【精品课件】金属工艺学(下册)

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1、。GB486385中又规定：切屑加工（定义同上）；机械加工机械加工 机械加工的方法有许多：等多种，但它们等多种，但它们在切削运动、切削刀具、切削过程的物理实质等方面都有着共同在切削运动、切削刀具、切削过程的物理实质等方面都有着共同的现象和规律。的现象和规律。一、零件表面的一、零件表面的形成形成 零件零件表面表面 基本表面：平面、外、内圆面；基本表面：平面、外、内圆面；成形面：沟、槽、螺纹及齿成形面：沟、槽、螺纹及齿面等面等 1.1.在切削加工过程中，工件上存在三个在切削加工过程中，工件上存在三个不断变化不断变化的表的表面，即：面，即：1.1.切削速度切削速度c c （以车削为例）以车削为例）切

2、削速度切削速度c c（m/sm/s）是主运动的线速度。是主运动的线速度。切削过程中主运动只有一个；进给运动可以有一个或几个。切削过程中主运动只有一个；进给运动可以有一个或几个。切削运动的形式有：切削运动的形式有：旋转或直线旋转或直线的。的。实际的切削运动是一个实际的切削运动是一个合成切削运动合成切削运动.一般，切削用量包括：一般，切削用量包括：。常称为常称为切削用量三要素。切削用量三要素。601000 Dnc=m/s 生产中为提高效率一般对工件分粗、精加工阶段，如生产中为提高效率一般对工件分粗、精加工阶段，如：式中：式中：D D 为工件待加工表面的直径（为工件待加工表面的直径（mmmm）；）；

3、n n 为转速（为转速（r/minr/min）。）。车削时指工件待加工表面最大直径处的线速度。车削时指工件待加工表面最大直径处的线速度。2.2.进给量进给量f f（mm/rmm/r）指（车）刀具相对于工件旋转指（车）刀具相对于工件旋转一转，在进给方向的一转，在进给方向的位移量位移量。单位为：单位为：mm/rmm/r或或mm/mm/strstr。3 3.背吃力量背吃力量a ap p（mmmm）指工件上已加工表面与待加工指工件上已加工表面与待加工表面之间的垂直距离，单位为：表面之间的垂直距离，单位为：mmmm。aP2dD 式中：式中：d d 为已加工表面的直径（为已加工表面的直径（mmmm）c 四

4、、四、1.1.切削层公称横截面积切削层公称横截面积A AD D 在给定瞬间，切削层在切削在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面积，单位为层尺寸平面里的实际横截面积，单位为mmmm2 2。2.2.切削层公称宽度切削层公称宽度b bD D ；3.3.切削层公称厚度切削层公称厚度h hD D 且三者间有关系且三者间有关系：A AD D=b bD Dh hD D mm mm2 2 在车削中可近似认为在车削中可近似认为：A AD D fafap p mmmm2 2 2 2 刀具材料与刀具构造刀具材料与刀具构造 刀具组成切削部分夹持部分刀具组成切削部分夹持部分 一、刀具材料（指切削部分）一、刀具

5、材料（指切削部分）1.对刀具材料的基本要求对刀具材料的基本要求 切削过程中，刀具的切削部分要承受很大的压力、切削过程中，刀具的切削部分要承受很大的压力、摩擦、冲击和很高的温度，刀具切削部分的材料应具备摩擦、冲击和很高的温度，刀具切削部分的材料应具备以下性能：以下性能：（1 1）高的硬度高的硬度 一般刀具材料的硬度应在一般刀具材料的硬度应在6060HRCHRC以上。以上。（2 2）足够的强度和韧性足够的强度和韧性 又称又称，以承受切削中的冲击力和振动，减，以承受切削中的冲击力和振动，减少刀具脆性断裂和崩刃。少刀具脆性断裂和崩刃。（3 3）耐磨性好耐磨性好 即即抵抗磨损抵抗磨损的能力，使刀具使用耐

