1、1金属切削过程及表面质量2、组成零件的表面组成零件常见的表面：外园、内园、锥面、平面、螺纹、齿形、成形面、各种沟槽3、机床的切削运动1）切削运动要进行切削加工，刀具与工件之间必须具有一定的相对运动，以获得所需表面的形状，这种相对运动称为切削运动。切削运动分为：主运动； 进给运动 主运动是由机床或人力提供的主要运动，它促使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具前刀面接近工件。进给运动是由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件之间产生附加的相对运动，加上主运动即可得到所需几何特性的加工表面。运动方向： 主运动方向：为切削刃上选定点相对于工件的瞬时运动方向。 进给运动方向：是切削刃选定点相对于工件的瞬
2、时进给运动的方向。 2）切削用量三要素（重点）（1）切削速度 vc 或 v：是切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。计算公式如下：当主运动为旋转运动时 dn Vc= (m/s) 100060 或 dn Vc= (m/min) 1000 式中: d工件或刀具上某一点的回转直径（ mm） ； n工件或刀具的转速（r/min）当主运动为直线往复移动时，切削速度近似为 Vc=2Lnr/1000 60(m/S) 或 Vc=2Lnr/1000(m/min) 式中：L行程长度（mm） ； nr冲程次数（str/min）（2）进给量 f(feed)：是刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，可用刀具或工
3、件每转或每行程的位移量来度量和表述。单位为 mm/r。（3）切削深度 ap（吃刀量）：切削深度是已加工表面与待加工表面之间的垂直距离，单位为毫米（mm） 。或是在垂直于进给运动方向上测量的主切削刃切2入工件的深度。3）零件表面的成形方法切削加工的一个重要目的是为了获得零件上的各种表面。零件表面的成形方法有： 轨迹法：利用非成形刀具（如车刀） ，在一定的切削运动下，由刀尖轨迹获得零件所需表面。 成形法：利用成形刀具（成型铣刀） ，由刀刃的形状获得所需零件表面。 展成法：利用刀具（如锉刀）依次切出的若干微小面积而包络出所需表面。 4、切削加工的阶段：粗加工、半精加工、精加工、精密加工、超精密加工。
4、分阶段加工优点： 1）避免毛坯内应力的释放而影响加工精度； 2）避免粗加工时较大的夹紧力和切削力所引起的弹性变 形和热变形对精度的影响； 3）先粗加工可及时发现毛坯内在缺陷； 4）合理使用机床； 5）便于工艺过程中热处理工序的安排。（3）刀具标注角度1）前角 o 前刀面与基面间的夹角，在正交平面中测量。作用：使刃口锋利，其大小影响切削刃的强度。通常 o=5o-25o。2）背前角 p 前刀面与基面间的夹角，在背平面中测量。3）后角 o 主后刀面与切削平面间的夹角，在正交平面内测量。 4）背后角 p 主后刀面与切削平面间的夹角，在背平面内测量。5）主偏角 r 切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面
