《机械制造工艺基础》..ppt

机械制造工艺基础,机械制造工艺基础,第1章 铸造,第2章 锻压,第3章 焊接,第4章 切削加工基础知识,第5章 车削,第6章 刨削与拉削,第7章 钻削与镗削,第8章 铣削,第9章 磨削,第10章 齿面加工,第11章 精密加工与特种加工,第12章 机械加工工艺过程,第13章 典型零件的加工,第14章 钳加工与装配,返回,第1章 铸造,第1章 铸造,1.1.1 铸造的特点,1.1 铸造的特点及分类,铸造特点,成本较低,加工方便,适应性强,组织性能较差,返回,第1章 铸造,1.1.2 铸造的分类 铸造的工艺方法很多，一般习惯于将铸造分为砂型铸造和特种铸造两大类，砂型铸造应用较广。如图1-1所示为砂型铸造的生产过程。,1.1 铸造的特点及分类,图1-1 砂型铸造的生产过程,第1章 铸造,1.2.1 砂型铸造的工艺过程 砂型铸造的工艺过程如图1-2所示。根据零件图的形状和尺寸，设计制造模样和芯盒；制备型砂和芯砂；用模样制造砂型；用芯盒制造型芯；把烘干的型芯装入砂型并合型；熔炼合金并将金属液浇入铸型；凝固后落砂、清理；检验合格便获得铸件。,1.2 砂型铸造,图1-2 砂型铸造的工艺过程,返回,第1章 铸造,1.2.2 造型材料 制造砂型的造型材料包括型砂、芯砂及涂料等。型砂和芯砂是按一定比例配合制成的混合料。 1.型砂和芯砂的性能要求 2.型砂的组成 型（芯）砂是由原砂、黏结剂、附加材料、旧砂和水等混合搅拌而成的。,1.2 砂型铸造,可塑性,透气性,退让性,强度,耐火度,性能要求,第1章 铸造,1.2.3 模样与芯盒 模样是形成铸型型腔的模具，芯盒是用来制造型芯以形成具有内腔的铸件。为了保证铸件质量，在制造模样和芯盒时，必须了解加工余量、收缩余量、起模斜度、芯头（其结构见图1-3所示）和铸造圆角（其结构见图1-4所示）这五个工艺参数。,1.2 砂型铸造,图1-3 芯头结构,图1-4 铸造圆角,第1章 铸造,1.2.4 造型和造芯 用造型材料及模样、芯盒等工艺装备制造砂型和型芯的过程称为造型和造芯。根据机械化程度的不同，造型、造芯可分别由手工或机器完成。 1.造型,1.2 砂型铸造,整模造型。过程如图1-5所示。,分模造型。过程如图1-6所示。,挖砂造型,刮板造型。如图1-7所示。,1）手工造型,第1章 铸造,1.2.4 造型和造芯 1.造型,1.2 砂型铸造,图1-5 整模造型过程,第1章 铸造,1.2.4 造型和造芯 1.造型,1.2 砂型铸造,图1-6 分模造型过程,第1章 铸造,1.2.4 造型和造芯 1.造型,1.2 砂型铸造,图1-7 刮板造型,第1章 铸造,1.2.4 造型和造芯 1.造型 2）机器造型：机器造型就是用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型方法。机器造型使工人的劳动强度降低，生产率提高，铸件质量稳定，便于组织流水线生产。但由于设备投资大，主要用于大批量生产。如图1-8所示为震压式造型机紧砂机构示意图，机构采用先震后压的组合紧砂方法。,1.2 砂型铸造,图1-8 震压式造型机紧砂机构 1-压实气缸； 2-震实气路； 3-压实活塞； 4-震实活塞； 5-工作台； 6-砂箱； 7-模样； 8-压头； 9-震实进气口； 10-震实排气口,第1章 铸造,1.2.4 造型和造芯 2.造芯 型芯一般是用芯盒制成的，芯盒的空腔形状和铸件的内腔相适应。如图1-9所示为芯盒造芯方法，图（a）为采用整体芯盒造芯，图（b）为对开芯盒造芯，图（c）为可拆式芯盒造芯。,1.2 砂型铸造,图1-9 芯盒造芯方法,第1章 铸造,1.2.5 浇注系统 浇注系统是指为将金属液体注入型腔而在铸型中开设的一系列通道。浇注系统包括冒口在内，统称为浇冒系统。典型的浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道等组成，如图1-10所示。,1.2 砂型铸造,1-10典型的浇注系统 1-浇口杯； 2-直浇道； 3-横浇道； 4-内浇道； 5-出气口,第1章 铸造,1.2.6 铸造后续加工,1.2 砂型铸造,落砂和清理,合型与铸件检查,浇注,铸造后续加工,小提示,浇注位置确定了铸件在浇注时受重力作用的状态，选择时应以保证铸件质量为前提，同时考虑造型和浇注的方便。