金属工艺学184729980|huangbo74163.com 黄博规格严格、功夫到家 课程体系讲授金属零件工艺方法的技术基础课。热加工，是在较高的温度下将金属软化或熔化处理后再冷却至 常温的成形技术（再结晶温度）o对金属进行加热和冷却的过程可人为干预或控制，称为热处理。 热加工常见的分类有：凝固成形（铸造）、连接技术（焊接）、 塑性成形（锻造和冲压）。o热加工成形过程中，模具起着极其重要的作用，从而又衍生出了 模具设计和加工技术。冷加工，通常指金属的切削加工：o即用切削工具从金属材料（毛坯）或工件上切除多余的金属层， 从而使工件获得一定形状、尺寸精度和表面粗糙度的加工方法。o车、铣、刨、磨、镗、拉、钻和插及钳工等加工方法。切削加工（下册的内容含7部分 ）切削基础知识 切削机床基础 常用切削加工方法 精密加工与特种加工方法 典型表面加工分析 工艺过程的基本知识 零件结构的工艺性1 金属切削基础知识切削运动及切削要素刀具材料及刀具构造金属的切削过程切削加工技术经济简析切削切削加工： 使用切削工具（刀具、磨具和磨料等），通过 工具和工件的相对运动，切除工件上的多余材 料层，使工件获得规定的几何参数（形状、尺 寸、位置）和表面质量的加工方法。 切削加工分为： o 机械加工 n 车、钻、铣、刨、磨、拉、等等 o 钳工 n 工人手持工具进行加工，有錾、锯、锉、刮、研、 攻丝、钻、铰、套扣等。1.1 切削运动及切削要素表面的形成 表面形状很多种，但主要由以下几种组成： o 外圆面； o 内圆面（孔） o 平面（内外） o 成形面（较为复杂，如齿轮或更复杂三维面） 分析这些面的构成方式，可见其切削运动的构 成及要求。1.1 切削运动及切削要素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。 合成切削速度是主运动速度与进给运动速度的矢量和合成切削运动（附图）1.1 切削运动及切削要素切削用量：切削速度、进给量、背吃刀量1.1 切削运动及切削要素二、切削用量 1. 切削速度 vc 选定点的主运动速 度（m/s或m/min）,车削时一般算工 件最大切削直径处的线速度。 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），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ap（切削深度） 垂直 与进给速度方向测量的切削层最大尺 寸（mm）。切削层参数 切削层：切削过程中，由刀具切削部分的一个单一动作（如车削时：工 件转一圈，车刀主切削刃移动一段距离）所切除的工件材料层。 切削层公称横截面积 切削层公称宽度 切削层公称厚度1.1 1.1 切削运动及切削要素切削运动及切削要素1.2 刀具材料及刀具结构刀具由夹持部分和切削部分组成。 夹持部分：保证刀具正确的工作位置，传递运 动和动力，夹持可靠，装卸方便； 切削部分：取决于材料、角度、结构一、刀具材料 1.对刀具材料的基本要求 （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13 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13，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。图13常用刀具材料的耐热性1.2 刀具材料及刀具结构种 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6365HRC）、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、CrW5 、GCr15淬透性、耐热性（220250）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（540650），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】YW1、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 加工陶 瓷 材 料，它通常制成 刀片陶瓷刀片硬度高，耐磨性好，耐热性高，许 用的切削速度较高，且价廉，它的主要缺点 是性脆，怕冲击，抗弯强度低，在加入各种 金属元素制成“金属陶瓷”后，其抗弯强度 可大大提高可用于切削高硬度等难加工材 料的精加工1.2 刀具材料及刀具结构3其他新型刀具材料简介 高硬度、高强度、高韧性、高耐热性等难加工材 料的不断增多，要求刀具材料也不断改进与创新 ，而且新材料的引入和原有材料的改进是刀具改 革的根本方向。