1、金属加工的基础PPT课件第一章 金属切削加工的基础知识第一节 切削运动和切削要素一、零件的种类及组成第一节 切削运动和切削要素一、零件的种类及组成平面平面第一节 切削运动和切削要素一、零件的种类及组成圆柱面圆柱面第一节 切削运动和切削要素一、零件的种类及组成切削刀具与工件之间必须有一定的相切削刀具与工件之间必须有一定的相对运动对运动机床提供；机床提供；切削刃有一定的形状切削刃有一定的形状刀具保证。刀具保证。二、切削运动分析切削运动直线运动直线运动旋转运动旋转运动简单成形运动简单成形运动直线运动直线运动旋转运动旋转运动复合成形运动复合成形运动1.主运动：直接切除工件上的切削层，使之变为切屑，以形
2、成工件新表面的运动。通常用切削速度 Vc(m/s、m/min)表示。特点：速度高、功耗大、只能有一个。特点：速度高、功耗大、只能有一个。2.2.进给运动：不断地把切削层投入切削的运动。通常用进给运动：不断地把切削层投入切削的运动。通常用V Vf f、f f或或 fz fz 表示，单位分别为表示，单位分别为mm/smm/s、mm/rmm/r、mm/zmm/z。特点：速度低、功耗小、可以是断续运动、也可有多个。特点：速度低、功耗小、可以是断续运动、也可有多个。3.3.合成切削运动：主运动和进给运动合成的运动。用合成切削运动：主运动和进给运动合成的运动。用VeVe表示。表示。二、切削运动分析二、切削
3、运动分析三、切削用量三要素1.切削速度：(Vc)2.2.进给量：进给量：(f)(f)3.3.背吃刀量：背吃刀量：(a(ap p)“切削刃选定点相对与工件主运动的瞬时切削刃选定点相对与工件主运动的瞬时速度速度”。通常以最大线速度为准。通常以最大线速度为准。主运动是旋转运动时：主运动是旋转运动时：主运动是直线运动时：主运动是直线运动时：三、切削用量三要素切削速度切削速度)s/m(601000)nd(vwc)s/m(601000nL2vrc1.切削速度：(Vc)2.2.进给量：进给量：(f)(f)3.3.背吃刀量：背吃刀量：(a(ap p)“工件或刀具每转一转时，两者沿工件或刀具每转一转时，两者沿进
4、给方向的相对位移进给方向的相对位移”。v vf f(mm/s),f(mm/r),fz(mm/z)(mm/s),f(mm/r),fz(mm/z)60nzf60nfvzf三、切削用量三要素进给量进给量1.切削速度：(Vc)2.2.进给量：进给量：(f)(f)3.3.背吃刀量：背吃刀量：(a(ap p)“工件上已加工表面和待工件上已加工表面和待加工表面之间的垂直距加工表面之间的垂直距离离”。对于外圆车削：对于外圆车削：)(2mmddamwp三、切削用量三要素背吃刀量背吃刀量第二节 刀具的几何角度和结构一、刀具切削部分的结构要素归结起来：“三面两刃一尖”前刀面前刀面A Ar r后刀面后刀面A A副后刀
5、面副后刀面A A交线交线交线交线主切削刃主切削刃s s副切削刃副切削刃ss刀尖刀尖连接部分连接部分第二节 刀具的几何角度和结构二、刀具标注角度参考系前提条件：不考虑进给运动；车刀刀尖与工件中心等高；刀杆中心线与进给方向垂直；刀具的安装面与基面Pr平行。归纳为假定工作条件：假定运动条件和假定安装条件。刀具标注角度参考系是用于设计、制造、刀具标注角度参考系是用于设计、制造、刃磨和测量刀具几何角度的参考系。刃磨和测量刀具几何角度的参考系。正交平面参考系：1.1.基面基面P Pr r：“通过主切削刃上选定通过主切削刃上选定点垂直于主运动方向的点垂直于主运动方向的平面平面”2.2.切削平面切削平面P P
