死板加工技巧教案

  机械加工技术教案_工学_高等教育_教育专区。教学课程:绪论 教学目的: 1.了解课程的性质和内容 2.了解机械制造技术的发展现状 3.了解先进制造技术及其发展方向 4.了解课程的目的和要求 教学重点: 1.了解课程的性质和内容 2.了解课程的目

  教学课程:绪论 教学目的: 1.了解课程的性质和内容 2.了解机械制造技术的发展现状 3.了解先进制造技术及其发展方向 4.了解课程的目的和要求 教学重点: 1.了解课程的性质和内容 2.了解课程的目的和要求 教学过程: 讲授新课: 一、本课程的性质和内容 本课程所讲的机械制造技术主要是指机械冷加工技术和机械装配技术。 内容包括: (1)掌握金属切削过程的基本规律和机械加工的基本知识。合理选择机械加 工方法与机床、刀具、夹具及切削加工参数,并初步具备制订机械加工工艺规程 的能力。 (2)掌握机械加工精度和表面质量的基本理论和基本知识。初步具备分析和 解决现场工艺问题的能力。 二、机械制造技术的发展现状 我国的制造业得到长足发展,但还存在阶段性的差距。 1.数控机床在我国机械制造领域的普及率不高。 2.国产先进数控设备的市场占有率较低。 3.数控刀具、数控检测系统等数控机床的配套设备不能适应技术发展的需 要。 4.机械制造行业的制造精度、生产效率、整体效益等都不能满足市场经济发 展的要求。 三、先进制造技术的及其发展方向 先进制造技术是传统制造业不断吸收机械、电子、信息、材料及现代管理等 方面的最新成果,将其综合应用于制造的全过程以实现优质、高效、低消耗、敏 捷及无污染生产的前沿制造技术的总称。 先进制造技术的主要发展趋势 (1)制造技术向自动化、集成化和智能化的方向发展(CNC)机 床 、 加 工 中心(MC)、柔性制造系统(FMS)以及计算机集成制造系统(CIMS)等自动化制 造设备或系统的发展适应了多品种、小批量的生产方式,它们将进一步向柔性化、 对市场快速响应以及智能化的方向发展,敏捷制造设备将会问世,以机器人为基 础的可重组加工或装配系统将诞生,智能制造单元也可望在生产中发挥作用。加 速产品开发过程的 CAD/CAM 一体化技术、快速成形(RP)技术、并行工程(CE) 和虚拟制造(VM)将会得到广泛的应用。 (2)制造技术向高精度方向发展 21 世纪的超精密加工将向分子级、原子级精度推进,采用一般的精密加工 也可以稳定地获得亚微米级的精度。精密成形技术与磨削 加 工 相 结 合,有可能覆盖大部分零件的加工。以微细加工为主要手段的微型 机电系统技术将广泛应用于生物医学、航空航天、军事、农业、家庭等领域,而 成为下世纪最重要的先进制造技术前沿之一。 (3)综合考虑社会、环境要求及节约资源的可持续发展的制造技术将越来越受 到重视。绿色产品、绿色包装、绿色制造过程将在下个世纪普及。 四、学习本课程的目的和要求 通过本课程的学习,使学生掌握机械制造技术的基本加工技术和基本理论, 再通过后续课程的学习,进一步掌握先进制造技术的有关知识,从而为将来胜任 不同职业和不同岗位上的专业技术工作、掌握先进制造技术手段应用、具备突出 的工程实践能力奠定良好的基础。 1.掌握机械制造过程中工艺系统、表面成形和切削加工的基本理论;掌握常 用加工方法及其工艺装备的基本知识和基本理论;了解现代制造技术的知识、应 用及发展。 2.掌握常用加工方法的综合应用、机械加工工艺、装配工艺设计的方法,初 步掌握工艺装备选用和夹具设计的方法。 3.初步具备解决机械制造过程中工艺技术问题的能力和产品质量控制的能 力。 教学后记: 激发学习兴趣,提高学习质量 教学课程:机械加工的基本概念 教学目的: 1.了解机械加工的概念及分类 2.理解机械制产品生产过程 3.掌握机械加工工艺过程的组成 4.理解生产纲领和生产类型 教学重点: 1.机械加工工艺过程的组成 2.生产类型 教学难点: 机械加工工艺过程的组成 教学过程: 讲授新课: 机械加工是一种用加工机械对工件的外形尺寸或性能进行改变的过程。