金屬切削過程以及其控制

1、關(guān)于金屬切削過程及其控制1第一張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月21. 刀具材料應具備的性能切削時刀具要承受：高溫、高壓、摩擦和沖擊的作用刀具材料須滿足以下基本要求： 1） 高的硬度常溫硬度HRC60以上。刀具硬度工件的硬度2）高的耐磨性 保證刀具的尺寸精度3）足夠的強度與韌性能承受切削力、沖擊和振動，防止刀具脆性斷裂和崩刀。第二張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月4）高的耐熱性（熱穩(wěn)定性）在高溫下保持：硬度、耐磨性、強度、韌性、化學穩(wěn)定性。刀具材料的導熱性要好，不會因受到大的熱沖擊，產(chǎn)生刀具內(nèi)部裂紋而導致刀具斷裂。5）良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能刀具材料應具有好的鍛造性能、熱

2、處理性能、焊接性能、磨削加工性能等。而且要追求高的性能價格比。6）良好的工藝性和經(jīng)濟性第三張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月4刀具材料的發(fā)展與切削加工高速化的關(guān)系切削速度（m/min）200010005002001005020101800 1850 1900 1950 2000 年代碳素工具鋼合金工具鋼WC系硬質(zhì)合金高速鋼WC-TiC系硬質(zhì)合金涂層硬質(zhì)合金TiAlN涂層硬質(zhì)合金DLC涂層硬質(zhì)合金TiC-TiN金屬陶瓷聚晶立方氮化硼 （PCBN）陶瓷聚晶金剛石（PCD）第四張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月5工具鋼（包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼）硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石（天然

3、和人造）立方氮化硼等。碳素工具鋼和合金工具鋼，因其耐熱性很差，目前僅用于手工工具。常用刀具材料第五張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月62.高速鋼 高速鋼是一種加入了較多的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼。 特點：1）強度高（抗彎強度為硬質(zhì)合金的23倍,陶瓷的56倍）；2）韌性高（比硬質(zhì)合金高幾十倍）；5）可加工性好，熱處理變形較小。3）具有一定的硬度（HRC6370），且有較好的耐磨性；4）且有較好的耐熱性（500600）；第六張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月分類 常用于制造各種復雜刀具（如鉆頭、絲錐、拉刀、成型刀具、齒輪刀具等）。 應用：按制造工藝可分為: 熔煉高速鋼

4、、粉末冶金高速鋼和表面涂層高速鋼。按用途可分為： 通用高速鋼和高性能高速鋼。第七張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月通用型高速鋼（含碳量0.70.9%，6266 HRC） 鎢系高速鋼 W18Cr4V 鉬系高速鋼 W6Mo5Cr4V2 高溫塑性好 主要用于一般材料的常規(guī)加工，速度不高于50m/min.高性能高速鋼 高性能高速鋼是指在通用型高速鋼中增加碳、釩、鈷或鋁等合金元素，使其常溫硬度可達6770HRC，耐磨性與熱穩(wěn)定性進一步提高。典型牌號有：W6Mo5Cr4V2Co8 、 W6Mo5Cr4V2Al 。主要用于加工不銹鋼、高溫合金、耐熱鋼和高強度鋼等難加工材料，加工普通材料可達90m/m

5、in.第八張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月粉末冶金高速鋼 適用于制造精密刀具、大尺寸(滾刀、插齒刀)刀具、復雜成形刀具、拉刀等。（表32）常用高速鋼的力學性能 牌號常溫硬度/HRC抗彎強度/GPa沖擊韌性/MJ/ m2高溫硬度/HRC500C600CW18Cr4V2W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4VCo8W6Mo5Cr4V2Al636663666668676933.43.543.02.93.90.180.320.30.40.30.230.3565556-6048.547485455第九張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月涂層高速鋼。是采用物理氣相沉積（PVD）方法，刀具表面

