商业资料第章切削加工基础知识副本.doc
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1、A thesis submitted toin partial fulfillment of the requirementfor the degree ofMaster of Engineering第三十章 切削加工的基础知识 切削加工是运用切削刀具从毛坯上切除多余的材料,以获得所需的形状、尺寸精度和表面粗糙度加工方法。 切削加工在工业生产中占有非常重要的地位,除了少数零件可以用铸造和锻造获得外,大部分的零件都要通过切削加工。登记表白,金属切削加工的工作量占机器制造总工作量的4060。金属切削加工与其他的加工方法相比重要有如下的优点: 1、切削加工可获得相称高的尺寸精度和很小的表面粗糙度磨削
2、外圆精度最高可高达IT5IT7级,粗糙度Ra=0.10.8m,镜面磨削的粗糙度甚至可达0.006m,而最精密的压力铸造只能达成IT9IT10,R=1.63.2m。. 2.切削加工几乎不受零件的材料、尺寸和重量的限制 目前尚未发现不能切削加工的金属材料.事实上,涉及橡胶、塑料、木材这些非金属材料在内,也都可进行切削加工,这是任何其它冷热加工方法都无法做到的.金属切削加工的尺寸可小至不到0.1mm,大至几十米,重达几百吨. 金属切削加工可分为钳工和机械加工。钳工的内容在金工实习中介绍,本章只介绍机械加工的内容,机械加工是通过操纵机床对工件进行切削加工,其生产效率高,加工质量好,是现代金属加工的重要
3、方式。第一节 切削加工的基本概念 切削运动和切削要素在切削过程中是两个经常碰到的概念,因此必须对的理解。一、切削运动(表面成型运动)切削加工是靠刀具和工件之间的相对运动来实现的。刀具和工件之间的相对运动叫切削运动,它涉及主运动和进给运动。1主运动是切除工件表面多余材料的基本运动,在切削运动中通常线速度最高,所消耗的功率也最多。例如车削时工件的旋转运动;钻削时刀具的旋转运动;刨削时工件与刀具的相对往复运动等都属于主运动。 2进给运动是使工件未被切除的多余材料不断被切除的运动,又称走刀运动。通过进给运动便可以切削出要加工的表面。进给运动的速度一般远远小于主运动的速度。例如,车削外圆时车刀的纵向移动
4、;钻孔时钻头的轴向移动;铣平面时工件的纵向移动;牛头刨床刨削时工件的横向间歇移动等都属于进给运动。 机床除上述运动外,其它运动均称为辅助运动。如:进刀运动、退刀运动、分度运动、工作台的升降等。二、切削要素 切削要素指切削用量和切削层几何参数。切削加工时在工件上形成三个表面: 待加工面,是工件上等待切除一层材料的表面; 已加工表面,是工件上经切削后产生的表面; 加工面,正被刀具切削的表面,它是待加工面和已加工表面之间的过渡面。 1、切削用量 切削用量涉及切削速度、进给量、与切削深度。要完毕切削,这三者缺一不可,故又称为切削用量三要素。 (1)切削速度指主运动的线速度,当主运动是旋转运动时,式中
5、切削速度,m/min; D-工件待加工表面直径,mm; n-工件转速,r/min。 (2)进给量f(又称为走刀量) 指刀具在进给运动方向上相对工件移动的距离。可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表达。例如,车削时进给量为工件每转刀具沿进给方向的位移量,单位mm/r,刨削时进给量指工件或刀具每往复一次,两者在进给方向的相对位移,单位mm/str(毫米/每往复行程) (3)切削深度ap 指待加工表面与已加工表面的垂直距离。例如车削外圆时切削深度是待加工表面与已加工表面的半径差。 2、切削层几何参数 切削层几何参数涉及切削宽度、切削厚度和切削面积。它比进给量、切削深度更能直观地反映,切削刃单位长度负