6、s s：“通过主切削刃上选定通过主切削刃上选定点，与切削刃相切并垂点，与切削刃相切并垂直于基面的平面直于基面的平面”。正交平面参考系：3.3.正交平面（主剖面）正交平面（主剖面）P Po o：“通过主切削刃上选定点，通过主切削刃上选定点，并同时垂直于基面和切削平并同时垂直于基面和切削平面的平面面的平面”。正交平面参考系：法平面参考系：法平面法平面P Pn n:“通过主切削刃上选定点，并垂通过主切削刃上选定点，并垂直于切削刃的平面直于切削刃的平面”。假定工作平面（进给剖面）假定工作平面（进给剖面）P Pf f：“通过主切削刃上选定点，通过主切削刃上选定点，平行于进给方向并垂直于基平行于进给方向并
7、垂直于基面的平面面的平面”假定工作平面、背平面参考系：假定工作平面、背平面参考系：背平面（切深剖面）背平面（切深剖面）P Pp p:“通过主切削刃上选定点，通过主切削刃上选定点，同时垂直于基面和假定工作同时垂直于基面和假定工作平面的平面平面的平面”。在基面内测量的角度：主偏角：主偏角：“主切削刃在基面主切削刃在基面上的投影与进给方上的投影与进给方向的夹角向的夹角”。三、刀具的标注角度在基面内测量的角度：副偏角：副偏角：“副切削刃在基面副切削刃在基面上的投影与进给相上的投影与进给相反方向的夹角反方向的夹角”。三、刀具的标注角度在基面内测量的角度：刀尖角：刀尖角：“主切削刃与副切削刃之间的夹主切削
8、刃与副切削刃之间的夹角角”。r r=180-(r+r)三、刀具的标注角度三、刀具的标注角度在正交平面内测量的角度：在正交平面内测量的角度：在正交平面内：前角：前角：o o“前刀面与基面之间前刀面与基面之间的夹角的夹角”。后角：后角：o o“后刀面与切削后刀面与切削平面的夹角平面的夹角”三、刀具的标注角度在切削平面内：刃倾角：刃倾角：S S“主切削刃与基主切削刃与基面之间的夹角面之间的夹角”四、刀具的工作角度dfndnfvvtgcfooe0oeDh2sinppppepppe四、刀具的工作角度第三节 切削层参数与切削方式 一、切削层参数一、切削层参数 “刀具沿进给方向移动一个进给量刀具沿进给方向移
9、动一个进给量f f，由一个刀，由一个刀齿正在切削着的金属层齿正在切削着的金属层”。切削层的大小和形状直接影响：切削层的大小和形状直接影响：刀具切削部分承受的载荷大小；刀具切削部分承受的载荷大小；决定了切屑的尺寸和形状。决定了切屑的尺寸和形状。第三节 切削层参数与切削方式 切削层截面尺寸称为切削层参数。切削层截面尺寸称为切削层参数。切削层参数通常在垂直于主运动方向的基面内测量。切削层参数通常在垂直于主运动方向的基面内测量。第三节 切削层参数与切削方式 第三节 切削层参数与切削方式 二、切削方式二、切削方式 1.1.正切屑和倒切屑正切屑和倒切屑 正切屑：正切屑：特征是特征是 h hD D b bD
10、 D倒切屑：倒切屑：特征是特征是 h hD D b bD D对等屑：对等屑：特征是特征是 h hD D b bD D第三节 切削层参数与切削方式 2.2.正切削和斜切削正切削和斜切削 正切削（直角切削）：正切削（直角切削）：切削刃垂直于合成切削切削刃垂直于合成切削速度方向的切削方式。速度方向的切削方式。斜切削（斜角切削）：斜切削（斜角切削）：切削刃不垂直于合成切削切削刃不垂直于合成切削速度方向的切削方式。速度方向的切削方式。第四节 刀具材料一、刀具材料应具备的基本性能：1.高的硬度：必须高于工件硬度，通常应在60HRC以上；2.足够的强度和韧性；3.较高的耐磨性；4.较高的耐热性；5.良好的导
