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1、Machine Manufacturing Engineering,机 械 制 造 工 程 学,2021年1月25日,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 第二节 刀具的几何角度和结构 第三节 切削层参数与切削方式 第四节 刀具材料,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,第一节 切削运动和切削要素,一、零件的种类及组成,圆柱面,第一节 切削运动和切削要素,一、零件的种类及组成,完成切削加工必须具备的两个条件：,切削刀具与工件之间必须有一定的相对运动机床提供； 切削刃有一定的形状刀具保证。,二、切削运动分析
2、,切削运动,直线运动,旋转运动,简单成形运动,直线运动,旋转运动,复合成形运动,主运动：直接切除工件上的切削层，使之变为切屑，以形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。,进给运动：不断地把切削层投入切削的运动。通常用Vf、f或 fz 表示，单位分别为mm/s、mm/r、mm/z。,特点：速度低、功耗小、可以是断续运动、也可有多个。,合成切削运动：主运动和进给运动合成的运动。用Ve表示。,二、切削运动分析,二、切削运动分析,三、切削用量三要素,切削速度：(Vc),进给量：( f ),背吃刀量：(ap),“切削刃选定点相对与工件主
3、运动的瞬时速度”。通常以最大线速度为准。 主运动是旋转运动时： 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：(Vc),进给量：( f ),背吃刀量：(ap),“工件或刀具每转一转时，两者沿进给方向的相对位移”。 vf (mm/s), f (mm/r), fz (mm/z),三、切削用量三要素,进给量,切削速度：(Vc),进给量：( f ),背吃刀量：(ap),“工件上已加工表面和待加工表面之间的垂直距离”。 对于外圆车削：,三、切削用量三要素,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Ar,后刀面A,副后刀面A,交
4、线,交线,主切削刃s,副切削刃s,刀尖,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、刃磨和测量刀具几何角度的参考系。,正交平面参考系：,基面Pr： “通过主切削刃上选定点垂直于主运动方向的平面”,切削平面Ps： “通过主切削刃上选定点，与切削刃相切并垂直于基面的平面”。,正交平面参考系：,正交平面（主剖面）Po： “通过主切削刃上选定点，并同时垂直于基面和切削平面的平面”。,
5、正交平面参考系：,法平面参考系：,法平面Pn: “通过主切削刃上选定点，并垂直于切削刃的平面”。,假定工作平面（进给剖面）Pf： “通过主切削刃上选定点，平行于进给方向并垂直于基面的平面”,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）Pp: “通过主切削刃上选定点，同时垂直于基面和假定工作平面的平面”。,在基面内测量的角度：,主偏角： “主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角”。,三、刀具的标注角度,在基面内测量的角度：,副偏角： “副切削刃在基面上的投影与进给相反方向的夹角”。,三、刀具的标注角度,在基面内测量的角度：,刀尖角： “主切削刃与副切削刃之间的夹
6、角”。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：,前角：o “前刀面与基面之间的夹角”。,后角：o “后刀面与切削平面的夹角”,三、刀具的标注角度,在切削平面内：,刃倾角：S “主切削刃与基面之间的夹角”,四、刀具的工作角度,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 “刀具沿进给方向移动一个进给量f，由一个刀齿正在切削着的金属层”。 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； 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。,切削层参数通常在垂直于主运动方
7、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,1.正切屑和倒切屑,正切屑： 特征是 hD bD,倒切屑： 特征是 hD bD,对等屑： 特征是 hD bD,第三节 切削层参数与切削方式,2.正切削和斜切削,正切削（直角切削）： 切削刃垂直于合成切削速度方向的切削方式。,斜切削（斜角切削）： 切削刃不垂直于合成切削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： 高的硬度：必须高于工件硬度，通常应在60HRC以上； 足够的强度和韧性； 较高的耐磨性； 较高的耐热性； 良好的导热性和工艺性。,高速钢（1900年首次使用）,基本性能
8、： 硬 度：6266HRC 耐 热 性：500600 切削速度：V 30 m/min 工 艺 性：工艺性好，适用于制造复杂刀具。,常用牌号： W18Cr4V W6Mo5Cr4V2 W6Mo5Cr4V2Al,普通高速钢(属钨系高速钢)，国内使用最为普遍。 主要用于制造钻头、铰刀、铣刀、拉刀、丝锥、齿轮刀具等。,普通高速钢(属钨钼系高速钢)。 碳化物分布的均匀性、韧性和高温塑性均胜过W18Cr4V ，但可磨性不如W18Cr4V 。 主要用于制造热轧钻头。,高性能高速钢 (属铝高速钢) 。 是在W6Mo5Cr4V2 的基础上加工Al增C形成的，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
9、料。,高速钢是加入了W、Mo、Cr、V等合金元素的一种合金工具钢。,二、常用刀具材料,二、常用刀具材料,硬质合金（1930年出现）,基本性能： 硬 度：7176HRC 耐 热 性：8001000 切削速度：V=100300 m/min 工 艺 性：工艺性差，不适用于制造整体结构的复杂刀具。,典型牌号： K类硬质合金（钨钴类YG） P类硬质合金（钨钛钴类YT） M类硬质合金（通用类YW）,成分：WC+Co 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。 常用牌号： K01(YG3)、K20(YG6)、K30(YG8)等 精加工 粗加工,成分：WC+TiC+Co 多用于加工长切屑
10、的黑色金属，如：钢材等。用蓝色作标志。 常用牌号： P01(YT30)、P10(YT15)、P30(YT5)等 精加工 粗加工,成分：WC+TiC+TaC(NbC)+Co 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。 常用牌号： M10(YW1)、M20(YW2)、M30(YW3)等 精加工 粗加工,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。硬质合金是当今最主要的刀具材料之一。 金属碳化物有：WC、TiC、TaC、NbC，为14m的粉末。 金属粘结剂有：Co、Mo、Ni。,陶瓷 人造聚晶金刚石（PCD） 立方氮化硼（CBN）,“Al2O3或Si3N4添加不
11、同的金属元素(Ni、Co、Mo、W)或金属炭化物(TiC、WC)，采用热压和烧结的方法获得”。 特点：硬度高、耐磨性好，9195HRA。 耐热性高，1200 。 切削速度高达100400 m/min。 抗弯强度、冲击韧性较差。 缺点：脆、易崩刃。 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。,“高温下借助合金触媒的作用，由石墨转化而成”。 特点： 硬度高、耐磨性极好。10000HV以上。 耐热性：700800 ，不能在高温下切削，800以上会石墨化。 冲击韧性、抗弯强度低。只有硬质合金的1/4。 与Fe的亲和力强，不能加工铁族材料。 适用于硬质合金、玻璃等高硬材料的精加工。,与金刚石
12、相比： 硬度：80009000HV，硬度仅次于金刚石 。 耐热性：13001500 与Fe的亲和力小，能加工铁族材料。 主要适用于淬硬钢、耐磨铸铁、高温合金等高硬铁族材料的精加工或半精加工。,超硬刀具材料,二、常用刀具材料,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薄膜，以获得远高于基体的表面硬度和优良的切削性能。 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。 涂层材料：氮化钛(TiN)、碳氮化钛(TiCN)、氮化铝钛(TiAlN)、碳氮化铝钛 (TiAlCN)等。其中TiAlN在超高速切削中性能优异，其最高工作温度可达900，硬度可达34003600HV 。,氮化钛(TiN),碳氮化钛(TiCN),氮化铝钛(TiAlN),本 章 作 业,第一章 习 题：四-7 五-2,