浇注位置的选择原则如下： （1）铸件的重要表面应朝下或位于侧面。 （2）铸件上的大平面应尽可能朝下。 （3）铸件的薄壁部位应置于下部。 （4）截面较厚的部分放在上部或侧面。,第1章 铸造,第1章 铸造,砂型铸造的铸件表面粗糙，需留有较大的切削加工余量，废品率较高，生产效率低，劳动条件差。为了克服上述缺点，实践中一些区别于砂型铸造的方法统称为特种铸造。,1.3 特种铸造,特种铸造,熔模铸造,压力铸造,金属型铸造,离心铸造,返回,第1章 铸造,1.什么是铸造？铸造有哪些优点？ 2.什么是砂型铸造？什么是特种铸造？常用的特种铸造有哪些？ 3.什么是型砂？什么是芯砂？型（芯）砂应具备哪些主要性能？ 4.何谓模样？制造模样时需要了解哪些工艺参数？ 5.常见的手工造型方法有哪几种？ 6.什么是浇注系统？浇注系统由哪几部分组成？各组成部分的主要作用是什么？ 7.什么是落砂？什么是清理？ 8.铸件常见的缺陷有哪些？简述其产生的原因。 9.常用的特种铸造有哪几种方法？,复习思考,返回,第2章 锻压,第2章 锻压,2.1.1 锻压的分类 1.锻造 按照成形方式的不同，锻造又可分为自由锻造和模型锻造两大类，如图2-1（a）和（b）所示。 2.冲压 利用冲模使金属薄板受力产生分离或变形的工艺称为冲压，如图 2-1（c）所示。,2.1 锻压的特点及分类,图2-1 锻压分类,返回,第2章 锻压,2.1.2 锻压的特点 锻压成形加工方法有如下特点： （1）锻压加工后，可使金属获得较细密的晶粒，可以压合铸造组织内部的气孔等缺陷，并能合理控制金属纤维方向，以提高零件的性能。 （2）锻压加工后，坯料的形状和尺寸发生改变而其体积基本不变，与切削加工相比，可节约金属材料和加工工时。 （3）能加工各种形状、重量的零件，使用范围广。,2.1 锻压的特点及分类,第2章 锻压,2.2.1 锻造加热与冷却 1.锻造加热 在锻造前，对金属进行加热，目的是提高其塑性，降低变形抗力，改善金属的可锻性，使之容易流动成形。 锻造时由始锻温度到终锻温度的间隔称为锻造温度范围。确定锻造温度范围的基本原则是金属在确定的锻造温度范围内具有良好的塑性和较低的变形抗力，并能获得优质锻件，不产生各种缺陷；加热次数少，生产效率高，成本低。 2.冷却 锻件冷却的方式主要根据材料的化学成分、锻件形状特点和截面尺寸等因素确定。锻件的形状越复杂、尺寸越大，冷却速度越慢。 锻后的零件或毛坯要按图样技术要求进行检验。经检验合格的锻件，最后进行热处理。,2.2 锻造,返回,第2章 锻压,2.2.2 自由锻 1.自由锻造设备：包括加热炉和空气锤，其结构分别如图2-2和图2-3所示。,2.2 锻造,图2-2 红外箱式炉的结构 1-踏杆 2-炉门 3-炉膛 4-温度传感器 5-硅碳棒冷端 6-硅碳棒热端 7-耐火砖 8-反射层,图2-3 空气锤的结构 1-踏杆 2-砧座 3-砧垫 4-下砧铁 5-上砧铁 6-下旋阀 7-上旋阀 8-工作缸 9-压缩缸 10-减速装置 11-电动机,第2章 锻压,2.2.2 自由锻 2.自由锻的工序：自由锻的工序分为基本工序、辅助工序和精整工序三类。基本工序是使金属塑性变形的主要工序，包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、切割等。 1）镦粗 镦粗是使坯料的横截面增大和高度降低的工序，分为整体镦粗和局部镦粗（端部镦粗和中部镦粗），如图2-4所示。,2.2 锻造,图2-4 镦粗,第2章 锻压,2.2.2 自由锻 2.自由锻的工序： 2）拔长 锻造时使坯料的长度增加、截面减小的工序称为拔长，如图2-5所示。,2.2 锻造,图2-5 拔长的翻料方案,第2章 锻压,2.2.2 自由锻 2.自由锻的工序： 4）弯曲 使坯料弯曲成一定角度或形状的锻造工序称为弯曲，如图2-7所示。,2.2 锻造,图2-7 弯曲,第2章 锻压,2.2 锻造,图2-8 自由锻缺陷,自由锻常见的缺陷有裂纹、末端凹陷、轴心裂纹和折叠等。 产生裂纹的原因主要有坯料质量不好、加热不充分、锻造温度过低、锻件冷却不当和锻造方法有错误等。末端凹陷和轴心裂纹是由于锻造时坯料内部未热透或坯料整个截面未锻透，变形只产生在坯料表面造成的，如图2-8（a）所示。产生折叠的原因主要是坯料在锻压时送进量小于单面压下量，如图2-8（b）所示。,知识链接,第2章 锻压,2.2.3 模锻 1.