按 被加工的工件处于的温度状态﹐分为冷加工和热加工。一般在常温下加工,并 且不引起工件的化学或物相变化﹐称冷加工。一般在高于或低于常温状态的加 工﹐会引起工件的化学或物相变化﹐称热加工。冷加工按加工方式的差别可分 为切削加工和压力加工。热加工常见有热处理﹐煅造﹐铸造和焊接。 一、机械产品生产过程和机械加工工艺过程 1.机械产品生产过程 生产过程是指从原材料(或半成品)制成产品的全部过程。对机器生产而言 包括原材料的运输和保存,生产的准备,毛坯的制造,零件的加工和热处理,产 品的装配、及调试,油漆和包装等内容。生产过程的内容十分广泛,现代企业用 系统工程学的原理和方法组织生产和指导生产,将生产过程看成是一个具有输入 和输出的生产系统。能使企业的管理科学化,使企业更具应变力和竞争力。 2.机械加工工艺过程 在生产过程中,直接改变原材料(或毛坯)形状、尺寸和性能,使之变为成 品的过程,称为工艺过程。它是生产过程的主要部分。例如毛坯的铸造、锻造 和焊接;改变材料性能的热处理;零件的机械加工等,都属于工艺过程。机械 加工工艺过程是机械产品生产过程的一部分。 二、机械加工工艺过程的组成 零件的机械加工工艺过程由许多工序组合而成,每个工序又可分为若干个安 装、工位、工步和走刀。 (1)工序 工序是机械加工工艺过程的基本单元,是指由一个或一组工人在同一台机床 或同一个工作地,对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。工 作地、工人、工 件与连续作业构成了工序的四个要素,若其中任一要素发生变 更,则构成了另一道工序。 一个工艺过程需要包括哪些工序,是由被加工零件的结构复杂程度、加工精 度要求及生产类型所决定的。如图1-36所示的阶梯轴,因不同的生产批量,就有 不同的工艺过程及工序,如表1-4与表1-5所列。 图1-36 阶梯轴 表1-4 单件生产阶梯轴的工艺过程 表1-5 大批量生产阶梯轴的工艺过程 (2)安装 工件每经一次装夹后所完成的那部分工序。在一道工序中,工件在加工位置 上至少要装夹一次,但有的工件也可能会装夹几次。如表1-5中的第2、3及5工序, 须调头经过两次安装才能完成其工序的全部内容。应尽可能减少装夹次数,多一 次装夹就多一次安装误差,又增加了装卸辅助时间。 (3)工位 工件在机床上占据每一个位置所完成的那部分工序。为减少装夹次数,常采 用多工位夹具或多轴(多工位)机床,使工件在一次安装中 先后经过若干个不同 位置顺次进行加工。 (4)工步 工步是加工表面、切削刀具和切削用量(仅指主轴转速和进给量)都不变的情 况下所完成的那一部分工艺过程。变化其中的一个就是另一个工步。 如图1-37所示车削阶梯轴Ф 85 mm外圆面为第一工步,车削Ф 65 mm外圆面为 第二工步。这是因为加工的表面变了。有时为了提高生产率,把几个待加工表面 用几把刀具同时加工,这也可看作一个工步,称为复合工步,如图1-38所示。 图1-37 车削阶梯轴 图1-38 复合工步 (5)走刀 在一个工步中,如果要切掉的金属层很厚,可分几次切削,每切削一次就称 为一次走刀。 如图1-37所示车削阶梯轴的第二工步中,就包含了两次走刀。 三、生产纲领和生产类型 (1)生产纲领 生产纲领是指包括备品和废品在内的该产品的年产量。 零件在计划期为一年的生产纲领N可按下式计算 N ? Qn(1 ? ?)(1 ? ? ) 式中:N—零件的年产量(件/年); Q—产品的年产量(台/年); n—每台产品中该零件的数量(件/台); α 、β —备品率(%)和废品率(%)。 当零件的生产纲领确定后,还要根据车间的情况按一定期限分批投产,每批 投产的数量,称为生产批量。 (2)生产类型 根据生产纲领的大小和产品品种的多少,机械制造企业的生产可分为单件生 产、成批生产和大量生产三种生产类型。 1)单件生产:产品的种类多而同一产品的产量很小,工件地点的加工对象完 全不重复或很少重复, 例如重型机器、专用设备或新产品试制都属于单件生产。 