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金属切削加工基础知识.ppt
第四章 金属切削加工基础知识 概述 金属切削加工是用切削工具将坯料或工件上的多余材料切除,以获得所要求的尺寸、形状、位置精度和表面质量的零件的加工方法。 分为钳工和机械加工两部分 我们着重研究机械加工过程的现象和规律 1. 工具钢 包括碳素工具钢和合金工具钢 ①碳素工具钢:是含碳较高的优质钢,含碳量为0.72%~1.2%,淬火后硬度可达60~64HRC。 其特点是价格低廉,耐热性较差,切削速度较低,淬透性差,热处理变形大,易产生裂纹。 ②合金工具钢:在碳素工具钢中加入一定量合金元素(如Cr、W、Mn等)而形成。 其硬度与碳素工具钢差不多,但其耐热性、耐磨性和韧性比碳素工具钢好得多。 3. 切屑种类和影响因素 ★切削塑性材料时,由于材料的塑性不同,切削条件不同,会形成三种切屑: ①带状切屑 ②节状切屑(挤裂屑) ③粒状切屑(单元切屑) ★切削铸铁、青铜等脆性材料时,形成 ④崩碎切屑 带状切屑 节状切屑 粒状切屑 崩碎切屑 切屑的种类 例如:由上表可知,如增大前角、提高切速、减小进给量,有利于使粒状屑、节状屑向带状屑转化。 二、积屑瘤 ★在一定的切削速度范围内切削钢料、球墨铸铁或铝合金等塑性金属时,有时会在刀具前刀面靠近切削刃的部位粘附着一小块很硬的金属,这就是积屑瘤(也称刀瘤),体积约为小米粒大。 ★刀—屑因摩擦而导致的冷焊是积屑瘤形成的主要原因。 a) 积屑瘤的形成 b)积屑瘤与切削速度的关系 积屑瘤 积屑瘤 1. 积屑瘤对切削加工的影响 ★有利方面:①保护刀具 ②增大刀具实际工作前角 ★不利方面: ③影响工件尺寸精度(增大切削厚度) ④影响表面粗糙度 2. 抑制积屑瘤措施 (切削用量中切削速度对积屑瘤影响最大) ★采用高速或低速切削,可抑制或避免积屑瘤的产生 ★增大前角可减小积屑瘤高度。 ★采用润滑性能优良的切削液可减小甚至消除积屑瘤。 三、切削合力及切削功率 ★切削合力是切削过程中的重要现象之一,它直接影响切削热的产生和刀具磨损,进一步影响加工质量和生产率。是设计和使用机床、刀具、夹具的主要依据。 1. 切削合力的来源与切削分力 ★切削力来源—切削层金属、切屑和工件表面层金属产生弹、塑性变形所产生的抗力;刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力。 ★切削合力是一个非常复杂的空间力。 一般分解成相互垂直的三个分力,以便研究和测量。 切削合力 作用在刀具上的切削合力 a) b) 切削合力的分解 以刀具为研究对象: ①主切削力(切向力)Fz 消耗机床功率最多,约占 Fr 的80%~90% ②径向分力(背向力)Fy Fy =(0.2 ~ 0.6) Fz ③轴向分力(进给力)Fx Fx=(0.1 ~ 0.4) Fz 由图a) 知: 由图 b) 知: 2. 切削分力对切削过程的影响 ★ Fz 使刀头向下压,当 Fz 大时可使刀具崩刃或“闷车”,是机床动力计算的依据。 ★ Fy 对工件影响最大,误差一比一复映给工件。 使工件产生形状误差,表面粗糙度变差。 车细长轴时,用大主偏角刀具,常用 =90°偏刀; Fy 不做功,只使机床、工件变形或引起振动,应尽量减小。 ★ Fx 对机床进给机构影响大,是设计和验算机床走刀机构强度和刚性的主要依据。 (如工件夹不紧,可使工件从卡盘中缩进去) 径向分力引起的工件变形 被切除的金属层 变形前 变形后 3. 切削分力和切削功率计算 ★车外圆时切削分力经验公式(单位 N ): ★单位切削力p—单位切削面积上主切削力。 (单位:M Pa) 下表为硬质合金外圆车刀切削常用材料的单位切削力(摘录)。 刀具的切削部分 分析车刀角度,主要从以下三个方面入手: (车刀切削部分组成、车刀的标注角度及其选择、车刀的工作角度) 1、车刀切削部分构成 车刀切削部分一般由三个刀面、两个切削刃和一个刀尖组成,如下图所示。 外圆车刀切削部分的组成 夹持部分 切削部分 前刀面 主后刀面 副后刀面 主切削刃 副切削刃 刀尖 2. 车刀标注角度及其选择 ⅰ、刀具标注角度参考系 为了确定车刀的空间位置,以便设计、制造、刃磨和测量,必须建立车刀标注角度参考系(如下图所示)。 ※假定:a)刀尖恰在工件中心线上; b)刀具轴线与工件轴线垂直; c)忽略进给运动f 的影响。 刀具标注角度参考系中的辅助平面 切削刃选定点 基面 切削平面 主剖面 法剖面 ①基平面
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