模锻的主要特点 模锻加工的成形具有如下特点： （1）生产效率高，金属的变形在模膛内进行，锻件成形快，一般比自由锻高数倍。 （2）锻件尺寸精度高，加工余量小，从而节约金属材料和切削加工的工时。 （3）能锻造形状比较复杂的锻件。 （4）热加工流线分布合理，大大提高了零件的力学性能和使用寿命。 （5）操作过程简单，易于实现机械化和自动化生产，可以使工人劳动强度降低。,2.2 锻造,第2章 锻压,2.2.3 模锻 2.常用的模锻方法 1）锤上模锻 锤上模锻用的锻模是由带燕尾的活动上模2和固定下模4两部分组成，并分别用紧固楔铁6、8、11紧固在锤头1和模座5上。上、下模合模后，中部形成完整的模膛10、分模面9和飞边槽3，如图2-9所示。,2.2 锻造,图2-9 锻模构造 1-锤头； 2-活动上模； 3-飞边槽；4-固定下模； 5-模座； 6、8、11-紧固楔铁； 7-模垫； 9-分模面； 10-模膛,第2章 锻压,2.2.3 模锻 2.常用的模锻方法 2）压力机上模锻 （1）摩擦压力机模锻。摩擦压力机是利用摩擦传动的，故称为摩擦压力机，如图2-11所示。 （2）曲柄压力机模锻。曲柄压力机又称为热模锻压力机，其曲柄连杆的运动由离合器控制，使曲柄旋转，通过连杆带动滑块上下往复运动，进行锻造加工。,2.2 锻造,图2-11 摩擦压力机 1-机座； 2-机架； 3-导轨； 4-电动机； 5-传动带； 6-圆轮； 7-飞轮； 8-螺杆； 9-螺母； 10-滑块,第2章 锻压,2.2.3 模锻 2.常用的模锻方法 3）胎模锻 在自由锻设备上，使用可移动胎模具生产锻件的锻造方法称为胎模锻。按照 胎模的结构形式，常用胎模可分为摔模、扣模、套筒模和合 模，如图2-12所示。,2.2 锻造,图2-12 胎模种类,第2章 锻压,2.3.1 常用冲压设备 1.机械压力机：俗称冲床，有很多种类型，常用的开式冲床如图2-13所示。 2.剪板机：俗称剪床，用途是将板料剪切成一定宽度的条料，以供冲压使用，外形如图2-14所示。,2.3 冲压,图2-14 剪板机的外形,图2-13 开式冲床 1-工作台； 2-导轨； 3-床身； 4-电动机； 5-连杆； 6-制动器； 7-曲轴；8-离合器； 9-飞轮； 10-V带； 11-滑块； 12-踏板,返回,第2章 锻压,2.3.2 冲压工序 1.分离工序 分离工序是使板料的一部分和另一部分分开的工序，包括冲裁和切断，分别如图2-15（a）和2-15（b）所示。 2.成形工序 成形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生塑性变形而不破坏的工序，如弯曲和拉深，分别如图2-15（c）和2-15（d）所示。,2.3 冲压,图2-15 冲压工序,第2章 锻压,2.3.3 冲压模具 冲压模具简称冲模，由上模（凸模）和下模（凹模）两部分组成。典型的冲压模具包括冲裁模、弯曲模和拉深模等，如图2-16所示。,2.3 冲压,图2-16 冲压模具,第2章 锻压,1.什么是锻压？锻压包括哪两种加工方法？ 2.什么是锻造？什么是冲压？ 3.什么是始锻温度？什么是终锻温度？ 4.锻件常用的冷却方法有哪几种？各适用于何种情况？ 5.什么是自由锻？自由锻的基本工序有哪些？ 6.胎模锻与模锻的主要区别是什么？ 7.冲压的基本工序分为哪两类？各有什么特点？ 8.落料和冲孔有什么异同？ 9.什么是弯曲？什么是拉深？ 10.摩擦压力机模锻和曲柄压力机模锻分别适用于哪些情况？,复习思考,第3章 焊接,返回,第3章 焊接,3.1.1 焊接的特点,3.1 焊接的特点及分类,（1）焊接比其他的连接方法具有更高的强度及更好的密封性，且质量可靠。,（2）可减轻结构质量，节约大量金属材料。,（3）生产率高，便于机械化、自动化生产。,（4）可以制造双金属结构的工件。,（5）产品成本低。,返回,第3章 焊接,3.1.2 焊接的分类,3.1 焊接的特点及分类,焊接分类,钎焊,压焊,熔焊,第3章 焊接,焊条电弧焊是用手工操作焊条进行焊接的方法，如图3-1所示。焊接时，焊工手握夹持着焊条的焊钳进行焊接，焊条和工件之间产生的电弧将工件局部加热到熔化状态形成熔池。随着电弧向前移动，熔池尾部液态金属逐步冷却结晶，最终形成焊缝。其焊接过程如图3-2所示。