焊接式车刀设计

. 第 1 页 共 21页 PAGE . 第 21 页 共 21 页 焊接式车刀 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 学校：重庆工业职业技术学院 院系：机械 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院 班级：11机制302 姓名: 郭庆华 学号： 201110130201 指导老师：尤老师 任务书 1、 车床：CA6140 2、 设计要求： 1.零件分析 2.刀具 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 3.刀具几何 参数 转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应 4.切削用量 5.切削液 6.刀片刀柄 3、 工件材料：正火45钢，无硬皮性能，硬度=229HBS，δ=0.65GPa，伸长率=6%，冲击韧度=558KJ 4、 加工要求：毛坯φ30.2x200，加工后φ30x200 5、 设计材料要求： 1.说明书（包括选择原因和选择分析）一份（不少于20页） 2.刀具图（刀具各种角度）。 前言 车刀是应用广泛的一种刀刃刀具，也是学习、分析各类刀具的基础。按结构分可分为整体式、焊接式、机夹式。焊接式车刀是将硬质合金刀片钎焊在碳素结构钢刀柄的刀槽内的车刀，其优点是结构简单、制造方便、可按需刃磨，并且刚性好，故得到广泛使用。所以我选择焊接式 车刀用于各种车床上加工外圆、内孔、断面、螺纹、车槽等，车刀按结构分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀、可转位车刀和成型车刀。其中可转位车刀的应用最为广泛，在车刀中所占比例逐渐增加。所谓焊接车刀，就是在碳钢刀杆上按刀具几何角度要求开出车槽，用焊料将硬质合金车刀刀片焊接在车刀内，并按所选择的几何参数刃磨要使用的车刀。 我国现在的生产总值和制造业有了相当大的提高。目前，机械制造业使用的工作母机有80%左右仍为金属切削机床，因此金属切削加工在机械制造业中仍占有主导地位，且金属制造对国民经济发展起着重要的作用。随着社会生产力发展，要求机械制造不断提高生产效率和加工质量、降低成本，因而促进了刀具材料的变革。目前，可转位刀具广泛应用，超硬刀具的制造与使用、数控工具系统的开发，进一步发展了现代切削技术。随着刀具材料、工件材料、刀具几何参等的变化，通过对具体加工作出最经济的选择，从而为我们实际加工提供了基础。 工件材料的切屑加工性能的分析： 工件材料的切屑加工性能是在一定条件下,对工件材料进行切削加工的难易程度。衡量切削加工性的指标有很多,其中切削力是衡量工件材料切削加工性的重要指标之一。切削力越大,切削加工性越差。切削力越大,则消耗的功率越大。切削力过大还会影响工艺系统的变形量,对加工精度造成影响。切削力的大小除与工件材料有关外,还与刀具几何参数、切削用量、刀具磨损情况润滑条件等多种因素相关,是一个较为复杂的物理参数。为了能够从切削力的角度较为简单明了地比较不同材料的切削加工性,提出了相对切削力的概念,用以比较在相同加工条件下,不同工件材料切削力的大小。45#钢的切削力的差值,与45#钢的切削力的比值为相以45#钢的切削力为基准,某种材料的切削力与对切削力。目前随着工业建设和科学技术迅速发展，各种高性能的金属材料和非金属材料的应用逐渐增多，其中包括多种钢，铸铁等。