金属切削原理与刀具期末复习重点.docx
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金属切削原理与刀具期末复习重点
第一章
切削加工:
利用刀具切除被加工零件多于材料的方法
1.切削用量:
切削加工过程中切削速度,进给量和背吃刀量的总称Vc=πdn/1000d为直径n为转速
(1)切削速度Vc指切削刃选定点相对工件主运动的瞬时速度Vf=nfVf为进给速度
(2)进给量f为刀具在进给方向上相对工件的位移量ap=(dw-dm)/2dw为待加工表面直径dm为已加工表面直径
(3)背吃刀量ap指垂直进给速度方向测量的切削层最大尺寸
(4)切削时间Tm指切削时直接改变工件尺寸、形状等工艺过程所需的时间tm=LA/vfapL为刀具行程长度A半径方向加工
2.合成切削运动:
主运动和进给运动合成的运动余量
合成切削速度:
切削刃选定点相对工件合成切削运动的瞬时速度Ve=Vc+Vf
3.刀具的组成:
三面两刃一尖
(1)前面:
切屑流过的表面
(2)后面:
与过渡表面相对的表面(3)副后面:
与已加工表面相对的表面(4)主切削刃:
前、后刀面汇交的边缘(5)副切削刃:
除主切削刃以外的切削刃(6)刀尖:
主、副切削刃汇交的一小段切削刃
4.刀具角度参考系
(1)基面:
过切削刃选定点平行或垂直刀具安装面的平面
(2)主切削平面:
过切削刃选定点与切削刃相切并垂直与基面的平面
(3)正交平面:
过切削刃选定点同时垂直于切削平面和基面的平面
(4)假定进给平面:
过切削刃选定点平行于假定进给方向并垂直与基面的平面
5.刀具角度
(1)前角:
正交平面中测量前面与基面间的夹角
(2)后角:
正交平面中测量后面与切削平面间的夹角(3)副后角:
正交平面中测量副后刀面与切削平面间的夹角(4)主偏角:
基面中测量主切削平面与假定工作平面间夹角(5)副偏角:
基面中测量副切削平面与假定工作平面间夹角(6)刃倾角:
切削平面中测量切削刃与基面间夹角
6.刀具工作角度的影响
(1)刀柄逆(顺)时针转动,主偏角增大(减小),副偏角减小(增大)
(2)切削刃选定点高(低)于工件中心,前角增大(减小),后角减小(增大)
(3)进给运动方向不平行与工件旋转轴线,主偏角减小,副偏角增大
(4)纵向进给,前角增大,后角减小
7.切削层:
切削部分切过工件的一个单程所切除的工件材料层
(1)切削层横截面积
(2)切削厚度(3)切削宽度,主偏角减小,切削厚度减小,切削宽度增大
切削方式
(1)自由切削:
只有一个主切削刃参与切削,非自由切削:
主、副切削刃同时参与切削
(2)正交切削:
切削刃与切削速度方向垂直,非正交切削:
切削刃不垂直切削速度方向
第二章
1、刀具材料性能:
高硬度、高耐磨性、足够的强度与韧性、高耐热性、较好的工艺性与经济性
2、刀具材料类型:
工具钢(碳素工具钢、合金工具钢、高速钢),硬质合金,陶瓷(金属陶瓷、非金属陶瓷),超硬材料(立方氮化硼、金刚石),最常用的是高速钢与硬质合金
3、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼各有何性能特点,适用于何处?
