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金属切削加工是利用***从工件待加工表面切去一层多余的金属,从而使工件达到规定的几何形状、尺寸精度和表面质量的机械加工方法。
机床的切削运动:主运动、进给运动。
切削用量:切削速度、进给量和背吃刀量的总称。
在切削时,工件上存在:
待加工表面(工件上即将被切除的表面);
已加工表面(工件上经***切削后形成的表面);
过渡表面(工件上被切削刃正在切削着的表面)。
***切削部分的结构要素为:三面(前刀面、主后刀面、副后刀面);二刃(主切削刃、副切削刃);一点(刀尖)。
***角度的参考系:正交平面参考系
基面:通过主切削刃上选定点,垂直于该点速度方向的平面;
切削平面:通过主切削刃上选定点,与主切削刃相切,且垂直于该点基面的平面;
正交平面:通过主切削刃上选定点,垂直于基面和切削平面的平面。
***材料:
***材料应具有的性能:高硬度、高耐磨性、足够的强度和韧性、良好的热物理性能和耐热冲击性能、良好的工艺性能。
常用材料:
碳素工具钢、合金工具钢(这些刚因耐热性差,只适用于手工***,切削速度较低的工具,如T10A\T12A\9SiCr\CrW有色金属Mn);
高速钢(有较高硬度和耐热性以及高的强度和韧性其切削速度是碳素工具钢切削速度的1-3倍,耐用度是他们的10-40倍,可加工碳素钢、有色金属和高温合金,可制造各种***和复杂***);
硬质合金(高硬度、高耐热性和高耐磨性,允许的切削速度达100-300m/min,应用广泛,但其抗弯强度低,冲击韧性差,刀口不锋利,不易加工,不易做成形状较复杂的整体***);其他材料(陶瓷、金刚石、立方氮化硼CBN).
***角度选择:
前角:对切削难易程度有较大关系,增大前角是刀刃变得锋利,使切削变得轻快,可以减少切削变形,减少切削力和切削功率,但增大前角
会使刀刃和刀尖强度下降,***散热体积减小,影响***寿命,前角的大小对工作表面粗糙度、***的排屑及断屑性能也有一定影响;
前角的选择:工件的强度和硬度较低时应选用较大的前角,反之取较小的前角;加工塑性材料(钢)时应选较大的前角;加工脆性材料时(如铁)时选较小的前角;***材料韧性好(如高速钢)可选较大的前角,反之选较小的前角;粗加工时,特别是断续切削时,应选较小的前角;精加工是选较大的前角。
后角:它主要减小后刀面的与工件的摩擦和后刀面的摩损,其大小对***耐用度和工件已加工表面质量影响很大;
后角选择:切削层公称厚度越大,***后角越小;工件材料越软、塑性越大,后角越大;工艺系统刚性较差时应适当减小后角,尺寸精度要求较高的***,选较小的后角。
主偏角和负偏角:两角对***耐用度有很大的影响,减小主偏角和负偏角可使刀尖角增大,刀尖强度提高,散热条件改善,使***耐用度提高;同时可将降低残留面积的高度,减小加工表面的粗糙度,增大主偏角可使切深抗力明显较小,进给抗力增大,有利于减小工艺系统的弹性变形和振动。
刃倾角:主要影响刀头的强度和切屑的流动方向。
***:
车刀的结构形式:整体式、焊接式、机夹重磨式和机夹可转位式;
孔加工定尺寸工具:钻头、扩孔钻、铰刀;
拉刀:有内外拉刀,可拉孔、加工内表面、外表面和平面;
铣刀(多刃回转***):铣刀方式是指铣削时铣刀相对于工件的运动和位置关系,它有固铣法、端铣法,固铣法分顺铣和逆铣:
逆铣法:刀齿旋转方向和工件进给方向相反,由切屑层内切入,从待加工表面切出,切屑厚度由小增至最大,刚切入时刀齿抬磨已加工表面,产生冷硬层,降低表面质量,但切削过程平稳切削分力使夹紧力增大;