,3.2 焊条电弧焊,图3-1焊条电弧焊的操作 1-焊条； 2-工件； 3-焊缝； 4-绝缘手柄,图32焊条电弧焊的焊接过程 1-药皮； 2-焊芯； 3-焊缝弧坑； 4-电弧； 5-热影响区； 6-熔渣； 7-熔池； 8-保护气体,返回,第3章 焊接,3.2.1 焊接电源与焊条 1.电源 2.焊接电弧 焊接电弧是由阴极区、阳极区和 弧柱区所构成的，如图3-4所示。,3.2 焊条电弧焊,图3-4中，1-焊条； 2-电源； 3-弧柱区； 4-焊件； 5-阳极区； 6-阴极区,电源,交流弧焊电源,弧焊整流器,直流弧焊电源,图3-4 焊接电弧结构示意图,第3章 焊接,3.2.1 焊接电源与焊条 3.焊条 1）焊条的结构：焊条由焊芯和药皮组成，如图3-6所示。焊条的直径和长度是指焊芯的直径和长度。 2）焊芯：焊芯的作用之一是作为电极导电，同时它也是形成焊缝金属的主要材料。 3）药皮：药皮是压涂在焊芯表面上的涂料层，焊接时形成熔渣及气体，药皮对焊接质量的好坏同样起着重要的作用。,3.2 焊条电弧焊,图3-6 焊条,第3章 焊接,3.2.2 焊接工艺 1.焊接接头 在焊条电弧焊中，由于产品结构形状、材料厚度和焊缝质量要求不同，需要采用不同形式的接头进行焊接。接头形式有对接、搭接、角接和T形接头，如图3-7所示。,3.2 焊条电弧焊,图3-7 焊接接头形式,第3章 焊接,3.2.2 焊接工艺 2.接头的准备工作 接头的准备工作包括坡口、间隙和钝边。坡口的几何形状如图3-8所示，由焊件的厚度决定。,3.2 焊条电弧焊,图3-8 坡口的几何形状,第3章 焊接,3.2.2 焊接工艺 3.焊条直径和焊接电流的选择 焊条直径d取决于焊件厚度、接头形式和焊缝空间位置，通常按焊件厚度选取。焊接电流一般按焊条直径选取。增大焊接电流能提高生产率，增加熔深。 4.焊缝空间位置的选择 焊缝的空间位置有平焊、横焊、立焊和仰焊，如图3-9所示。,3.2 焊条电弧焊,图3-9 焊缝的空间位置,第3章 焊接,3.2.2 焊接工艺 5.操作方法 1）引弧：引弧的方法有敲击法和划擦法两种，如图3-10所示。 2）控制弧长：电弧过长容易发生焊不透现象，还会使焊缝吸收有害气体；电弧过短，又会使焊条与着焊件黏附。,3.2 焊条电弧焊,图3-10 引弧的方法,第3章 焊接,3.2.2 焊接工艺 5.操作方法 3）运条：为了获得所需宽度的焊缝，焊接时焊条还必须做横向摆动，而且力求均匀一致，以获得同样宽度的整齐焊缝，如图3-11所示为常用的几种焊条横向摆动的形式。,3.2 焊条电弧焊,图3-11 焊条横向摆动的形式,第3章 焊接,3.2.2 焊接工艺 5.操作方法 4）焊缝收尾：焊缝收尾时，为了不出现尾坑，焊条应停止向前移动，而采用划圈收尾法或反复断弧法自下而上地慢慢拉断电弧，以保证焊缝尾部成形良好。,3.2 焊条电弧焊,小提示,焊接结束后，焊缝表面被一层熔渣覆盖着，待焊缝温度降低后，用敲渣锤轻轻敲击除掉；焊件上焊缝两侧的飞溅金属，可用扁铲铲除；使用钢丝刷清理焊缝及其周边。,第3章 焊接,3.3.1 气焊 1.气焊系统 图3-12所示为气焊系统。气焊设备包括氧气瓶、乙炔瓶、减压器、回火保险器和焊炬，它们通过软管连接组成焊接系统。,3.3 气焊与气割,图3-12 气焊系统,返回,第3章 焊接,3.3.1 气焊 2.气焊火焰 调节氧气、乙炔气体的不同混合比例可得到三种性质不同的火焰，见表3-1。,3.3 气焊与气割,第3章 焊接,3.3.1 气焊 3.气焊工艺 1）焊丝和气焊熔剂 气焊所用的焊丝是没有药皮的金属丝，其成分与工件基本相同，原则上要求焊缝与工件达到相等的强度。在焊接时，使用适当的气焊熔剂，可与这类氧化物结成低熔点的熔渣，以便浮出熔池。 2）焊接参数 气焊的接头形式和焊接空间位置等工艺问题的考虑，与焊条电弧焊基本相同。气焊的焊接参数则主要是确定焊丝的直径、焊嘴的大小以及焊嘴对工件的倾斜角度。,3.3 气焊与气割,第3章 焊接,3.3.2 气割 1.气割过程 氧气切割简称气割，是一种切割金属的常用方法，如图3-14所示。,3.3 气焊与气割,图3-14 气割 1-割缝； 2-割嘴； 3-氧气流； 4-工件； 5-金属氧化物； 6-预热火焰,金属的性质必须满足两个基本条件才能进行气割：金属的燃烧点应低于其熔点，金属氧化物的熔点应低于金属的熔点。纯铁、低碳钢、中碳钢和普通低合金钢都能满足上述条件，具有良好的气割性能；高碳钢、铸铁、不锈钢，以及铜、铝等有色金属都难以进行氧气切割。