机械制造工艺基础第五版教案

机械制造工艺基础第五版教案内容摘要：

相对运动中，切除工件上的多余材料，得到预想的工件形状、尺寸和表面质量的加工方法。 分 机加工 和 钳加工。 机加工是工人操作机床完成，按切削加工所用切削工具类型可分为两类：一类是利用刀具进行加工，另一类是利用磨料进行加工。 钳工是工人在钳台上用手持工具来加工的。 钳加工的主要内容：划线、打样冲眼、锯削、錾削、锉削以及钻孔等。 167。 41 切削运动与切削用量 a)车外圆面 b)磨外圆面 c)钻孔 d)车床上镗孔 e)刨平面 f)铣平面 g)车成形面 h)铣成形面 一、零件表面的形成及切削运动 （一）表面的形成 零件的表面主要有以下几种组成：外圆面、内圆面、平面、和成形面 外圆面和内圆面是以某一直线为母线，以圆为轨迹，作旋转运动时所形成的表面。 平面是以一直线为母线，以另一条直线为轨迹，作平移运动所形成的表面。 成形面是以曲线为母线，以圆或直线为轨迹，作旋转或平移运动时所形成的表面。 （二）切削运动 1． 主运动 ―― 主要完成切削的运动，消耗功率最多，一种加工主运动只有一个。 2． 进给运动 ――使切削加工保持连续进行，一种加工可以有一种（或以上）的进给运动。 （进给运动可以是连续的也可以是间歇的） 实际的切削运动是一个合成运动。 合成切削速度： 二、切削用量 1. 切削速度ν：在单位时间内，工件和刀具沿主运动方向的相对位移。 （ m/s 或 m/min） ,车削时一般算工件最大切削直径处的线速度。 计算公式： ν =π dw n/1000 60 （ m/s） 或ν =π dw n/1000（ m/min） dw—— 待加工表面直径（ mm）； n—— 工件 转速 (r/min) 2．进给量 f：刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，车削时为（ mm/r）；刨削时为（ mm/str） (毫米 /往复行程 )，其他切削加工也可以用进给速度 （ mm/s、mm/min、 m/min），和每齿进给量（ mm/z）来衡量。 3．背吃刀量（切削深度） ap:工件已加工表面和待加工表面的垂直距离（ mm）。 三、切削层参数 1．切削厚度 hD――垂直与切削刃的方向上度量的切削层截面的尺寸。 （ mm） 2．切削宽度 bD――沿切削刃方向度量的切削层截面的尺寸。 (mm) 3．切削面积 AD――给定瞬间，切 削层在切削层尺寸平面里的横截面积。 167。 42 刀具几何形状和材料 一、刀具切削部分的几何形状 以车刀为例说明刀具的切削部分的结构要素和几何角度。 1．刀具切削部分的组成 外圆车刀由三个刀面，两条切削刃和一个刀尖组成。 （ 1）前刀面――刀具上切屑流过的表面（ AУ）。 （ 2）后刀面――刀具上与过渡表面相对的是主后刀面 ( Aа )。 与已加工表面相对的是副后刀面 (Aа ’)。 rA（ 3）切削刃――前刀面与主后刀面相交形成的交线称为主切削刃（ S），它完成主要的切削工作。 前刀面与副后刀面相交形成的是副切削刃 ( S’) 它完成部分的切削工作，并最终形成己加工表面。 （ 4）刀尖――主、副切削刃的连接部位。 图 车刀切削部分的主要角度 （ 1）刀具静止参考系――选定适当组合的基准坐标平面作为参考系。 用于定义刀具设计、制造、刃磨和测量时几何参数的参考系，称为刀具静止参考系。 ① 基面――过切削刃选定点，垂直于该点假定主运动方向的平面（ Pr）； ② 切削平面――过切削刃选定点，与切削刃相切，并垂直于基面的平面，主切削平面（ Ps），副切削平面（ P180。 s）； ③ 正交平面――过切削刃选定点，并同时垂直于基面和切削平面的平面（ Po）； ④ 假定工作平面――过切削刃选定点，垂直于基面并平行于假定进给运动方向的平面（ Pf）。 （ 2）车刀的主要标注角度及选择要点――在车刀设计、制造、刃磨和测量时，必须确定的角度。 ① 前角γ――前刀面与基面之间的夹角。 增大前角，使主切削刃锋利，减小切削力和切削热。 但前角过大，刀刃很脆弱，易产生崩刃。 前角有正与负（如图）的区分。 ② 后角α――主后刀面与切削平面之间的夹角。 后角的主要作用是减少刀具后刀面与工件表面间的摩擦和后刀面的磨损，并配合前角影响切削刃的锋利和强度。 ③ 主偏角 Κ r――主切削刃和假定进 给方向在基面（ Pr）上投影的夹角。 主偏角的大小影响切屑断面形状和切削分力的大小。 有时主偏角也根据工件加工形状来定。 ④ 副偏角Κ180。 r――副切削刃和假定进给的相反方向在基面 Pr上投影的夹角。 副偏角的主要作用是减少副切削刃与工件已加工表面的摩擦，减少刀具磨损和防止切削时产生振动。 减小副偏角可减小切削残留面积，降低己加工表面的粗糙度（如图） ⑤ 刃倾角λ s――在主切削平面（ Ps）里测量的主切削刃与基面间的夹角。 它与前角类似，也有正、负和零值之分（如图）。 刃倾角主要影响刀头的强度、切削分力和排屑方向。 选择刀具几 何角度时，应遵循 “锐字当先，锐中求固 ”原 则。 即将刀具锋利放在第一位，同时保证刀具有一定的强固。 国内外先进刀具在角度的变革方面，大致有 “三大一小 ”的趋势，即采用大的前角、刃倾角和主偏角，采用小的后角。 二、刀具材料 （ 1）高硬度 刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，一般其常温硬度要求在 62HRC 以上。 （ 2）足够的强度和韧度 以承受很大的切削力、冲击与振动。 图 1－ 3 常用刀具材料的耐热性 （ 3）高耐磨性 以抵抗切削过程中的剧烈磨损，保持刀刃锋利。 一般情况，材料的硬度愈高， 耐磨性愈好。 （ 4）高的耐热性 刀具材料应在高温下仍能保持较高硬度，又称为红硬性或热硬性。 （常用刀具材料的耐热性见图 1－ 3，耐热性是衡量刀具材料性能的主要指标，它基本上决定了刀具允许的切削速度。 ） （ 5）良好的工艺性 以便于刀具制造，具体包括锻造、轧制、焊接、切削加工、磨削加工和热处理性能等。 种 类 常 用 牌 号 主 要 性 能 主 要 应 用 碳素工具钢 含碳量较高的优质碳钢 T8A 、 T10A 、T12A 淬火后硬度高（达63～ 65HRC）、价廉 ，但耐热性差（ 200℃以下） 制造小型、手动和低速切削工具，如手用锯条和锉刀等 合金工具钢 碳素工具钢中加入少量Cr、 Si、 W、Mn 等元素 9SiCr、 CrWMn、CrW GCr15 淬透性、耐热性（ 220～ 250℃）有所提高，热处理变形小， 制造手用铰刀、圆板牙、丝锥、刮刀等 高速钢 含 Cr、 W、 V等元素较多的合金工具钢 W18Cr4V 、W6Mo5Cr4V2 它的耐热性大大提高（ 540～ 650℃），从而耐磨性也有所提高，强度、韧度和工艺性都较好 广泛用于制造较为复杂的各种刀具，如麻花钻、铣刀、拉刀和 齿轮刀具等，也可用以制作车刀、刨刀等简单刀具。 硬 质 合 金 钨钴类【由 WC和Co 组成】 以高硬度、高熔点的金属炭化物（ WC、 TiC 等）作基体，以 Co等为粘结剂的粉末冶金制品 YG3 、 YG6 、YG8(数字表示含钴量的百分数 )【相当于 ISO标准的 K 类】 其相对 塑韧性好，但切削塑性材料时 耐磨性差， Co含量少的，相对较脆、较耐磨 适用于加工铸铁、青铜等脆性材料 钨钴钛类【由 WC、TiC 和 Co组成】 YT5 、 YT15 、YT30(数字表示TiC 含量的百分数 )【相当于 ISO标准的 P 类】 其耐热性，耐磨性均优于 YG 类，但韧性较差。 TiC含量愈多，则耐热性、耐磨性愈高，韧性愈小。 适用加工一般钢件 钨钛钽（铌）钴类【由 WC、TiC、 TaC（ NbC）和Co 组成】 YW YW2【相当于 ISO 标准的 M类】 兼有 YG、 YT 类的大部分 优良性能，被称为通用合金，但价高 既可加工铸铁也可加工钢，适合耐热钢、高锰钢和不绣钢的加工 三、刀具结构 车刀按结构分类，有整体式、焊接式、机夹式和可转位式四种型式（见图）。 表 1－ 2 车刀结构类型、特点与用途名 称 特 点 适 用 场 合 整体式 用整 体高速钢制造 ,刃口较锋利 ,但价高的刀具材料消耗较大 小型车床或加工有色金属 焊接式 焊接硬质合金或高速钢于预制刀柄上 ,结构紧凑 ,刚性好 ,灵活性大。 