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机械制造技术基础课件

时间:2020-02-12   来源: 钱柜老虎机  点击:

  机械制造技术基础课件_工学_高等教育_教育专区。第2章 制造工艺装备 章 金属切削刀具 机床 机床夹具 熊良山等编《机械制造技术基础》课件 1 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 2.1 金属切削刀具的基本知识 2.1.1 金属切削

  第2章 制造工艺装备 章 金属切削刀具 机床 机床夹具 熊良山等编《机械制造技术基础》课件 1 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 2.1 金属切削刀具的基本知识 2.1.1 金属切削加工的基本概念 1. 切削运动(主运动和进给运动)与切削用量 切削运动(主运动和进给运动) 图2-1 外圆车削的切削运动与 加工表面 图2-2 平面刨削的切削运动与 加工表面 2 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 切削速度V 进给量f(或进给速度 和背吃刀量 或进给速度V 和背吃刀量a 切削速度 c,进给量 或进给速度 f)和背吃刀量 p 3 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 切削运动 主运动 进给运动 合成切削运动 2. 工件表面 待加工表面 已加工表面 过渡表面 4 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 3. 切削层参数: 切削层参数: 公称厚度h ,公称宽度b ,公称横截面积A 公称厚度 D,公称宽度 D,公称横截面积 D=hDbD=fap 5 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 2.1.2 刀具角度 (一)切削部分的组成 前刀面A 前刀面 γ 主后刀面Aα 主后刀面 副后刀面 主切削刃S 主切削刃 副切削刃S’ 副切削刃 刀尖 6 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 其他刀具可看作是车刀的演变和组合 7 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 (二)定义刀具角度的参考系 刀具标注角 度参考系 基面Pr 基面 切削平面P 切削平面 s 正交平面P 正交平面 0 法平面P 法平面 n 假定工作P 假定工作 f 背平面P 背平面 p 8 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 (三)刀具的标注角度 前角γ 前刀面—基面 正交平面) 基面( 前角γ0: 前刀面 基面(正交平面) 后角α 0 :主后刀面—切削平面(正交平面) 后角α 主后刀面 切削平面(正交平面) 切削平面 主偏角κ 主刃投影—假定进给方向 基面) 假定进给方向( 主偏角κr :主刃投影 假定进给方向(基面) 副偏角κ 主刃投影—假定进给方向 基面) 假定进给方向( 副偏角κ’ r :主刃投影 假定进给方向(基面) 刃倾角λ s :主刃 基面(切削平面) 主刃—基面 切削平面) 基面( 刃倾角λ 9 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 图2-7 车刀的主要标注角度 10 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 (四)刀具的工作角度 图2-9 横向 进给运动的 影响 11 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 轴 向 进 给 运 动 的 影 响 12 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 安 装 高 度 的 影 响 13 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 刀杆中心线 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 2.1.3 刀具材料 加工时要承受高温、高压、强烈的摩擦,冲击和振动。 加工时要承受高温、高压、强烈的摩擦,冲击和振动。 1.刀具材料应具备的性能 刀具材料应具备的性能 1) 高的硬度 :比工件高,HRC60 比工件高, 2) 高的耐磨性:耐用度 高的耐磨性: 3) 足够的强度和韧性:不崩刃,不断 足够的强度和韧性:不崩刃, 4) 高的耐热性(热稳定性):高温时可以加工 高的耐热性(热稳定性):高温时可以加工 ): 5) 良好的热物理性能和耐热冲击性能 6) 良好的工艺性能:刀具制造成本低 良好的工艺性能: 15 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 常用刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、 常用刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、 陶瓷、金刚石、立方氮化硼等。 