2)成批生产:工作地点的加工对象,周期性地进行轮换。 普通机床、纺织机械等的制造等多属此种生产类型。 按照批量的大小,成批生产又可分为小批生产、中批生产和大批生产三种类 型。 3)大量生产:产品数量很大,大多数工作地点长期进行某一零件的某一道工 序的加工。如汽车、轴承、自行车等的制造多属此种生产类型。 生产类型取决于产品(零件)的年产量、尺寸大小及复杂程度。表1-6列出了 各种生产类型的生产纲领及工艺特点。 表1-6 各种生产类型的生产纲领及工艺特点 单位:件 课后作业: 1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6 教学课程:工件的定位基准 教学目的: 1.理解基准的定义 2.掌握基准的分类 教学重点: 基准的分类 教学难点: 基准的分类 教学过程: 复习提问: 1. 何谓机械加工?它分为哪两类? 2. 什么是机械产品的生产过程,它包括哪些内容? 3. 何谓生产类型,分为哪几类,各有何特点? 4. 什么是工序、安装、工位、工步和走刀? 讲授新课: 零件是由若干几何表面组成的,这些表面之间有一定的相互位置和距离尺寸 的要求。因此,在加工过程中必须相应的以某个或某几个表面为依据来加工其他 表面,以保证图样上所规定的要求。 一、基准的定义 基准是确定零件上某一个点、线、面的位置时所依据的那些点、线、面。 二、基准的分类 根据其作用的不同,基准可分为设计基准和工艺基准两大类,前者用于产品 零件的设计图上,后者用于机械制造的工艺过程中。 1.设计基准 在零件图上用以确定其它点、线、面位置的基准,称为设计基准。 2.工艺基准 零件在加工和装配过程中所使用的基准,称为工艺基准。工艺基准按用途不 同又分为装配基准、测量基准及定位基准。 (1)装配基准 装配时用以确定零件在部件或产品中的位置的基准,称为装配基准。 (2)测量基准 用以检验已加工表面的尺寸及位置的基准,称为测量基准。 (3)定位基准 加工时工件定位所用的基准,称为定位基准。作为定位基准的表面(或线、 点),在第一道工序中只能选择未加工的毛坯表面,这种定位表面称粗基准. 在以后的各个工序中就可采用已加工表面作为定位基准,这种定位表面称精 基准。 (4)工序基准 工序图上用来标注本工序加工的尺寸和形位公差的基准。就其实质来说,与 设计基准有相似之处,只不过是工序图的基准。工序基准大多与设计基准重合, 有时为了加工方便,也有与设计基准不重合而与定位基准重合的。 课后作业: 1-7 教学课程:机械加工的劳动生产率 教学目的: 1.了解劳动生产率的概念 2.理解时间定额的分类 3.掌握时间定额的组成 4.理解提高劳动生产率的工艺途径 教学重点: 1.时间定额的组成 2.提高劳动生产率的工艺途径 教学难点: 提高劳动生产率的工艺途径 教学过程: 复习提问: 1. 什么是基准? 2. 基准分为哪几类? 讲授新课: 制度机械加工工艺规程的基本原则是优质、高效、低成本,即在保证零件 质量要求的前提下,尽量提高劳动生产率和降低成本。 劳动生产率是指在单位时间内制造出的合格产品的数量,或者是指用于制 造单件合格产品所消耗的时间。 一、时间定额 劳动定额是衡量劳动生产率的一项重要指标,它表现为时间定额(计时) 和产量定额(计件)两种基本形式。 时间定额是在一定生产技术组织条件下,规定生产一件产品或完成一道工 序所消耗的时间。产量定额在一定生产技术组织条件下,规定在单位时间内生 产合格产品数量的标准。目前,时间定额这一劳动定额形式为多数企业所采用。 1.单件工序时间(t0) 在机械加工中,完成一个工件的一道工序所需要的时间,称为单件工序时 间,简称单件时间。它包括下列组成部分: (1)基本时间(tb) 基本时间是指直接改变生产对象的尺寸、形状、性能或相对位置等工艺过 程所消耗的时间。 (2)辅助时间(ta) 辅助时间是指为保证完成基本工作而执行的各种辅助工作所需的时间。它 包括:装卸工件的时间、开动和停止机床的时间、机床工作中变换刀具的时间、 改变加工规范的时间、试切和测量工件等所消耗的时间等。 (3)技术服务时间(tc) 技术服务时间是指在工作班内,消耗在照看工作地而分摊到每一个零件上 所消耗的时间。一般包括:更换刀具、润滑机床、清理切屑、修磨刀具、修整 砂轮和修整工具所消耗的时间。 (4)组织服务时间(tg) 组织服务时间是指在整个工作班内,消耗在照管工作地而分摊到每一个上 所消耗的时间。一般包括:班前和班后领换及收拾工具、检查及试运转设备、 更换切削液或润滑剂、下班前打扫工作场地、清理设备等消耗的时间。 (5)自然需要及休息时间(tn) 自然需要及休息时间是指工人在工作班内为恢复体力和满足生理上的需要 而分摊到每一个零件上所消耗的时间。 2.调整时间(tj) 调整时间是指在成批生产中,为了更换工件或工序而对设备及工艺装备进 行重新调整所需要的时间。调整时间是消耗在一批工件上的时间,所以分摊到 每一个工件上的时间为 Tj/N(N 为批量数)。 3.计价时间(tp) 计件时间是指完成一件产品的一道工序所规定的时间定额。 二、提高劳动生产率的工艺途径 机械加工生产率在很大程度上取决于所采用的加工工艺和生产组织管理方 式。采用各种行之有效的先进工艺方法和高效的自动化加工设备以及科学的生 产组织管理方式都可以显著地提高机械加工的生产率。 缩减时间定额 ⒈ 缩短基本时间的工艺措施 ⑴ 提高切削用量 增大切削速度、切削深度和进给量都可以缩短基本时 间,这是机械加工中广泛采用的提高生产率的有效方法。 近年来出现的聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼等新型刀具材料,切削普通钢 材的切削速度可达 900m/min。在加工 60HRC 以上的淬火钢、高镍合金钢时,在 980℃仍能保持其红硬性,切削速度可在 900m/min 以上。 高速滚齿机的切削速度可达 65~75m/min。采用强力磨削,其速度可达 60m/s。 提高切削用量的主要途径是采用优质的刀具材料、合理的刀具角度、合适 的冷却润滑液和完善的加工设备等。 ⑵ 减少切削行程长度 减少切削行程长度也可以缩短基本时间。例如 右图 13-1 中采用三把刀具同时加工同一表面。 ⑶ 合并工步 用几把刀具对同一工件的几个不同表面、一把复合刀具对同 一表面同时进行加工,把原来单独的几个工步集中为一个复合工步。各工步的 基本时间就可以全部或部分相重合,从而减少了工序的基本时间。图 13-2(a) 为在六角车床上常见的合并工步,两把不同刀具同时切削;图 13-2(b)为几 个砂轮同时磨削导轨面。 ⑷ 采用多件加工 多件加工有三种方式: 顺序多件加工,即工件顺着行程方向一个接着一个地装夹,如图 13-3(a) 所示。这种方法减少了刀具切入和切出的时间,也减少了分摊到每一个工件上 的辅助时间。平行多件加工,即在一次行程中同时加工 n 件平行的工件,如图 13-3(b)所示。 平行顺序多件加工为上述两种方法的综合应用,如图 13-3(c) 所示。这种方法适合于工件较小、批量较大是情况。 (a) (b) (c) 图 13-3 多件加工 ⒉ 缩短辅助时间的工艺措施 辅助时间在单件工时内所占的比例较大,有时甚至超出基本时间数倍。当 采取一些措施将基本时间缩短以后,辅助时间所占的比例就会变得更大。因此, 通过缩短辅助时间来提高劳动生产率也很重要。可以采用以下措施来缩短辅助 时间: ⑴ 采用先进夹具 如成批生产时采用气动或液动快速夹紧装置、多品种 小批量生产时采用成组夹具等,这不仅可以保证加工质量,而且能大大地节省 装卸和找正工件的时间。 ⑵ 尽量将辅助时间与基本时间重合 采用可换夹具或可换工作台、转位夹 具或转位工作台、回转夹具或回转工作台,可以实现在加工的同时装卸另一个 或另一组工件,使工件的装卸时间与辅助时间重合。如图 13-4 所示。 (a) (b) 图 13-4 辅助时间与基本时间重合的示例 ⑶ 提高机床操作的机械化与自动化水平,实现集中控制、自动调速与变速 以缩短开、停机床和改变切削用量的时间。 ⑷ 采用先进的检测设备,实施在线主动检测。 ⒊ 缩短布置工作地时间的工艺措施 ⑴ 采用快速换刀、自动换刀及机外对刀装置,可以节省刀具的装卸和对刀 的辅助时间。 ⑵ 采用机夹刀具和硬质合金刀具,以减少换刀和刃磨时间。 ⑶ 利用压缩空气吹切屑。 ⒋ 缩短准备与终结时间的工艺措施 把结构形状、技术条件和工艺过程相似的工件组织起来,采用成组工艺和 成组夹具,可以明显缩短准备与终结时间。有条件时也可选用准备终结时间极 短的先进加工设备,如数控机床、加工中心等。 (二)实施机床多台的看管 多台机床看管是一种先进的劳动组织措施。一个工人同时管理几台机床可 以提高生产率是显而易见的,但应满足两个必要条件:一是若一人看管 M 台机 床,则任意(M–1)台机床上的工人操作时间之和,应小于另一台机床的机动 时间;二是每台机床都要有自动停车装置。 (三)采用先进的工艺方法 1.毛坯准备 采用冷挤压、热挤压、粉末冶金、精密锻造、爆炸成形等新工艺,可以大 大提高毛坯精度,减少机械加工工作量,节省原材料,可以明显地提高生产率。 2.特种加工 对特硬、特韧、特脆等难加工材料或复杂型面,采用特种加工方法能极大 地提高生产率。如用电解加工一般锻模,可以将加工时间从 40~50 小时减少到 1~2 小时。 3.采用少无切削加工 如冷挤压齿轮、滚压丝杠等。 4.改进加工方法 减少手工和低效率加工方法。如大批量生产中以拉削、滚压代替铣、铰、 磨削,以精刨、精磨、金刚镗代替刮研等。 (四)提高机械加工的自动化程度 广义地讲,自动化制造系统(Automatic Manufacturing System —AMS) 是由一定范围的被加工对象、一定柔性和自动化水平的各种设备和高素质的人 组成的一个有机整体,它接受外部信息、能源、资金、配套件和原材料等,在 人和计算机控制系统的共同作用下,实现一定程度的柔性自动化制造,最后输 出产品、文档资料、废料和对环境的污染。采用自动化制造系统可以有效改善 劳动条件,显著提高劳动生产率,大幅度提高产品的质量,有效缩短生产周期, 并能显著降低制造成本。 课后作业: 1-8、1-9、1-10、1-11 教学课程: 切削运动和切削要素 教学目的: 1.掌握切削运动的概念、组成 2.掌握切削用量三要素 3.掌握选择切削用量的基本原则 4.了解切削层横截面要素包括的内容 教学重点: 1.切削运动的组成 2.切削用量三要素 教学难点: 切削用量三要素和切削横截面要素的计算 教学过程: 复习提问: 1.什么叫金属切削加工? 2.金属切削加工的主要方法有哪些? 新课讲授: 一、切削运动 定义:指在切削过程中刀具与工件之间的相对运动。 包括:主运动和进给运动。 1.主运动 定义:指由机床或人力提供的主要运动,它促使刀具和工件之间产生相对 运动,从而使刀具前面接近工件。 特点:速度最高,消耗的功率最大。 2.进给运动 定义:指由机床或人力提供的运动,它使刀具与工件产生附加的相对运动, 加上主运动,即可不断地或连续地切削,并得出具有几何特性的加工表面。 通常,主运动只有一个,而进给运动可能有多个。 3.切削过程中工件上三个不断变化的表面 (1)待加工表面 工件上有待切除的表面。 (2)已加工表面 工件上经刀具切削后产生的表面。 (3)过渡表面 工件上由切削刃形成的那部分表面。 二、切削要素 包括:切削用量和切削层横截面要素。 1.切削用量 包括:切削速度、进给量和背吃刀量三个要素 (1)切削速度(? c ) 速度,单位 m/s。 指切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时 当主运动是旋转运动时,可按下式计算: ?c ? ?d w n 1000? 60 (m/min) n —工件或刀具每分钟转速(m/min); d w — 工件待加工表面直径或刀具的最大直径(mm)。 当主运动是往复直线Ln (m/min) 1000 L—往复直线运动的行程长度(mm); n ——主运动每分钟的往复次数(str/min)。 (2)进给量 f 指在进给运动方向上刀具相对工件的位移量,单位是 mm/r 或 mm/行程。 (3)背吃刀量 指在通过切削刃上基点并垂直于工作平面的方向上测 量的吃刀量,单位是 mm。 如车外圆、镗孔、扩孔、铰孔等时,可按下式计算: ap ? dw ? dm 2 钻削加工时 ap ? dm 2 式中: dm —工件已加工表面的直径,mm。 选择切削用量的基本原则:首先尽量选择较大的背吃刀量,其次在工艺装 备和技术条件允许的情况下选择最大的进给量;最后根据刀具耐用度确定合适 的切削速度。 2.切削层横截面要素 定义:指刀具与工件相对移动一个进给量时,相邻两个过渡表面之间的切 削层。 包括:切削宽度、切削厚度和切削面积 (1)切削宽度(aw) 指刀具切削刃与工件的接触长度,单位是 mm 。 (2)切削厚度(ac) 指刀具或工件每移动一个进给量时,刀具切削刃 相邻的两个位置之间的距离,单位是 mm 。 (3)切削面积(Ac) 指切削层横截面的面积,单位是 mm2 。 课后作业: 2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6 教学课程:切削力 教学目的: 1.掌握总切屑力的来源 2.理解总切削力的分解 3.理解影响总切削力的因素 教学重点: 1.总切削力的分解 2.影响总切削力的因素 教学难点: 总切削力的分解 教学过程: 复习提问: 1.什么叫切削运动? 2.切削用量包括哪个三要素? 3.选择切削用量的基本原则? 新课讲授: 切削时将刀具切入工件,使工件发生变形而成为切屑所需要的力,称为切 削力。切削力对机床、夹具和刀具的设计和使用,都具有很重要的意义。 一、 总切削力的来源 在切削过程中,被切层金属产生弹性变形和塑形变形,就有变形抗力作用 在刀具上,其方向分别与前面、后面垂直,如下图中 Ffy 和 Fna;切屑与刀具 前面相摩擦,已加工表面与刀具后面相摩擦,产生了摩擦阻力,其方向与刀具 的相对运动方向相反,如图中 Fnr 和 Ffa。这里的变形抗力和摩擦阻力就是总 切削力的来源。 二、总切削力的分解 将总切削力 Fr 分解为三个互相垂直的分力: 1.主切削力 Fc(切向力) 总切削力在主运动方向上的投影。消耗动力最多,占机床总功率的 95%~99%。 2.走刀抗力 Ff (轴向力/进给力) 总切削力在进给方向上的投影。它一般只消耗总功率的 1%~5%。 3.吃刀抗力 Fp (径向力/背向力 ) 总切削力在吃刀方向上的投影。因为这个方向上运动速度为零,所以不做功。 但它一般作用在工件刚度较弱的方向上,容易使工件变形,引起振动,影响加工 精度。 各切削力的关系: Fr ? Fz2 ? Fy2 ? Fx2 ? Fz2 ? Fx2y Fy ? Fxy ? cos?r ; Fx ? Fxy ?sin ?r 三、影响总切削力的因素 在切削过程中,凡对切削过程中的变形和摩擦有影响的因素,都将对总切削 力产生影响,其中主要是工件材料的力学性能、刀具的几何角度、切削用量和切 削液等因素。 1.工件材料 工件材料的强度、硬度越高,切削时变形抗力越大,总切削力也越大。如 果材料的强度、硬度大致相同,而塑形、韧性较大的材料,其总切削力也较大。 2.刀具角度 刀具角度中,对总切削力影响较大的是前角(ro)和主偏角(kr)。前角适当 增大,能减少切削变形,排屑也较顺利,使总切削力减小。 3.切削用量 切削用量中的进给量和背吃刀量越大,切削面积也越大,切屑又宽又厚,切 削力亦随之增大。切削速度对总切削力的影响不大。 4.切削液 合理使用切削液可以减小材料的变形抗力和摩擦阻力,使总切削力减小。 课后作业: 2-10、2-11 教学课程:切削热 教学目的: 1.掌握切削热的产生 2.理解切削热的传散 3.了解切削温度 教学重点: 1.切削热的产生 2.切削热的传散 教学难点: 切削热的传散 教学过程: 复习提问: 1.总切削力的来源? 2.总切削力的分解? 3.影响总切削力的因素? 