11、热性和工艺性。1.高速钢（1900年首次使用）基本性能：基本性能：硬硬 度：度：626266HRC66HRC 耐耐 热热 性：性：500500600 600 切削速度：切削速度：V 30 m/min V 30 m/min 工工 艺艺 性：工艺性好，适用于制造复杂刀具。性：工艺性好，适用于制造复杂刀具。常用牌号：常用牌号：W18CW18Cr r4V4V W6M W6Mo o5C5Cr r4V24V2 W6M W6Mo o5C5Cr r4V2Al4V2Al普通高速钢普通高速钢(属钨系高速钢属钨系高速钢)，国内使用最，国内使用最为普遍。为普遍。主要用于制造钻头、铰刀、铣刀、拉刀、主要用于制造钻头、铰
12、刀、铣刀、拉刀、丝锥、齿轮刀具等。丝锥、齿轮刀具等。普通高速钢普通高速钢(属钨钼系高速钢属钨钼系高速钢)。碳化物分布的均匀性、韧性和高温塑性均碳化物分布的均匀性、韧性和高温塑性均胜过胜过W18Cr4V W18Cr4V，但可磨性不如，但可磨性不如W18Cr4V W18Cr4V。主要用于制造热轧钻头。主要用于制造热轧钻头。高性能高速钢高性能高速钢 (属铝高速钢属铝高速钢)。是在是在W6Mo5Cr4V2 W6Mo5Cr4V2 的基础上加工的基础上加工AlAl增增C C形成形成的，具有良好的综合性能，价格低廉。的，具有良好的综合性能，价格低廉。是我国独创的新型高速钢材料。是我国独创的新型高速钢材料。高
13、速钢是加入了高速钢是加入了W W、MoMo、CrCr、V V等合金元素等合金元素的一种合金工具钢。的一种合金工具钢。二、常用刀具材料二、常用刀具材料2.硬质合金（1930年出现）基本性能：基本性能：硬硬 度：度：717176HRC76HRC 耐耐 热热 性：性：8008001000 1000 切削速度：切削速度：V=100V=100300 m/min 300 m/min 工工 艺艺 性性：工艺性差，不适用于制造整体结构的复杂刀具。工艺性差，不适用于制造整体结构的复杂刀具。典型牌号：典型牌号：K K类硬质合金（钨钴类类硬质合金（钨钴类YGYG）P P类硬质合金（钨钛钴类类硬质合金（钨钛钴类YTY
14、T）M M类硬质合金（通用类类硬质合金（通用类YWYW）成分：成分：WC+CoWC+Co多用于加工短切屑的金属或非金属，如：多用于加工短切屑的金属或非金属，如：铸铁、青铜等。用红色作标志。铸铁、青铜等。用红色作标志。常用牌号：常用牌号：K01(YG3)K01(YG3)、K20(YG6)K20(YG6)、K30(YG8)K30(YG8)等等 精加工精加工 粗加工粗加工成分：成分：WC+TiC+CoWC+TiC+Co多用于加工长切屑的黑色金属，如：钢多用于加工长切屑的黑色金属，如：钢材等。用蓝色作标志。材等。用蓝色作标志。常用牌号：常用牌号：P01(YT30)P01(YT30)、P10(YT15)
15、P10(YT15)、P30(YT5)P30(YT5)等等 精加工精加工 粗加工粗加工成分：成分：WC+TiC+TaC(NbC)+CoWC+TiC+TaC(NbC)+Co既可用于加工短切屑的铸铁，也可用于加既可用于加工短切屑的铸铁，也可用于加工长切屑的钢材。用黄色作标志。工长切屑的钢材。用黄色作标志。常用牌号：常用牌号：M10(YW1)M10(YW1)、M20(YW2)M20(YW2)、M30(YW3)M30(YW3)等等 精加工精加工 粗加工粗加工硬质合金是由金属碳化物粉末和金属粘结硬质合金是由金属碳化物粉末和金属粘结剂经粉末冶金方法制成。硬质合金是当今剂经粉末冶金方法制成。硬质合金是当今最主