顺铣:刀齿旋转方向和工件进给反方向响相同,切削厚度由小到大,切削分力压向工件,可提高铣刀的耐用度和加工表面质量,但水平切削分力和进给方向相同,可能使铣床工作台产生窜动,引起震动和进给不均匀,加工有黑皮和硬皮工件时刀齿已损坏。
砂轮:最重要的磨削工具,砂轮的特性由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织和形状尺寸等决定,
砂轮硬度:砂轮的磨粒在磨削力的作用下脱落的难易程度,其中不易脱落的硬度高,反之硬度低;
砂轮的选用:磨削钢时,选用刚玉砂轮,磨削硬铸铁、硬质合金和非铁合金时,选用碳化硅砂轮;磨削软材料时,选用硬砂轮,磨削硬材料时,选用软材料;磨削软而刃的材料时,选用粗磨粒,磨削硬而脆材料时,选用细磨料;磨削表面的粗糙度值要求较低时,选用细磨粒,金属磨除率要求高时,选用粗磨粒;要求加工表面质量好时,选用树脂或橡胶结合剂的砂轮,要求最大金属磨除率时,选用陶瓷结合剂砂轮。
金属切削过程中的三个变形区:
第一变形区:产生剪切滑移变形,是切削变形的主要区域,在外力作用下,靠近切削刃处产生弹性变形,随着刀刃与工件变进,而变形增大,产生塑性变形,金属内部晶格产生畸形与滑移,到一定程度剪应力达到最大,切削金属变为切屑;
第二变形区:在第一变形区终了,切屑与基体分离,沿前刀面流出,受到前刀面的挤压和摩擦,使切屑进一步产生滑移变形,位于刀屑接触区;
第三变形区:***后刀面与已加工表面挤压和摩擦产生的加工硬化和残余应力为特征的滑移变形。
三个变形区汇集在切削刃附近,该处应力集中,复杂,切削层在该处与工件本体分离,绝大部分变切屑,很小部分留在工件表面上。
积屑瘤及影响:
积屑瘤:在以中、低切削速度切削一般钢料或其他塑性金属时,常常在***前刀面靠近刀尖处粘附着一块硬度很高的金属锲状物;
积屑瘤的形成:切屑沿前刀面流动时,由于强烈的摩擦而产生粘结现象,使切屑底层金属粘结在前刀面上形成滞留层,滞留层以上的金属从其上流出,产生内摩擦,连续流动的切屑从粘在刀面的滞留层上流过时,在温度适当的情况下也会被阻滞并于底层粘结在一起,粘结层层层堆积扩大形成积屑瘤;
积屑瘤对切削过程的影响:
使前刀面实际前角增大,切削力下降;
影响***耐用度,由于积屑瘤硬度很高,稳定时代替刀刃工作,起保护刀刃、提高***耐用度的作用,但积屑瘤破碎时可能引起材料颗粒剥落,反而会加剧***的磨损和破损;
使切入深度增大。
使工件表面粗糙度值变大。积屑瘤破碎后的碎片会粘附在工件已加工表面,使工件表面粗糙度值增大;
总之,积屑瘤对粗加工一般是有利的,但精加工时,为保护工件精度及质量,应该尽力避免积屑瘤的产生。
切屑的形状:带状切屑、挤裂切屑、单元切屑、崩碎切屑;
带状切屑:加工塑性金属材料,当切削速厚度小,切削速度较大,***前角较大时,会产生带状切屑,它表明切削过程平稳,切削力波动较小,已加工表面粗糙度值较小。
切削力及影响因素:
切削力:金属切削时,***切入工件,使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力;
切削力的来源:
切削层金属、切屑和工件表面层金属的弹性、塑性变形所产生的抗力;
***与切削、工件表面间的摩擦阻力;
影响切削力的因素:
工件材料:工件材料的强度、硬度越高,材料的剪切屈服度越高,切削力增大,强度、硬度相近的材料,塑性越大,切削力越大,
切削用量:背吃刀量、进给量增加,切削力增加,增大进给量比增大背吃刀量利更有利于减少切削力,切削速度在低速高速时,切削力减少,切削速度在中速时,切削力增加;