6、生成TiN，其厚度一般為28m。特點：切削力、切削溫度約下降25%，切削速度、進給量和刀具壽命顯著提高。適合在鉆頭、絲錐、成形銑刀和切齒刀具上應用。第十張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月11第十一張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月常用高速鋼牌號及其應用范圍類別牌 號主 要 用 途普通高速鋼W18Cr4V廣泛用于制造加工一般鋼材和鑄鐵的鉆頭、鉸、銑刀、拉刀、絲錐、齒輪刀具等整體刀具。切削速度低。W6Mo5Cr4V2用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭等，用于加工奧氏體不銹鋼、高溫合金、鈦合金。高性能高速鋼高礬W12Cr4V4 Mo用于制造形狀簡單，對耐磨性要求較

7、高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al用于制造復雜刀具和難加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al耐磨性好，用于制造加工高強度耐熱鋼的刀具W6Mo5Cr4V5SiNbAl用于制造形狀簡單的刀具，如加工鐵基高溫合金的鉆頭W2Mo9Cr4VCo8（M42）用作難加工材料的刀具，因其磨削性好可作復雜刀具，價格昂貴第十二張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月133. 硬質(zhì)合金是用具有高耐磨性和高耐熱性的金屬碳化物粉末(WC、TiC、TaC、 NbC等)金屬粘接劑 (Co、Ni等) 高壓成形后高溫燒結(jié)而成。成分：WC（TiC、 TaC ）Co（Ni）特點：高硬度（HRA8993相當于HRC 7482

8、）;高耐磨性，高耐熱性（8501000），切削速度可達100300m/min;抗彎強度低和抗沖擊振動性能差，很少用于制造整體刀具。第十三張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月14分類鎢鈷類硬質(zhì)合金 K（ YG ）類（WCCo）Co含量抗彎強度、韌性、耐磨性。用途：加工鑄鐵和有色金屬等脆性材料。特點：牌號：YG8、YG6、YG6X 、YG3、YG3X 強度、韌性好，耐磨性、耐熱性稍差。第十四張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月牌 號應 用 范 圍YG3X鑄鐵、有色金屬及其合金和合金淬火鋼高速精加工YG3鑄鐵、有色金屬及其合金精加工、半精加工，不能承受沖擊載荷YG6X普通鑄鐵、冷硬鑄鐵、

9、高溫合金的連續(xù)切削時的精加工、間斷切削時的半精加工YG6鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工和粗加工YG8鑄鐵、有色金屬及合金、非金屬材料粗加工，也可用于斷續(xù)切削抗彎強度、韌性、進給量 硬度、耐磨性、切削速度常用硬質(zhì)合金的牌號及其應用范圍第十五張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金 P（ YT ）類（WCTiCCo）用途：高速切削結(jié)構(gòu)鋼和合金鋼等塑性材料。牌號： YT5、YT14、YT15、YT30特點：耐磨性、耐熱性好，強度、韌性較差。TiC含量耐磨性 抗彎強度 、韌性。第十六張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月17牌 號應 用 范 圍YT30碳素鋼、合金鋼的精加工YT

10、15碳素鋼、合金鋼在連續(xù)切削時的粗加工、半精加工，亦可用于斷續(xù)切削時的精加工YT14同YT15YT5碳素鋼、合金鋼的粗加工，也可以用于斷續(xù)切削YW2高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工和精加工YW1高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的粗加工和半精加工抗彎強度、韌性進給量 硬度、耐磨性、切削速度抗彎強度、韌性、進給量 硬度、耐磨性、切削速度常用硬質(zhì)合金的牌號及其應用范圍第十七張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金 M （ YW ）類（WCTiCTaC（碳化鉭）（NbC（碳化鈮）Co）牌號：

11、YW1 (M10)、YW2 (M20) 特點：強度、韌性，耐熱性，耐磨性。用途：即可加工鑄鐵和有色金屬，又可加工鋼材及高 溫合金和不銹鋼等難加工材料。用途：高速精加工鋼材。 鎳鉬鈦類硬質(zhì)合金YN類（TiCNiMo）牌號： YN05、YN10特點：高硬度、高耐磨性、高耐熱性和抗氧化性， 但強度和韌性降低。第十八張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月19特 點：外硬內(nèi)韌，耐磨性、耐熱性、抗氧化性和抗粘結(jié)性，但鋒利性、抗剝落性和抗崩刃性，成本比較高。 在韌牲較好的刀具基體上，涂覆一層耐磨性好的難熔金屬化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韌性。4. 涂層刀具材料涂層方法：化學氣相沉積法（C