高速钢的特点:
耐热温度低,切削速度低;强度高,工艺性最好。
主要低速加工铸铁,结构钢
硬质合金的主要特点:
p类:
用于加工长切削的钢类材料m:
用于加工不锈钢k:
用于加工铸铁
(1)随碳化物含量的提高,其熔点、硬度、耐磨性提高;h:
用于加工淬火钢和硬铸铁s:
用于加工高温合金及耐热材料
(2)化学稳定性好,热稳定性好n类:
用于加工有色金属
(3)切削速度高
(4)抗弯强度低,冲击韧性低
主要应用:
加工铸铁,结构钢,不锈钢,耐热合金,钛合金等
陶瓷刀具的主要特点:
(1)硬度高,耐磨性好,切削速度高
(2)热化学稳定性好,耐热温度高
(3)抗弯强度低,冲击韧性差
(4)导热性能差
主要应用:
氧化铝基陶瓷刀具主要用于高速精车、半精车铸铁及调质结构钢;氮化硅基陶瓷刀具加工铸铁,镍基合金。
金刚石主要特点:
(1)具有极高的硬度和耐磨性
(2)切削刃可以刃磨得非常锋利
(3)导热性能非常好
(4)热稳定性能较低
4、常用高速钢有哪些牌号?
其化学成分和性能特点如何?
W18Cr4V(W18),化学成分中含钨量18%
(1)综合性能较好
(2)淬火过热倾向小,热处理易控制,刃磨性能好(3)含碳量高,塑性变形抗力大(4)碳化物分布不均,剩余碳化物颗粒大(30μm(5)抗弯强度、韧性较低,
钨钼钢W6Mo5Cr4V2(M2)
(1)碳化物细小均匀,机械性能好,可做大尺寸刀具;
(2)热塑性好;(3)刃磨性好.(4)热稳定性稍低于W18,V>40m/min时,性能稍差;(5)热处理时脱碳倾向大,易氧化,淬火温度范围较窄。
W9Mo3Cr4V
(1)热稳定性能高于M2
(2)碳化物均匀性接近M2,良好的热塑性;(3)脱碳倾向小于M2(4)耐用度较高。
W6Mo5Cr4V2Al(501)
(1)Al的作用:
提高高温硬度,热塑性与刃性,高温形成Al2O3,减轻粘刀。
(提高W,Mo的溶解度,组织晶粒长大)
(2)600℃时,54HRC;抗弯强度,(3)成本低(4)刃磨性差(5)切削性能优良:
加工30-40HRC调质钢,耐用度较HSS高3-4倍。
5、常用硬质合金有哪几大类,各有哪些常用牌号,其性能特点如何?
常用硬质合金有四大类:
(YG)、(YT)、(YW)、(YN)。
常用的粘结剂co,碳化钛基的粘结剂Mo、Ni
YG类的主要特点为:
硬度低、韧性高、导热性好,切削温度低、刃磨性好,刃口锋利
YT类的主要特点为:
硬度高,σ弯和αk较低,随着TiC含量的增加,其导热性、刃磨性、焊接性下降;耐热性好
YW类的主要特点为:
晶粒细化,提高σ弯、αk、σ-1和高温性能,硬度高、耐磨性好。
金刚石:
天然单晶金刚石刀具、人造聚晶金刚石、金刚石烧结体优点:
1、有极高的硬度与耐磨性2、有很好的导热性、较低的热胀系数3、刃面粗糙度较小、刃口非常锋利
立方氮化硼:
1、有很高的硬度和耐磨性2、有很高的热稳定性3、有较好的导热性、与钢铁的摩擦因数较小4、抗弯强度与断裂韧性介于陶瓷与硬质合金之间
第三章
1、切削变形区的划分:
第一变形区,位于始滑移面和终止滑移面之间,产生剪切变形;第二变形区发生于切屑底面和前刀面近刀尖的接触处,产生纤维化;第三变形区发生于已加工表面近切削刃处,产生纤维化和加工硬化。
1、切屑类型
(1)带状切屑(在切削塑性材料,切屑过程是切削层剪切滑移过程,形成的切屑沿刀具前面呈带状流出,切削平稳,表面粗糙度小)