（1）高速钢的改进（2）硬质合金的改进 （3）人造金刚石 （4）立方氮化硼（CBN） 1.2 刀具材料及刀具结构刀具角度：各种刀具的单个刀齿皆类似车刀1.2 刀具材料及刀具结构nf切削部分夹持部分1.刀具切削部分的组成 三个刀面、两个刀刃、一个尖nf前刀面主切削刃副切削刃刀尖1.2 1.2 刀具材料及刀具结构刀具材料及刀具结构1.刀具切削部分的组成三个刀面：刀具上切屑流过的表面 ：与过渡表面相对的表面，同前刀面相交形 成主切削刃 ：与已加工表面相对，同前刀面相交形成副 切削刃两个刀刃：切出过渡表面的切削刃 ：前刀面与副后面相交形成的切削刃：主切削刃与副切削刃的连接处(1)前刀面 (2)主后刀面(3)副后刀面(1)主切削刃 (2)副切削刃一个尖：刀尖1.2 1.2 刀具材料及刀具结构刀具材料及刀具结构2.车刀切削部分的主要角度(1).辅助平面1.2 1.2 刀具材料及刀具结构刀具材料及刀具结构 基面pr： 通过主切削刃选定点，垂直于假定主运动方向的平面 主切削平面ps： 通过主切削刃选定点，与主切削刃相切并垂直于基面 副切削平面ps： 通过副切削刃选定点，与副切削刃相切并垂直于基面 正交平面po ： 通过主切削刃选定点，同时垂直于基面和主切削平面 假定工作平面pf ： 通过主切削刃选定点，垂直于基面并平行于假定进给运动方向2.车刀切削部分的主要角度(1).辅助平面 基面pr 主切削平面ps 副切削平面ps 正交平面po 假定工作平面pf1.2 1.2 刀具材料及刀具结构刀具材料及刀具结构2.车刀切削部分的主要角度(1).辅助平面 基面pr 主切削平面ps 副切削平面ps 正交平面po 假定工作平面pf1.2 1.2 刀具材料及刀具结构刀具材料及刀具结构2.车刀切削部分的主要角度(1).辅助平面 基面pr，主切削平面ps，副切削平面ps， 正交平面po，假定工作平面pf基面pspfps popr1.2 1.2 刀具材料及刀具结构刀具材料及刀具结构2.车刀切削部分的主要角度(2).标注角度在基面pr内标注的角度.主偏角kr:主切削平面与假 定工作平面间夹角，即主切削刃在 基面上的投影与进给方向间夹角（ 4090）。.副偏角kr:副切削平面与 假定工作平面间夹角，即副切削刃 在基面上的投影与进给运动反方向 间夹角。1.2 1.2 刀具材料及刀具结构刀具材料及刀具结构2.车刀切削部分的主要角度主偏角kr、副偏角kr 越大，残留面积越大1.2 1.2 刀具材料及刀具结构刀具材料及刀具结构主偏角kr、越大，进给抗力越大，切深 抗力越小1.2 1.2 刀具材料及刀具结构刀具材料及刀具结构1.2 1.2 刀具材料及刀具结构刀具材料及刀具结构2.车刀切削部分的主要角度1.1刀具的几何形状及 刀具材料(2).标注角度在正交平面po标注的角度.前角o:前刀面与 基 面间夹角（015）。.后角o :主后刀面 与主切削平面间夹角（612）1.2 1.2 刀具材料及刀具结构刀具材料及刀具结构1.2 1.2 刀具材料及刀具结构刀具材料及刀具结构前角越大，刀越锋利、切削轻快， 强度下降、不利散热减小主后刀面与加工表面的摩擦1.2 1.2 刀具材料及刀具结构刀具材料及刀具结构在主切削平面ps标注的角度刃倾角s:主切削刃与基面间夹角 （-5+5）。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”趋势，即采用大的前角、刃倾角和主偏角，采用小后角。1.2 1.2 刀具材料及刀具结构刀具材料及刀具结构银白屑车刀： 1）采用90度主偏角，以减少背向力，使工件变形减少； 2）前角大（15-30），切削力小，3-4mm卷屑槽； 3）主切削刃上磨有0.1-0.15mm倒棱，以增加主切削刃强度； 4）刃倾角+3度，向待加工表面排屑（3）车刀的工作角度是在工作参考系中定义的角度。 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 （图110a），则工作前角工作后角；若刀尖低时（图110c）则反之。 刀杆中心线安装偏斜的影响 当刀杆中心线与进给方向不垂直时，工作主偏角和工作副偏 角将发生变化（图111）。图112 横向进给对前角和后角的影响 进给运动对工作角度的影响 通常进给量不大时，角度的变化常可忽略，但在快速切断和 车丝杆、蜗杆和多头螺纹时，必须考虑进给运动对工作角度的变化。1.2 1.2 刀具材料及刀具结构刀具材料及刀具结构三、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）。表表1 12 2 车刀结构类型、特点与用途车刀结构类型、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