6、久。的能力，使刀具使用耐久。（4 4）高的耐热性高的耐热性 是指刀具在高温下仍能保持硬度、是指刀具在高温下仍能保持硬度、强度、韧性和耐磨性等。强度、韧性和耐磨性等。（5 5）工艺性能要好工艺性能要好 为了便于刀具本身的制造，刀具为了便于刀具本身的制造，刀具材料还应具有一定的工艺性能，如材料还应具有一定的工艺性能，如 。2.2.常用刀具材料常用刀具材料 （1 1）碳素工具钢）碳素工具钢 T10T10钢（钢（WWC C=1%=1%）制作手用钢锯条、简单冷作模制作手用钢锯条、简单冷作模;T12T12钢用于制作铰刀、锉刀、量具等钢用于制作铰刀、锉刀、量具等 （2 2）合金工具钢）合金工具钢 常用牌号如

7、常用牌号如9 9SiCrSiCr、Cr12Cr12、CrMnCrMn、GCr15GCr15等，等，主要用于制造刃具、模具、量具等工具主要用于制造刃具、模具、量具等工具 （3 3）高速钢）高速钢 高速钢是含高速钢是含WW、C Cr r、V V等合金元素较多的合金工具等合金元素较多的合金工具钢。钢。其常用牌号有：其常用牌号有：W18CW18Cr r4V4V、W6Mo5Cr4V2等，等，广泛用于制造形状复杂的高速切削工具，如：广泛用于制造形状复杂的高速切削工具，如：麻花钻、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其他成形刀具麻花钻、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其他成形刀具。（4）硬质合金 根据根据GB/2075-1998G

8、B/2075-1998规定，按规定，按分了三个大分了三个大（类）组；（类）组；分别用字母分别用字母表示（表示（这些字母完全是习惯性，这些字母完全是习惯性，本身无其他含义本身无其他含义）.相应识别颜色为相应识别颜色为。具体应用：。具体应用：1 1）P P类（蓝色）类（蓝色）相当于旧牌号相当于旧牌号YTYT类硬质合金。类硬质合金。适宜适宜加工长切屑的加工长切屑的黑色金属黑色金属，如钢、铸钢等如钢、铸钢等。其代其代号号P01P01、P10P10、P20P20、P30P30、P40P40、P50P50等，等，数字越大，耐数字越大，耐磨性越低而韧性越高。如车削时：磨性越低而韧性越高。如车削时：精车用精车

9、用P01P01，半精车用半精车用P10P10，P20P20；粗车选用粗车选用P30P30。2 2）M M类类（黄色黄色）相当于相当于旧牌号旧牌号YWYW类类硬质合金。硬质合金。适宜加工适宜加工长切屑或短切屑的金属材料，如钢、铸钢、长切屑或短切屑的金属材料，如钢、铸钢、不锈钢、灰铸铁、有色金属不锈钢、灰铸铁、有色金属等。其代号有等。其代号有M10M10、M20M20、M30M30、M40M40等，数字越大，耐磨性低而韧性大。等，数字越大，耐磨性低而韧性大。精车选精车选M10M10；半精车用半精车用M20M20；粗车时可用粗车时可用M30M30。3 3）K K类（红色）类（红色）相当于相当于旧牌号

10、旧牌号TGTG类硬质合金。类硬质合金。适宜加工适宜加工如如淬硬钢、淬硬钢、铸铁、铜铝合金、塑料铸铁、铜铝合金、塑料等，其代号有等，其代号有K01K01、K10K10、K20K20、K30K30、K40K40等，数字大，耐磨性降而韧性大。如车削时：等，数字大，耐磨性降而韧性大。如车削时：精车选精车选K01K01；半精车半精车K10K10、K20K20；粗车用粗车用K30K30。3.3.（1 1）涂层涂层刀具材料刀具材料 如在硬质合金表面上涂厚如在硬质合金表面上涂厚4 49 9mm的涂层时，表面硬的涂层时，表面硬度可达度可达，是实现刀具要求是实现刀具要求“”的有效方法之一的有效方法之一。硬质合金涂