5、内测量。作用：它的大小影响背向力 Fp 与进给力 Ff 的比例及刀具的寿命。 通常：外圆车刀为 90、 75、60、45 。6）副偏角 r 副切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面内测量。作用：减少副切削刃与工件已加工表面的磨损，减少切削振动。其大小影响工件表面残留面积的大小。 3通常: r =5157）刃倾角 s 主切削刃与基面间的夹角，在切削平面内测量。 作用：其大小影响刀尖的强度及切屑的流向。2、刀具材料（1）刀具材料的切削性能要求 由于刀具的工作条件是高温、高压、以及与工件、切屑间的强烈摩擦，同时伴随产生化学作用，刀具将迅速磨损或破损，因此刀具材料应满足以下要求： 高的硬度和耐磨性；
6、足够的强度和韧性； 高耐热性（热稳定性） 。 此外，刀具材料还应具有在高温下坑氧化的能力，以及良好的抗粘结和扩散的能力(即良好的化学稳定性)。良好的工艺性能：工艺性能是指：a 、锻造性能； b、热处理性能； c、高温塑性变形能力； e、磨削加工性能；经济性。 一般原则：利用本地资源，结省贵重金属。切削性能的可预测性（2）刀具材料的种类及性能特点常用刀具材料类型：（性能） 碳素工具钢：T10A、T12A，用于生产底速切削刀具； 合金工具钢；9S iCr 、C rWMn 高速钢； 硬质合金； 陶瓷； 金刚石； 立方氮化硼三、积屑瘤的形成及影响1、形成条件：切削速度不高，加工塑性金属，形成连续切屑。
7、2、切屑瘤与温度的关系：切屑瘤随温度升高而长大。 当 Q=300350时达到最大值； 当 Q500时无积屑瘤产生。3、积屑瘤高度与切削速度关系示意图44、积屑瘤对切削过程的影响： （1）使前角增大； （2）增大切削深度； （3）增大了表面粗糙度：在已加工表面形成犁沟； 脱落时在工件表面上形成毛刺； 积屑瘤不断产生和削失，会产生切削力波动, 产生振动，引起振纹。（4）加剧刀具磨损5、防止积屑瘤的措施： （1）降低切削速度，使温度降低，避免发生粘结； （2）高速切削，使切削温度升高到积屑瘤消失的温度； （3）采用润滑性能良好的切削液； （4）增大刀具前角，以减小切屑接触区压力； （5）提高材料硬度
8、。1、表面粗糙度（Ra）表面粗糙度对零件使用性能的影响： 减小接触面积，增大磨损； 影响密封性； 易产生应力集中，降低抗疲劳强度； 在凹谷处存储有害谷质，易使零件腐蚀。表面粗糙度分类：纵向粗糙度; 横向粗糙度。产生表面粗糙度原因：几何因素引起； 切削过程中的不稳定因素。1）残留面积高度 I当 r 0 时, R max= /8 r II当 r =0 时，R max= /(ctgkr+ ctgkr)2）积屑瘤对表面粗糙度影响（产生犁沟、毛刺、振动）3）鳞刺鳞刺形成过程分四个阶段：抹拭阶段、导裂阶段、层积阶段、切屑阶段抑制鳞刺措施：（1）减小切削厚度 ac； （2）采用润滑性能好的切消液； （3）采
9、用硬质合金或高硬刀具，进行高速切削； （4）采用人工加热切削区的措施。4）切削过程中的变形对表面粗糙度的影响。5 挤裂切屑；单元切屑；崩脆切屑；表面波浪形的形成；表面凹坑的形成。5）刀具边界摩损对表面粗糙度的影响6)振动对已加工表面粗糙度的影响 加工系统的振动分为：a、强迫振动； b、自激振动。(1)强迫振动 它是由外来的周期性或非周期性振动的外力而产生 的振动。 特点：工件表面振痕频率=外来激振力的频率产生原因：（1）高速旋转件不平衡； （2）往复运动机构换向时的惯性力引起； （3）液压传动中的油压脉动； （4）切削过程中断续切削引起的。消振措施：（1）消振：提高传动件的制造、装配精度； 降