(2)节状切屑(在形成切屑时,切屑厚度的背面出现剪切断裂呈节状流出,切削变形大,切削力大)(3)粒状切屑(在切削层中发生严重的塑性变形,切应力大于材料抗拉强度时,切屑被剪断成颗粒状)(4)崩碎切屑(切削脆性材料时,切削层经弹性形变后产生脆性崩裂形成不规则崩碎切屑,引起振动,表面质量差,切削力大)
2、变形程度的表示方法
(1)相对滑移:
切削层在剪切面上相对滑移量
(2)切屑厚度压缩比:
切屑外形尺寸的相对变化量(3)剪切角:
切屑根部测定晶格滑移方向与切削速度方向之间的夹角。
影响切削变形的主要因素:
前脚r0和剪切角
3、积屑瘤:
在中等切削速度下,加工塑性材料时,在前刀面由于冷焊作用而粘着一块硬块。
增大刀具前角r0,减小刀屑面
影响:
代替切削刃切削,保护切削刃,增大实际前角,减少切削变形,降低加工精度。
间摩擦,剪切角增大,切形减小
消除:
(1)采用低速或高速切削
(2)减小进给量,增大前角,提高刀具刃磨质量,合理选用切削液(3)合理调整切削参数,避免形成中温区域
4、加工硬化:
在挤压摩擦作用下,已加工表面层晶粒扭曲,错位,破碎,严重的塑性变形使表面层硬度提高的现象,衡量指标:
硬化程度和深度,消除:
(1)磨出锋利切削刃
(2)增大前角和后角(3)减小背吃刀量(4)合理选用切削液
5、影响切削变形的因素:
(1)加工材料:
强度硬度越高,刀-屑面正压力越大,平均正应力越大,摩擦系数减小,剪切角增大,切削变形减小
(2)前角:
前角增大,切屑流出阻力小,摩擦系数小,剪切角大,切削变形小
(3)切削速度:
低速温度低,刀屑不易粘结,摩擦系数小,中速温度高,刀屑粘结严重,摩擦系数大,高速时高温降低材料剪切屈服强度,切应力小,摩擦系数小
(4)进给量:
进给量增大,前面正压力增大,平均正应力增大,摩擦系数减小
6、切削力:
金属切削时,刀具切入工件,使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力,加工塑性材料时,切削力来自工件材料的弹性变形抗力、塑性变形抗力、前刀面和切屑底面的摩擦力和后刀面和已加工表面的摩擦力;加工脆性材料时,主要来自工件材料的弹性变形抗力和后刀面的摩擦力。
切削力Fc=Kcapf切小功率:
pc=Kcapf/60×103=FcVc×10-3
7、影响切削力因素:
(1)切削用量:
背吃刀量和进给量增大,切削力增大,ap增大一倍,切削力增大一倍,f增大一倍,由于摩擦变形,切削力增大80%;中速切削,产生积屑瘤,前角增大,切削变形小,切削力减小,提速,积屑瘤消失,切削力上升,继续提速,趋于稳定
(2)工件材料:
硬度强度高,剪切屈服强度高,切削力大,塑性韧性高,切削变形大,刀屑摩擦严重,切削力大
(3)刀具几何参数:
前角增大,切削变形小,切削力减小;主偏角增大,切削变形小,切削力减小,继续增大,切屑流出挤压加剧,切削力增大,主偏角在60度为宜
(4)其他因素:
刀尖圆弧半径增大,切削变形增大,切削力增大;刀具磨损,切削时摩擦和挤压加剧,切削力增大;合理选用切削液可减小切削力
8、影响切削热因素:
(1)切削用量:
切削速度影响最大,其次进给量,最小背吃刀量。
用量增大,温度增大
(2)工件材料:
强度硬度高,热导率低,切削温度高,加工塑性材料,前刀面的切削温度高,因为切屑和前刀面的摩擦比较严重;加工脆性材料时,后刀面的切削温度高,因为加工脆性材料形不成连续的切屑,前刀面上没有摩擦,但后刀面上摩擦严重。
(3)刀具几何参数:
前角增大,变形摩擦产热少,切削温度低,过大,散热差,温度升高;主偏角减小,变形摩擦增加,切削热增加,继续减小,散热好,温度降低;增大刀尖圆弧半径,选用负的刃倾角,可增大散热面积,降低温度
(4)合理选用切削液可降低切削温度
切削温度:
指切削区域的平均温度,取决于产生热量多少与散热快慢。
测定切削温度方法:
自然热电偶法、人工热电偶法、红外线测温法
9、刀具磨损
磨损形式:
正常磨损(前面磨损:
切屑流出时摩擦和高温高压造成月牙洼的深度KT和宽度KB;后面磨损:
刀尖磨损区(C区)近刀尖处强度低,温度集中、中间磨损区(B区)摩擦散热差和刀尖磨损区(N区)高温氧化和表面硬化层;当切削铸铁或以较小的切削厚度切削塑性材料时,容易形成后刀面的磨损)和非正常磨损(崩碎、崩刃、热裂、塌陷):
由于刀具切削时受冲击、受热不均和使用不当造成
磨损原因:
(1)磨粒磨损:
工件材料中存在硬质点,在切削时像磨料摩擦刀具表面,致使刀面磨损,属于机械磨损,低温低速
(2)相变磨损:
工具钢刀具高速切削时,刀具材料在高温下产生相变,硬度降低,属于塑性变形,高温
(3)粘结磨损:
刀具材料与工件发生粘结,两者相对运动产生剪切破坏,带走刀具材料粘结颗粒,中速中温
(4)扩散磨损:
工件与刀具材料中的合金元素在高温高压下相互扩散置换
(5)氧化磨损:
硬质合金刀具材料中的元素与氧气发生反应,生成硬度较低的氧化膜,在切削时受到连续摩擦,造成刀具磨损,扩散磨损和氧化磨损属于化学磨损,高温高速
磨损阶段:
初期磨损、正常磨损、急剧模塑,磨损标准即达到急剧磨损阶段的磨损量VB
影响刀具寿命的因素:
1、切削速度:
切削速度提高,切削温度增高,磨损加剧寿命降低
2、进给量f与被吃刀量ap:
两者增大,切削温度升高,寿命减小
3、刀具几何参数:
前角r0、主偏角kr、副偏角kr、、刀尖圆弧半径r£。
增大前角,切削温度降低寿命延长,太大强度低,散热差刀具寿命反而缩短,增大kr、kr、r£、都能起到提高刀具强度和降低切削温度
4、工件材料:
加工材料的强度,硬度和韧性越高,切削时均能是温度升高。
5、刀具材料:
影响寿命的重要因素
第四章
切削形状的分类:
a、带状、管状、盘旋、环形螺旋、锥形螺旋、弧形、单元、针形
控制切削的流向是为了切削不损伤加工表面,便于对切削处理,使切削顺利进行
切削折断原理:
在正交锻面中切削的厚度为hch、切削在流出时受断削台顶力FBn作用使切削卷曲,并在切削内部产生卷曲应变。
影响因素:
切削厚度、切削卷曲半径、极限应变值
改善材料切削加工性途径:
1、调整工件材料化学成分和合理进行热处2、合理选择刀具材料3、合理选择刀具几何参数,刀具表面研磨和切削用量4、提高工艺系统的刚性、机床功率5、使用切削液6、注意断屑、排屑7、采用新的加工技术
1、斜角切削及作用:
切削速度方向与主切削刃不垂直的切削作用,增大实际前角,改变切屑流向
2、切削加工性:
一定条件下工件材料被切削的难易程度
影响切削加工性的因素:
工件材料的强度、硬度、塑性和韧性、导热系数
难加工材料:
(1)不锈钢:
切削温度高,易产生加工硬化,导热性差,易形成积屑瘤,断屑困难,刀具易磨损,选择导热性好,强度高,韧性好,大前角,负刃倾角,切削刃锋利
(2)高锰钢:
加工硬化严重,切削力大,断屑困难,导热性差,切削温度高,热变形严重,刀具易磨损,选择导热性好,耐磨韧性好,小前角,负刃倾角,负倒棱,大后角
3、切削液的主要作用是:
