机械制造工艺基础课件PPT-第1章--金属切削的基础知识

1、零件的加工质量包括加工精度与表面质量两个方面。零件的加工质量包括加工精度与表面质量两个方面。表面质量指零件表面粗糙度表面质量指零件表面粗糙度( (主要指标主要指标) )、加工硬化层、表面残、加工硬化层、表面残余应力以及金相组织结构等，它们对零件的使用性能有很大影余应力以及金相组织结构等，它们对零件的使用性能有很大影响。响。 具体零件的公差值取决于零件的基本尺寸与公具体零件的公差值取决于零件的基本尺寸与公差等级。差等级。标准公差值、标准公差等级、基本尺寸三者之间的标准公差值、标准公差等级、基本尺寸三者之间的关系详见表关系详见表4-14-1( (GB/T1 800.2-1998)GB/T1 800

2、.2-1998)。IT01IT01IT13-IT13-配合尺寸，配合尺寸， IT14IT14IT18-IT18-非配合尺寸。非配合尺寸。 形状精度是指零件上的实际形状要素与理想形状要素的形状精度是指零件上的实际形状要素与理想形状要素的符合程度。符合程度。 尺寸精度满足要求，其形状不一定符合要求。如尺寸精度满足要求，其形状不一定符合要求。如: :2.2.形状精度形状精度225 5-0.1-0.1的轴，实际尺寸为的轴，实际尺寸为24.9524.95，但轴的某一截面的，但轴的某一截面的实际形状不是理想的圆形，形状不一定满足要求。实际形状不是理想的圆形，形状不一定满足要求。2形状误差：形状误差：加工时

3、，实际形状与理想形状的误差。加工时，实际形状与理想形状的误差。 6 6种形状的标准公差见国标种形状的标准公差见国标GB/T 1182-1996 GB/T 1182-1996 、 GB/T GB/T 4249-1996 4249-1996 、GB/T 16671-1996 GB/T 16671-1996 。标准形状公差的符号。标准形状公差的符号及其含义见表及其含义见表4-34-3。表面加工基本技术要求：表表4-3 形状公差形状公差表面加工基本技术要求：3.3.位置精度位置精度 位置精度是指零件上的表面、轴线等的实际位置精度是指零件上的表面、轴线等的实际位置与理想位置相符合的程度。位置与理想位置相

4、符合的程度。 3 3类类8 8种位置标准位置公差的符号及其含义详种位置标准位置公差的符号及其含义详见表见表4-4 (GB/T1182-19964-4 (GB/T1182-1996、GB/T 4249-1996GB/T 4249-1996、GB/T16671-1996)GB/T16671-1996)。表面加工基本技术要求：表表4-4 位置公差位置公差表面粗糙度表面粗糙度: :表面上微小峰谷间的高低程度表面上微小峰谷间的高低程度( (也称微观不平度也称微观不平度) )。常用评定参数常用评定参数: : 4.4.表面粗糙度表面粗糙度Ra :Ra :轮廓算术平均偏差，轮廓算术平均偏差， ladxxylR

5、0| )(|1表面加工基本技术要求： 允许数值系列允许数值系列: Ra()100/25/12.5 / 6.3/3.2/1.6/0.8/0.4/0.2/0.1/0.05/0.025 / 0.012/0.008 常用数值范围：常用数值范围：Ra = 0.0256.3 表面粗糙度对零件的疲劳强度、耐磨性、耐腐蚀性、表面粗糙度对零件的疲劳强度、耐磨性、耐腐蚀性、配合性能等对有很大影响。配合性能等对有很大影响。 RaRa值越小，表面质量越高，但加工越困难，成本也越值越小，表面质量越高，但加工越困难，成本也越高。高。影响：影响：表面加工基本技术要求：表表4-5 4-5 表面粗糙度选用举例表面粗糙度选用举例

6、如粗车、粗刨、切断等粗加工后的表面粗加工后的表面，焊接前的焊缝、粗钻的孔壁一般非结合表面，如轴的端面、倒角等不重要零件的非配合表面，如支柱、支架、外壳等的端面，紧固件的自由表面、紧固件通孔的表面表表4-5 4-5 表面粗糙度选用举例表面粗糙度选用举例不重要零件的非配合表面，如支柱、支架、外壳等的端面，紧固件的自由表面、紧固件通孔的表面与其他零件连接，但不形成配合的表面，如箱体、外壳等的端面。安装直径超过80mm的G级轴承的外壳孔、普通精度齿轮的齿面、定位销孔等重要表面表表4-5 4-5 表面粗糙度选用举例表面粗糙度选用举例要求保证定心及配合特性的表面，如锥销与圆柱销的表面，磨削的轮齿表面、中速

