9、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。(2)硬质合金的性能特点 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。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。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。,26,ppt课件,(3)普通硬质合金的种类、牌号及应用 按其化学成分的不同可分为:钨钴类(WC+Co)(代号YG)硬度8991.5HRA,耐热性800900,常用牌号YT3、YT6、YT8等。用于铸铁有色金属合和非金属材料。金钴含量
10、越高,韧性越好,适于粗加工;钴含量低,适于精加工。,27,ppt课件,钨钛钴类(WC+TiC+Co)(代号YT)硬度89.592.5HRA,耐热性9001000 常用牌号YT5、YT14、YT15,数值表示TiC 的百分含量。用于加工塑性材料,不适合加工含TiC不锈 钢。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。,28,ppt课件,钨钽(铌)钴类(WC+TaC(Nb)+Co)(代号YA)常温有高硬度、耐磨性、高温强度和抗氧化性。常用的牌号:YA6 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、淬火钢等材料
11、的半精加工和 精加工。钨钛钽(铌)钴类(WC+TiC+TaC(Nb)+Co)(代号YW)性能高于钨钛钴类,通用性好等。常用的牌号:YW1、YW2 用于加工钢材、铸铁、有色金属及合金。,29,ppt课件,碳化钛基类(WC+TiC+Ni+Mo)(代号YN)具有很高硬度、耐磨性,较高耐热性和抗氧化 性,摩擦系数较小,抗黏结能力较强,耐用度高 于WC基硬质合金,抗弯强度和冲击韧性低于WC 基硬质合金。常用的牌号:YN05、YN10 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。,30,ppt课件,5.特殊刀具材料 1)陶瓷刀具(1)材料组成:
12、主要由硬度和熔点都很高的Al2O3 Si3N4 等氧化物、氮化物和少量的金属碳化物、氧化物等添 加剂组成。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:硬度9195HRA,耐热性为1200,耐磨 性很高,摩擦系数低,切削力比硬质合金小,切削速 度高于硬质合金35倍,刀具寿命比硬质合金高。(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。,31,ppt课件,2)金刚石刀具(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
13、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;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。,32,ppt课件,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80009000HV,耐热性为1200 热稳定性好,导热性较高,摩擦系数较小(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。不宜加工塑性
14、大的钢件、镍基合金、铝合金和 铜合金。,33,ppt课件,6.涂层刀具 1)概念:涂层刀具是在韧性较好的硬质合金基体上或高 速钢刀具基体上,涂覆一层(512m)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:可以采用单涂层和复合涂层 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。,34,ppt课件,35,ppt课件,36,ppt课件,37,ppt课件,38,
15、ppt课件,第一章金属切削及机床的基本知识,基本内容:主要介绍刀具几何角度及工作角度、切削变形 与积屑瘤、切削力、切削热、切削温度、刀具磨 损与刀具耐用度、切削液及刀具几何参数的合理 选择、机床的基本知识等。2.基本要求:刀具几何角度和积屑瘤的成因、作用及控制措施 影响切削力、切削热、切削温度、刀具磨损的因 素;合理选择刀具材料、几何参数、切削液等。,39,ppt课件,3.2金属切削加工基本知识,一、切削运动和切削用量 1.切削运动:1)主运动 2)进给运动 3)合成切削运动 2.工件上的加工表面:待加工表面、已加工表面、过渡表面。3.切削用量 1)切削速度Vc 2)进给量f 3)背吃刀量ap
16、,40,ppt课件,二、刀具角度参考系和刀具角度,1.车刀的组成:前刀面A、后刀面A、副后面A、主切削刃S、副切削刃S、刀尖。2.刀具静止角度参考系及其坐标平面 1)刀具静止角度参考系 假定运动条件:假定安装条件:,41,ppt课件,2)刀具静止参考系的坐标平面 基面Pr 基面是通过切削刃上选定点,垂直于假定主运动方向的平面。切削平面Ps 切削平面是指切削刃上选定点与主切削刃相切并垂直于基面的平面。正交平面Po(也称主剖面)正交平面是通过切削刃上选定点,并同时垂直于基面和切削平面的平面。,42,ppt课件,3.刀具静止角度的标注(正交平面参考系Pr、Ps、Po)1)主偏角Kr 2)副偏角Kr
17、3)刃倾角s 4)前角o 5)后角o 6)副后角o,43,ppt课件,三、刀具的工作角度,1.刀具工作参考系及工作角度1)刀具工作参考系 工作基面Pre、工作切削平面Pse、工作正交平面Poe、工作平面Pfe、工作法子面Pne 2)刀具工作角度 工作前角oe 工作后角oe 工作侧前角fe 工作侧后角fe,44,ppt课件,2.进给运动对刀具工作角度的影响1)横车外圆对工作角度的影响 以Kr=90的切断刀为例(见图113),由于受进给运动速度f的影响,刀具工作角度发生了变化,它与标注角度的关系为 oe=o+oe=o-,45,ppt课件,2)纵向进给运动对工作角度的影响 图315所示由于受进给运动
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