（本科）第1章 金属机械加工基础ppt课件（全）

1、第1章 金属机械加工基础第一章 金属机械加工基础 设计制作人：陈妙婷金属机械加工主要有：车削、钻削、铣削、刨削、磨削、齿轮加工。1、切削运动为了获得形状精度、位置精度、尺寸精度和表面质量都符合要求的工件，必须切除工件表面上多余的金属层，此时刀具与工件间必须有相对运动，即切削运动。切削运动必须具备主运动和进给运动两种运动。1.1 金属机械加工的基础知识 主运动切下切屑所需要的最基本的运动，是刀具与工件之间最主要的相对运动。 特点：消耗功率最大，速度最高。有且仅有一个。 运动形式：旋转运动（车削、镗削的主轴运动） 直线运动（刨削、拉削的刀具运动） 运动主体：工件（车削）； 刀具（铣削）。 进给运动

2、是指使新的金属层不断投入切削过程并使其在所需方向上继续下去的运动。 特点：速度一般较低，功率也较少。其数量可以是一个，也可以是多个 运动形式：连续运动：如车削； 断续运动：如刨削。 一个运动，如钻削； 多个运动，如车削时的纵向与横向进给运动； 没有进给运动，如拉削。 运动主体：工件，如铣削、磨削； 刀具，如车削、钻削 2、切削过程中的工件表面待加工表面加工时即将切除加工余量的工件表面。 已加工表面已被切去多余金属而形成的工件新表面。 第一节 机械加工运动与切削用量 过渡表面正在形成的那部分表面，它是待加工表面与已加工表面的连接表面，是切削过程中不断变化着的表面。 切削速度vc 定义：刀具切削刃

3、上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。式中： d工件待加工表面直径（mm） n主运动的转速(r/min）3、切削用量三要素定义：工件或刀具每转一周（或每往复一次），沿进给方向的相对位移。进给量f 背吃刀量 ap定义：待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。 车削1）高的硬度：比工件高，HRC60； 耐用度2）高的耐磨性：保证可以维持一定的切削时间。3）高的红硬性：在高温下仍具有高的硬度，保持较好的切削性能。4）足够的强度和韧性：以承受切削力和振动。5）良好的工艺性：便于刀具的制造。1.2 金属切削刀具1、刀具材料必须具备的性能1）碳素工具钢工艺性好，强度较高，价格便宜；热处理后硬度达60-64H

4、RC；切削速度很低；牌号T7、T8、T9、T10、T12A等。2、常用刀具材料2）合金工具钢热处理后硬度达60-65HRC；红硬性温度约为300-350；切削速度10-12m/min；适用于制造要求热处理变形小的手动或机动低速刀具，如丝锥、板牙等。牌号9CrSi、CrWMn等。3）高速工具钢热处理后硬度达63-69HRC；红硬性温度约为500-650；切削速度40m/min；适用于制造切削速度不高的精加工刀具和形状复杂的刀具。牌号W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。4）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

5、粉末冶金制品。硬度高（87-92HRC）、红硬性温度（800-1000C）、切削速度远高于高速钢(100-300m/min)抗弯强度低、脆性大，抗冲击振动性能差，较难加工，不易做成形状复杂的整体刀具。分为YG和YT两大类。5）陶瓷材料刀片硬度可达（86-96HRC）、耐高温（1200C）、承受较高的切削速度；性脆怕冲击；主要用于高硬度钢材的半精加工和精加工。6）人造金刚石硬度极高，耐热性为（700-800C）；用于加工硬质合金、陶瓷、玻璃、有色金属及其合金等，但不宜加工钢铁材料。7）涂层刀具材料硬质合金或高速钢刀具通过化学或物理方法在其表面涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物；方法：CVD、PVD

6、；常见的涂层材料：TiC涂层、TiN涂层、Al2O3涂层、TiN和TiC复合涂层。3、常用刀具的种类前面主后面副后面主切削刃副切削刃刀尖刀柄切削部分车刀由切削部分和刀柄组成。刀具中起切削作用的部分称切削部分（刀头），夹持部分称刀柄 （刀体）。4、刀具的角度1）车刀切削部分的组成切屑流出时经过的刀面切削部分：由不同刀面和切削刃构成。进给运动方向与过渡表面相对的刀面，也称主后刀面进给运动方向与已加工表面相对的刀面进给运动方向前刀面与后刀面的交线。在切削加工过程中，它担负着主要的切削工作进给运动方向前刀面与副后刀面的交线。它担负少量切削工作，配合主切削刃完成切削工作并最终形成工件上的已加工表面进给运