,知识链接,第3章 焊接,3.3.2 气割 2.气割操作 工作时，先点燃预热火焰，使工件的切割边缘加热到金属的燃烧点，然后开启切割氧气阀门进行切割。气割必须从工件的边缘开始。如果要在工件的中部挖割内腔，则应在开始气割处先钻一个直径大于5 mm的孔，以便气割时排出氧化物，并使氧气流能吹到工件的整个厚度上。在批量生产时，气割工作可在气割机上进行。割炬能沿着一定的导轨自动做直线、圆弧和各种曲线运动，准确地切割出所要求的工件形状。,3.3 气焊与气割,第3章 焊接,3.4.1 埋弧焊 电弧在焊剂层下燃烧所进行焊接的方法称为埋弧焊，其以连续送进的焊丝作为电极和填充金属。埋弧焊在焊接过程中引燃电弧、焊丝送进和沿焊接方向的移动等全部用机械自动进行。埋弧焊的焊接过程如图3-15所示。,3.4 其他焊接方法简介,图3-15 埋弧焊的焊接过程 1-焊件； 2-焊剂； 3-焊剂漏斗； 4-送丝轮； 5-焊丝； 6-导电嘴； 7-焊渣； 8-焊缝,返回,第3章 焊接,3.4.2 气体保护焊 1.钨极气体保护电弧焊：如图3-16所示。 2.CO2气体保护焊：如图3-17所示。,3.4 其他焊接方法简介,图3-16 钨极氩弧焊示意图 1-焊丝； 2-熔池； 3-喷嘴； 4-钨极； 5-气流； 6-焊缝,图3-17 CO2气体保护焊的焊接过程 1-CO2气瓶； 2-预热器； 3-高压干燥器； 4-减压表； 5-流量计； 6-低压干燥器； 7-电磁气阀； 8-工件； 9-焊枪； 10-送丝机构； 11-电源控制箱,第3章 焊接,3.4.3 电阻焊 电阻焊是焊件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热，将两工件之间的接触表面熔化而实现连接的焊接方法。这种焊接不需要外加填充金属和焊剂。根据焊接接头形式可分为对焊、点焊和缝焊三种，如图3-18所示。,3.4 其他焊接方法简介,图3-18 电阻焊原理示意图 1-焊件； 2-电极； 3-变压器,第3章 焊接,3.4.4 钎焊 根据钎料熔点的不同，钎焊可分为硬钎焊和软钎焊两类。 1.硬钎焊 钎料熔点在450 以上而低于母材金属的熔点，其接头强度高，可达500 MPa。适用于焊接受力较大或工作温度较高的焊件，属于这类钎料的有铜基、银基、铝基材料等。 2.软钎焊 钎料熔点低于450 ，其接头强度低。主要适用于钎焊受力不大或工作强度较低的焊件，常用的为锡、铅钎料。 钎焊时一般需要使用钎剂，钎剂的作用是清除焊件表面的氧化膜及其他杂质，保护钎料和焊件不被氧化。常用的钎剂有松香、硼砂等。,3.4 其他焊接方法简介,第3章 焊接,1.什么是焊接？焊接方法分哪几类？ 2.常用的焊接电源有哪几种？什么是正接法和反接法？ 3.焊条的组成有哪些？各部分的作用是什么？ 4.焊接接头的形式有哪些？焊厚板时开坡口的作用是什么？ 5.简述焊条电弧焊的操作方法。 6.气焊的设备由哪几部分组成？ 7.氧乙炔焰有哪几种？气焊中最常用的是哪一种？ 8.气焊点火和结束时的正确操作顺序是什么？ 9.简述气割的过程。 10.什么是电阻焊？其特点是什么？电阻焊的种类有哪些？,复习思考,第4章 切削加工基础知识,返回,第4章 切削加工基础知识,4.1.1 切削运动 1.表面成形 直接参与切削过程，使之在工件上形成一定几何形状表面的刀具和工件间的相对运动称为表面成形运动。如图4-1所示为常见工件表面的加工方法及其成形运动。,4.1 切削运动与切削用量,图4-1 常见工件表面的加工方法及其成形运动,返回,第4章 切削加工基础知识,4.1.1 切削运动 2.主运动和进给运动 根据切削过程中所起的作用不同，表面成形运动又可分为主运动和进给运动。主运动是直接切除工件上的被切削层，使之转变为切屑，以形成工件新表面的运动，它是速度最高、消耗功率最多的运动。进给运动是不断地把被切削层投入切削，以逐渐切出整个工件表面的运动。 3.三种表面 在切削加工中，随着工件上多余材料不断地被切除，工件上存在三个处于不断变化的表面，如图4-2所示。,4.1 切削运动与切削用量,图4-2 常见加工方法中的表面形成,第4章 切削加工基础知识,4.1.2 切削用量 切削用量是切削过程中最基本的操作参数，包括切削速度vc、进给量f和背吃刀量ap，其分别表示切削刃与过渡表面之间的相对运动速度、待加工表面转化为已加工表面的速度、已加工表面与待加工表面之间的垂直距离。