11、层刀具寿命可比原来提高硬质合金涂层刀具寿命可比原来提高1 13 3倍，高速钢倍，高速钢涂层后寿命提高涂层后寿命提高2 21010倍，世界各国对涂层刀具运用很倍，世界各国对涂层刀具运用很广泛。处于领先地位的瑞典，在车削中使用涂层硬质合广泛。处于领先地位的瑞典，在车削中使用涂层硬质合金刀片已达金刀片已达70%70%80%80%。（2 2）按化学成分可按化学成分可分为分为Al Al2 2O O3 3基和基和Si Si3 3N N4 4基基两类。两类。陶瓷刀具硬度高而耐磨，允许切削速度达成陶瓷刀具硬度高而耐磨，允许切削速度达成12.512.5m/sm/s，耐热性度可达耐热性度可达12001200145

12、01450o oC C，其效率比硬质合金提高了其效率比硬质合金提高了1 14 4倍，可制成刀片。倍，可制成刀片。用于半精和精加工高硬度、强度钢及冷硬铸铁等，缺用于半精和精加工高硬度、强度钢及冷硬铸铁等，缺点抗弯强度低，冲击韧性差。点抗弯强度低，冲击韧性差。（3 3）它包括它包括硬度极高（硬度极高（50005000HVHV以上），耐磨性极好，可切以上），耐磨性极好，可切削硬的材料而长时间保持尺寸的稳定（削硬的材料而长时间保持尺寸的稳定（不宜加工铁族金不宜加工铁族金属，为什么属，为什么？）。？）。刀具寿命比硬质合金高几十至三百倍，宜精细加工。刀具寿命比硬质合金高几十至三百倍，宜精细加工。立方氮化硼

13、（立方氮化硼（CBNCBN）的显微硬度达的显微硬度达，仅次仅次于于天然金刚石天然金刚石（），），耐磨性很好，其耐热性达耐磨性很好，其耐热性达15001500o oC C，且与且与。适于加工高硬、难切材料。适于加工高硬、难切材料。刀具的种类相当繁多，但其切削部分的结构要素和几何刀具的种类相当繁多，但其切削部分的结构要素和几何角度有着许多共同的特征，角度有着许多共同的特征，如图所示如图所示。各种刀具就各种刀具就 1.1.）指刀具上切屑流经的表面。指刀具上切屑流经的表面。2.2.）是与工件上过渡表面相对是与工件上过渡表面相对的表面。的表面。3.3.）是与工件已加工表面相是与工件已加工表面相对的表面。

14、对的表面。4.4.前刀面与主后刀面的交线。前刀面与主后刀面的交线。5.5.前刀面与副后刀面的交线。前刀面与副后刀面的交线。6.6.指主、副切削刃汇交的部位，它可以是指主、副切削刃汇交的部位，它可以是，或是一小段或是一小段。刀具角度是确定车刀各部分几何形状的重要参数，用于。参考系有两类：一类称为，又称，它是刀具设计时标注、刃磨和测量的基准，用此定义的刀具角度称；组成刀具静止参考系的平面，组成刀具静止参考系的平面，如图如图，由，由组成：组成：1.1.基面基面 PrPr 。车刀的基面可理解为平行于刀具底面的水平面。车刀的基面可理解为平行于刀具底面的水平面。2.2.切削平面切削平面 PsPs （主切削

15、平面以主切削平面以PsPs表示，表示，副切削平面以副切削平面以PsPs，表示）。表示）。3 3.正交平面正交平面 Po Po 过切削刃上选定点，并同时垂直于过切削刃上选定点，并同时垂直于基面和切削平面的平面。基面和切削平面的平面。4.由于刀具的参考系在切削刃上各点是变化的，因此由于刀具的参考系在切削刃上各点是变化的，因此。在未指明时，一般指切削刃的。在未指明时，一般指切削刃的基点或刀尖。基点或刀尖。在在正交平面内测量正交平面内测量的标注角度的标注角度见图见图 1.1.前角前角r r。根据前刀面与基面间的相对位置又分别规定为根据前刀面与基面间的相对位置又分别规定为:：选择原则选择原则：前角的数值