学习工件材料的切削加工性能的主要目的，是为了了解难加工材料切削性能的特点及改善工件材料切削教工性能的途径。 刀具材料的选择 本次设计的刀具，因被加工材料为Φ32.2且长度为200毫米的细长轴，且加工为精加工，加工为Φ30的零件。被加工材料为45#，抗拉强度δ=650MPα，Ra=1.6，为了了解45号钢是属于难加工材料还是属于易加工材料，根据表4—2《工件材料切削加工性分级表》，可得知45号钢为较易切削加工材料，根据加工材料和加工性能的要求，应选择与之匹配的刀具，列如，切削不锈钢高温合金和钛合金，如选用P（YT）类硬质合金刀具，由于工件与刀具中的钛元素产生亲合作用而降低刀具的切削加工性能，故一般选用K(YG)类硬质合金刀具。常用的刀具材料有碳素钢，合金工具钢，硬质合金，陶瓷，立方氮化硼，金刚石等。碳素工具钢及合金工具钢的耐磨性能比较差，仅用于一些手工刀具及切削速度地的工具。如丝锥，铰刀等。常用的刀具材料是高速钢和硬质合金，但两者也有一些区别。高速钢：红硬性比较差，但是抗弯抗冲击好，刃磨质量好，工艺性好，热处理后一般为63—66HRC，耐热为500°C—600°C易磨成锋利的切削刃。一般种类有普通高速钢，高性能高速钢，粉末冶金高速钢。硬质合金：是以碳化钨碳化钛为主要成分，并一钴，钼，镍为粘结剂在真空炉和或氧气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品，硬质合金的硬度89—93HRA，耐热性可达800°C—1000°C，抗弯强度为1MPα—1.75MPα,制造工艺性比高速钢稍差，但硬度耐热性比高速钢好，切削速度为高速钢的4—10倍，硬质合金已成为切削加工中主要的刀具材料，广泛用于制造切削速度较高的各种工具，甚至复杂刀具中。 普通硬质合金可分为三大类，K类硬质合金（WC—Co）,PYT类硬质合金（WC+TiC+Co）和M类硬质合金（YW）。又因各类的硬质合金有不同的适用条件，K类硬质合金主要加工于铸铁，非金属和非铁金属。而P类硬质合金主要用于钢材。M类硬质合金主要用于难加工材料。本次的被加工材料为45号钢，是属于较易切削的的材料。所以，依照以上的准则，我选取P类硬质合金，而P类硬质合金又分为P10YT30,P10YT15,P10YT14,P40,P50,根据表2—2《切削加工硬质合金的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 分类》，我选取P10YT15为刀具刀头的切削部分。 零件的切削加工性能 由于零件材料为正火45钢，其性能为229HBS、 σ=0.65GPa，δ=16%，ak=588KJ／㎡，K=52.24w／(cm·k)，从表4-2中查出各种性能的切削加工性等级为“4·3·2·2·4”取平均值为3，所以正火45钢属于易加工材料。 1. 选择刀具材料 1.刀具的性能分析 ⑴高硬度 刀具要从工件上切除材料层，因此，其切削部分硬应大于工件材料硬度。一般应在62HRC以上。 ⑵高耐磨性 刀具材料应具有较高的耐磨性，以抵抗工件与切削对刀具的磨损。刀具材料硬度越高，耐磨性越好，组织中硬质点的硬度越高、数量越多、颗粒越小、分布越均匀，则耐磨性越高。此外耐磨性还取决于材料的组成成分和显微组织等。 ⑶足够的强度和韧性 在切削过程中，刀具承受着各种应力、冲击和振动等的作用，故要求切削部分的材料必须具备足够的强度和韧性，以抵抗崩刃和打刀。 ⑷高耐热性 也称热硬性及红硬性，即在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。