12、VD法，1000）和物理氣相沉積法（PVD法，500）。常用的涂層材料有：TiC、TiN、Al203及其復合材料等, 涂層厚度隨刀具材料不同而異。第十九張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月205. 陶瓷刀具材料以氧化鋁Al2O3或氮化硅Si3N4為基體再添加少量金屬，在高溫下燒結(jié)而成的一種刀具材料。特點：硬度高，耐磨性、耐高溫性能好，有良好的化學穩(wěn)定性和抗氧化性，與金屬的親合力小、抗粘結(jié)和抗擴散能力強。用途：可用于鋼、鑄鐵類零件的高速車削、銑削加工，并可切削難加工的高硬度材料。第二十張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月21 陶瓷刀具是以氧化鋁（Al2O3）或以氮化硅（Si3N4）為

13、基體，添加少量金屬在高溫下燒結(jié)而成的。特點： 高硬度和耐磨性。常溫硬度達9195HRC，可以切削60HRC以上的硬材料。 高的耐熱性。高溫下強度、韌性降低較少。 高的化學穩(wěn)定性。在高溫下有較好的抗氧化、抗黏結(jié)性能。 低的摩擦因數(shù)。切屑不易粘刀，不易產(chǎn)生積屑瘤。 強度和韌性低。承受沖擊載荷的能力較差。 熱導率低。抗熱沖擊性能較差。5. 陶瓷刀具材料第二十一張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月22 可加工硬度高達65HRC的高硬度難加工；可進行扒荒粗車及銑、刨等大沖擊間斷切削；刀具壽命可提高幾倍至幾十倍；切削效率提高310倍，可實現(xiàn)以車銑代磨。 與傳統(tǒng)硬質(zhì)合金相比，有下列優(yōu)點：用途：適用于高

14、速精細加工硬材料，新型的陶瓷刀具也能半精、粗加工多種難加工材料。 第二十二張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月236. 立方氮化硼（CBN）立方氮化硼（CBN）是一種人工合成的新型刀具材料，它由六方氮化硼在高溫、高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)化而成。特點：它有很高的硬度及耐磨性； 可耐13001500的高溫，熱穩(wěn)定性好； 化學惰性大，與鐵系金屬在1300時不易 起化學反應； 導熱性好，摩擦系數(shù)低。用途：）可用于冷硬鑄鐵、淬硬鋼的粗車和精車加工。）高溫合金、熱噴涂材料、硬質(zhì)合金及其它難加工材料的高速切削。第二十三張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月24 聚晶立方氮化硼(PCBN)是由CBN作為主

15、要成分與結(jié)合劑在高溫高壓下燒結(jié)而成的聚晶體，結(jié)合劑主要有金屬型(以CO、Ni為代表)或陶瓷型(以TiC、TiN、Al2O3為代表)。聚晶立方氮化硼 (PCBN)特點：1. 具有較高的硬度和耐磨性 硬度一般為30005000HV。在切削耐磨材料時其耐磨性是硬質(zhì)合金刀具的50倍、涂層硬質(zhì)合金刀具的30倍、陶瓷刀具的25倍。 第二十四張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月253. 具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性 CBN的化學惰性特別大，在12001300時也不與鐵系材料發(fā)生化學反應，在中性、還原性的氣體中，對酸、堿都是穩(wěn)定的；其對各種材料的粘結(jié)、擴散作用比硬質(zhì)合金小得多，因此PCBN刀具特別適合加工鋼鐵材

16、料。 2. 具有很高的熱穩(wěn)定性 PCBN在800時的硬度還高于陶瓷和硬質(zhì)合金的常溫硬度。 因此PCBN刀具適于加工淬硬鋼、鑄鐵、高溫合金鋼等高硬度耐磨材料。第二十五張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月26 金剛石是碳的同素異形體，是目前最硬的物質(zhì)，其顯微硬度達10000HV。（1）天然單晶金剛石刀具 主要用于非鐵材料及非金屬的精密加工。特點：單晶金剛石結(jié)晶界面有一定的方向，不同晶面上硬度與耐磨性有較大的差異，刃磨時須注意選擇刃磨平面。（2）人造聚晶金剛石 （PCD）人造金剛石是通過合金觸媒的作用，在高溫高壓下由石墨轉(zhuǎn)化而成。特點：人造聚晶金剛石抗沖擊強度高，可選用較大的切削用量。結(jié)晶面無