新课讲授: 切削热是指在切削过程中,由变形抗力和摩擦阻力所消耗的能量而转变成 的热量。 一、切削热的产生 第一变形区内被切削金属层的弹、塑性变形所消耗的功转变成的热; 第二变形区内切削底层与刀具前刀面摩擦所产生的的热; 第三变形区内刀具后刀面与工件已加工表面摩擦所产生的热。 切屑 刀具 图3-19 切削热的来源与传导 塑性材料:主要来源于第Ⅰ变形区内切屑的变形功。 脆性材料:主要来源于第Ⅲ变形区内工件与后刀面的摩擦功。 二、切削热的传散 在一般干切削的情况下,大部分的切削热由切屑传散出去,其次由工件和刀 具传散,而周围介质传散出去的热量很少。但各种传散热量的比例,随工件材料、 刀具材料、切削用量、刀具角度及切削方式等切削条件的不同而异。 切削热传散给切屑和周围介质,对切削加工没有影响,且传散得越多越好。 切削热传散给刀具切削部分,使刀具磨损加快,缩短刀具的使用寿命;切削 热传散给工件,影响工件的加工精度和表面质量。 为了减小切削热对工件加工质量的不良影响,可采取的两方面工艺措施:一 是减小工件材料的变形抗力和摩擦阻力,降低功率消耗和减少切削热;二是要加 速切削热的传散,以降低切削温度。 三、切削温度 1.切削温度的概念 切削温度是指刀具表面与切屑及工件接触处的平均温度。切削温度的高低, 取决于产生热量的多少和传散热量的快慢。 由于切削热分布不均匀,所以切削区各个部位的实际温度也不相同。切削塑 性金属时,刀具前面靠近刀尖和主切削刃处温度最高;切削脆性金属时,靠近刀 尖的后面上温度最高。 切削温度可以测量得到,实际生产中可以凭经验目测切屑颜色来判断。如: 银白色切屑温度最低,约为200℃;深蓝色切屑温度为600℃左右。切屑颜色越深, 切削温度就越高。 2.影响切削温度的因素 影响切削温度的主要因素有工件材料、切削用量、刀具角度及切削液等。 (1)工件材料 在工件材料的各种物理及力学性能中,对切削温度影响最大的是强度、硬度 和导热系数。 (2)切削用量 在切削用量三要素中,切削速度对切削温度的影响最大,其次是进给量,背 吃刀量影响最小。 (3)刀具角度 在刀具几何角度中,前角和主偏角对切削温度的影响较大。适当增大前角, 切削层金属变形减小,可降低切削温度;减小主偏角,切削时主切削刃工作长度 增加,改善散热条件,也可降低切削温度。 (4)切削液 在切削过程中,合理选用并正确加注切削液可改善刀具和工件的润滑条件及 散热条件,并能带走一部分热量,可以有效地降低切削温度。 课后作业: 2-12、2-13 教学课程:切削液 教学目的: 1.掌握切削液的作用 2.了解切削液的种类 3.了解切削液选择 4.理解切削液的加注方法 教学重点: 1.切削液的作用 2.切削液的选择 教学难点: 切削液的选择 教学过程: 复习提问: 1.切削热的来源? 2.切削热的传散? 3.切削温度? 新课讲授: 切削液(cutting fluid, coolant)是一种用在金属切削、磨加工过程中, 用来冷却和润滑刀具和加工件的工业用液体,切削液由多种超强功能助剂经科学 复合配伍而成,同时具备良好的冷却性能、润滑性能、防锈性能、除油清洗功能、 防腐功能、易稀释特点。 一、切削液的作用 1.冷却作用 切削液的冷却作用是通过它和因切削而发热的刀具(或砂轮)、切屑和工件 间的对流和汽化作用把切削热从刀具和工件处带走,从而有效地降低切削温度, 减少工件和刀具的热变形,保持刀具硬度,提高加工精度和刀具耐用度。切削液 的冷却性能和其导热系数、比热、汽化热以及粘度(或流动性)有关。水的导热 系数和比热均高于油,因此水的冷却性能要优于油。 2.润滑作用 金属切削加工液(简称切削液)在切削过程中的润滑作用,可以减小前刀面 与切屑,后刀面与已加工表面间的摩擦,形成部分润滑膜,从而减小切削力、摩 擦和功率消耗,降低刀具与工件坯料摩擦部位的表面温度和刀具磨损,改善工件 材料的切削加工性能。在磨削过程中,加入磨削液后,磨削液渗入砂轮磨粒-工 件及磨粒-磨屑之间形成润滑膜,使界面间的摩擦减小,防止磨粒切削刃磨损和 粘附切屑,从而减小磨削力和摩擦热,提高砂轮耐用度以及工件表面质量。 