冷却,润滑,防锈,排屑;水溶性切削液的冷却性和排屑性好,有一定的防锈性,但润滑性差;油性切削液润滑性和防锈性好,排屑性和冷却性较差。
硬质合金刀具车削铸铁时一般不用切削液,低速精车时可以选用煤油;高速精车时可用高浓度的乳化液。
切削液的选用:
采用车削或铣削粗加工钢时,由于发热比较多,切削温度高,易选用冷却性好的水溶液或低浓度的乳化液;采用车削或铣削低速精加工钢时,由于发热比较少,切削温度较低,为保证加工质量,易选用切削油;高速精加工时,由于切削温度比较高,切削液应同时具有良好的冷却性和润滑性,因此应选用高浓度的乳化液
4、影响表面粗糙度因素:
(1)切削用量:
切削速度越高,表面粗糙度越小;进给量越小,表面粗糙度越小,过小,加剧切削刃钝圆半径对加工表面的挤压,硬化严重
(2)刀具几何参数:
前角增大,切削变形减小,刀屑摩擦减小,加工表面质量高,过大,刀具强度削弱,散热差,影响刀具寿命;后角增大,避免刀具后面与加工面摩擦,切削刃锋利,减小对加工面的挤压;主、副偏角减小,增大刀尖圆弧半径,表面粗糙度减小
(3)刀具材料:
取决于与加工材料间的摩擦因数、亲和程度,材料耐磨性和可刃磨性
(4)切削液:
低速切削,使用切削液,表面粗糙度明显减小
5、刀具几何参数的合理选择:
(1)前角:
前角增大,切削刃锋利,切屑流出阻力小,摩擦小,切削变形小,切削力小,切削温度低,刀具磨损小,加工表面质量高;过大,刀具刚性强度差,散热差,刀具磨损严重,刀具寿命缩短
选择原则:
加工材料:
塑性软材料,大前角;脆性硬材料,小前角;加工要求:
精加工,大前角;粗加工,断续切削,加工成型面,小前角;刀具材料:
高速钢刀抗弯强度和抗冲击韧性高,大前角;硬质合金,陶瓷刀具抗弯强度低,小前角
(2)后角:
后角增大,减小摩擦,加工表面质量高,提高刀具耐用度;过大,切削刃强度降低,散热差,刀具磨损大,刀具寿命低
选择原则:
加工精度:
精加工,减小摩擦,大后角;粗加工,提高刀具强度,小后角;加工材料:
塑性软材料,大后角;脆性硬材料,小后角
(3)主偏角:
主偏角增大,背向力减小,切削平稳,切削厚度增大,易断屑;主偏角减小,刀具强度提高,散热好,加工表面粗糙度低,切削宽度长,单位切削刃长度受力小,刀具寿命高
选择原则:
加工材料:
高强度,高硬度,热导率小的材料,小主偏角;工艺系统刚度:
工艺系统刚度不足,为减小背向力,大主偏角;加工表面形状
(4)副偏角(影响粗糙度):
副偏角过小,增大副后面与已加工表面的摩擦,引起振动
选择原则:
在不影响摩擦和振动情况下,选取小副偏角
(5)刃倾角(影响切屑流向):
负刃倾角增加刀头强度,提高切削刃抗冲击性;过负,背向力增大,易产生振动
选择原则:
加工要求:
加工精度高时,正刃倾角;粗车或有冲击或加工高强度钢,淬硬钢,为提高刀具强度,负刃倾角;加工条件:
加工断续表面或余量不均匀时,大的负刃倾角。
6、切削用量的合理选择:
选择顺序:
先选背吃刀量,再选进给量,最后选切削速度
(1)背吃刀量:
粗加工时,加工余量少且均匀,工艺系统刚性足够,一次切除;加工有硬化层,分两次切除;半精加工时,由于粗加工后表面质量较好,一次切除
(2)进给量:
粗加工时,在不影响机床进给系统,刀具和工件强度和刚性的情况下,尽可能增大进给量,提高生产率;精加工时,根据表面粗糙度要求选择
(3)切削速度:
根据刀具寿命确定
7、粗加工时进给量的选择受哪些因素的影响?
当进给量受到表面粗糙度限制时,有什么办法增加进给量,而保证表面粗糙度要求?
