机械行业制造技术管理知识基础(PPT 76页).ppt

1、机械制造技术基础,制作：机械制造教研室 授 课：恩吉,绪 论,1、制造业在国民经济中的地位 制造是人类科学理念物化的过程（P1）。它是指人类按照所需目的，运用主观掌握的知识和技能，应用可利用的设备和工具，采用有效的方法，将原材料转化为有使用价值的物质产品并投放市场的全过程。 （1）机械制造业是国家工业体系的重要基础和国民经济的重要组成部分，是衡量一个国家科技水平的重要标志之一； （2）制造技术是生产、国际经济竟争、产品革新的一种重要手段； （3）基础机械、基础零部件、基础工艺的发展，其关键在于制造技术的发展； （4）现代以制造技术为重点的工业革命，就是第三次工业革命,在国防中举足轻重,歼10：

2、国产最先进战机,中华神盾：国产最先进驱逐舰,遨游太空的神六,航空母舰：制造业的颠峰,2、先进制造技术的发展趋势,信息技术对先进制造技术的发展起着越来越重要的作用。 设计技术的不断现代化。 加工制造技术向超精密、超高速以及发展新一代制造装备的方向发展。 绿色制造将成为21世纪制造业的主要特征,目前研究热点,超高速切削 精密及超精密加工、微细加工和纳米级加工 自动化加工中刀具可靠性研究 切削过程在线检测、监控和预报 新型刀具材料的设计与开发 新型高难加工材料的切削加工 其它新型加工方法，如：基于环保意识的绿色干切削、硬切削、低温切削、加热切削、振动切削等 复杂曲面加工，复杂刀具CAD/CAM,国内

3、研究现状,山东大学 (新型陶瓷刀具材料、刀具磨损破损、切削可靠性等、高速切削)，代表性人物：艾兴院士 哈尔滨工业大学 (精密、超精密加工、纳米级加工、特种加工等)，代表性人物：袁哲俊教授 大连理工大学 (切削理论、剪切角理论 、石材加工等)，代表性人物：刘培德教授 北京理工 (硬质合金刀具、难加工材料加工等) ，代表性人物：于启勋教授 天津大学 (陶瓷精密磨削加工等) ，代表性人物：于思远教授,东北大学 (磨削加工) ，代表性人物：郑焕文教授 华南理工大学 (加工表面质量、 积屑瘤、加工表面残余应力)，代表性人物：周泽华教授 华中科技大学（陈日曜教授） 南京航空航天大学(张幼帧教授） 北京航空

4、航天大学（陈鼎昌教授） 清华大学 成都工具研究所等,美国、日本、德国、澳大利亚等 美国: Merchant, Lee and Shaffer 日本：臼井英治、小野浩二、中山一雄 澳大利亚：Oxley,国外研究现状,3、如何学好本课程,性质：是机械类各专业的主干专业技术基础课程。 研究对象：金属切削原理、金属切削机床与刀具、机床夹具设计原理以及机械产品的制造工艺（包括零件加工和装配两方面）。 课程的主要内容 金属切削的基本原理和基本知识； 金属切削机床与刀具； 零件机械加工工艺过程的制订； 机床夹具设计原理； 机械加工精度与加工质量； 装配工艺过程设计,课程的学习要求,以金属切削理论为基础，掌握

5、金属切削的基本原理和基本知识，并有根据具体情况合理选择加工方法（机床、刀具、切削用量、切削液等）的初步能力； 以制造工艺为主线，以产品质量、加工效率与经济性三者的优化为目标，了解和掌握机械加工工艺过程、机械加工精度和质量以及装配过程的基本原理和基本知识，具有设计工艺规程的初步能力。 了解和能够选用常用工艺装备（机床、刀具、夹具），并具有初步设计工艺装备的能力。 对先进制造技术的发展趋势有一定的了解,本课程的学习方法,金属切削理论和机械制造工艺知识具有很强的实践性。因此，希望学习本书时必须重视实践环节，即通过实验、实习、设计及工厂调研来更好地体会、加深理解。本书给出的仅是基本概念与理论，真正的掌