***几何角度:前角增加,切削力减少,主偏角增加,切削层厚度增大,切削变形减少,切削力减少。
切削热:切削层金属的弹性、塑性变形,工件、***、切屑之间的摩擦均产生热,每个变形区均是热源,切削热是***磨损的主要原因,它影响尺寸精度。
***磨损:
***失效形式:磨损和非正常磨损;
磨损:***刀面和刀刃上金属微粒被工件、切屑带走,丧失切削能力的现象,有前刀面、后刀面磨损,
磨损原因:磨粒磨损、粘结磨损、扩散磨损、氧化磨损、相变磨损、非正常磨损(碎断、崩刃、裂纹、剥落)。
切削用量选择:
背吃刀量选择:背吃刀量选择应以余量Z确定,粗加工时,选背吃刀量为8-10mm,-2mm,-,当余量Z过大或工艺系统刚性较差时,应尽可能选取较大的背吃刀量和最少的走刀次数;半精加工、精加工时应一次切除全部余量;切削层有硬皮、冷硬层时,应使背吃刀量超过冷硬层厚度,以免刀尖过早磨损。
进给量选择:精加工时,由于切削力较大,主要考虑机床进给机构强度、***强度和刚性、工件装夹刚度,在条件许可的情况下,应选用较大的进给量;精加工时,为保证加工精度和表面质量,应选用较小的进给量;断续切削时,选用较小的进给量,一减少振动。
耐用度:硬质合金焊接车刀耐用度为60分钟,制造和刃磨复杂、成本较高的***如高速钢钻头耐用度为80-120分钟,硬质合金端铣刀耐用度为90-180分钟,齿轮***耐用度为200-300分钟,调整、安装费时的***,其耐用度约为同类***的200%-400%。
磨钝标准:精车:-;合金钢粗车:-;粗车弱性钢工件:-;粗车刚件:-;粗车铸铁件:-;低速粗车刚及铸铁大件:-。
切削液:
切削液的作用:减少摩擦,降低切削力和切削温度,改善散热条件,从而减轻***磨损,提高***耐用度,减少工件热变形,提高加工质量和生产率。
切削液分类:
水溶性切削液:水溶性切削液有水溶液、乳化液、化学合成液三种,水溶液主要用于粗加工、普通磨削加工,水溶液经济、冷却效果强烈,在水溶液中加入清洗剂、防锈剂、油性添加剂可提高其性能;乳化液是由矿物油、乳化剂、其它添加剂与水混合而成的不同浓度的切削液,低浓度乳化液已冷却为主,用于粗加工、普通磨削加工,高浓度乳化液具有良好的润滑作用,可用于精加工和复杂***加工;化学合成液是有水、各种表面活性剂和化学添加剂组成,具有良好的冷却、润滑、清洗和防锈作用;
油溶性切削液:他有切削油和极压切削油两种,主要起润滑作用,切削油有矿物油、动植物有、混合油等,起润滑作用,极压切削油是在切削油上加入了S、P、cl等极压添加剂的切削液,可显著提高润滑和冷却作用。
切削液的选用:
粗加工:切削量大,产热多,已冷却为主,选用%3-5%的乳化液,硬质合金***耐热性较好,可不用切削液;
精加工:以润滑为主,提高加工精度、降低表面粗糙度,选用10%-12%的挤压乳化液;
难加工材料的切削:切削力大,切削温度高,摩擦严重,选用挤压乳化液;
磨削:磨削温度高,工件易烧伤,产生的细屑、磨屑会刮伤已加工表面,一冷却、清洗为主,选用乳化液或挤压乳化液。
磨削:
磨削过程包括:滑擦、刻划、切削三个过程;
磨削特点:
磨削速度高,滑擦、刻划作用导致严重的挤压和摩擦变形,产生大量热,而磨削加工时,热量难以带走,传入工件使工件产生烧伤,尺寸发生变化,产生裂纹。
磨削加工的精度高,表面粗糙度值小,可以实现微量切削,磨削精度可达IT5-6级,-;
磨削径向磨削力大,且作用在工艺系统刚性较差的方向上;
磨削温度高;
砂轮有自锐作用;
