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金属工艺学课件
发布时间:2021-10-13 18:25:36 来源:未知

  这是金属工艺学课件,关于切削加工,包括了金属切削的基础知识,金属切削机床的基本知识,常用加工方法综述,精密加工和特种加工简介,典型表面加工分析等内容,欢迎点击下载。

  切削加工――用切削刀具,在工具(刀具)与工件的相对运动中,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。

  分机加工和钳工,机加工是工人操作机床完成,这是我们主要研究的。钳工是工人用手持工具来加工的,在某些场合下,钳工加工还是非常经济和方便的。

  ① 前角o――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o――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 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。

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  ① 刀尖安装高低的影响 车外圆时若刀尖高于工件的回转轴线a)),则工作前角oe>o,工作后角oe<o;若刀尖低时(图1-10c))则反之。

  第Ⅰ变形区:主要发生塑性材料的剪切滑移变形。金属材料的变形程度、切削力、切削热的大小和切屑形态等,主要决定于

  工件材料的塑性不同、刀具的前角不同或采用不同的切削用量等,会形成不同类型的切屑,同时也反映了对切削加工的不同影响。常见的切屑种类有以下几种(见图)

  1.带状切屑:其特征是连绵不断,底部很光滑。这时切削力稳定,加工表面较光洁。精加工时出现这种切屑较为理想,但必须采取断屑措施。

  2.挤裂切屑:切屑的背面呈锯齿形,底面有时出现裂纹,这时表明材料的剪切滑移量较大,使切屑材料局部地方加工硬化严重,达到了断裂强度。此时切削力波动较大,已加工表面粗糙度大,粗加工时才允许出现。

  1.积屑瘤的硬度比工件材料高,能代替切削刃进行切削,保护刀刃以减少磨损;此外积屑瘤增大了刀具实际工作前角,使切削轻快,所以粗加工时可以利用积屑瘤。

  2.积屑瘤的顶端伸出刀刃之外,且不断地产生与脱落,使切削层公称厚度不断变化,影响工件尺寸精度。

  3.切削力的变化又会引起振动,加上一些积屑瘤碎片会粘附在已加工表面上,增加工件表面粗糙度。因此,精加工时应当避免积屑瘤产生。

  1.首先可控制切削速度,因为切削速度与摩擦系数、切削温度关系密切,从而影响积屑瘤的产生和大小。当切削速度很低,以及切削速度很高时,都不会产生积屑瘤。因此,精车和精铣一般采用高速切削,而铰削、拉削、宽刀精刨和精车丝杆、涡轮等情况,则采用低速加工,以避免积屑瘤的影响。

  刀具切削工件时,必须首先克服材料的变形抗力,主要是第Ⅰ变形区的剪切滑移抗力,加上第Ⅱ、第Ⅲ变形区的摩擦阻力,这些力的合力就构成了作用在刀具上的总切削力F。

  实际加工中,总切削力的方向和大小的测定既不容易也没有必要。为了适应设计和工艺分析的需要,又便于测定,通常将总切削力F分解为三个互相垂直的分力。

  1.主切削力Fc F在主运动方向上的分力(又称切向力),垂直于基面,其大小约占F的80%~90%。其消耗的功率约占总功率的90%以上。它是计算机床动力、刀具和夹具强度与刚度的主要依据,也是选择刀具角度和切削用量的依据。若Fc过大时,往往会使刀具损坏或使机床发生“闷车”现象。

  2.进给力Ff F在进给运动方向上的分力(又称走刀抗力,轴向力),作用在基面内,它消耗的功率只占总功率的1%~5%。它是设计和校验进给机构强度的依据。

  切削力的大小是由很多因素决定的,一般影响较大的是工件材料和切削用量。目前用实验测量方法总结的经验公式得到广泛的应用。经验公式的形式主要有指数和单位切削力形式。

  在机器制造业的装备中,机床一般要占50%以上,它在机器制造中担负着40~60%的工作量,是机械工业的基本生产设备。它的品种、质量和加工效率将直接影响机械产品的生产技术水平和经济效益。