10、低往复运动件的速度。 （2）隔振：电机与机床用橡皮隔开； 油泵与机床分开，并采用软管连接。（3）提高机床或工艺系统刚度自激振动是没有外来周期性的激振力的作用下产生的振动，切屑过程中自发产生，停止加工自行消失。产生原因： 切屑厚度（a c）变化或吃刀深度（ ap）变化； 积屑瘤脱落； 工件刚性差； 刀具几何参数不合理。特点： 自激振动频率=系统的固有频率减小振动措施： 提高机床工件刀具系统的刚性； 合理选择切屑用量； 合理选择刀具几何参数。切削力 Fc是总切削力在主运动方向的正投影，消耗机床总功率95%99%。 进给力 Ff是总切削力在进给运动方向的正投影，只消耗机床功率 15%。 背向力 Fp
11、是总切削力在垂直于工作平面上的分力，不消耗机床功率（易引起切削振动，影响加工精度） 。 特种加工工艺基础2、火花加工的条件： 1）电流密度达 105106A/cm2； 2）放电为短时间的脉冲放电(放电持续时间为 107103s) ；6 3）两次脉冲放电要有足够的仃歇时间，以便使绝缘介质恢复其介电能力； 4）工具与工件之间始终维持一定的间隙(一般为 0.01 0.05)； 5）必须在具有一定绝缘强度（10 3107cm）的液体介质中进行。3、电火花加工的特点：（1）可加工硬、脆、韧及高熔点材料； （2）加工时无明显的机械力； （3）工件表面的热影响很小； （4）在同一台机床上可进行粗、中、精及精
12、微加工。4、极性效应：定义：由于极性不同而发生蚀除速度不一样的现象叫做极性效应。“负极性”加工：把工件接脉冲电源负极。 应用：用于粗、中精度加工。 脉宽：t on 50 s“正极性”加工：把工件接脉冲电源正极。 应用：用于精及精微加工。 脉宽：t on IT8，基本尺寸3mm 的 N，其基本偏差 ES=0。特殊规则当孔、轴基本偏差代号相对应时，孔的基本偏差 ES 和轴的基本偏差 ei符号相反，而绝对值相差一个 值。(因为在较高公差等级中,孔比同级的轴加工困难,常采用孔比轴低一级相配,并要求两种基准制所形成的配合相同.)由此得出孔的基本偏差 ES= ei+ = IT nIT n1式中：IT n某
13、一级孔的标准公差；IT n1比某一级孔高一级的轴的标准公差。注：特殊规则适用于基本尺寸至 500mm，标准公差IT8 的 J、K 、M、N 和IT7 级的 PZC。国家标准规定的公差带与配合根据 GB180079 “总论”规定的 20 个等级的标准公差和 28 种基本偏差，可以组成很多种公差带（孔有 543 种，轴有 544 种） 。由孔、轴公差带又能组成大量的配合。但这将增加零件、定值刀、量具和工艺装备的品种和规格，所以对所选用的公差带与配合作了必要的限制。公差与配合的选用基准制的选用原则： 一般情况下，应优先选用基孔制；与标准件配合时，基准制的选择通常依标准件而定为了满足配合的特殊需要，允
14、许采用任一孔、公差带组成配合。 公差等级的选用原则：1、对于基本尺寸500mm 的较高等级的配合，当标准公差IT8 时，国家标准推荐IT（n）孔=IT（n1）轴。但对标准公差IT8 或基本尺寸500mm 的配合，推荐 IT（n）孔=IT（n）轴。2、选择公差等级，既要满足设计要求，又要考虑工艺 的可能性和经济性。既在满足使用要求的情况下，尽量扩大公差值（选用较低的公差等级） 。国家标准推荐的公差等级的应用范围：25IT01、IT0、IT1 级一般用于高精度量块和其它 精密尺寸标准块的公差（既相当于量块的 1、2、3 级精度的公差） ；IT2IT5 级用于特别精密零件的配合；IT5 IT12 级