3.清洗和排屑作用 在金属切削过程中,要求切削液有良好的清洗作用。除去生成切屑、磨屑以 及铁粉、油污和砂粒,防止机床和工件、刀具的沾污,使刀具或砂轮的切削刃口 保持锋利,不致影响切削效果。对于油基切削油,粘度越低,清洗能力越强,尤 其是含有煤油、柴油等轻组份的切削油,渗透性和清洗性能就越好。含有表面活 性剂的水基切削液,清洗效果较好,因为它能在表面上形成吸附膜,阻止粒子和 油泥等粘附在工件、刀具及砂轮上,同时它能渗入到粒子和油泥粘附的界面上, 把它从界面上分离,随切削液带走,防止划伤已加工表面,保持界面清洁。 4.防锈作用 在金属切削过程中,工件要与环境介质及切削液组成分解或氧化变质而产生 的油泥等腐蚀性介质接触而腐蚀,与切削液接触的机床部件表面也会因此而腐 蚀。此外,在工件加工后或工序之间流转过程中暂时存放时,也要求切削液有一 定的防锈能力,防止环境介质及残存切削液中的油泥等腐蚀性物质对金属产生侵 蚀。特别是在我国南方地区潮湿多雨季节,更应注意工序间防锈措施。 二、切削液的种类 切削液可分为水溶性和非水溶性两大类,其中水溶性切削液有水溶液、乳化 液;非水溶性切削液有切削油。 1.水溶液 水溶液是以水为主要成分并加入防锈添加剂的切削液。 水溶液的主要作用是冷却。新型的离子型水容液,切削时,由于静电摩擦产 生的静电荷可与水溶液中离子反应而迅速消除,从而降低了切削温度,提高了刀 具耐用度。 2.乳化液 乳化液是由水和油再加乳化剂均匀混合而成的,即用乳化油加70%~98%的 水稀释而成的乳白色或半透明状液体,它由切削油加乳化剂制成。 乳化液具有良好的冷却和润滑性能。乳化液的稀释程度根据用途定。浓度低 的乳化液冷却、清洗作用较强,适于粗加工和磨削时使用;浓度高的乳化液润滑 作用较强,适于在精加工时使用。 3.切削油 切削油主要是由矿物油加入动、植物油和油性或极压添加剂配制而成的混合 油。 A、以矿物油为基体加入油性添加剂的混和油,一般用于低速切削有色金属 及磨削中; B、极压切削油,是在矿物油中添加极压添加剂制成,适用于重切削和难加 工材料的切削。 切削油的主要作用是润滑,它可大大减少切削时的摩擦热,降低工件的表面 粗糙度值。加入添加剂后,油膜能耐高温、高压,润滑作用可显著增加。 三、切削液的选用 (1)粗加工 粗加工时,切削用量大,产生的切削热量多,容易使刀具迅速磨损。此类加 工一般采用冷却作用为主的切削液,如离子型切削液或3%~5%乳化液。 切削速度较低时,刀具以机械磨损为主,宜选用润滑性能为主的切削液;速 度较高时,刀具主要是热磨损,应选用冷却为主的切削液。 硬质合金刀具耐热性好,热裂敏感,可以不用切削液。如采用切削液,必须 连续、充分浇注,以免冷热不均产生热裂纹而损伤刀具。 (2)精加工 精加工时,切削液的主要作用:提高工件表面加工质量和加工精度。 加工一般钢件,在较低的速度(6.0m/min~30m/min)情况下,宜选用极压 切削油或10%~12%极压乳化液,以减小刀具与工件之间的摩擦和粘结,抑制积 屑瘤。 精加工铜及其合金、铝及合金或铸铁时:宜选用粒子型切削液或10%~12% 乳化液,以10%~12%极压乳化液,以降低加工表面粗糙度。 注意: A、加工铜材料时,不宜采用含硫切削液,因为硫对铜有腐蚀作用。 B、加工铝时,也不适于采用含硫与氯的切削液,因为这两种元素宜与铝形 成强度高于铝的化合物,反而增大刀具与切屑间的摩擦。也不宜采用水溶液,因 高温时水会使铝产生针孔。 四、切削液的加注方法 1.浇注法 使用方便,应用广泛,但冷却效果差,切削液消耗量较大。 2.喷雾法 将切削液经雾化后喷到切削区域,雾状液体在高温的切削区域很快被汽化, 因而冷却效果显著,切削液消耗量较少。 3.高压法 将切削液经高压泵压出,浇注到切削区域。当加工深孔或较难加工材料时, 用此法较好。 课后作业: 2-14、2-15

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