其数值的大小反映了切削运动的快慢以及刀具切入工件的深浅。如图4-3所示为车削加工的切削用量要素。,4.1 切削运动与切削用量,图4-3 车削加工的切削用量要素,第4章 切削加工基础知识,4.2.1 刀具几何形状 2.刀具的角度 为了标注和度量方便，在不考虑进给运动、规定车刀安装时刀尖与工件轴线等高、刀柄中心线垂直进给方向等简化条件下建立一坐标系，如图4-5所示。,4.2 刀具几何形状与材料,图4-5 正交平面参考系 1-切削平面； 2-正交平面； 3-底平面； 4-车刀； 5-基面； 6-工件,返回,第4章 切削加工基础知识,4.2.1 刀具几何形状 2.刀具的角度 刀具的标注角度是标注在图样上供刀具制造、刃磨的角度。正交平面参考系中刀具的标注角度主要有五个：前角o、后角o、主偏角r、副偏角r、刃倾角s，如图4-6所示。,4.2 刀具几何形状与材料,图4-6 车刀的主要角度,第4章 切削加工基础知识,4.2.2 刀具材料 1.对刀具材料的基本要求 （1）刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，否则难以切削。 （2）刀具材料应具有良好的耐磨性。 （3）刀具材料必须具备足够的强度和韧度，以便承受切削力、冲击和振动时不被破坏。 （4）刀具材料在高温条件下应仍能保持高的硬度、高的耐磨性并具有足够的坚韧度，即应具有热硬性。 （5）刀具材料应具有较好的化学惰性，保证在切削过程中，随着切削温度的升高而具有不发生黏结磨损和扩散磨损的能力。 （6）刀具材料应具有良好的工艺性。 2.刀具材料 目前常用的刀具材料一般为碳素工具钢、合金工具钢、高速钢和硬质合金等金属材料。,4.2 刀具几何形状与材料,第4章 切削加工基础知识,4.3.1 切削力 1.切削力的来源 切削力来源于两个方面：一是切削层金属和切屑作用在前刀面上的正压力Fnr和摩擦力Ffr；二是已加工表面作用在后刀面上的正压力Fna和摩擦力Ffa。前、后刀面上作用力的合力为F，如图4-7所示。,4.3 切削力、切削热与切削温度,图4-7 作用在刀具上的力,返回,第4章 切削加工基础知识,4.3.1 切削力 2.切削力的分解 实际加工中，前、后刀面上的切削力都不易测定，也没有必要测定，而是根据设计和工艺分析的需要将切削合力分解在三个相互垂直的方向进行研究，如图4-8所示为切削外圆时切削力的分解。,4.3 切削力、切削热与切削温度,图4-8 切削力的分解,第4章 切削加工基础知识,4.3.2 切削热与切削温度 1.切削热与切削温度介绍 切削过程中消耗的能量，除了极少部分以形变能存在于工件表面和切屑中，其余都要转变成热能，所以会产生大量的热，这些热称为切削热。切削温度一般是指切削区的平均温度。切削温度的高低取决于切削热的产生和传出情况，一般可通过观察切屑的颜色大致估计出来。 2.减少切削热和降低切削温度的措施 在切削加工过程中应设法减少切削热的产生，改善散热条件，降低切削温度，减小切削热和切削温度对刀具和工件产生的不良影响。为了减小切削热，降低刀具与工件的切削温度，除了合理选择刀具材料、刀具几何角度和切削用量以外，使用切削液是简便有效的方法。,4.3 切削力、切削热与切削温度,第4章 切削加工基础知识,4.3 切削力、切削热与切削温度,切削液的品种很多，性能各异，应根据具体加工条件来选择适宜的切削液，才能收到良好的效果。常用的切削液种类及其选用情况如下： （1）非水溶性切削液，如机械油、轻柴油、煤油、豆油、猪油等。普通切削油在低温条件下使用时具有良好的润滑性能，常用于低速精加工。 （2）水溶性切削液。主要用于以冷却为主的粗加工和高速切削的精加工。 （3）乳化液。高浓度的极压乳化液用于低速切削，既有良好的冷却效果，又有较好的润滑效果。低浓度的乳化液用于需要以冷却为主的硬质合金刀具的高速切削。,知识链接,第4章 切削加工基础知识,4.4.1 加工精度 加工精度就是指零件被加工后尺寸、形状和表面间的相互位置等方面的几何参数与理想几何参数的相符合程度。零件的加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度。