  传统的“机床”概念,是指“切削机床”。即:用各种不同的方法从被加工零件的毛坯上逐步去除预留的部分、获得零件需要的各种形状和尺寸是进行减法加工的设备。

  随着信息技术的飞速发展,现代加工装备技术中已经开始考虑“从无到有”的新型零件制备方式(即:加法加工设备),快速成型设备就是其中之一。

  工件回转、刀具相对工件进行进给运动(一般是直线运动)的加工方式称为“车削”,实现这种加工的机床便称为“车床”;刀具回转、工件作相对进给运动的加工方式称为“铣削”,

  实现这种加工的机床便称为“铣床”。由此出现了车、铣、刨、磨、钻、镗、齿轮加工、螺纹加工、电加工等各类机床。

  当某类机床除有普通型式外,还有某种通用特性时,则在类代号之后按表2-2所示加通用特性代号予以区别。

  ﹡例如易于保证同轴度要求:利用卡盘安装工件,回转轴线是车床主轴回转轴线;利用前后顶尖安装工件,回转轴线是两顶尖的中心连线。

  有色金属零件表面粗糙度大Ra值要求较小时,不宜采用磨削加工,需要用车削或铣削等。用金刚石车刀进行精细车时,可达较高质量。

  ﹡车床上使用不同的车刀或刀具,可加工各种回转表面如:内、外圆柱面,内外圆锥面、螺纹,沟槽,端面和成形面等。

  (2) 可以校正原有孔轴线) 生产率较低,较适用于单件小批量生产单刃镗刀的刚度较低,为减少变形和振动,采用较小的切削用量,另外,仅有一个主切削刃工作,所以生产率较低。(见图)

  当前许多工业部门的产品,尤其是国防、航天、电子等工业部门的产品,要求高精度、高速度、大功率、耐高温、耐高压、小型化等方向发展,产品所需的材料也越来越难加工,传统的常用方法已不能满足加工要求,因此精密加工和特种加工就应运而生,并不断完善和发展。下面仅简要地介绍一些较常用的方法。

  用装有细磨粒、低硬度油石的磨头,在一定压力下对工件表面加工,加工时工件旋转,油石作轴向进给并轴向微小振动,加工中注入光磨剂(煤油等)。

  不属于传统加工方法,用电、磁、声、光、化学能或其组合,直接施加在被加工部位上,从而去除变形或改变性能的加工,尤其对传统加工难于加工的材料,如高硬度、高强度、高韧性、高脆性、耐高温材料等。

  用阳极溶解的电化学反应,将工具电板形状极与工件之间相对最靠近点,电离击穿电火花脉冲放电,将电极形状尺寸复制到工件上去。

  是外圆加工的主要方法,它可以完成从粗车、半精车、精车和精细车各个阶段的加工,它们所能达到的加工精度和表面粗糙度等级见表1-10,表1-11。

  精细车所用的车床应有很高的精度和刚度;其刀具采用金刚石或细晶硬质合金,经仔细刃磨与研磨获得很锋利的刀刃;以高速(>2.6m/s)、小切深(0.03~0.05mm)和小的进给量(=0.02~0.2mm/r)进行切削,它可达IT6以上的加工精度和Ra0.4以下的表面粗糙度。精细车是小型有色金属零件的主要精整加工方法,也可用于加工大型精密外圆表面,以代替磨削。

  ① 切削过程比较平稳 除断续切削外,车削一般是连续进行的,无冲击,切削力变化小,允许采用较大的切削用量,如高速切削和强力切削(较大),以提高生产率。

  ② 刀具简单 车刀是各种刀具中最简单的一种,其制造、刃磨和安装都很方便,选用合理的切削角度较为灵活,刀具成本也低。

  ③ 易于保证工件各加工面的位置精度 在一次安装中可同时加工其他外圆、内孔、端面和切槽等,可以保证这些表面之间的位置精度,如同轴度、垂直度等。

  ④ 适应加工各种材料 如钢料、铸铁和非金属材料,尤其是适应加工不宜磨削的有色金属零件的精细切削。

  是精加工的主要方法,一般在外圆车削后用作精加工工序,对精确的毛坯(如精密模锻件)也可直接磨削。采用不同的粗细粒度的砂轮和磨削用量,可得到不同精度和表面粗糙度的加工表面,因此磨削可分为粗磨与精磨(参看表1-10,表1-11)。