7、转动的轴颈表面要求长期保持配合性质的配合表面，如IT7级的轴、孔配合表面，精度较高的轮齿表面。工作时受变应力作用的重要零件的表面，保证零件的疲劳强度、防腐性和耐久性，并在工作时不破坏配合性质的表面。工作时承受较大变应力作用的重要零件的表面，保证精确定心的锥体表面等。表表4-5 4-5 表面粗糙度选用举例表面粗糙度选用举例保证高度气密性接合的表面，如活塞、柱塞的外表面和气缸的内表面。高压柱塞泵中的柱塞与柱塞泵的配合表面等精密表面。仪器的测量表面和配合表面，尺寸超过100mm的块规的工作表面块规的工作表面，高精度测量仪器的测量表面及其摩擦机构的支承表面。表面表面: :外圆面外圆面, ,内圆面内圆面

8、, ,平面和成型面平面和成型面. .A.内外圆面内外圆面:以直线为母线以直线为母线,以圆为轨迹以圆为轨迹,作旋转运动作旋转运动 而形成而形成。Fig1-1Fig1-2a)车外圆面b)磨外圆面c)刨平面d)钻孔工件加工三个变化的表面: 待加工表面；加工表面（或过渡表面）；已加工表面。待加工表面待加工表面 ap加工表面加工表面 fkrdwdmapdwdmapdwdmhDbDap kr两个相邻加工表面之间的那层材料两个相邻加工表面之间的那层材料,垂直于切削速度垂直于切削速度的平面内观察和度量的平面内观察和度量,切削厚度切削厚度hD,切削宽度切削宽度bD和切削和切削面积面积A。待加工表面待加工表面 a

9、p加工表面加工表面 fkrdwdmhDbDap kr按刀具结构，分为整体式、镶片式、复合式刀具按刀具结构，分为整体式、镶片式、复合式刀具等。等。图2-48 各种刀具切削部分的形状刨刀、铣刀、钻头等其他刀具可视为车刀的演变或组合。刨刀、铣刀、钻头等其他刀具可视为车刀的演变或组合。三高一专的三高一专的先进刀具先进刀具高精度高精度高效率高效率高可靠性高可靠性专业化专业化先进的专用可转位刀具先进的专用可转位刀具刀具材料种类很多，常用的有工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢）、硬质合金、陶瓷、金刚石（天然和人造）和立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具钢，因其耐热性很差，目前仅用于手工工具。高速钢是一

10、种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。 特点：1）强度高，抗弯强度为硬质合金的23倍；2）韧性高，比硬质合金高几十倍；3）硬度HRc63以上，且有较好的耐热性；4）可加工性好，热处理变形较小。 应用：常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。常用高速钢牌号及其应用范围类别牌 号主 要 用 途普通高速钢W18Cr4V广泛用于制造钻头、绞刀、铣刀、拉刀、丝广泛用于制造钻头、绞刀、铣刀、拉刀、丝锥、齿轮刀具等锥、齿轮刀具等W6Mo5Cr4V2用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等刀具，如轧制钻头等W14

11、Cr4VmnRe用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等刀具，如轧制钻头等高性能高速钢高碳95W18 Cr4V用于制造对韧性要求不高，但对耐磨性要求用于制造对韧性要求不高，但对耐磨性要求较高的刀具较高的刀具高矾W12Cr4V4 Mo用于制造形状简单，对耐磨性要求较高的刀用于制造形状简单，对耐磨性要求较高的刀具具超硬W6Mo5Cr4V2Al用于制造复杂刀具和难加工材料用的刀具用于制造复杂刀具和难加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al耐磨性好，用于制造加工高强度耐热钢的刀耐磨性好，用于制造加工高强度耐热钢的刀具具W6Mo5Cr4V5SiNb

12、Al用于制造形状简单的刀具，如加工铁基高温用于制造形状简单的刀具，如加工铁基高温合金的钻头合金的钻头W12Cr4V3 Mo3Co5Si耐磨性、耐热性好，用于制造加工高强度钢耐磨性、耐热性好，用于制造加工高强度钢的刀具的刀具W2Mo9Cr4VCo8（M42）用作难加工材料的刀具，因其磨削性好可作用作难加工材料的刀具，因其磨削性好可作复杂刀具，价格昂贵复杂刀具，价格昂贵 硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC等）粉末和金属粘结剂（如Co、Ni、Mo等）经高压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。 硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高，允许的切削速度远高于高速钢，