15、用于配合尺寸公差（其中轴 IT5、孔 IT6 用于高精密和重要的配合处） ；IT6（孔到 IT7）级用于要求精密配合的情况。IT7 IT8 级用于一般精度要求的配合。IT9 IT10 级用于一般要求的地方，或精度要求较高的槽宽的配合;IT11 IT12 级用于不重要的配合；IT12 IT18 级用于未注尺寸公差的尺寸精度，包括冲压件、铸锻件的公差等。配合的选用分析零件的工作条件及使用要求了解各类配合的特性和应用间隙配合的特性具有间隙。主要用于结合件有相对运动的配合（包括旋转运动和轴向滑动） ，也可用于一般的定位配合。过盈配合的特性具有过盈。主要用于结合件没有相对运动的配合。过盈不大时，用键连接
16、传递扭矩（可以拆卸） ；过盈大时，靠孔轴结合力传递扭矩（不能拆卸） 。过渡配合的特性可能具有间隙，也可能具有过盈，但所得到的间隙和过盈量，一般比较小。主要用于定位精确并要求拆卸的相对静止的联结。 形状和位置公差在零件加工过程中，由于工件、刀具和机床的变形，相对运动关系的不准确，各种频率的振动以及定位不准确等原因，不仅会使工件产生尺寸误差，还会使几何要素的实际形状和位置相对于理想形状和位置产生差异，这就是形状和位置误差（简称形位误差）形位误差对零件的使用性能影响影响工作精度影响工作寿命影响可装配性规定形状和位置公差（简称形位公差）形位公差的研究对象-几何要素要素是指零件上的特征部分点、线或面等要
17、素可分为理想要素和实际要素：理想要素是指具有几何学意义的要素，没有形位误差；实际要素是指零件上实际存在的要素。单一要素和关联要素：单一要素是指仅对其要素本身提出形状公差要求的要素；关联要素是指与其他要素有功能关系的要素，即在图样上给出位置公差的要素。形状公差形状公差是指单一实际要素的形状所允许的变动全量。26用形状公差带表达。形状公差带是限制实际要素变动的区域，零件实际要素在该区域内为合格。 形状公差带包括：形状、方向、位置和大小等。形状公差的公差值用公差带的宽度或直径来表示。直线度直线度公差用于控制直线、轴线的形状误差。根据零件的功能要求，直线度可分为在给定平面内、在给定方向上和任意方向上三
18、种情况。在给定平面内公差带是距离为公差值 t 的两平行直线之间的区域。在给定方向上分为：给定一个方向公差带是距离为公差值 t 的两平行平面之间的区域。 给定两个方向公差带是正截面为 t1 t2 的四棱柱内的区域。任意方向上公差带是直径为公差值 t 的圆柱面内的区域。标准中规定，在形位公差值前加注“”，表示其公差带为一圆柱体。当被测要素为轴心线或中心平面等中心要素时，指引线的箭头应与尺寸线对齐平面度平面度公差是限制实际表面对理想平面变动量的指标平面度公差带是距离为公差值 t 的两平行平面之间的区域圆度圆度公差是限制实际圆对理想圆变动量的指标圆度公差带是垂直于轴线的任意正截面上半径差为公差值 t
19、的两同心圆之间的区域。圆柱度圆柱度公差是限制实际圆柱面对理想圆柱面变动量的指标圆柱度公差带是半径差为公差值 t 的两同心轴圆柱面之间的区域。线轮廓度线轮廓度公差是限制实际曲线对理想曲线变动量的指标线轮廓度公差带是包络一系列直径为公差值 t 的圆的两包络线之间的区域，诸圆圆心应位于理想轮廓线上，而该轮廓的理想形状由图中标注的理论正确尺寸确定。 面轮廓度面轮廓度公差是限制实际曲面对理想曲面变动量的指标面轮廓度公差带是包络一系列直径为公差值 t 的球的两包络面之间的区域，诸球球心应位于理想轮廓面上。位置公差位置公差是指关联实际要素的位置对基准所允许的变动全量。 位置公差带是限制关联实际要素的变动的区