16、大小与刀具切削部分的材料，：前角的数值大小与刀具切削部分的材料，被加工材料、工作条件等都有关系。被加工材料、工作条件等都有关系。(1)(1)切削材料性脆、强度低时前角应取小值；切削材料性脆、强度低时前角应取小值；(2)(2)工件材料强度和硬度低时，取较大前角；工件材料强度和硬度低时，取较大前角；(3)(3)有冲击的工作条件时，前角应取较小值，甚至取负有冲击的工作条件时，前角应取较小值，甚至取负值。值。在保证刀具刃口强度的条件下，尽量用大前角。在保证刀具刃口强度的条件下，尽量用大前角。2.2.后角后角o o 作用作用：减小后面与工件之间的摩擦，和前角一样影响：减小后面与工件之间的摩擦，和前角一样

17、影响刃口的强度和锋利程度。刃口的强度和锋利程度。选择原则选择原则：。作用作用：影响：影响切削刃工作长度、背向力、刀尖强度和散切削刃工作长度、背向力、刀尖强度和散热条件热条件；主偏差越小，背向力越大，切削刃工作长度；主偏差越小，背向力越大，切削刃工作长度越大，散热条件越好。越大，散热条件越好。选择原则选择原则：工件粗大，刚性好时取较小值，车细长轴时工件粗大，刚性好时取较小值，车细长轴时为减少背向力，以免为减少背向力，以免工件工件弯曲，加工出腰鼓形，宜选取弯曲，加工出腰鼓形，宜选取较大的值，常用为较大的值，常用为间间。4.副偏角副偏角 。作用作用：影响已加工表面的粗糙度，减少副偏角可使：影响已加工

18、表面的粗糙度，减少副偏角可使被加工表面粗糙值降低。被加工表面粗糙值降低。选择原则选择原则：精加工时为提高加工表面的质量，选取：精加工时为提高加工表面的质量，选取较小值，一般为较小值，一般为5 5o o1010o o 在切削平面内侧量在切削平面内侧量的角度有：的角度有：5.5.刃倾角刃倾角 s s 作用作用：影响切屑流动方向和刀尖的强度。：影响切屑流动方向和刀尖的强度。(1)(1)当当s s 为正值时，刀尖在主切削刃上的最高点，切为正值时，刀尖在主切削刃上的最高点，切屑流向待加工表面；屑流向待加工表面；(2)(2)当当s s 为负值时，刀尖在主切削刃上为最低点，为负值时，刀尖在主切削刃上为最低点

19、，切屑流向已加工表面；切屑流向已加工表面；(3)(3)刃倾角为刃倾角为0 0o o时，切屑垂直于过渡表面时，切屑垂直于过渡表面方向流出方向流出。在在s s 时，切屑的压力使刀头及刃口易损坏，刀时，切屑的压力使刀头及刃口易损坏，刀头强度表现差；反之，则刀头强度较好。头强度表现差；反之，则刀头强度较好。选择原则选择原则：精加工时取正值，粗加工时或有冲击时精加工时取正值，粗加工时或有冲击时取负值，一般情况下为取负值，一般情况下为0 0o o5 5o o。1818”）刀具结构种类很多，以车刀为例介绍常见分类：刀具结构种类很多，以车刀为例介绍常见分类：1.1.整体车刀整体车刀 切削部分与刀杆为同一种材料

20、，如切削部分与刀杆为同一种材料，如高速高速钢车刀（白钢刀）钢车刀（白钢刀），在有色金属加工中应用较多。，在有色金属加工中应用较多。2.2.焊接车刀焊接车刀 切削部分与刀杆不同材料，刀杆为中碳切削部分与刀杆不同材料，刀杆为中碳钢锻造，而切削部分为硬质合金类刀片，运用硬钎焊连钢锻造，而切削部分为硬质合金类刀片，运用硬钎焊连（2020）接而成，方便灵活，尤其小刀具运用多。接而成，方便灵活，尤其小刀具运用多。3.3.机械夹固式车刀机械夹固式车刀 按是否重磨又分按是否重磨又分机夹不重磨式和机夹重磨式机夹不重磨式和机夹重磨式两种，两种，其中机夹其中机夹不重磨不重磨时，一刀刃用钝后不需重磨。图所示，时，一刀