6、握与应用必须在不断的实践理论实践的循环中善于总结，才能达到自由王国的境界,学时安排: 1.(5) 2.(8) 3.(11) 5.(11) 7.(5) 8.(2) 9.(1) 考核 平时成绩30分: 考勤和课堂纪律15 ; 课堂讨论、笔记和作 业15。 期末闭卷考试70分. 试卷题型：1填空 15 约5题 ； 2. 选择题35 约7题 ； 3. 简答题16 约4题 ； 4. 分析题24 约3题 ； 5计算题10 约1题,第一章：金属切削过程的基础知识（约5学时,本章提要,一、基本定义 介绍金属切削过程方面的一些基本概念，它包括切削运动、切削用量、参考系（基面、切削平面、主剖面）、刀具标注角度、切

7、削层参数等。 二、刀具材料 介绍刀具材料应具备的性能（硬度、耐磨性、强度、韧性、耐热性、工艺性、经济性），两种常用的刀具材料（高速钢、硬质合金）和其它刀具材料（涂层、陶瓷、人造金刚石、立方氮化硼,1.1基本定义1.1.1切削运动与切削用量,工件三个表面定义： 待加工表面：即将被切去金属层的表 面； 加工表面：切削刃正在切削着的表面； 已加工表面：已经切去一部分金属形成的新表面,平面刨削的切削运动及工件上三表面,课堂问题：指出钻、铣削的切削运动及工件上三个表面,1.1.1.1切削运动,主运动 主运动是速度最高，消耗机床功率最多的那个运动。（如图1.3Vc） 注：(a) 主运动可为刀具，也可为工件

8、； (b) 主运动可是直线运动，也可旋转运动； (c) 切削加工中，主运动必须有一个，也只有一个。 进给运动 进给运动使新的金属不断投入切削的运动。进给运动可是一个、两个或多个，通常消耗功率较小。（如图1.3Vf） 注：（a）进给运动可以是一个、几个或没有； （b）进给运动可是直线运动、旋转运动或两者的组合； （c）进给运动可由刀具或工件完成,Ve=Vc+Vf,Vc,Ve,Vf,图1.3,合成切削速度,合成运动与合成切削速度 当主运动与进给运动同时进行时，刀具切削刃上某点相对工件的运动称为合成切削运动。(如图1.3Ve,1.1.1.2 切削用量三要素,1) 切削速度 （车钻镗） (2) 进给速

9、度、进给量和每齿进给量 进给速度Vf是单位时间的进给量，单位是mm/s(mm/min) 进给量f是工件或刀具每回转一周两者沿进给运动方向的相对位移，单位是mm/r,对于铣刀、齿轮滚刀等多刃切削工具，在它们进行工作时，还应规定每一个刀齿的进给量f z 。三者的关系,3)背吃刀量 背吃刀量ap为工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离,车削,钻削,1.1.2.刀具切削部分的基本定义1.1.2.1 刀具切削部分的构造,主后刀面Aa是指与工件加工表面相对的刀具 表面。 副后刀面Aa是指与工件已加工表面相对的 刀具表面。 (3)切削刃：主切削刃指前刀面与主后刀面相交的锋边；副切削刃指前刀面与副后刀面相交

10、的锋边,1)前刀面：前刀面Ar 是切屑流出的表面; (2)后刀面：后刀面分为主后刀面与副后刀面,车刀的组成,4)刀尖：刀尖可以是主、副切削刃的实际交点（图1.5） 它也可以是圆弧或直线（通常都称为过渡刃,1.1.2.2 刀具标注角度的参考系,刀具标注角度的参考系由下列诸平面构成： 基面Pr 通过切削刃选定点，垂直假定主运动方向的平面。 切削平面Ps 通过切削刃选定点，与主切削刃相切，并垂直于基面Pr的平面。 主剖面Po和主剖面参考系 主剖面Po是通过切削刃选定点，同时垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。 由Pr-Ps-Po组成的一个正交的主剖面参考系,法剖面Pn和法剖面参考系 法剖面 Pn是通