但硬质合金刀片经过高温焊接和刃磨，易产生内应力和裂纹 各类车刀 机夹式 避免了焊接式的缺陷 ,刀杆利用率高。 刀片可集中精确刃磨 ,使用灵活。 但刀具设计制造较为复杂 外圆、端面、镗孔、割断、螺纹车刀。 大刃倾角、小后角刨刀等 可转位式 不焊接、刃磨 ,刀片可快换转位 ,生产率高。 可使用涂层刀片 ,断屑效果好。 刀具已标准化，方便选用和管理 大中型车床、特别适用自动、数控车床 与加工中心等 章节内容 167。 43 切削力和切削温度167。 44 切削液167。 45加工精度和加工表面质量 授课班级 授课日期 授课方式 讲授 作业练习 目的要求 使学生了解切削力的产生因素；掌握切削液的选用； 了解加工精度的方法。 重点难点 切削力和切削温度以及切削液的相关知识 讲授内容和过程 方法与指导 I 组织教学 II 复习旧课 III 引入新课 IV 讲授新课 V 小结 Ⅵ布置作业 讲授 167。 43 切削力和切削温度 一、切削力 刀具总切削力 切削过程中，为了克服工件被切层材料对切削的抵抗，刀具必须对工件有力的作用。 刀具的一个切削部分在切削工件时所产生的全部切削力称为一个切削部分总切削力。 总切削力的分力 通常将总切削力分解为三个相互垂直的切削分力： ⑴切削力 Fc ：是总切削力在主运动方向上的正投影，与基面垂直。 约占总消耗功率的 95%。 ⑵背向力 Fp ：是总切削力在垂直于工作平面方向上的分力。 车外圆时，刀具与工件在这个分力的方向无相对运动，所以不做功。 ⑶进给力 Ff ：是总切削力在进给运动方向上的正投影，与进给速度方向一致。 约消耗 5%的功率。 总切削抗力 切削加工中，工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力称为总切削抗力 F′。 阻力主要是：被切层材料成为切屑前后对刀具前面的挤压变形抗力和摩擦阻力；工件过渡表面和已加工表面表层材料对刀具后面的挤压变形和摩擦阻力。 分解为三个分力：切削抗力、背向抗力和进给抗力，分别与切削力、背向力和进给力大小相等。 方向相反。 影响总切削抗力的因素 ⑴工件材料 工件材料的强度、硬度越高，韧性和塑性越好，越难切削，总切削抗力越大。 ⑵切削用量 切削用量中对切削力影响最大的是切削深度，其次是进给量，切削速度影响最小。 因此， 要减小切削力或节省动力消耗时，可以把切削深度减小，取大一些的进给量。 ⑶刀具角度 刀具前角、后角增大时，总切削抗力减小；主偏角增大，切削抗力减小，但背向抗力和进给抗力增大。 ⑷切削液 合理选择使用切削液，使总切削抗力减小。 二、切削温度 切削热与切削温度 由于被切削材料层的变形，分离及刀具和被切削材料间的摩擦而产生的热量称为切削热。 切削过程中，切削区域的温度称为切削温度。 切削过程中，大部分的热量由切屑带走，其次被刀具、工件和周围介质传导。 传入刀具的温度，致使刀具材料软化，切削性能降低，磨损加快，进而影响 加工质量和缩短刀具寿命。 传入工件的切削热，会导致工件受伸长和膨胀，而影响加工精度。 减少切削热和降低切削温度的工艺措施 ⑴合理选择刀具材料和刀具几何角度 ⑵合理选择切削用量 ⑵ 当选择和使用切削液 167。 44 切削液 一、切削液的作用和种类 切削液是为了提高切削加工效果而使用的液体。 主要用来减少切削过程中的摩擦并降低切削温度。 合理选用切削液可以提高加工表面质量，减少工件的热变形，保证加工精度，减少刀具的磨损，提高刀具耐用度和生产效率。 切削液的作用 ⑴冷却作用⑵润滑作用⑶清洗和排屑作用 切削液的种类 ⑴合成切削液⑵乳化液⑶油基切削液 二、切削液的选用 粗加工主要要求冷却。 也希望降低一些切削力及切削功率。 一般应选用冷却作用较好的切削液，如低浓度的乳化液等。 精加工主要希望提高表面质量和减少刀具磨损，一般应选用润滑作用较好的切削液，如高浓度的乳化液或切削油等。 工件材料：切削钢等塑性材料需选用，切削铸铁等脆性材料可不用。 刀具材料：高速钢刀具用，硬质合金刀具可不用。 加工方法：进行钻孔（特别是深钻孔。