6、荷以及切削刃工作长度的变化。如图30-2所示。 (1)切削宽度 沿刀具主切削刃所量得的切削层尺寸,即切削刃参与切削工作的长度,单位为mm。外圆纵车时:式中 刀具主切削刃和工件轴线之间的夹角。 (2)切削厚度 刀具或工件每移动一个进给量后,刀具主切削刃相邻两个位置间的垂直距离,单位为mm。(3)切削面积 切削层的横截面面积,单位为mm2。 由以上公式可以看出,决定的大小。随着的减小而增大,而随着的减小而减小.第二节 切削刀具金属切削刀具重要由刀头和刀体组成,刀头承担切削任务,刀体用来夹持刀头。选择合适的刀具对切削加工极为重要,选择刀具重要考虑材料和角度两个因素。一、刀具材料 1对刀具材料的规定
7、(1)较高的硬度 其硬度应高于工件材料的硬度,常温硬度在HRC60以上。 (2)良好的耐磨性 使刀具的工作时间延长,提高生产率。 (3)足够的强度和韧性 以保证对切削抗力、冲击力与振动有足够的承受能力。 (4)高的耐热性(又称红硬性) 能在高温下维持切削所需的硬度、耐磨性、强度和韧性。除上述基本切削性能外,还应有良好的工艺性和导热性。2、刀具的常用材料 (1)合金工具钢 有较高的热硬性,耐热温度在2200C左右,切削速度约在810m/min之间,但价格低廉,常用来制造形状复杂的低速刀具,如铰刀、丝锥和板牙等。 (2)高速工具钢 其高温硬度、耐磨性都比合金工具钢好,耐热温度在5600C左右,其热
8、解决后的硬度可达成HRC6366,切削速度可达30m/min左右。由于其热解决性能好,有较高的强度和良好的刃磨性,被广泛用于制导致形车刀、铣刀、钻头和拉刀等各种机用刀具。目前应用最多的材料是W18Cr4V。 (3)硬质合金 是由碳化钨、碳化钛和钴等材料用粉末冶金方法制成的合金。其硬度可达HRA89-92.5(相称于HRC70-75),能耐温度达850010000C,耐磨性很好。切削速度是高速钢的4-10倍,但抗弯强度仅为高速钢的1/3,怕冲击振动。通常是将硬质合金刀片固定在刀体上使用,目前硬质合金已成为重要的刀具材料之一。 根据GB2075-87,切削用的硬质合金按其排屑形式和加工对象范围。分
9、为三类,分别以字母P、M、K表达。P-适于加工长切屑的黑色金属,以蓝色作标志。M-适于加工长切屑或短切屑的黑色金属和有色金属,以黄色作标志。K-适于加工短切屑的黑色金属、有色金属合非金属材料,以红色作标志。P类的硬度、耐磨性较高,韧性较差。K类的韧性较高,硬度、耐磨性略低。M类的综合性能较好。表30-1列出了分组代号及应用范围,供实际工作中参考。 每个类别的分组代号中,数字愈大,耐磨性愈低,而韧性愈高,则进给量可选得大些,而切削速度应选得小些。随着科学技术的发展,刀具材料不断更新。出现了一些新的刀具材料,如钴高速钢,粉末冶金高速钢,钢结硬质合金。人造金刚石,立方氮化硼(CBN)等。二、刀具的几
10、何形状刀具的几何形状重要指切削部分的几何形状,涉及切削部分的组成、辅助平面、切削部分的几何角度等内容。下面以普通外圆车刀为例加以说明。其它刀具都可看作由车刀演化而来。 1、车刀切削部分的组成 如图304a所示 (1)前刀面切屑流出时一方面接触的表面。为使切屑卷曲、折断,切削塑性材料时,刀具的前刀面一般磨有断屑槽,如图30-4b所示。前刀 面可为平面,也可为曲面。 (2)主后刀面 切削时,刀具上与工件加工表面相对着的表面。 (3)副后刀面 切削时,刀具上与工件已加工表面相对着的表面。 (4)主切削刃 前刀面与主后刀面的交线,它担负着重要的切削工作。(5)副切削刃 前刀面与副后刀面的交线,它只担负
11、少量的切削工作。(6)刀尖 主切削刃和副切削刃的交点。为增强刀尖的强度和耐磨性,刀尖经常修磨成一段很小的直线或圆弧。由上述可知,车刀切削部分的组成,可以简称为“三面、两刃、一尖”。此外,刀具上还常磨有过渡刃、修光刃及负倒棱。2、辅助平面。为拟定车刀各刀面和刀刃的空间位置,度量车刀的几何角度,引入三个互相垂直的辅助平面作为基准面和测量面。基面P 通过切削刃选定点,并垂直于该点的切削速度方向的平面。切削平面Ps 通过切削刃上选定点,与工件加工表面相切,且垂直于该点基面的平面。主剖面P0 通过主切削刃上选定点,垂直于基面和切削平面的平面,该平面是为了测量刀具的几何角度。副剖面P0 通过副切削刃上选定
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