20、域，被测实际要素位于此区域内为合格。位置公差又分为定向公差、定位公差和跳动公差三类。定向公差27定向公差是指关联实际要素对基准在方向上允许的变动全量。它包括平行度、垂直度和倾斜度三种平行度平行度公差是限制实际要素对基准在平行方向上变动量的指标当两要素互相平行时，用平行度公差控制被测要素对基准的方向误差垂直度垂直度公差是限制实际要素对基准在垂直方向上变动量的指标当两要素互相垂直时，用垂直度公差控制被测要素对基准的方向误差倾斜度倾斜度公差是限制实际要素对基准在倾斜方向上变动量的指标当两要素在 0到 90之间的某一角度时，用倾斜度公差控制被测要素对基准的方向误差 定位公差定位公差是关联实际要素对基准
21、在位置上允许的变动全量。这类公差包括同轴度、对称度和位置度三种。同轴度同轴度用于控制零件的被测轴线对基准轴线的同轴度误差。同轴度公差带是直径为公差值 t，且与基准轴线同轴的圆柱面内的区域。 对称度对称度用于控制被测要素中心平面（或轴线）的共面（或共线）性误差。对称度公差带是距离为公差值 t，且相对于基准中心平面（或中心线、轴线）对称配置的两平行平面（或直线）之间的区域位置度位置度用于控制被测要素（点、线、面）对基准的位置误差。 根据零件的功能要求，位置公差可分为给定一个方向、给定两个方向和任意方向三种。位置度通常用于控制具有孔组的零件各孔轴线的位置误差。孔组的位置精度要求有两方面：组内各孔之间
22、的相互位置精度；孔组相对与基准面的位置精度。跳动公差跳动公差是用跳动量控制被测要素形状和位置变动量的综合指标跳动公差分为圆跳动与全跳动。圆跳动圆跳动是被测要素围绕基准轴线，在无轴向移动的前提下，在任一测量平面内旋转一周时的最大变动量，即最大跳动量与最小跳动量之差。圆跳动分为径向圆跳动、端面圆跳动和斜向圆跳动三种。径向圆跳动其公差带是在垂直于基准轴线的任一测量平面内，半径差为公差值 t，且圆心在基准轴线上的两个同心圆之间的区域。端面圆跳动其公差带是在与基准轴线同轴的任一直径位置上的测量圆柱面上，沿母线方向宽度为公差值 t 的圆柱面区域。全跳动全跳动是被测要素绕基准轴线在无轴向移动的前提下旋转，在
23、整个表面上的最大变动量，即最大跳动量与最小跳动量示值之差全跳动分为径向全跳动和端面全跳动。28径向全跳动其公差带是半径差为公差值 t，且与基准轴线同轴的两圆柱面之间的区域。端面全跳动其公差带是距离为公差值 t，且与基准轴线垂直的两平行平面之间的区域。形位公差的选择形位公差项目及基准要素的选择 形位公差项目的选择主要从被测要素的几何特征、功能要求、测量方便性，项目本身的特点及零件的加工工艺等几个方面来考虑。几何特征功能要求:即零件在机器中的使用要求，如：印刷机滚筒的圆柱面-可选圆柱度；机床导轨-可选直线度或平面度；安全齿轮轴的箱体孔-可选平行度。测量方便性：如轴类零件，可用径向全跳动综合控制圆柱
24、度、同轴度，用端面全跳动代替端面对轴的垂直度，因为跳动误差的检测方便，又能较好地控制相应的形位误差项目。零件的加工工艺：如齿轮，由于端面要作为齿形加工的基准，所以标注了端面对轴线的圆跳动。 基准选择主要根据零件在机器上的安装位置、作用、结构特点以及加工和检测要求来考虑。根据需要，可以选择单一基准、公共基准和三基面体系。基准要素通常应具有较高的形状精度，它的长度较大，面积较大，刚度较大。在功能上，基准要素应该是零件在机器上的安装基准或工作基准。形位公差数值（或公差等级）的选择 确定形位公差的方法有类比法和计算法。通常多按类比法确定其公差值。类比法是参考现有手册和资料，参照经过验证的类似产品的零、
