1、第 4 章 材料切削加工基础,切削加工,机工是通过工人操纵机床来完成切削加工的，其主要方法有车、钻、刨、铣、磨及齿轮加工 等。所用的机床为车床、钻床、刨床、铣床、磨床及齿轮加工机床等。,钳工一般是通过工人手持工具来进行切削加工比钳工常用的加工方法有划线、堑切、 锯、铿、刮、研、钻孔和铰孔、攻丝和旁相等,机械加工 (简称机工),钳 工,4. 1 切削加工成形工艺基础,某工厂切削加工的产品,4. 1. 1 零件表面的形成,图 4-1 零件表面的形成,1. 切削运动 主运动：使刀具和工件产生相对运动以进行切削的最基本的运动。进给运动：使主运动能够连续切削工件以形成工件表面所需的运动。,4. 1. 2
2、 切削运动和切削要素,2. 工件上形成的表面待加工表面已加工表面过渡表面（正加工表面）,图 4-2 工件上形成的表面,3. 切削运动的三要素切削速度 Vc ：在单位时间内，工件和刀具沿主运动方向的相对位移。单位为 m/s 或 m/min。进给量 f ：工件或刀具运动在一个工作循环（或单位时间）内，刀具与工件之间沿进给运动方向的相对位移。切削深度（背吃刀量） ap ：待加工表面与已加工表面间的垂直距离，单位为mm。,4. 切削层几何参数切削厚度 ac=f Sin kr切削宽度 aw= ap/ Sin kr切削层面积 Ac= ac aw=f ap,1. 刀具材料的要求较高的硬度 足够的强度和韧性较
3、好的耐磨性较高的耐热性 较好的工艺性,4. 1. 3 刀具材料及结构,2. 常用的刀具材料 目前在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼等。使用最多的刀具材料是高速钢和硬质合金。,1）高速钢它是含W、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。它的耐热性、硬度和耐磨性虽低于硬质合金，但强度和韧性高于硬质合金，工艺性较硬质合金好而且价格也比硬质合金低。普通高速钢如 W18Cr 4V 和W6Mo5Cr 4V是国内使用最为普通的刀具材料，常温硬度达 70 HRC 左右，650 时仍可保持 60 HRC，广泛地用于制造各种形状较为复杂的刀具，如麻花钻、铣
4、刀、拉刀、齿轮刀具和其他成形刀具等。,2）硬质合金它是以高硬度、高熔点的金属碳化物（如WC、TIC 等）作基料以金属Co等作粘结剂用粉末冶金的方法而制成的一种合金，硬度可达 80HRC， 1000以内的高温下仍可保持 6570HRC。它的硬度高、耐磨性好、耐热性高、允许的切削速度比高速钢高数倍。但其强度和韧性均较高速钢低，工艺性也不如高速钢。因此，硬质合金常制成各种型式的刀片，焊接或机械夹固在车刀、刨刀、端铣刀等的刀体（刀杆）上使用。,国产的硬质合金一般分为两大类：一类是由 WC 和 Co 组成的钨鈷类（YG类）： YG类硬质合金韧性较好但切削韧性材料时，耐磨性较差，因此它适于加工铸铁、青铜等
5、脆性材科。常用的牌号有 YG6X、YG6X、YG6、YG 8 等，其中数字表示 Co 含量的百分率。 Co 的含量少者脆。 一类是由 WC、TiC 和 Co 组成的钨钛鈷类（YT类）：硬度和、耐磨性较高，适合高速切削钢料。常用的牌号有 YT5、YT14、YT15、YT30 等。,3）陶瓷硬度高达 85 HRC，在 1450 以内的高温下仍保持高硬度，能承受的切削速度比硬质合金的更高，但抗弯强度低，冲击韧度差，主要用于半精加工、精加工高硬度、高强度材料。,4）人造金刚石硬度高达 10000 HV，可加工硬质合金、陶瓷、耐磨塑料、玻璃等硬脆材料，但不宜加工钢铁材料。,5）立方氮化硼硬度和耐磨性仅次
6、于金刚石，但耐热性高于金刚石，可达 1500 以内的高温。可加工铁族及非铁族难加工材料。,切削刀具的种类很多，但它们切削部分的几何要素和几何角度有着共同的特征。如图 8-3 所示，各种多齿刀具和复杂刀具，就其一个刀齿而言，都相当于一把车刀的刀头。故先从车刀入手讨论刀具角度问题。,图 4-3 刀具的切削部分,3. 刀具切削部分的几何参数,1）车刀切削部分的组成要素,车刀切削部分是由三个刀面组成： (1) 前刀面 切屑被切下以后从刀具切削部分流出所经过的表面。 (2) 主后刀面 在切削过程中，刀具上与工件的加工表面相对的表面。 (3) 副后刀面 在切削过程中，刀具上与工件的已加工表面相对的表面,图