13、且能切削诸如淬火钢等硬材料。硬质合金的不足是与高速钢相比，其抗弯强度较低、脆性较大，抗振动和冲击性能也较差。硬质合金因其切削性能优良而被广泛用来制作各种刀具。在我国，绝大多数车刀、面铣刀和深孔钻都采用硬质合金制造，目前，在一些较复杂的刀具上，如立铣刀、孔加工刀具等也开始应用硬质合金制造。各种硬质合金的应用范围牌 号应 用 范 围YG3X铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG3铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG6X普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工、半精加工YG6铸铁、有色金属及其合金的半精加工和粗加工YG8铸铁、有色金属及合金、非金属材料粗加工

14、，也可用于断续切削YG6A冷硬铸铁、有色金属及其合金的半精加工，亦可用于高锰钢、淬硬钢的半精加工和精加工YT30碳素钢、合金钢的精加工YT15碳素钢、合金钢在连续切削时的粗加工、半精加工，亦可用于断续切削时的精加工YT14同YT15YT5碳素钢、合金钢的粗加工，也可以用于断续切削YW1高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的半精加工和精加工YW2高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的粗加工和半精加工抗弯强度、韧性、进给量 硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量 硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量 硬度、耐磨性、切

15、削速度陶瓷材料比硬质合金具有更高的硬度（HRA9195）和耐热性，在1200的温度下仍能切削，耐磨性和化学惰性好，摩擦系数小，抗粘结和扩散磨损能力强，因而能以更高的速度切削，并可切削难加工的高硬度材料。主要缺点是性脆、抗冲击韧性差，抗弯强度低。天然金刚石是自然界最硬的材料，耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01m，刀具寿命可达数百小时。因价格昂贵，主要用于高速、精密加工。聚晶金刚石由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，硬度比天然金刚石略低（HK65008000），价格便宜，焊接方便，可磨削性好，已成为金刚石刀具主要材料。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。聚晶立方氮化硼（CBN）由单晶立方氮

16、化硼微粉在高温高压下聚合而成。硬度为HV 30004500，耐热性达1200，化学惰性很好，在1000的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。2.2.常用的刀具材料性能比较常用的刀具材料性能比较: :主切削刃主后刀面前刀面副切削刃主剖面 PoA基面Pr：通过切削刃选通过切削刃选定点与切削速度方向垂定点与切削速度方向垂直的平面。直的平面。切削平面 Ps基面 Pr车刀主剖面坐标系切削平面Ps：通过切削通过切削刃选定点与主切削刃相刃选定点与主切削刃相切且垂直于基面切且垂直于基面P Pr r的平的平面。面。主剖

17、面Po：通过切削刃通过切削刃选定点垂直于基面选定点垂直于基面P Pr r和和切削平面切削平面 P Ps s的平面。的平面。主偏角主偏角r 在基面内测量，是主切削刃在基面内测量，是主切削刃在基面上投影与假定进给方在基面上投影与假定进给方向的夹角。向的夹角。r r的大小影响刀具寿的大小影响刀具寿命。减小主偏角，主刃命。减小主偏角，主刃参加切削的长度增加，参加切削的长度增加，负荷减轻，同时加强了负荷减轻，同时加强了刀尖，增大了散热面积刀尖，增大了散热面积，使刀具寿命提高。，使刀具寿命提高。r r的大小还影响切削的大小还影响切削分力。减小主偏角使吃分力。减小主偏角使吃刀抗力增大，当加工刚刀抗力增大，当

18、加工刚性较弱的工件时，易引性较弱的工件时，易引起工件变形和振动。起工件变形和振动。q 主偏角应根据加工对象正确选取，主偏角应根据加工对象正确选取，车刀常用的主偏角有车刀常用的主偏角有4545、6060、7575、9090几种。几种。副偏角r r在基面内测量，是副切在基面内测量，是副切削刃在基面上的投影与假削刃在基面上的投影与假定进给反方向的夹角。定进给反方向的夹角。副偏角的作用是为了减副偏角的作用是为了减小副切削刃与工件已加工小副切削刃与工件已加工表面之间的摩擦，以防止表面之间的摩擦，以防止切削时产生振动。副偏角切削时产生振动。副偏角的大小影响刀尖强度和表的大小影响刀尖强度和表面粗糙度。面粗糙

19、度。q 在切深、进给量和主偏在切深、进给量和主偏角相同的情况下，减小副角相同的情况下，减小副偏角可使残留面积减小，偏角可使残留面积减小，表面粗糙度降低。表面粗糙度降低。前角o 在主剖面内测量，是前刀面与基面的夹角。在主剖面内测量，是前刀面与基面的夹角。o影响切削难易程度。增大前角可使刀具锋利，影响切削难易程度。增大前角可使刀具锋利，切削轻快。但前角过大，刀刃和刀尖强度下降，刀切削轻快。但前角过大，刀刃和刀尖强度下降，刀具导热体积减小，影响刀具寿命。具导热体积减小，影响刀具寿命。q 用硬质合金车刀切削钢件，用硬质合金车刀切削钢件，o取取1020；切削；切削灰铸铁，灰铸铁，o取取515；切削铝及铝