此外，刀具材料在高温下应具有抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。还应有良好的导热性和耐热冲击性。 ⑸良好的工艺性 在加工时便于制造，即在制造时应有好的锻造、热处理、高温塑性变形、可磨削等性能。 刀具材料的选用应尽可能结合本国资源，降低刀具材料价格和成本。生产中切削条件选择刀具切削部分材料，以充分发挥各种车刀材料的性能特点。 2.刀具材料的分类 目前，生产中应用的刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼、金刚石等。常用的是高速钢和硬质合金。 3.高速钢 高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。热处理后硬度一般为63～66HRC，耐热性为500～650℃，制造工艺性好，能锻造，易磨成锋利切削刀刃。在切削加工中、低速切削刀具、形状复杂及成形刀具中高速钢广泛使用，例如钻头、铰刀、丝锥、成形刀具、拉刀、切齿刀具等。 高速钢可以加工碳钢、合金钢、有色金属和铸铁等多种材料。 高速钢种类有：普遍的高速钢、高性能高速钢、粉末冶金速钢。 ⑴普通高速钢 普通高速钢可分为钨系高速钢和钨钼系高速钢。 ①钨系高速钢典型牌号是W18Cr4V，具有较好的综合性能和可磨削性，可制造各种复杂刀具和精加工刀具。 ②钨钼系高速钢典型牌号是W6Mo5Cr4V2，它具有较好的综合性能。抗弯强度和冲击韧性好，有较好的热塑性，适于制造热轧工具。淬火温度窄，较难掌握其热处理工艺。 ⑵高性能高速钢 高性能高速钢是普通高速钢增加了一些含碳量、含钼量及添加钴合金等合金元素的新钢种。常用于加工高温合金、超高强度钢等难加工材料。可分为铝高速钢和钴高速钢。 1 铝高速钢具有较好的综合性能。在600℃时硬度能达到52HRC,接近M42钢。可磨性低于M42，热处理温度较难控制。 ②钴高速钢具有良好综合性能。硬度高（接近72HRC），高温硬度居首位，允许较高切削温度。韧性好，可磨性好。 ⑶粉末冶金高速钢 粉末冶金高速钢颗粒细小，有良好的力学性能，热处理变形小，磨削加工性显著改善。适用于形状复杂的高性能刀具、精密刀 具和断续切削的刀具。 4.硬质合金 硬质合金的硬度为89～93HRA，耐热性达800～1000℃，抗弯强度为1～1.75GPa，冲击韧性在0.4MJ/㎡左右。硬度、耐热性比高速钢好，切削速度是高速钢的4～10倍，已成为主要刀具材料。 2. 刀具的几何参数选择 1. 几何角度的选择 （1）前角rO的选择 前角大小影响切削变形、散热效果、刀具强度和加工表面质量等。考虑因素有：①按加工精度要求：精加工前角较大；加工铸锻毛坯件、带硬质点表面和断续切削前角小；成形刀具和展成刀具为减小重磨后刃形误差，前角很小或取零。②按加工材料要求：材料塑性、韧性高，前角较大；强度硬度高，前角小；加工脆、淬硬材料前角小或负值。③按刀具材料要求：高速钢刀具，前角大；硬质合金前角较小；陶瓷刀具前角更小一些。因为我们进行粗车，正火45钢具有良好的综合性能，选用的是硬质合金刀具。查表4-4，选取前角为15℃。 （2）后角aO的选择 后角大小影响后刀面与切削面间摩擦程度和刀具强度。考虑因 素有：①按加工精度要求：精加工后角较大，aO =10°～12°；粗加工后角较小，aO=8～12。②按加工材料要求：切削塑性金属后角较大；脆性金属后角较小‘切削强度硬度高的材料，后角较小；切削韧性高的材料，易产生粘屑。后角较大，如纯铜aO=12°～15°。