  外圆磨削常在外圆磨床和万能外圆磨床上进行,也可在无心磨床上加工,有多种磨削加工方式。(图3-1)

  每一往复行程终了,砂轮作周期性横向进给(磨削深度),多次较小的累积,最终磨去全部磨削余量。为了得到较高的加工精度和表面质量,最后几次往复运动可以无横向进给,称为光磨。

  纵磨法的精度较高,表面粗糙度较小,此外用一个砂轮可以加工不同长度的外圆面。其缺点是生产率较低,故广泛用于单件小批生产,特别适于细长轴的精磨。

  ② 横磨法 又称切入磨法,工件不作纵向往复运动,而由砂轮作慢速的连续横向进给,直到磨去全部余量。

  横磨法生产率高,适用于成批及大量生产宽度不大、刚性较好的工件。但是横磨时工件与砂轮接触面大,磨削力大,发热量多,工件易发生变形与烧伤;砂轮的修整精度和磨钝情况,均会影响工件的尺寸、形状精度和表面质量,只适于加工精度较低的表面。

  此类孔本身的精度、表面粗糙度以及与其他表面的位置精度(如孔与外圆表面的同轴度、孔与端面的垂直度),一般均有较高的要求。例如齿轮轴心孔的精度为IT8~IT6,表面粗糙度是Ra1.6~0.4。

  除孔本身的加工精度与表面粗糙度要求较高外,孔与孔(或基准面)之间,也有较高的位置精度,如平行度、同轴度、垂直度等。例如机床主轴箱的轴承孔,其尺寸精度为IT7(或以上),Ra1.6~0.8,轴承孔距公差0.05~0.12,平行度公差值小于孔距公差等。

  根据孔的形状,可分为圆柱孔和圆锥孔。按照孔的长度L与孔径D的比值,可将L/D>5的孔称为深孔。本节只讨论一般圆柱孔的加工。

  (1) 结合面和重要结合面 如支架与机座、车床主轴箱与床身、减速箱体与箱盖的固定联接面,其技术要求有高有低。一般有平面度和表面粗糙度要求。

  (2)导向平面 如机床上的导轨面,要求具有良好的导向精度,因此对表面本身的平面度、直线度、表面粗糙度,与其他导向面的位置精度要求都很高。

  (3)端面 各种轴类、盘套类零件上与其回转中心线垂直的平面,多起定位作用。其对垂直度、端面间的平行度和表面粗糙度有较高的要求。

  (4)板形零件平面 如平行垫铁、模具模块,其工作表面的形状、位置精度要求一般较高。精密平板、平尺及块规的测量平面的形状、表面粗糙度要求极高。

  齿形加工方法的选择,主要取决于齿轮精度,齿面粗糙度。形状、尺寸、材料与热处理状态。具体加工方法选择可见表5-5

  插齿刀的制造、刃磨和检验比滚刀方便,插齿分齿传动链较复杂,传动误差大,一般保证7~8级精度。精插(滚)可达6级(铣齿9级)

  滚齿应用最广,直齿圆柱、斜齿圆柱、涡轮等,但 不能加工内齿和相距近的多联齿轮,插齿应用也多,除加工斜齿轮较复杂外,其他都能加工。

  原理用剃齿机,5~6级,生产率较高,机床简单易调整,精度主要取决于剃齿刀的精度,广泛用于未淬硬的直齿斜齿精加工

  b.展成法 分双斜边、两蝶形砂轮磨齿,4~6级,生产率不及成形法。由于机器价高,用于高质量、硬齿面齿轮

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