20、台金，；切削铝及铝台金，o取取2535；切削高强度钢，；切削高强度钢，o取取-5 -10。2）后角o 后角后角o在主剖面内测量，是主后刀面与切削平面的夹在主剖面内测量，是主后刀面与切削平面的夹角。角。后角的作用是为了减小主后刀面与工件加工表面之间后角的作用是为了减小主后刀面与工件加工表面之间的摩擦以及主后刀面的磨损。但后角过大，刀刃强度下的摩擦以及主后刀面的磨损。但后角过大，刀刃强度下降，刀具导热体积减小，反而会加快主后刀面的磨损。降，刀具导热体积减小，反而会加快主后刀面的磨损。q粗加工和承受冲击载荷的刀具，为了使刀刃有足够强粗加工和承受冲击载荷的刀具，为了使刀刃有足够强度，后角可选小些，一般

21、为度，后角可选小些，一般为46；精加工时切深较；精加工时切深较小，为保证加工的表面质量，后角可选大一些，一般为小，为保证加工的表面质量，后角可选大一些，一般为812。a）b）c）刃倾角对排屑方向的影响5）刃倾角s切削平面内测量，是主切削刃与基面切削平面内测量，是主切削刃与基面的夹角。当刀尖是切削刃最高点时的夹角。当刀尖是切削刃最高点时, ,s s定为正值；反之定为正值；反之为负。为负。 s影响刀尖强度和切屑流动方向。粗加工时为影响刀尖强度和切屑流动方向。粗加工时为增强刀尖强度，增强刀尖强度，s常取负值；精加工时为防止切屑划常取负值；精加工时为防止切屑划伤已加工表面，伤已加工表面，s常取正值或零

22、。常取正值或零。f2、焊接式3、机夹式1、整体式机夹铣刀机夹铣刀4、机夹重磨式图4-13 切屑形成过程abc弹性变形弹性变形塑性变形塑性变形被挤裂被挤裂沿前刀面流出成为切屑沿前刀面流出成为切屑切屑的形成与切离过程，是切削切屑的形成与切离过程，是切削层受到刀具前刀面的挤压而产生以层受到刀具前刀面的挤压而产生以滑移为主的塑性变形过程。滑移为主的塑性变形过程。FABOM45a）正挤压）正挤压FABOM45b）偏挤压）偏挤压OMFc）切削）切削金属材料受挤压时，最大金属材料受挤压时，最大剪应力方向与作用力方向约成剪应力方向与作用力方向约成4545金属材料一部分受挤压时金属材料一部分受挤压时，OBOB线

23、以下金属由于母体阻碍，不能线以下金属由于母体阻碍，不能沿沿ABAB线滑移，而只能沿线滑移，而只能沿OMOM线滑移线滑移与偏挤压情况类似。弹性变与偏挤压情况类似。弹性变形形剪切应力增大，达到屈服点剪切应力增大，达到屈服点产产生塑性变形，沿生塑性变形，沿OMOM线滑移线滑移剪切应力剪切应力与滑移量继续增大，达到断裂强度与滑移量继续增大，达到断裂强度切屑与母体脱离。切屑与母体脱离。金属挤压与切削比较图3-3 切屑根部金相照片M刀具切屑OA终滑移线始滑移线：=s剪切角 第变形区：即剪切变形区即剪切变形区，金属剪切滑移，成为切屑。，金属剪切滑移，成为切屑。金属切削过程的塑性变形主要金属切削过程的塑性变形

24、主要集中于此区域。集中于此区域。切削部位三个变形区第变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要原因。原因。第变形区：靠近前刀面处靠近前刀面处，切屑排出时受前刀面挤压与，切屑排出时受前刀面挤压与摩擦摩擦。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的主要原因。主要原因。形成条件影响名称名称简图形态变形带状，底面光滑带状，底面光滑，背面呈毛茸状，背面呈毛茸状节状，底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状粒状不规则块状颗粒剪切滑移尚未达到断裂程度局部剪切应力达到断裂强度剪切应力完全达到断裂强度未经塑性变形即被挤裂加工塑性材料，切削速度较高，进给量较小， 刀具前角较大加工塑性材料，切削速度较低，进给量较大， 刀具前角较小工件材料硬度较高，韧性较低，切削速度较低加工硬脆材料， 刀具前角较小切削过程平稳，表面粗糙度小， 妨碍切削工作，应设法断屑切削过程欠平稳，表面粗糙度欠佳切削力波动较大，切削过程不平稳，表面粗糙度不佳切削力波动大，有冲击