因为我们进行的粗车，加工材料正火45钢具有良好的综合性能，所以取后角为10°. （3）主偏角kr的选择 主偏角大小影响刀头强度、径向力大小、传散热量面积、残留面积高度。考虑因素有：①按加工表面粗糙度要求：在加工系统刚性允许时，减小主偏角能减小表面粗糙度，提高加工表面质量。②按加工材料要求：切削硬度、强度高的材料时，选取较小的主偏角。③按加工条件要求：根据加工零件的形状，加工系统刚性等条件。我们进行的是精车，对粗糙度有一定的要求，加工材料正火45钢具有良好的综合性能，加工细长轴，所以去主偏角为89°. （4）刃倾角λS的选择 刃倾角大小影响实际工作前角，当刃倾角绝对值增大时，实际工作前角增大，因此切削变形小。考虑因素有：①按加工精度要求：防止切削划伤已加工面，取λS=0°～45°；②按加工条件要求：加工断续表面、加工余量不均匀表面，在有冲击振动情况下通常取负值。③按加工材料性能要求：加工强度、硬度高的材料，选较小或负刃倾角。因为我们进行的是精车，加工时有冲击和振动，加工材料正火45钢具有良好的性能，所以取λS=4°. （5）副后角a。′的选择 一般刀具上的副后角选择原则与主后角相同，在面铣刀上便于制造，选a=a。 对于切槽刀、三面铣刀刃等为加强刀齿强度，常选很小副后角a′=1°~ 2°,我们所用刀具不需进行加强，所以选取副后角为10°. (6）副偏角Kr′的选择 副后角是影响加工粗糙度的主要角度，通常是减小副偏角来减小理论粗糙度。副偏角是影响刀头强度，过小的副偏角会引起与已加工表面摩擦和产生振动、降低已加工表面质量。选择副偏角考虑因素:粗车Kr′=10°~15°,精车、加工系统刚性较差，台阶轴、细长轴、仿形车刀和加工强度、硬高材料Kr′=6°~ 10°，切断、切槽刀Kr′=1°~ 2°。因为我们进行精车细长轴，所以选副偏角Kr′=13°。因此我们的刀具几何角度为前角15 °、后角10°、主偏角89°、刃倾角4°、副后角10°、副偏角13°。 2.刀尖形式的选择 （1）刀尖形式分为：修圆刀尖、倒角刀尖、倒角带修光刃 （2）选择准则:加工精度、加工材料、加工条件 （3）选择刀尖 刀尖修磨的作用：提高刀尖处强度，有利于热量传散，减小残留面积，提高进给量。修圆刀尖的刀具常用于精加工和半 精加工。 若在粗加工刀具和切削艰难加工材料的刀具上修圆刀尖，则系统刚性足够条件下可提高进给量。通常修圆量r=0.2～2mm，倒角刀尖磨制在切断刀、，面铣刀、钻头刀和切槽刀上，一般取Kr′=Kr /2，b=0.5～2mm。倒角带修光刃刀具在切削时增加了刀尖处强度，并在大进给量时利用修光刀刃切削残留面积，因而起到半精加工作用。 其尺寸参数为，Kr′=Kr /2，b=1.5～2mm，Kr′=0，b ′=1.2～1.5f（取进给量f值）因为我们是精车细长轴，所以选修圆刀尖，r=1.8mm。 3.刀刃形式的选择 （1）刀刃形式的分类：锋刀、修圆刃口、负倒棱刃口、平棱刃口、后面倒棱刃口 （2）选择准则：加工性能、加工材料 （3）选择刀刃 刀具使用广泛。在精加工、精密加工、薄切削加工刀具上和加工非铁金属、韧性高易粘屑材料常使用磨制不同要求的光整锋利的刃口。修圆刃口在可转位刀片上较普遍，一遍rm＜0.1mm，切削时提高了刃口强度，尤其是在对硬材料切削时，能提高切削用量。平棱刃口和负倒棱刃口可配合选用较大前角以及可转位刀片上达到减小切削力、提高加工表面质量和提高生产效率作用。刃口倒棱宽为br=0.1～0.2mm。倒棱角度rO=-10°～-20°.后面倒棱在切削时起阻尼作用,能抑制振动,修磨的负倒棱宽度ba=0.1-0.3mm,负后角a。