,4.4 加工精度与加工表面质量,位置精度,尺寸精度,形状精度,加工精度,返回,第4章 切削加工基础知识,4.4.2 加工表面质量 零件的表面质量对零件的耐磨性、疲劳强度、抗腐蚀性、密封程度、接触刚度等都有一定的影响。,4.4 加工精度与加工表面质量,零件表面微观的凸起与凹陷造成的不平整程度称为表面粗糙度。表面粗糙度是衡量加工表面微观几何形状精度的主要参数。一般零件的工作表面粗糙度值在3.20.4 m 选取。,1.表面粗糙度,2.表面层组织及力学性能,切削加工时，由于切削变形和切削热等的影响，工件表层及其与基体材料的交界处会产生相互平衡的弹性应力，称为表面层残余应力。,第4章 切削加工基础知识,1.什么是切削运动？什么是主运动和进给运动？主运动和进给运动有何不同？ 2.什么是切削用量？ 3.车刀切削部分有哪几个独立的基本角度？ 4.对刀具切削部分的材料有哪些基本要求？ 5.高速工具钢有什么特点？适用于什么场合？ 6.刀具的切削力可分解为哪三个分力？ 7.什么是切削热？什么是切削温度？ 8.什么是加工精度？加工精度包括哪些方面？ 9.什么是加工表面质量？加工表面质量包括哪几个方面？,复习思考,第5章 车削,返回,第5章 车削,车削是机械制造中使用最广泛的一种加工方法。车削加工是在车床上利用工件的旋转和刀具的移动来实现的，主要用于各种回转表面的加工，如内外圆柱面、圆锥面及成形回转表面等，有时还能加工螺纹面，如图5-1所示。,图5-1 车削加工范围,5.1 车床、车刀与车床附件,返回,第5章 车削,5.1.1 车床 1.车床外形 用于车削的机床，按用途和结构不同主要分为卧式及落地车床，转塔车床，立式车床，仿形及多刀车床，单轴自动车床和多轴自动、半自动车床，数控车床，车削中心，各种专门化车床（如曲轴与凸轮轴车床）及铲齿车床等。在各种车床中，卧式车床应用最普遍，下面以典型的CA6140型卧式车床为例作简要介绍，如图5-2所示。,5.1 车床、车刀与车床附件,图5-2 CA6140型卧式车床,第5章 车削,5.1.1 车床 2.车床部件 CA6140型卧式车床主要用来加工轴类零件和直径不大的盘类零件，其主要组成部件如下：,5.1 车床、车刀与车床附件,尾座,主轴箱,刀架与滑板,进给箱,床身,溜板箱,车床部件,第5章 车削,5.1.2 车刀 1.外圆车刀 外圆车刀用于纵向车削外圆，它可分为直头外圆车刀、弯头外圆车刀、宽刃精车刀和曲线刃车刀四种，分别如图5-3中的4、3、9、5所示。,5.1 车床、车刀与车床附件,图5-3 外圆车刀,第5章 车削,5.1.2 车刀 2.端面车刀 （1）横向端面车刀：（见图5-3中的6、12）可以由外圆向内进给，也可以由中心向外进给，这两种情况的主、副刀刃及主、副偏角均不相同，分别如图5-4（a）和图5-4（b）所示。 （2）纵向端面车刀：（见图5-3中的2）又名劈刀，实际上就是r90°的外圆车刀，用于加工不大的台肩端面，如图5-4（c）所示。,5.1 车床、车刀与车床附件,图5-4 端面车刀,第5章 车削,5.1.2 车刀 3.割刀：（见图5-3中的1、7、10）用于切断工件或切槽。割刀有两个副切削刃，副偏角r=1°2°，以减少与工件侧面的摩擦。有时割刀的主偏角r90°，在切断面上会留下小圆锥形的残余材料，如图5-5所示。 4.成形车刀：（见图5-3中的2、8、11）是专用车刀，用于卧式车床、转塔车床、半自动和自动车床上加工工件内、外表面的回转型面。 5.镗刀：（见图5-3中的13）用于卧式车床镗工件内孔。,5.1 车床、车刀与车床附件,图5-5 r90°的割刀,第5章 车削,5.1.3 车床附件 车床附件多种多样，例如卡盘、花盘、顶尖、心轴、中心架、跟刀架等，车床附件通常用于工件装夹工作，如图5-6所示。,5.1 车床、车刀与车床附件,图5-6 车床上工件的安装方式,第5章 车削,5.1.3 车床附件,5.1 车床、车刀与车床附件,图5-6 车床上工件的安装方式,小提示,用顶尖安装工件应注意： （1）卡箍上的支承螺钉不能支承得太紧，以防工件变形。 （2）由于靠卡箍传递扭矩，所以车削工件的切削用量要小。 （3）钻两端中心孔时，要先用车刀把端面车平，再用中心钻钻中心孔。,第5章 车削,5.2.1 车外圆 1.安装工件 安装工件的方法主要有用三爪自定心卡盘或者四爪卡盘、心轴等。 2.选择车刀 车外圆可用图5-7所示的各种车刀。