陶瓷、金刚石、立方氮化硼等。 2. 高速钢表2-1 高速钢表 含有较多钨、 含有较多钨、钼、烙、钒等元素的高合金工具钢 较高的硬度(热处理硬度达HRC62—67)和耐热性(切削温 较高的硬度(热处理硬度达 ) 耐热性( 度可达550—600?) 度可达 ) 切速比碳素工具钢和合金工具钢高1—3倍(因此而得名), 切速比碳素工具钢和合金工具钢高 倍 因此而得名), 刀具耐用度高10—40倍,甚至更多 刀具耐用度高 倍 可以加工从有色金属到高温合金的范围广泛的材料 制造工艺简单,能锻造, 制造工艺简单,能锻造,容易磨出锋利的刀刃 在复杂刀具(钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等) 在复杂刀具(钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等) 的制造中占有重要地位。 的制造中占有重要地位。 用途分:通用型高速钢和 用途分:通用型高速钢和高性能高速钢 制造工艺分 熔炼高速钢和 制造工艺分:熔炼高速钢和粉末冶金高速钢 16 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 3.硬质合金 表2-2) 硬质合金(表 硬质合金 用高耐热性和高耐磨性的金属碳化物(碳化钨,碳化钛,碳 用高耐热性和高耐磨性的金属碳化物(碳化钨,碳化钛, 金属碳化物 化钽,碳化铌等) 金属粘结剂( 钼等) 化钽,碳化铌等)与金属粘结剂(钴,镍,钼等)在高温下 烧结而成的粉末冶金制品。 烧结而成的粉末冶金制品。 硬度: 的高温, 硬度:HRA89-93,能耐 ,能耐850-1000?C的高温,良好的耐磨性, 的高温 良好的耐磨性, 切速可达100-300m/min,可加工包括淬硬钢在内的多种材料。 切速可达 ,可加工包括淬硬钢在内的多种材料。 广泛应用 硬质合金的抗弯强度低, 硬质合金的抗弯强度低,冲击韧性 差,不锋利,较难加工,不易做成 不锋利,较难加工, 形状复杂的整体刀具。 形状复杂的整体刀具。 常用的硬质合金有钨钴类( 类),钨钛钴类 钨钛钴类( 类 常用的硬质合金有钨钴类(YG类),钨钛钴类(YT类)和 通用硬质合金( 通用硬质合金(YW类)3类。 类 类 17 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 4. 涂层刀具和其它刀具材料 涂层刀具: 涂层刀具:耐磨性高的难熔金属化合物 耐用度至少可提高1—3倍(刀片),或2—10倍(高速 倍 刀片),或 耐用度至少可提高 ), 倍 )。加工材料的硬度愈高 效果愈好。 加工材料的硬度愈高, 钢)。加工材料的硬度愈高,效果愈好。 人造金刚石: 人造金刚石:在高温高压下由石墨转化而成 极高的硬度(显微硬度可达HV10000)和耐磨性,摩擦系 极高的硬度(显微硬度可达 )和耐磨性, 数小,切削刃非常锋利。很高的加工表面质量。 数小,切削刃非常锋利。很高的加工表面质量。 陶瓷材料:以氧化铝为主要成分, 陶瓷材料:以氧化铝为主要成分,经压制而成 时可保持HRA80的硬度,脆。 的硬度, 在1200°C时可保持 ° 时可保持 的硬度 热稳定性较差(不得超过700~800℃),与铁元素的化学 热稳定性较差(不得超过 ~ ℃),与铁元素的化学 亲和力很强,不宜加工钢铁件。加工硬质合金。 亲和力很强,不宜加工钢铁件。加工硬质合金。 立方氮化硼: 立方氮化硼:由六方氮化硼在高温高压下转变而成 硬度热稳定性很高(可达1300—1400°C) 。 硬度热稳定性很高(可达 ° ) 最大的优点:在高温( 最大的优点:在高温(1200—1300°C)时也不易与铁族 ° ) 金属起反应。 金属起反应。 18 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 2.1.4 CVD金刚石切削刀具 金刚石切削刀具 激光焊接金刚 石圆锯片 寿命相当于硬质合金刀具的100倍以上 倍以上 寿命相当于硬质合金刀具的 加工特性: 加工特性: 1)刀刃强度高,能承受较单晶金刚石刀具更高的冲击载荷。 刀刃强度高,能承受较单晶金刚石刀具更高的冲击载荷。 刀刃强度高 2)磨耗小,耐用度比硬质合金高100倍以上,性能优于 磨耗小,耐用度比硬质合金高 倍以上, 磨耗小 倍以上 性能优于PCD刀 刀 可以多次修磨,反复使用。 具。可以多次修磨,反复使用。 3)用单晶金刚石刀具的研磨方法将刃部精细研磨抛光至 用单晶金刚石刀具的研磨方法将刃部精细研磨抛光至 Ra≤0.05um,被加工工件表面可达到镜面光。 被加工工件表面可达到镜面光。 被加工工件表面可达到镜面光 4)热导率 热导率5W/cm K 。 热导率 5)热稳定性好,最高工作温度800℃。 