粗加工时对工件表面质量没有太高要求,进给量受到下列因素的限制:
机床进给机构的强度、车刀刀杆的强度和刚度、硬质合金或陶瓷刀片的强度和工件的装夹刚度等。
精加工时进给量受到表面粗糙度限制时,可以选择较大的刀尖圆弧半径和提高切削速度,从而可以提高进给量。
第五章
1、车刀的分类:
(1)整体式:
高速钢制造,刃磨性好,小型车刀,加工有色金属
(2)焊接式:
硬质合金或高速钢刀片,按需刃磨(3)机夹式:
刀片可刃磨,使用灵活(3)机夹可转位:
刀位更换迅速,无需刃磨,生产率高,可用涂层刀片。
1.和焊接式车刀相比,机夹重磨式车刀的特点:
(1)不经高温焊接,避免了焊接应力和焊接热的影响
(2)使用时间长(耐用度高),生产率高(3)刀杆重复使用,刀片重磨次数多(4)压板断屑(5)需重磨(刃磨引起裂纹)。
2.和机夹重磨式车刀相比,机夹可转位车刀的优点:
(1)不需焊接、重磨,刀片性能好
(2)生产率高(3)更换方便,易保证加工精度(4)刀片标准化,可使用涂层刀片
第六章
1、成形车刀的种类:
按结构和形状分:
平体成形车刀、棱体成形车刀、圆体成形车刀
按进刀方式分:
径向进给成形刀、切向进给成形车刀、斜向进给成形车刀
加工特点:
效率高、加工质量稳定,刃磨方便寿命长、操作简单、对工人要求低、刀具设计制造比较困难
3、成形车刀角度特点:
成形车刀的前角、后角是在假定进给平面中表示;切削时,切削刃的基准点调整到工件中心等高,因此规定是在基准点处的前、后角为成形车刀的名义后角;切削刃每一点的前角、后角都不相同,离工件中心越远,后角越大,前角越小
4、成形车刀的前角不为零,切削时、切削刃的基准点调整到工件中心等高。
因此规定是在基准点处的前、后角为成形车刀的名义后角,切削刃上其余点低于工件中心水平位置。
其余个点的切削面和基面的位置是变化的,因此不相同,离工件越远,后角越大、前角越小。
第七章
1、麻花钻的主要组成:
(1)装夹部分:
用于联接和传递动力
(2)工作部分:
用于导向、排屑(3)切削部分:
两个前面、后面、副后面,左右切削刃、横刃和两条棱边
2、麻花钻的刃磨角度:
(1)顶角:
两主切削刃在中断面投影中的夹角
(2)外缘后角:
主切削刃靠刃带转角处在柱断面中的后角(3)横刃斜角:
端平面测量中断面与横刃的夹钝角
第九章
1、拉削方式(拉刀逐齿从工件表面切除加工余量的方式):
(1)分层式拉削:
每层余量各由一个刀齿切除,同廓式:
各刀齿廓形与加工表面最终廓形相似;渐成式:
加工表面最终廓形是由各刀齿拉削后衔接而成
(2)分块式拉削:
刀齿分组,齿组间有较大齿升量,每组三齿,前二齿切削余量,最后一齿修光。
(3)综合式:
前部刀齿为单齿分块式,后部刀齿为同廓分层式。
特点:
(1)同廓分层式:
齿升量较小,拉削质量高,拉刀长
(2)同廓渐成式:
拉刀容易制造,拉削质量差(3)分块式:
齿升量大,适合拉削大尺寸、大余量表面和毛坯面,拉刀短,效率高,但不易提高拉削质量(4)综合式:
兼有分块和分层的优点,用于切削余量较大的圆孔
逆铣:
铣刀旋转方向和工件进给方向相反。
切削厚度从零逐渐增大;过渡表面上挤压、滑行,工件表面产生严重冷硬层;工件有抬起趋势;当丝杠和螺母副中存在间隙时,丝杠和螺母传动面始终贴紧,铣削过程平稳
顺铣:
铣刀旋转方向与工作的进给方向相同。
切削厚度从最大开始;避免挤压、滑行现象;工件有压下趋势,有利于工件夹紧;当丝杠与螺母副中存在间隙时,进给不均匀,严重时会使铣刀崩刃