直头车刀（尖刀）的形状简单，主要用于粗车外圆；弯头车刀不但可以车外圆，还可以车端面，加工台阶轴和细长轴则常用偏刀。,5.2 车削方法,图5-7 各种车刀,返回,第5章 车削,5.2.1 车外圆 3.调整车床 车床的调整包括主轴转速和车刀的进给量。主轴的转速是根据切削速度计算选取的。而切削速度的选择则和工件材料、刀具材料以及工件加工精度有关。 4.粗车和精车 粗车的目的是尽快地切去多余的金属层，使工件接近于最后的形状和尺寸。粗车后应留下0.51mm的加工余量。精车是切去余下少量的金属层以获得零件所求的精度和表面粗糙度，因此背吃刀量较小，约0.10.2mm，切削速度一般较高，初学者可用较低速。为了提高工件表面粗糙度，用于精车的车刀的前、后刀面应采用油石加机油磨光，有时刀尖磨成一个小圆弧。,5.2 车削方法,第5章 车削,5.2.2 车端面与台阶 1.车端面 常用端面车削时的几种情况如图5-8所示。 2.车台阶 车削台阶的方法与车削外圆基本相同，但在车削时应兼顾外圆直径和台阶长度两个方向的尺寸要求，还必须保证台阶平面与工件轴线的垂直度要求。,5.2 车削方法,图5-8 常用端面车削时的几种情况,第5章 车削,5.2.3 切槽与切断 1.切槽：在工件表面上车沟槽的方法叫切槽，槽的形状有外槽、内槽和端面槽，如图5-9所示。 2.切断 切断要用切断刀。切断刀的形状与切槽刀相似，但因刀头窄而长，很容易折断。常用的切断方法有直进法和左右借刀法两种。,5.2 车削方法,图5-9 常用切槽的方法,第5章 车削,5.2.3 切槽与切断,5.2 车削方法,小提示,切断时应注意以下几点： （1）切断一般在卡盘上进行。工件的切断处应距卡盘近些，避免在顶尖安装的工件上切断。 （2）切断刀刀尖必须与工件中心等高。 （3）切断刀伸出刀架的长度不要过长，进给要缓慢均匀。将切断时，必须放慢进给速度，以免刀头折断。 （4）切断钢件时需要加切削液进行冷却润滑，切铸铁时一般不加切削液。 （5）两顶尖工件切断时，不能直接切到中心，以防车刀折断，工件飞出。,第5章 车削,5.2.4 车孔 1.车孔方法 车孔可以作粗加工，也可以作精加工。车孔分为车通孔和车不通孔，如图5-11所示。 2.车内孔时的质量分析 主要包括两个方面：1）尺寸精度达不到要求，2）几何精度达不到要求。,5.2 车削方法,图5-11 车孔,第5章 车削,5.2.5 车锥面 将工件车削成圆锥表面的方法称为车削锥面。常用车削锥面的方法有宽刀法、转动小刀架法、尾座偏移法、靠模法等几种。 1.宽刀法：车削较短的圆锥时，可以用宽刃刀直接车出。 2.转动小刀架法：当加工锥面不长的工件时，可用转动小刀架法车削。 3.尾座偏移法：当车削锥度小，锥形部分较长的圆锥面时，可以用偏移尾座的方法，此方法可以自动走刀，缺点是不能车削整圆锥和内锥体，以及锥度较大的工件。 4.靠模法：靠模装置的底座用螺钉固定在床鞍后侧面上，并随床鞍一起移动。靠模板侧面用导轨与底座配合，使用时由拉杆和螺栓将靠模板固定，使它与床身一样保持静止状态。,5.2 车削方法,第5章 车削,5.2.6 车成形面 用成形车刀或车刀按成形法或仿形法等车削工件的成形面称为车成形面，其主要加工方法有联合进刀法（见图5-16（a）、用成形车刀法（见图5-16（b）和仿形法。,5.2 车削方法,图5-16 车成形面,第5章 车削,5.2.7 车螺纹 1.螺纹车刀 下面以普通螺纹（牙型角=60°）为例介绍螺纹车削的要点。螺纹车刀切削部分的几何形状应和螺纹牙型的轴向剖面形状相符合，在径向前角为0°时车刀的刀尖角r应与螺纹牙型角口相等，即r=60°。为避免“扎刀，大多数螺纹车刀采用正径向前角p。当p=15°时，车刀刀尖角r=59°，当p=0°时，车刀刀尖角r=60°，如图5-17所示。,5.2 车削方法,图5-17 螺纹车刀几何角度与用样板对刀,第5章 车削,5.2.7 车螺纹 2.车刀的装夹 螺纹车刀装夹时，刀尖应与工件轴线等高，刀尖角r的对称轴线应与工件轴线垂直，通常使用样板校正，如图5-17所示。 3.螺距或导程的调整 为了保证工件每回转一圈，车刀沿轴向移动一个螺距或导程，必须使车床丝杠转速n丝与工件转速n工的比值等于工件螺距P工（或导程Pz工）与丝杠螺距P丝的比值，即 4.车削螺纹的步骤 螺纹车削需要经多次吃刀和重复进给才能完成，因此，每次进给时，必须保证车刀刀尖对准已车出的螺旋槽。,5.2 车削方法,第5章