=-3°～-5°，在生产的切断刀、高速螺纹车刀和细长轴车刀均有采用。因为我们是进行粗车细长轴，在生产中易产生振动和冲击载荷。所以选择后面倒棱刃口，ba =0.2mm，a。=-4°。 4.刀面形式的选择 （1）在进行加工时产生的切屑会划伤工件，影响粗糙度，因此需要使用断屑槽进行断屑。 （2）刀具形式分为：折线型、直线圆弧型、全圆弧型 （3）选择准则：根据正火45钢塑性大小，由小到大选择刀面形式 （4）选择刀面 折线型、直线圆弧型适用于加工碳钢、合金钢、工具钢和不锈钢；全圆弧型的槽底前角rn大，适用于加工塑性高的金属材料和重型刀具。因为我们所用毛坯材料正火45钢的塑性较好，所以选择刀面形式为直线圆弧形。有断屑槽的刀具在切削时，影响断屑效果的主要参数是槽宽、槽深。其中，槽宽大小应确保一定厚度的切屑在流出时碰到断屑台，并在断屑台反屑角作用下，使切屑卷曲，并减小卷曲半径。由于进给量f大，切屑厚度大，切屑不易卷曲，则应使槽宽相应增大。当背吃刀量ap=2～6mm时，取槽圆弧半径rBn =（0.4～0.7）LBn，查表4-1可知，LBn=1.6mm,rn=22°δβn=55 四.切削用量的选择 1.选择背吃刀量ap 为提高生产效率，在刀具强度、加工系统刚性允许条件下，尽量一次吃刀切除余量，若余量多，表面粗糙不平，有硬皮及质量要求等，可将加工余量分为二次或多次吃刀。因为我们进行的是精加工细长轴，所以选择二次吃刀. ap1=2/3A=2.5, ap2=1/3A=1.25 2.选择进给量f 确定原则：对于精加工，应在加工工艺刚性和强度、机床进给系统强度允许条件下确定进给量f值。根据表4-7确定进给量为0.35mm/r. 3.选择切削速度Vc VT=CvKv/Tmapxvfyr=60 （查表3-3，CV=242，T=60min，m=0.2，Xv=0.15，yr=0.35,Kmv=1,Kvr=0.81,Ksv=0.9,Ktv=0.65） n=1000VT/πD =682 Vc=πDn实际/1000 =60m/s 4.机床功率验算 Pc＜PEN Pc=FcVc×10-3 Fc=KCAD=KCa Pf =CFc/f1-yFc Pc= CFcapxFcf yFcVc×10-3 Pc =2795×2.5×0.350.75×0.06×10-3 =1.9 （ 查表3-1得，CFc=2795，xFc=1.0，yFc=0.75 PEη=7.5×0.75=5.625） 所以PEη＞Pc，合格 五.切削液的选择 合理选用切削液，能起到减小切削变形、有效地减小切削力、降低切削温度的作用，从而能延长刀具寿命、防止工件热变形和改善已加工表面质量。此外使用高性能切削液也是改善某些难加工材料切削加工性的一个重要措施。 1.切削液的作用：冷却、润滑、排屑和洗涤、防锈 2.切削液的种类及其作用 （1）水基切削液 1 水溶液 在水溶液中一类是电介水溶液，即在水中加入各种电解质，以起冷却作用为主。在磨削钻孔和粗车时常选用；另一类是表面活性水溶液，是在水中加入皂类等表面活性物质，提高了润滑，用于精车、铰孔等加工中。 2 乳化液 乳化液浓度越低，主要起冷却作用，浓度越高，润滑作用。 3 合成切削液 合成切削液具有良好的冷却、润滑、清洗和防锈作用，热稳定性好。 （2）油基切削液 ①切削油 全损耗系统用油润滑性较好，在普通精车、螺纹加工中使用甚广；轻柴油流动性好，有冲洗作用；煤油渗透性好，也具有冲洗作用；浇注煤油能明显减少表面粗糙度和提高刀具寿命。 2 极压切削油 极压添加剂能形成牢固的化学膜，在高温时可显著提高冷却和润滑作用。极压切削液在高温加工、精加工及对难加工中使用较多。 