17、固定方向，可自由刃磨。 7.金剛石第二十六張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月27（3）金剛石燒結(jié)體 在硬質(zhì)合金基體上燒結(jié)一層約0.5mm厚的聚晶金剛石。特點：強度較好，能進行斷續(xù)切削，可多次刃磨。主要用于有色金屬的高速精細切削。金剛石不是碳的穩(wěn)定狀態(tài)，遇熱易氧化和石墨化，用金剛石刀具進行切削時須對切削區(qū)進行強制冷卻。金剛石刀具不宜加工鐵族元素，因為金剛石中的碳原子和鐵族元素的親和力強，刀具壽命低。 第二十七張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月常用刀具材料可切削的主要工件材料 刀具材料結(jié)構(gòu)鋼合金鋼鑄鐵淬硬鋼冷硬鑄鐵鎳基高溫合金鋼鈦合金銅鋁等有色合金非金屬 高速鋼硬質(zhì)合金K類(YG)

18、P類(YT)M類(YW)涂層硬質(zhì)合金Ti(N) 基硬質(zhì)合金陶瓷Al2O3基Si3N4基 超硬 材料金剛石立方氮化硼第二十八張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月29 應當指出，加工一般材料大量使用的仍是普通高速鋼及硬質(zhì)合金，只有在加工難加工材料時，才考慮選用新牌號合金或高性能高速鋼，在加工高硬度材料或精密加工時，才考慮選用超硬材料。第二十九張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月30 磨削：用帶有磨粒的工具（砂輪、砂帶、 油石等）對工件進行加工的方法。工具：砂輪（磨料結(jié)合劑）制坯、干 燥、焙燒、修整。砂輪特性：由磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度、 組織、及形狀尺寸等因素決定。3.3.4 磨料與磨

19、具第三十張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月31是構(gòu)成砂輪的主要成分,直接擔負切削工作。磨料1磨料磨料應具備的特點：具有高硬度、高耐熱性和一定的韌性，在磨削過程中受力破碎后還要能形成鋒利的幾何形狀。磨料的種類分為: 氧化物系、碳化物系和超硬磨料系第三十一張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月32表3-3 磨料的特性和使用范圍第三十二張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月33氧化物系碳化物系超硬材料棕剛玉白剛玉普通鋼材淬火鋼 、高速鋼黑碳化硅綠碳化硅鑄鐵、有色金屬硬質(zhì)合金等硬脆材料人造金剛石立方氮化硼高硬材料難加工材料第三十三張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月34粒度即磨料

20、顆粒的大小, 對加工表面粗糙度和磨削生產(chǎn)率影響較大。分為兩個級別：粒度 磨粒（40m） 微粉（40m）每英寸篩網(wǎng)長度上的篩孔數(shù)表示一般磨削(荒磨） 12#46# 粗磨、半精磨、精磨 46#80# 精密磨、珩磨 100#280# 以顆粒最大尺寸的微米數(shù)表示精密磨：珩磨、研磨 W40W28 超精密磨、鏡面磨 W20W5 第三十四張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 磨削硬度低、塑性大的工件材料和磨削面積較大時，為避免砂輪堵塞，可采用粗粒度的砂輪 。（表34）常用粒度及使用范圍 類別粒度顆粒尺寸 (m)應用范圍微粉W40W2840282820珩磨研磨W20W1420141410研磨超精加工超精

21、磨削W10W510753.5研磨超精加工鏡面磨削類別 粒度顆粒尺寸 (m)應用范圍磨粒12#36#20001600500400荒磨打毛刺46#80#400315200160粗磨半精磨，精磨100# 280#1601255040精磨，珩磨第三十五張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月36將磨粒粘結(jié)成有一定強度和形狀的砂輪分為：結(jié)合劑陶瓷結(jié)合劑樹脂結(jié)合劑橡膠結(jié)合劑金屬結(jié)合劑結(jié)合劑的作用影響：砂輪的強度、抗沖擊性、耐熱性。第三十六張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月37（表38）常用結(jié)合劑的性能及選用 結(jié)合劑代號特 性適用范圍陶瓷V耐熱，耐蝕，氣孔多，易保持輪廓，彈性差最常用，適于各類磨削