7、动方向刀尖是主、副切削刃连接部位，或者是主、副切削刃的交点进给运动方向 刀具静止参考系 设计、制造、测量角度时的基准。不受刀具工作条件变化的影响，只考虑主运动和进给运动的方向，安装时的定位基准与主运动方向垂直或平行。vc刀具工作参考系实际切削中确定角度的基准 2）车刀切削部分的主要角度基面Pr切削速度方向主切削刃上选定点刀柄底面（车刀安装面）基面Pr：通过切削刃上选定点，垂直于该点主运动速度方向的平面。注：车刀的基面是平行于车刀安装面（底面）的平面 基面Pr切削速度方向主切削刃上选定点切削平面Ps ：通过主切削刃上选定点，与主切削刃相切并垂直于基面的平面刀柄底面（车刀安装面）切削平面Ps正交平

8、面Po： Pr Ps 基面Pr： PrVc 刀具安装面（车刀）切削平面Ps: 与 S相切 且 Pr假定切削速度方向Vc正交平面参考系（Pr-Ps-Po)主切削刃上选定点正交平面参考系与刀具标注角度基面Pr切削平面Ps正交平面PoA、基面 Pr内的角度 （I）主偏角 Kr在基面Pr内测量的，主切削刃与进给方向的夹角。（II）副偏角 Kr在基面Pr内测量的，副切削刃与进给方向的夹角。（I）刃倾角s定义：在切削平面Ps内测量的，主切削刃S与基面Pr间的夹角称刃倾角。符号：有正负之分，刀尖位于切削刃的最高点时定为“+”、反之为负“-”，它影响切屑流向和刀尖强度。取值：一般取s = 10 +10 , 粗

9、加工时常取负值，增加刀头强度；精加工时常取正值，避免切屑擦伤已加工表面。 B、切削平面 Ps内的角度刃倾角s的正与负 当刀尖在主切削刃上最高点时，s为正值，反之为负值。 切屑流向已加工表面切屑流向待加工表面刃倾角s的正与负对切屑流向的影响：C、正交平面 Po内的角度（I）前角o定义：在正交平面Po内测量的，前刀面A与基面Pr间的夹角。符号：有正负之分，前刀面位于基面之前，o0。（II）后角o在正交平面Po内测量的后刀面A与切削平面Ps间的夹角。 在正交平面参考系中的标注角度“一刃四角”（5）副偏角r （6）副后角or（1）主偏角r（4）后角o（2）刃倾角s（3）前角o1）按用途分5、车刀种类2

10、）按车刀结构的不同6、车刀用途1.3 金属切削过程1、切屑的形成2、切屑形状 切削韧度较大的材料时，切屑流经前刀面，在一定的温度与高压作用下，摩擦阻力增大，使贴近前刀面处底层流速降低。当摩擦阻力超过这层金属与切屑本身分子间隙合力时，这部分金属便堆积于刀刃之上，形成积屑瘤3、积屑瘤积屑瘤对切削过程的影响（1）保护刀尖；（2）增大前角，减小切削变形和力（3）增大已加工表面粗糙度定义：切削过程中，刀具上所有参与切削的各切削部分所产生的总切削力的合力成为刀具的总切削力。一个切削部分切削工件时所产生的全部切削力成为一个部分总切削力。来源：1）克服切削层金属、切屑和工件表面层金属的弹、塑性变形抗力所需的力

11、； 2）克服刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力所需的力切削力合力和分力4、切削力分解 为便于测量、计算和实际应用，常将合力Fr分解成三个互相垂直的分力。1）主切削力Fc它与切削速度vc的方向一致。是确定机床的电机功率，计算车刀强度等所必需的。生产中所说的切削力一般都是指主切削力。2）吃刀抗力Fp它是加工表面法线方向上的分力，对加工精度和已加工表面质量影响较大。 3）进给抗力Ff进给力或轴向力。该力是检验进给机构强度，计算车刀进给功率所必需的数据。定义：切削在切削区消耗的功率。5、切削功率1）切削热的来源被切削层金属的变形；切削与刀具前刀面的摩擦；工件与刀具厚道面的摩擦。6、切削热2）切削热的传导