7、 4-4 外圆车刀,前刀面与主后刀面的交线称为主切削刃；切削时，主要的切削工作由它来负担。 前刀面与副后刀面的交线称为副切削刃，切削过程中，它也起一定的切削作用，但不很明显。 主切削刃和副切削刃相交的地方称为刀尖。实际上，刀尖并非绝对尖锐而是一段过渡圆弧或直线。,为了确定上述刀面和切削刃的空间位置，首先要建立起由三个辅助平面组成的坐标参考系。并以它为基准，用角度值来反映刀面和切削刃的空间位置。,2）车刀切削部分的主要角度,图 4-5 刀具参考系平面,车刀标注角度的参考平面辅助平面,基面：通过主切 削刃上某一点，与 该点切削速度方 向垂直的平面，用 Pr 表示。,切削平面： 通过 主切削刃上某一
8、 点，与该点加工表 面相切的平面，用 Ps表示。它包含切 削速度。,主剖面： 通过主切 削刃上某一点，与 主切削刃在基面 上投影垂直的平面， 用Po表示。主剖面 垂直于基面和切削 平面，故又称正交 平面。,三个辅助平面互相垂直,图 4-6 刀具参考系平面,车刀的标注角度,标注角度：即在刀具图纸上标注的角度，也即静止参照系中的刀具角度是刀具制造和刃磨的依据。车刀的主要标注角度有以下几个：,图 4-7 车刀的主要标注角度,a. 前角 ro 在主剖面中，前刀面与基面之夹角。根据前刀面和基面相对位置的不同，正前角、零度前角和负前角。b. 后角o 在主剖面中，主后刀面与切削平面之夹角。,图 4-8 前角
9、的正与负,图 4-9 前角的作用,c. 主偏角 Kr 主切削刃在基面 Pr 的投影与进给运动方向的夹角。d. 副偏角 K r 副切削刃在基面 Pr 的投影与进给运动方向的夹角。,图 4-10 主偏角对切削曾参数的影响,图 4-11 主、副偏角对残留面积的影响,e. 刃倾角s在切削平面上测量的主切削刃与基面的夹角。当刀尖在主切削刃上为最高点时，s 为正值，当刀尖在主切削刃上为最低点时，s 为负值。,图 4-12 刃倾角对刀具排屑方向的影响,刀具的工作角度,车刀工作角度：指在工作参照系中定义的刀具角度。它考虑了合成运动和刀具安装条件的影响。一般情况下进给运动对合成运动的影响科忽略，车刀的工作角度近
10、似于标注角度，但在切断、车螺纹及车非圆柱表面时，要考虑进给运动的影响。,图 4-13 车刀的安装高度对刀具前角和后角的影响,图 4-14 车刀随小刀架转动对刀具主、副偏角的影响,1. 切削形成过程切屑形成过程模拟,4. 2 金属切削加工基础理论,图 4-15 切削的形成,2. 切屑的种类1）带状切屑2）挤裂切屑3）单元切屑4）崩碎切屑,切屑种类切削铸铁,图 4-16 切屑的种类,3. 积屑瘤在一定切削速度范围下切削塑性金属时粘附在刀具前刀面的一小块坚硬的金属，叫做积屑瘤（neoplasm of chip）1）积屑瘤的形成2）对切削加工的影响3）积屑瘤的控制,图 4-17 积屑瘤的形成,图 8-
11、18 积屑瘤,4. 刀具的磨损和耐用度刀具耐用度（cutting life）是指刀具从开始切削至达到磨损限度为止的切削时间，常以分钟表示。刀具耐用度数值一般根据工厂具体生产条件来制订，较难确定统一的标准，有关资料中有推荐的某些工厂耐用度值 。影响刀具耐用度的因素较多，其中主要因素是切削温度。因此，切削用量中，影响最大的是切削速度，切削速度稍加提高，耐用度就明显降低，直接影响生产率。其次是进给量和背吃刀量。因此切削加工时，应合理选好切削用量。,第 5 章 典型表面的加工,组成零件的表面主要有外圆面、孔面、平面、成形面、螺纹表面和齿轮齿面等。零件使用性能的发挥，要求上述表面应具有一定的形状和尺寸，
