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第3章 金属切削及金属切削机床的基本知识
本章要点: 金属切削过程基本规律 刀具几何参数 刀具材料 刀具设计与使用 教学重点: 刀具切削部分的材料的选择 掌握切削运动和切削用量的概念; 分清各种加工方法中主运动和进给运动; 掌握切削用量的计算方法。 教学难点: 各种加工方法中主运动和进给运动的划分; 切削用量的计算。 超硬刀具材料包括天然金刚石、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼三种。金刚石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非铁金属、耐磨材料和塑料,如铝及铝合金、黄铜、预烧结的硬质合金和陶瓷、石墨、玻璃纤维、橡胶及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬钢、喷涂材料、冷硬铸铁和耐热合金等。 天然金刚石是自然界最硬的材料,根据其质量的不同,硬度范围为HK8000~12000(HK,Knoop硬度,单位kgf/mm2),密度为3.48~3.56。由于天然金刚石是一种各向异性的单晶体,因此,在晶体上的取向不同,耐磨性及硬度也有差异,其耐热性为700~800℃。天然金刚石的耐磨性极好,刃口锋利,切削刃的钝圆半径可达0.01μm左右,刀具寿命可长达数百小时。但天然金刚石价格昂贵,因此主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求极高的零件的刀具,如加工磁盘、激光反射镜、感光鼓、多面镜等。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。 聚晶金刚石是由金刚石微粉在高温高压下聚合而成,因此不存在各向异性,其硬度比天然金刚石低,为HK6500~8000,价格便宜,焊接方便,可磨削性好,因此成为当前金刚石刀具的主要材料,可在大部分场合替代天然金刚石刀具。 用等离子CVD法开发的金刚石涂层刀具,其基体材料为硬质合金或氮化硅陶瓷,用途和聚晶金刚石相同。由于可在形状复杂的刀具(如硬质合金麻花钻、立铣刀、成形刀具及带断屑槽的刀片等)上进行涂层,故具有广阔的发展前途。 聚晶立方氮化硼是由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。由于成份及粒度的不同,聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV 3000~4500间变动,其耐热性达1200℃左右,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。 由于陶瓷、金刚石和立方氮化硼等材料韧性差、硬度高,因此要求使用这类刀具的机床刚性好、速度高、功率足够、主轴偏摆小,并且要求机床一夹具一工件一刀具系统的刚性好。只有这样才能充分发挥这些先进刀具材料的作用,取得良好的使用效果。 3.1.2 金属切削概述 2、切削运动 ⑴主运动 常见的切削运动 (3)主运动和进给运动的合成 3、工件表面 切削加工过程中,在切削运动的作用下,工件表面一层金属不断地被切下来变为切屑,从而加工出所需要的新的表面,在新表面形成的过程中,工件上有三个依次变化着的表面,它们分别是: 4、切削用量 (1)切削速度vc ⑵进给量f (3)背吃刀量(切削深度)ap 1、车刀的组成 (1)刀面 前刀面Aγ 刀具上切屑流过的表面; 后刀面Aα 与工件上切削表面相对的刀面; 副后刀面Aαˊ 与已加工表面相对的刀面。 (2)切削刃 1)刀具标注角度参考系种类 根据ISO3002/1-1997标准推荐,刀具标注角度参考系有: 正交平面参考系 法平面参考系 假定工作平面参考系 ①正交平面参考系(我国主要采用) 副正交平面中定义和标注的角度 副后角α。 ′: 副正交平面中测量副后刀面 与副切削平面之间的夹角。 ②法剖面参考系 (略) 法剖面参考系由pr、ps和法平面pn组成。其中法平面pn是过切削刃某选定点垂直于切削刃的平面。 ③假定工作平面、背平面静止参考系 假定工作平面参考系由pr、pf和pp组成。假定工作平面pf是过切削刃某选定点平行于假定进给运动并垂直于基面的平面。背平面pp是过切削刃某选定点既垂直于假定进给运动又垂直于基面的平面。 3.2.2 刀具的工作角度 例题: 2 切屑类型 切屑类型 3 切屑控制 4.积屑瘤 在一定切削速度范围内,加工钢材、有色金属等塑性材料时,在切削刃附近的前刀面上会出现一块高硬度的楔状金属,它包围着切削刃,且覆盖着部分前刀面,可代替切削刃对工件进行切削加工,这块硬度很高(约为工件材料的2~3倍)的金属称为积屑瘤。 ⑷控制积屑瘤的措施 降低工件材料的塑性 可减小刀具与切屑间的摩擦系数,减少粘结,抑制积屑瘤的生长。 控制切削速度 当切削速度控制为 10 m/min的低切削速度和 100 m/min的高切削速度时,前刀面不会产生积屑瘤。如图3-22所示。 增大刀具前角 可减小切削变 形和降低切削温度,从而可抑制积 屑瘤的生长。 合理使用切削液 既可减少切
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