12、切屑；工件；刀具和周围介质（如空气、切削液等）。1）磨损形式后刀面磨损；前刀面磨损；前后刀面同时磨损。7、刀具的磨损2）磨损过程初期磨损过程；正常磨损阶段；急剧磨损阶段。1.4 切削液1、切削液的作用冷却；润滑；清洗；防锈。2、切削液中的添加剂油性添加剂；极压添加剂；表面活性剂；防锈添加剂3、常用切削液的种类水性溶液切削油4、切削液的选用粗加工：选用冷却为主的切削液。精加工：选用的切削液应具有良好的润滑性能。难加工材料的切削：宜选用极压切削油或极压乳化液。磨削加工：选用有良好冷却清洗作用的切削液。第一章思考题参考答案或提示、什么是金属切削加工? 切屑有哪些种类? 各种切屑又是在什么情况下形成的

13、?答 ：(1)金属机械加工一般是指人们通过操作机床,利用刀具从金属毛坯上切去多余的金属材料,从而获得符合规定技术要求的机械零件的加工方法.金属机械加工主要有车削、钻削、铣削、刨削、磨削和齿轮工等(2)切屑切削时,由于被加工材料与切削条件的不同,得到的切屑形状也各不相同,常见的切屑有以下三种1)崩碎切屑-加工脆性材料时,如铸铁、黄铜等,切屑不连续,呈不规则的细粒. 2)带状切屑-当被加工材料韧度加大，同时增大刀具前角，提高切削速度，减小进给量，金属层被切离时呈连续带状。此时切削力平稳，加工后工件表面使操作不安全，应采取断屑措施。3)节状切屑-用低切削速度加工中等硬度钢材时，切屑与前刀面接触的一面

14、较光洁，而另一面开裂成节状。切削力有波动，工件表面较粗糙。2、金属切削过程的实质是什么?答：参见p12 、简述主运动和进给运动的含义.答：参见p5 什么是切削三要素?答：切削速度、进给量、背吃刀量 什么是切削平面、基面和主剖面?答：参见p9 什么是刀具的工作角度? 有哪些因素影响刀具的工作角度?答：刀具工作角度是刀具在静止参考坐标系中定义的一组角度。影响刀具工作角度的因素有加工零件的材料性质、加工要求。 刀具几何参数包括哪些内容?答：参见p9-p11 试述前角、后角、主偏角的作用.答：参见p10 试述刀具磨损方式和磨损的原因.答：（1）硬质点磨损：切削时，切屑、工件材料中含有一些碳化物、氮化物

15、和氧化物等硬质点以及积屑瘤碎片等，可在刀具表面刻划出沟纹，这就是磨料磨损。（2）粘结磨损：切削时，切屑、工件与前、后刀面之间存在很大的压力和强烈的摩擦，形成新鲜表面接触而发生冷焊粘结。由于切屑在滑移过程中产生剪切破坏，带走刀具材料，从而造成粘结磨损。（3）扩散磨损：在切削高温下，使工件与刀具材料中的合金元素在固态下相互扩散置换造成的刀具磨损，成为扩散磨损。（4）化学磨损：在一定温度下，刀具材料与某些周围介质起化学作用，在刀具表面形成一层硬度较低的化合物，被切屑或工件擦掉而形成磨损，成为化学磨损。（5）相变磨损：当切削温度达到或超过刀具材料的相变温度时，刀具材料中的金相组织将发生变化，硬度显著下

16、降，引起的刀具磨损称为相变磨损。10、 金属切削过程的实质是什么?答：参见p12 切削力是怎样产生的? 为什么将切削力分解为三个相互垂直的分力?答：参见p14 影响切削力的因素有哪些?答：影响切削力大小的因素很多,如工件材料、切削用量、刀具角度、切削液和刀具材料等.其中,前两者对切削力影响较大1 切屑有哪些种类? 各种切屑又是在什么情况下形成的?答：参见p13 积屑瘤是怎么形成的? 它对切削过程有哪些影响?答：切削韧度较大的材料时，切屑流经前刀面，在一定的温度与高压作用下，摩擦阻力增大，使贴近前刀面处底层流速降低。当摩擦阻力超过这层金属与切屑本身分子间聚合力时，这部分金属便堆积于刀刃之上，形成积屑瘤，俗称“刀瘤”。随切削继续进行，积屑瘤逐渐长大，但受外力或振动的作用，又可能发生局部断裂或脱落。有资料表明，积屑瘤的产生一成长一脱离这一过程是在瞬间内进行的，是个周期件的动态过程。经测定积屑瘤的硬度是金属母体硬度的(23)倍。积屑瘤有保护刀尖，增大前角。使切削轻快的作用，但它的顶部凹凸不平和脱落后又易于粘附在已加工表面上，使得表面粗糙程度增加。