16、要的刀具材料之一。最主要的刀具材料之一。金属碳化物有：金属碳化物有：WCWC、TiCTiC、TaCTaC、NbCNbC，为，为1 14m4m的粉末。的粉末。金属粘结剂有：金属粘结剂有：CoCo、MoMo、NiNi。陶瓷 人造聚晶金刚石（PCD）立方氮化硼（CBN）“Al“Al2 2O O3 3或或SiSi3 3N N4 4添加不同的金属元素添加不同的金属元素(Ni(Ni、CoCo、MoMo、W)W)或金属炭化物或金属炭化物(TiC(TiC、WC)WC)，采用热压和烧结的方法获得采用热压和烧结的方法获得”。特点：硬度高、耐磨性好，特点：硬度高、耐磨性好，919195HRA95HRA。耐热性高，耐
17、热性高，1200 1200。切削速度高达切削速度高达100100400 m/min400 m/min。抗弯强度、冲击韧性较差。抗弯强度、冲击韧性较差。缺点：脆、易崩刃。缺点：脆、易崩刃。主要用于平稳车削的冷硬铸铁、高硬钢主要用于平稳车削的冷硬铸铁、高硬钢等精加工和半精加工。等精加工和半精加工。“高温下借助合金触媒的作用，由石墨高温下借助合金触媒的作用，由石墨转化而成转化而成”。特点：特点：硬度高、耐磨性极好。硬度高、耐磨性极好。10000HV10000HV以上。以上。耐热性：耐热性：700700800 800，不能在高温下，不能在高温下切削，切削，800800以上会石墨化。以上会石墨化。冲击韧
18、性、抗弯强度低。只有硬质合冲击韧性、抗弯强度低。只有硬质合金的金的1/41/4。与与FeFe的亲和力强，不能加工铁族材料。的亲和力强，不能加工铁族材料。适用于硬质合金、玻璃等高硬材料的适用于硬质合金、玻璃等高硬材料的精加工。精加工。与金刚石相比：与金刚石相比：硬度：硬度：800080009000HV9000HV，硬度仅次于，硬度仅次于金刚石金刚石 。耐热性：耐热性：130013001500 1500 与与FeFe的亲和力小，能加工铁族材料。的亲和力小，能加工铁族材料。主要适用于淬硬钢、耐磨铸铁、高温合主要适用于淬硬钢、耐磨铸铁、高温合金等高硬铁族材料的精加工或半精金等高硬铁族材料的精加工或半精
19、加工。加工。3.3.超硬刀具材料超硬刀具材料二、常用刀具材料4.4.涂层刀具材料涂层刀具材料二、常用刀具材料 涂层刀具通过在刀具基体上涂覆金属化合物涂层刀具通过在刀具基体上涂覆金属化合物薄膜，以获得远高于基体的表面硬度和优良的切薄膜，以获得远高于基体的表面硬度和优良的切削性能。削性能。常用的刀具基体材料主要有：高速钢、硬质常用的刀具基体材料主要有：高速钢、硬质合金、金属陶瓷、陶瓷等。合金、金属陶瓷、陶瓷等。涂层材料：氮化钛涂层材料：氮化钛(TiN)(TiN)、碳氮化钛、碳氮化钛(TiCN)(TiCN)、氮化铝钛氮化铝钛(TiAlN)(TiAlN)、碳氮化铝钛、碳氮化铝钛 (TiAlCN)(TiAlCN)等。其等。其中中TiAlNTiAlN在超高速切削中性能优异，其最高工作温在超高速切削中性能优异，其最高工作温度可达度可达900900，硬度可达，硬度可达340034003600HV 3600HV。氮化钛氮化钛(TiN)(TiN)碳氮化钛碳氮化钛(TiCN)(TiCN)氮化铝钛氮化铝钛(TiAlN)(TiAlN)感谢下感谢下载载