22、樹脂B彈性好，強度比V高，耐熱性差適用于高速磨削，切斷，開槽橡膠R彈性更好，強度更高，氣孔少，耐熱性差適用于切斷，開槽，及作無心磨的導輪青銅J強度最高，型面保持性好，磨耗少，自銳性差適用于金剛石砂輪第三十七張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月38磨粒在磨削力的作用下從砂輪表面脫落的難易程度反映了磨粒與粘合劑的粘結(jié)強度和自礪性。 硬度砂輪硬度高磨未淬硬鋼 LN 磨淬硬鋼 HK磨硬質(zhì)合金 HJ 精密磨 KL超軟軟中軟中中硬硬超硬DEFGHJKLMNPQRSTY砂輪硬度低 磨粒易脫落磨粒不易脫落第三十八張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月39工件硬度較低時，應選用較硬的砂輪；砂輪與工件接

23、觸面較大時，選用較軟的砂輪；磨薄壁件及導熱性差的工件時選用較軟的砂輪；精磨和成形磨時，應選用較硬的砂輪；砂輪粒度號大時，應選用較軟的砂輪。砂輪硬度選擇原則 ：第三十九張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月40組織磨料、結(jié)合劑、氣孔三者之間的比例關(guān)系磨料所占比例越大，組織越緊密，氣孔少 反之，組織疏松， 氣孔多組織 組織號：012組織號越大磨粒所占體積越小砂輪越疏松氣孔就越多砂輪不易被切屑堵塞冷卻液或空氣帶入磨削區(qū)散熱條件改善。常用：47第四十張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月41砂輪名稱代號斷 面 簡 圖基 本 用 途平行砂輪P根據(jù)不同尺寸，分別用于外圓磨、內(nèi)圓磨、平面磨、無心磨、

24、工具磨、螺紋磨和砂輪機上雙斜邊砂輪PSX主要用于磨齒輪齒面和磨單線螺紋雙面凹砂輪PSA主要用于外圓磨削和刃磨刀具，還可用作無心磨的磨輪和導輪薄片砂輪PB主要用于切斷和開槽等筒形砂輪N用于立式平面磨床 6. 砂輪的形狀、用途及選擇第四十一張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月42砂輪名稱代號斷 面 簡 圖基 本 用 途杯形砂輪B主要用其端面刃磨刀具，也可用圓周磨平面和內(nèi)孔碗形砂輪BW通常用于刃磨刀具，也可用于磨機床導軌碟形砂輪D適于磨銑刀、絞刀、拉刀等，大尺寸的一般用于磨齒輪的齒面第四十二張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月43P-3005075-A60L5V-35m/sP砂輪形狀代號

25、：平形砂輪砂輪的標志實例：300 砂輪外徑：300mm50 厚 度：50mm75 內(nèi) 徑：127mmA 磨 料：棕剛玉60 粒 度：60#L 硬 度：中軟5 組 織 號：5號（中等）V 結(jié) 合 劑：樹脂（V）35 最高線速度：35m/s第四十三張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月砂輪選擇依據(jù)：工件材料的性質(zhì)、要求的表面粗糙度和金屬磨除率。選擇原則：1）磨鋼，選剛玉類砂輪；磨硬鑄鐵、硬質(zhì)合金和非金屬材料，選碳化硅砂輪。2）磨軟材料，選硬砂輪；磨硬材料，選軟砂輪。3）磨軟而韌的材料，選粗磨粒；磨硬而脆的材料，選細磨料。4）工件粗糙度要求低時，選細磨粒；金屬切除率要求高時，選粗磨粒。5）要求加工表面質(zhì)量高時，選用樹脂或橡膠結(jié)合劑的砂輪；要求最大金屬切除率時，選用陶瓷結(jié)合劑的砂輪。第四十四張，PPT共五十