热稳定性好,最高工作温度 热稳定性好 ℃ 人造金刚石单晶 19 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 2.1.5 刀具角度的选择 1.选择前角γ0 选择前角γ 选择前角 2.选择后角 o 选择后角α 选择后角 3.选择主偏角κr 和副偏角 r 选择主偏角 和副偏角κ? 4.选择刃倾角 s 选择刃倾角λ 选择刃倾角 应当指出,刀具各角度之间是相互联系,相互影响的, 应当指出,刀具各角度之间是相互联系,相互影响的,孤 立地选择某一角度并不能得到所希望的合理值。 立地选择某一角度并不能得到所希望的合理值。 20 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 1. 前角γ0 前角γ 影响: 影响: 切削的难易程度-很大。 ↖前角,使刀刃变得锋利,使 切削的难易程度 很大。 前角,使刀刃变得锋利, 很大 切削更轻快,切屑变形↘ 切削力和切削功率↘ 切削更轻快,切屑变形↘,切削力和切削功率↘ ↖前角,刀刃和刀尖强度↘ ,散热体积↘ ,影响刀具 前角,刀刃和刀尖强度↘ 散热体积↘ 寿命。对表面粗糙度, 寿命。对表面粗糙度,排、断屑等有一定的影响 21 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 选择前角γ 选择前角γ0 主要取决于:工件材料、刀具材料、 主要取决于:工件材料、刀具材料、加工要求 工件强度、硬度较低时,取较大的前角,反之取较小的前 工件强度、硬度较低时,取较大的前角, 角; 加工塑性材料(如钢)选较大的前角,脆性材料(如铸铁) 加工塑性材料(如钢)选较大的前角,脆性材料(如铸铁) 选较小的前角。 选较小的前角。 刀具材料韧性好(如高速钢),前角可选得大些, 刀具材料韧性好(如高速钢),前角可选得大些,反之 ),前角可选得大些 如硬质合金)则前角应选得小一些。 (如硬质合金)则前角应选得小一些。 粗加工时,特别是断续切削时,应选用较小的前角; 粗加工时,特别是断续切削时,应选用较小的前角;精加 工时应选用较大前角。 工时应选用较大前角。 硬质合金车刀的前角γ ~+20 范围内选, 20° 硬质合金车刀的前角γ0在-5°~+20°范围内选,高速 钢刀具的前角应比硬质合金刀具大5 10° 钢刀具的前角应比硬质合金刀具大5°~10°,而陶瓷刀 具的前角一般取- 15。 具的前角一般取-5°~15。 22 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 2. 后角 o 后角α 后角的主要功用:减小后刀面与工件的摩擦和后刀面的 后角的主要功用: 磨损,其大小对刀具耐用度和加工表面质量都有很大的 磨损, 影响。 影响。 大小取决于:切削厚度(或进给量),也与工件材料, 大小取决于:切削厚度(或进给量) 也与工件材料, 取决于 工件材料 工艺系统的刚性有关。 工艺系统的刚性有关。 有关 车削一般钢和铸铁时,车刀后角常选用 ° 车削一般钢和铸铁时,车刀后角常选用4°~6°。 ° 23 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 3. 主偏角 r和副偏角 ?r 主偏角κ 和副偏角κ? 影响:主偏角和副偏角对刀具耐用度影响很大。 影响:主偏角和副偏角对刀具耐用度影响很大。减小主偏 影响很大 角和副偏角 刀尖角增大,刀尖强度提高,散热条件改善, 刀尖角增大,刀尖强度提高,散热条件改善,刀具耐用 度提高。 度提高。 降低残留面积高度,减小加工表面的粗糙度。 降低残留面积高度,减小加工表面的粗糙度。 主偏角和副偏角还会影响各切削分力的大小和比例。 主偏角和副偏角还会影响各切削分力的大小和比例。 主偏角取值:在工艺系统刚性较好时,主偏角κ 主偏角取值:在工艺系统刚性较好时,主偏角 r宜取较小 值,如κr=30°~70°。车削细长轴时,取κr= 90°~93°, ° ° 车削细长轴时, ° ° 以减小背向力F 以减小背向力 p。 副偏角κ 的大小主要根据表面粗糙度的要求选取, 副偏角 r的大小主要根据表面粗糙度的要求选取,一般为 5°~15°,粗加工时取大值,精加工时取小值。 ° ° 粗加工时取大值,精加工时取小值。 24 华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作 4. 刃倾角 s 刃倾角λ 影响:刀头的强度和切屑流动的方向 影响 刀头的强度和切屑流动的方向。 刀头的强度 取值: 取值 在加工一般钢件和铸铁时,无冲击的粗车取λ =0~-5° 在加工一般钢件和铸铁时,无冲击的粗车取λs =0~-5° 精车取λ 精车取 s =0~+5°; ° 有冲击负荷时,取λs = - 5°~ - 15°; 有冲击负荷时, ° ° 当冲击特别大时, 当冲击特别大时,取λs = - 30°~ - 45°。 ° ° 切削高强度钢,冷硬钢时,可取 切削高强度钢,冷硬钢时,可取λs =-30°~ - 10°。 - ° ° 25

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