11、过切削刃选定点，垂直于切削刃的平面。Pr-Ps-Pn组成一个法剖面参考系,V,Pr,Vf,进给剖面Pf和背平面Pp及其组成的进给、背平面参考系 进给剖面Pf是通过切削刃选定点，平行于进给运动方向并垂直于基面Pr的平面。背平面Pp是通过切削刃选定点，同时垂直于Pr和Pf的平面。Pr-Pf-Pp组成一个进给、背平面参考系,1.1.2.3 刀具工作角度的参考系（自阅） 刀具工作角度参考系与标注角度参考系的唯一不同是：用主运动与进给运动的合成切削运动Ve取代主运动Vc,Ve =Vc + Vf,1.1.2.4 刀具的标注角度,主偏角r：基面中测量的主切削刃与进给运动方向的夹角。 刃倾角s：切削平面中测量

12、的主切削刃与基面间的夹角。 前角0：前刀面与基面间的夹角（在主剖面中测量）。 后角0：后刀面与切削平面的夹角（在主剖面中测量）。 同理可得：副偏角r，副后角0， ，副刃倾角s， ， 副前角0， ，。它们的定义与主切削刃上的四种角度类似,几个派生角如下： 楔角 ：主剖面中测量的前、后刀面间夹角。 刀尖角 ：基面中测量的主、副切削刃间夹角,前角,主偏角,刃倾角,作业：P21 1.6，1.13,1.1.3.刀具角度的换算 (自阅,n,f,f,端面车刀,切断车刀,1.1.4.刀具工作角度1.1.4.1进给运动对工作角度的影响,横车 基面位置变化所致: 前角 后角,Ve,Vf,Vc,纵车 基面位置变化所

13、致： 前角 后角,1.1.4.2 刀具安装对工作角度的影响,刀尖安装高低对工作角度的影响 装高了导致,课堂问题：镗孔时，当镗刀刀尖安装得高于工件中心线时，工作前角和工作后角的变化如何,刀杆安装倾斜对工作角度的影响 车刀刀杆与进给方向不垂直时，工作主偏角和工作副偏角将发生变化：,1.1.5切削层参数与切削形式1.1.5.1 切削层参数,切削厚度 垂直于加工表面来度量的切削层尺寸（图1.19）称为切削厚度，以hD表示。 切削宽度 沿加工表面度量的切削层尺寸（图1.19），称为切削宽度，以 bD 表示,切削面积AD,bD2,bD1,hD2,hD1,hD3,hD2,hD1,bD,上面所计算的均为名义切

14、削面积。实际切削面积等于名义切削面积减去残留面积 注：残留面积直接影响表面粗糙度,1.1.5.2切削形式(自阅,正切削与斜切削自由切削与非自由切削,有关刀具材料的一组“名言,工欲善其事，必先利其器 好钢用在刀刃上 刀具材料的每一次进步几乎都给机械加工业带来一次革命 再先进的机床没有刀具尤如一堆废铁,1.2 刀具材料,有关刀具材料的一组“名言,机床、刀具和工件组成的切削加工系统中，刀具是最活跃的因素 机床与刀具材料交替进展，成为切削技术不断向前发展的历史规律 金属切削的发展史，从某种意义上说，可归结为刀具材料的发展史,1.2.1.刀具材料应具备的性能,高的硬度与耐磨性 足够的强度和韧性 高的耐热

15、性 良好的工艺性 良好的经济性,1）高的硬度与耐磨性,A、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。 B、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,足够的强度和韧性,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达到4

16、000N，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,3）高的耐热性,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,5）良好的经济性,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,4）良好的工艺性,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,1.2.2.常用的刀具材料1.2.2.1.高速钢,

17、1高速钢 概念： 高速钢是一种含有钨、钼、铬、钒等合金元素较多的高合金工具钢 。 性质及特点： 高速钢具有良好的热稳定性 （正常工作切削温度可达500 650 oC ）； 高速钢具有较高强度和韧性 、具有一定的硬度(6370HRC)和耐磨性 高速钢制造工艺性好（常用于钻头等,通用型高速钢 钨钢 W18Cr4V (简称W18) 含(钨)W18%(铬)Cr4% (钒)V1% 有良好的综合性能，在600 oC时其高温硬度为HRC48.5，可以制造各种复杂刀具。 钨钼钢 W6Mo5Cr4V2 (简称M2) （将一部分钨用钼代替所制成的钢 ） 含(钨)W6% (钼)MO5% (铬)Cr4% (钒)V2%