12、同时还要求达到一定的技术要求，如尺寸精度、形状精度，相互间位置精度和表面质量等。,由于零件的结构特点、材料性能和加工要求的不同，所采用的加工方法也不一样。常见表面如外圆面、孔面、平面加工的技术要求及主要加工方式见表 8-1。,表 5-1 外圆面、孔面、平面加工技术要求及主要加工方式,5. 1 外圆加工,1. 车削外圆1）粗车：以提高生产率为主要目的，对加工质量无太高要求，多使用切削部分强度高的外圆车刀，以较大的背吃刀量、较大的进给量和较低的切削速度，尽快地从毛坯上切去大部分多余的金属层。,切削机械：车床、磨床车削加工产品 车床1 车床2 车床3 磨床加工及零件立车（图片）,2）半精车：目的是提
13、高精度和减小表面粗糙度值，可作为中等精度外圆的终加工，亦可作为精加工外圆前的预加工。半精车的背吃刀量和进给量较粗车时小。半精车的尺寸精度可达公差等级ITl0IT9，表面粗糙度 Ra 值为 6.33.2 m 。,3）精车：主要目的是保证零件所要求的精度和表面粗糙度。一般以较小的背吃刀量、较小的进给量、高速、或低速进行精车。精车的尺寸精度可达公差等级IT8IT7，表面租糙度 Ra 值为 1.60.8 m 。,4）精细车：一般适合技术要求高的有色金属零件的加工，是代替磨削的光整加工。精细车所用机床应有很高的精度和刚度，多使用切削部分经仔细刃磨的金刚石车刀。采用很小的背吃刀量 (0.05mm)、小的进
14、给量 (f=0.020.2mm/r) 和高的切削速度(2.6m/s)。精细车的尺寸精度可达公差等级IT6IT5，表面粗糙度 Ra 值为 0.40.1 m 。,2. 磨削外圆1）磨削方法a. 纵磨法 b. 横磨法 c.深磨法 d. 无心外圆磨法,图5-1 纵磨法,图5-2 横磨法,图5-3 深磨法,图5-4 无心外圆磨削 1-工件 2-磨削轮 3-托板 4-导轮,3. 研磨外圆研磨是用研磨工具和研磨剂，从工件上研去一层极薄表面层的精加工方法。研磨时，研具以一定的压力作用于工作表面，二者作复杂的相对运动，靠研磨剂的机械及化学作用，从工件表面切除一层极微薄的金属层，从而获得高精度和低的表面粗糙度值。
15、研磨外圆尺寸精度可达公差等级 IT6IT5，表面粗糙度值可达 0.10.008 m 。,2）磨削特点a. 精度高、表面粗糙度小b. 磨削温度高c. 适宜磨削高硬度材料d. 径向力较大,4. 抛光外圆抛光是利用机械、化学或电化学的作用，使工件获得光亮、平整表面的加工方法。抛光轮用棉织品、皮革、毛毡、橡胶、或压制纸板等材料叠制而成，具有一定弹性。抛光膏由磨料和油脂（硬脂酸、石蜡、煤油）调制而成。,抛光工艺特点:方法简便、成本低 b. 适宜曲面的加工 c. 不能提高加工精度,5. 外圆加工方案选择,图8-2-5 外圆加工方案,中等精度，表面粗糙度可达3.2 m,5. 外圆加工方案选择,图8-2-5
16、外圆加工方案,较高精度，表面粗糙度可达0.8 m,5. 外圆加工方案选择,图8-2-5 外圆加工方案,高精度，适宜加工非铁金属件，表面粗糙度可达0.2 m,5. 外圆加工方案选择,图8-2-5 外圆加工方案,高精度，不宜加工非铁金属件，表面粗糙度可达0.2 m,5. 2 孔的加工,孔加工 钻头 钻孔（台式） 钻孔（立式） 模板导向钻孔 扩孔及扩孔钻 钻孔、扩孔 铰孔及铰刀 攻丝 车床上钻、扩、铰 车床镗孔 镗床1 镗孔1 镗孔2 可调镗刀镗孔 镗床2 图片 拉削加工孔,5. 3 平面加工,刨削：牛头刨 龙门刨（图片） 实拍1 实拍2 铣削：立铣平面 卧铣斜齿轮 立铣各型沟槽 拉削：拉削平面（连
17、杆断面） 拉削平面（缸体） 插削：插削（齿轮、方孔、键槽等） 插削竖平面（图片） 磨削：磨平面,1. 平面加工方法,图 5-5 平面加工方案,2. 平面加工方案选择,5. 3 数控加工,数控车 数控铣 加工中心 工业机器人 柔性制造系统,柴油机油底壳加工生产线,德国德玛吉加工中心： 零件加工1 零件加工2 零件加工3 零件加工4视频介绍 1 2,德国哈默加工中心：加工汽车轮毂 加工 叶片 加工螺旋伞齿轮,5. 4 零件的结构工艺性,表 5-1 零件结构工艺性举例,第 6 章 特种加工及材料成形新工艺,电火花加工,快速成形,电火花加工介绍,电火花加工原理,电火花加工螺纹,德国EOS激光烧结机,快速成形介绍,下一张,返回,返回,下一张,返回,返回,第 7 章 机械加工工艺过程,教学视频,