磨削除可以加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结构材料外,还可加工一般***难以切削的高硬度材料,但不宜加工塑性较好的有色金属,
磨削加工的工艺范围广,不仅可以加工各种表面,还可用于各种***的刃磨;
磨削在切削加工中的比重增大。
磨内孔和外孔的区别:外圆磨削工艺性好,高速可通过改变砂轮直径易以实现,砂轮与工件接触区敞开,接触面积小,冷却方便;而磨内孔时,砂轮和砂轮轴尺寸受孔的限制,直径较小,为获得较高的速度,必须提高转速,故易产生振动,影响表面粗糙度,砂轮与内孔内切,接触区封闭,接触面积大,产热集中,散热条件差,由此工件热变形大,轴也变形,加工精度低,形状误差大,
磨内孔改善方法:采用较小进给量和背吃刀量,多次重复磨削,以降低效率换取精度提高。
知识点:机床上的运动:切削运动,辅助运动。
辅助运动有:分度运动,送夹料运动,控制运动,其他各种空程运动。
按***分为切刀,孔加工***,铣刀,拉刀,螺纹***,齿轮***,自动化加工***。
按***上主切削刃多少分为单刃***,多刃***。
按***切削部分的复杂程度分为一般***,复杂***。
按***尺寸和工件被加工尺寸的关系分为定尺寸***,非定尺寸***。
按***切削部分本身的构造分为单一***和复杂***。
按***切削部分和夹持部分之间的结构关系分为整体式***和装配式***。
切刀主要包括车刀,刨刀,插刀,膛刀。
孔加工***有麻花钻,中心钻,扩孔钻,铰刀等。
用得最多的***材料是高速钢和硬质合金钢。
高速钢分普通高速钢和高性能高速钢。
高性能高速钢分钴高速钢,铝高速钢,高钒高速钢。
外圆车刀切削部分的结构要素:前刀面,后刀面,副后刀面,主切削刃,副切削刃,刀尖。
***的参考系分为标注角度参考系和工作角度参考系。
标注角度参考系由主运动方向确定,工作角度参考系由切削运动方向确定。
构成***标注角度参考系的参考平面有基面,切削平面,正交平面,法平面,假定工作平面,背平面。
基面过切削刃选定点垂直于主运动方向的平面。
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。
正交平面是通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。
法平面是通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面。
假定工作平面是通过切削刃选定点平行进给方向并垂直于基面的平面。
在正交平面内标注的角度前角,后角,楔角。
在切削平面内标注的角度刃倾角。
在基面内标注的角度主偏角,副偏角,刀尖角。
前角在正交平面内度量的前刀面与基面之间的夹角。
后角在正交平面内度量的后刀面与切削平面之间的夹角。
楔角在正交平面内度量的前刀面与后刀面之间的夹角。
刃倾角在切削平面内度量的主切削刃与基面之间的夹角。
主偏角主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。
副偏角副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角。
刀尖角在基面内度量的主刃与副刃之间的夹角。
***的几何参数包括切削刃形状,刃区剖面型式,刀面型式,***角度。
前角的选择原则(1)工件材料的强度低,硬度低,塑性大,前角数值应取大些,加工脆性材料时,应取较小的前角。(2)***材料的强度和韧性越好应选用较大的前角。(3)粗切时前角取小值,工艺系统差时,前角取大值。
后角的选择原则(1)粗切时后角可取小值,精切时,后角取大值(2)当工艺系统刚性较差或使用有尺寸精度要求的***时取较小的后角。