21、刃用钝后不需重磨。图所示，只须将夹紧螺钉稍松，将刀片再转过一刃即可使用。只须将夹紧螺钉稍松，将刀片再转过一刃即可使用。而机夹重磨式，类似焊接车刀，而机夹重磨式，类似焊接车刀，用钝后用钝后可可重磨重磨。1.1.切屑形成切屑形成 塑性材料的切屑过程是一个：塑性材料的切屑过程是一个：；经历了：；经历了：四个阶段。四个阶段。2.2.切屑的种类切屑的种类 带状切屑、节状切屑、崩碎切屑带状切屑、节状切屑、崩碎切屑 1.1.产生（见录像片）产生（见录像片）2.2.对切削过程的影响对切削过程的影响不足：时积时流使工不足：时积时流使工件表面粗糙；精加工件表面粗糙；精加工时，予以限制。时，予以限制。以车外圆时为例

22、：以车外圆时为例：总切削力（总切削力（F F）分解为相互垂直的分解为相互垂直的三个分力三个分力：1.1.（见录像片）（见录像片）2.2.影响切削温度的主要因素：影响切削温度的主要因素：工件材料工件材料 强而硬的材料生热多；强而硬的材料生热多；切削用量切削用量 影响程度依次排序为影响程度依次排序为：切削功率内容详见教材切削功率内容详见教材 刀具在使用一段时间后，其切削刃变钝，以致无法使刀具在使用一段时间后，其切削刃变钝，以致无法使用。为此要讨论刀具磨损与耐用度。用。为此要讨论刀具磨损与耐用度。1.1.后刀面磨损后刀面磨损 磨损以后刀面上的磨损磨损以后刀面上的磨损宽度值宽度值VBVB表示表示。2.

23、2.前刀面磨损前刀面磨损 在高切削速度，背吃刀量较大且不用切削液情况下，在高切削速度，背吃刀量较大且不用切削液情况下，切塑性材时，前刀面上出现切塑性材时，前刀面上出现月牙洼月牙洼，前刀面的磨损量以，前刀面的磨损量以最大深度值最大深度值KTKT表示。表示。3.3.前后刀面同时磨损前后刀面同时磨损 刀具磨损过程有三阶段，刀具磨损过程有三阶段，如图所示如图所示。刀具耐用度是指刀具从刃磨开始使用，到刀具磨损量刀具耐用度是指刀具从刃磨开始使用，到刀具磨损量 达到磨损限度的总切削时间（达到磨损限度的总切削时间（min）,以符号以符号T表示表示 一般而言：高速钢钻头的耐用度外80120min;硬质合金焊接车

24、刀耐用度约为60min；硬质合金端铣刀的耐用度约为120180min。1 1.性软而韧，易生鳞刺，经正火处理后，可性软而韧，易生鳞刺，经正火处理后，可使切削性得以改善。使切削性得以改善。2.2.有较好综合力学性能，切削性好。有较好综合力学性能，切削性好。3.3.由于组织中多为珠光体加网状渗碳体，经由于组织中多为珠光体加网状渗碳体，经球化退火可改善切削性。球化退火可改善切削性。易切削！（易切削！（为什么？为什么？）：马氏体型不锈钢，其牌号有马氏体型不锈钢，其牌号有：1 1Cr13Cr13、2Cr132Cr13、3Cr133Cr13、4Cr134Cr13 ：奥氏体型不锈钢，其牌号奥氏体型不锈钢，其牌号：1 1Cr18Ni9Cr18Ni9（Ti Ti）、0Cr18Ni90Cr18Ni9 ：1 1Cr17Cr17容器，日用品容器，日用品。由于由于：铝、镁合金由于硬度低、导热性好，易切削。铝、镁合金由于硬度低、导热性好，易切削。一般易切削；但要注意其力学性能比金属差些；有的一般易切削；但要注意其力学性能比金属差些；有的脆性大，易开裂。脆性大，易开裂。陶瓷多硬度高、耐磨和耐热等特点，传统用金刚石砂陶瓷多硬度高、耐磨和耐热等特点，传统用金刚石砂轮磨削。轮磨削。作业：每人列一张表，将本章内容要点归纳出来。