18、 减小了碳化物数量及分布的不均匀性 ，高温切削性能和W18相比稍差，适用于制造热轧钻头等,高性能高速钢 是在通用高速钢的基础上再增加一些含碳量、含钒量及添加钴、铝等元素。适合于加工高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。 典型牌号有高碳高速钢、高钒高速钢、钴高速钢、超硬高速钢等。 粉末冶金高速钢 用高压氩气或氮气雾化熔融的高速钢水，直接得到细小的高速钢粉末，高温下压制成致密的钢坯，而后锻压成材或刀具形状。适合制造切削难加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滚刀、插齿刀）、精密刀具等,1.2.2.2.硬质合金,硬质合金是由难熔金属化合物（如WC、TiC）和金属粘结剂（Co）经粉末冶金法制成。 其性能：

19、硬度可达HRA89-93，在800-1000 oC还能承担切削，耐用度较高速钢高几十倍。适合切削速度较高，可提高45倍。但抗弯强度较高速钢低，冲击韧性差。 碳化物含量较高时，硬度高，但抗弯强度低； 粘结剂含量较高时，抗弯强度高，但硬度低。 ISO将切削用的硬质合金分为以下四类,YG(K)类，即WC-Co类硬质合金* 成份：由WC和Co组成。 牌号有YG6，YG8（中晶粒，粗加工用），含钴量分别为6%，8%，；YG3X，YG6X（细晶粒，精加工用），含钴量分别为3%，6%。 性能：硬度为HRA8991.5； 抗弯强度为1.11.5 Gpa (110150kgf/mm2 )； 此类合金韧性、磨削性

20、、导热性较好。 “细晶粒”比 “中晶粒”硬度高，韧性低。 适用场合：加工产生崩碎切屑、有冲击切削力作用在刃口附近的脆性材料(铸铁、有色金属及其合金)和导热系数低的不锈钢等,YT(P)类，即WC-TiC-Co类硬质合金* 成份： 硬质点除WC外，还含有5%30%的TiC。 牌号有 YT5（粗加工）, YT14, YT15, YT30（精加工）, TiC的含量分别为5%，14%，15%，30%， 钴的相应含量为10%，8%，6%，4%。 性能：硬度为HRA91.592.5； 抗弯强度为0.91.4GPa (90140 kgf/mm2 )。 TiC含量提高，Co含量降低，硬度和耐磨性提高，但是冲击韧

21、性显著降低,适用场合：高速切削钢料（含钴量增加，抗弯强度和冲击韧性提高，适于粗加工；含钴减少，硬度、耐磨性及耐热性增加，适于精加工）。 注：YT（P)类不适于加工不锈钢和钛合金。因YT中的钛元素和工件中的钛元素之间的亲合力会产生严重的粘刀现象，在高温切削及磨擦系数大的情况下会加剧刀具磨损,YW(M)类，即WC-TiC-Co类硬质合金 成份及性能：在YT类中加入TaC(NbC)可提高其抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、高温硬度、强度和抗氧化能力、耐磨性等。 适用场合：既可用于加工铸铁，也可加工钢。常用的牌号为YW1，YW2。 以上三类的主要成分均为WC，所以以称WC基硬质合金。 TiC基硬质合金 以TiC为主体，加入少量其他的碳化物，以镍（Ni）和钼（Mo）为粘接剂压制烧结而成，即Ti-Ni-Mo合金。典型牌号为YN10、YN05,2）新型硬质合金 1）超细晶粒硬质合金 2）高速钢基硬质合金 3）涂层硬质合金 它是在韧性较好的硬质合金的基体上，或在高速钢刀具基体上，涂抹一薄层耐磨性高的难熔金属化合物而获得的。既提高了刀具材料的耐磨性，又不降低其韧性。 ( 常用的涂层材料有TiC 、TiN 、Al2O3等。) (1)TiC涂层 硬度高，耐磨性好、抗氧化性好，切削时能产生氧化钛膜，减小摩擦及刀具磨损。 (2)TiN涂层 在高温时