25、部件，通过对比分析，确定其公差值。总原则：在满足零件功能要求的前提下选取最经济的公差值。按形位公差标准规定:零件所要求的形位公差值若用一般机床加工就能保证时,则不必在图纸上注出,而按形状和位置公差 未注公差值中的规定确定其公差值,且生产中也不需检查.若零件所要求的形位公差值小于未注公差值时,应在图纸上标出.其值应根据零件的功能要求,并考虑加工经济性和零件的结构特点按相应的公差表选取.形位公差等级 线面轮廓度及位置度未规定公差等级。直线度、平面度、平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称度、圆跳动和全跳动为 12 级，即 1-12 级精度依次降低。圆度和圆柱度为 13 级，0-12 级，精度依次降低
26、按类比法确定形位公差值应考虑的因素：在同一要素上给定的形状公差值应小于位置公差值。（如同一平面上，平面度公差值应小于该平面对基准的平行度公差。 ）圆柱形零件的形状公差值（轴线直线度除外） ，一般情况下应小于其尺寸公差值。29平行度公差值应小于其相应的距离公差值。对于下列情况，考虑到加工难易程度和除主参数外其他参数的影响，再满足零件功能要求下，适当降低 12 级选用。孔相对于轴。细长比较大的轴或孔。距离较大的轴或孔。宽度较大（一般大于 1/2 长度）的零件表面。线对线和线对面相对于面对面的平行度或垂直度。塑料模具材料及热处理表面磨损失效 型腔表面粗糙度严重恶化 尺寸变化模具表面受腐蚀 塑性变形失
27、效 断裂失效 塑料模具材料的使用性能要求硬度、耐磨性和耐蚀性 强度、韧性和疲劳强度 耐热性 尺寸稳定性 热导性 塑料模具材料的工艺性能要求切削加工性和表面抛光性 塑性加工性 电加工性 热处理工艺性 表面处理工艺性 表面刻蚀性能和镜面加工性能 焊接性 塑料模具用钢按化学成分碳素钢、 合金钢按用途结构钢、工具钢、特殊性能钢按质量普通钢、优质钢、高级优质钢合金结构钢含碳量的万分数元素符号百分数合金含量1.5%不标高级优质钢A3016Mn 20Cr 40Mn2 30CrMnSi 38CrMoAlA合金工具钢含碳量含碳量的千分数元素符号百分数含碳量不标：9Cr2 CrWMn 9SiCr W18Cr4V特
28、殊性能钢：不锈钢（2Cr13、1Cr18Ni9）热处理工艺钢在加热时的组织转变热处理时首先加热，目的是使钢获得均匀的奥氏体组织。这种加热转变过程称为钢的奥氏体化。保温是为了使工件表面与中心部的温度趋于一致,并获得均匀的奥氏体组织,以便在冷却转变时得到良好的组织和性能.内容钢在加热和冷却时的相变温度 奥氏体的形成奥氏体晶粒的长大 奥氏体的形成过程 奥氏体晶粒的长大当珠光体刚全部转变为奥氏体时，奥氏体晶粒还是很细小的。此时将奥氏体冷却后得到的组织晶粒也细小。如果在形成奥氏体后继续升温或延长保温时间，会使奥氏体晶粒逐渐长大。晶粒的长大是依靠较大晶粒吞并较小晶粒和晶界迁移的方式进行的。为了控制奥氏体晶粒长大,可采取合理选择加热温度和保温时间,合理选择钢的原始组织以及加入一定量的合金元素等措施. 动态观察奥氏体晶粒长大 钢在冷却时的组织转变钢的最终力学性能主要取决于奥氏体冷却转变后得到的组织内容冷却方式过冷奥氏体的等温转变过冷奥氏体连续冷却转变奥氏体晶粒大小与力学性能的关系 过冷奥氏体等温转变曲线冷却方式 珠光体转变过程分析 过冷奥氏体的等温转变过冷奥氏体-奥氏体冷却到临界温度以下，则处于热力学的不稳定状态在不同过冷度的温度区间等温，发生三种组织转变珠光体转变贝氏体转变马氏体转变