前角的功用增大前角能减小切削变形和摩擦,降低切削力和切削温度,减少***磨损和改善加工表面质量。
后角功用增大后角能减少后刀面与过度表面件的摩擦,还可以减少切削刃圆弧半径,使刃口锋利。
刃倾角的功用影响切屑流出方向,影响切削刃的锋利性,影响刀刃强度,影响切削分力。
主偏角和副偏角的功用(1)影响已加工表面粗糙度(2)影响切削分力的大小和比例,影响工艺系统的弹性变和振动。(3)直接影响刀尖强度,影响对切削热的传散(4)主偏角影响切屑层形状,影响断屑效果和排屑方向。
主偏角的选择原则(1)粗加工,半精加工,硬质合金车刀,选较大主偏角(2)加工很硬材料取较小主偏角(3)工艺刚性好取较小主偏角,车细长轴选较大主偏角(3)单件小批量生产主偏角等于90度或45度。
;副偏角选择原则(1)一般***取较小副偏角(2)精加工***取更小副偏角(3)加工高强度高硬度或断续切削时取较小副偏角。
磨具由磨料,结合剂,空隙三者构成。
砂轮的特性包括磨料,粒度,硬度,结合剂,组织,形状和尺寸。
粒度分磨粒和微粉。
砂轮硬度是指砂轮工作时,磨料自砂轮上脱落的难易程度。
一般情况下,加工硬度大的金属,应选软砂轮;加工软金属时,应选硬砂轮。粗磨时选软砂轮,精磨时选硬砂轮。
第2章机械加工方法与机床
工件表面形成的方法:工件表面都可以看成一条发生线沿另一条发生线运动而成的,工件、***之一或两者同时按一定规律运动,形成两条发生线,从而生成所要加工的表面。
形成发生线的方法:轨迹法、成形法、相切法、展成法。采用轨迹法形成所需的发生线需要一个独立的运动;成形法加工时勿需任何运动便可获得所需的发生线;采用相切法形成发生线,需要***旋转和***与工件之间的相对移动两个彼此独立的运动;展成法需要复合(工件的旋转和***的旋转或移动两个运动的复合)运动。
机床
机床的分类与型号:机床共有12类,每类有10组,如C6140:C表示类代号(车床),A表示结构特征代号(结构不同),6表示组代号(落地及卧式车床组),1表示系代号(卧式车床系),40表示主参数9最大工件回转直径);又如MG1432A,M表示类代号(磨床),G表示通用特性代号(高精度),1表示组代号(外圆磨床组),4表示系代号(万能外圆磨床系),32表示主参数(磨削直径),A表示重大改进顺序号(第一次重大改进)
机床工件的运动:机床上形成被加工表面所必须的运动,它分主运动(速度最大,消耗功率最大的运动,是产生切削作用必不可少的运动)、进给运动(使切削运动得以继续进行,直至形成整个表面的运动,此运动速度较低,消耗功率也较小)。
机床每个运动具备三个基本组成部分:执行件、传动件、动力源。
传动联系有两种模式:动力源——传动装置——执行件;执行件——传动装置——执行件。
传动链:从一个元件到另一个元件之间的一系列传动件。
两类机床传动链:内联系传动链(传动链的两个末端件的转角或移动量之间如果有严格的比例关系要求);外联系传动链(只传递运动没有上述要求)。类如:展成法加工齿轮时,单头滚刀转一转,工件也应该转过一个齿,才能形成准确的齿形,因此,连接工件与滚刀的传动链即展成运动链,就是一条内联系传动链。
第3章机械加工工艺规程的制定
生产过程与工艺过程:
生产过程:将原材料转变成成品的全过程;
工艺过程:直接改变生产对象的形状、尺寸及相对位置和性质等,使其成为成品和半成品的过程。
机械加工工艺过程:采用机械加工方法(切削或磨削)直接改变毛坯的形状、尺寸、相对位置与性质等,使其成为零件的工艺过程,它决定产品精度,对成本、生产周期有影响。