3.选择 因为我们是进行精车正火45钢，将其加工为细长轴，所以选择合成切削液. 六.结构参数的选择 1.硬质合金焊接刀片的选择 （1）各刀片的作用 ①A108，A116是制造外圆车刀、镗刀和切槽刀 ②A208，A225Z是制造端面车刀、镗刀 ③A312，A340Z是制造端面车刀和车外圆车刀 ④A406，A430Z是制造外圆车刀、镗刀和端面车刀 ⑤C110，C112制造螺纹车刀 ⑥C304，C312制造切断刀和切槽刀 （2）各字母和数字所表示的意思 刀片型号用一个字母和三个数字表示。等一个字母和第一位数字表示刀片形状。后两位数字表示刀片的主要尺寸。若个别结构尺寸不同时，在后面两位数字加一个字母，以便区别；若为切刀片，则在型号末尾标以字母“Z”，右切刀片末尾不带标号。 （3）选择刀片要求. 选择刀片型号时，应根据车刀用途和主偏角来选择刀片形状，并根据背吃刀量和主偏角来决定L。外圆车刀一般应使参加工作的切削刃长度超过刀片的60%～70%，切槽刀的刃宽B应根据工作槽来决定。切断刀的刀宽B可按B=0.6d0.5估算（式中d为工作直径）。刀片厚度S根据切削力的大小来确定。工作强度越高，切削层攻城横截面积越大时，则S应选大一点的值。 （4）选择 由于是精车外圆，且ap=2.5，Kr=93°，所以选择A312. 2. 刀槽的形状和尺寸的选择 (1）常用的刀槽形状有：开口槽、半封闭槽、切口槽和封闭槽。 （2）刀槽特点及其应用 开口槽刀片焊接面积小，刀片内应力小，适用于A1、C3、C4、B1、BZ型刀片。 半封闭槽刀片焊接面积大，生产效率低，适用于A2、A3、A4、A5、A6和B3、D1型刀片。、 封闭槽、切口槽刀片焊接面积大，刀片内应力大，易产生裂缝，适用于C1刀片。 （3）刀槽的尺寸 刀槽尺寸可通过计算求得，通常可按刀片配制，为了便于刃磨，要使刀片露出刀槽0.5～1mm，一般取刀槽前角 rog=ro（5°～10°），以减少刃磨前工作量。刀杆后角要比后角大2°～4°,以便于刃磨刀片时，提高刃磨质量。 （4）选择 选择半封闭槽，rog=20°，aog=11 °. 3.车刀刀柄与刀头形状以及尺寸 （1）刀柄横部面形状有：矩形、正方形、圆形 （2）刀柄的选用：其中以矩形刀柄应用最多。因为在其上方铣出刀槽后，强度削弱不多。当刀柄高度受到限制时，可增加宽度，以提高刚度和强度。常用于内孔车刀和自动车床。刀柄长度一般取高度的5倍，切断刀车刀工作部分的长度需大于工件半径。 （3）刀头形状可分为直头和偏头。直头结构简单，制造方便，偏头通用性好，能车外圆和端面。 （4）因为我们使用的车床为CA6140，中心高为200mm，所以选择矩形刀柄，刀头为直头。B=16，H=25，m=5. 小结 通过本次设计作业，由一开始的书本知识转化到了真正认识和实践中，也学会了将课本上的知识真正的学会应用，从做本次设计作业一开始的不知如何是好，到后来慢慢有些头绪，再到后来的会设计，到最后设计完成，觉得自己像是降本学期所学习的知识有一次系统性的复习了一遍，也将前面所学习的只是好好的整理了一遍。 这次课程设计，是刀具课的第一次设计作业。由于理论知识的不足和平时没有什么设计经验，所以开始感觉无从下手。在同学老师的帮助下我找到了切入点，其实这个设计作业只是一个简单的设计作业，老师只是希望我们了解如何去设计刀具。所有的数据和结论其实都是书本上都能找到的，只要花时间花精力都能够完成的。 通过本次课程设计不但让我学会了一些简单刀具的设计，而且也让我了解了不少自己未能做好的地方。在以后的设计作业中我会努力学习、改正和跟进，不断完善、提高。 第 1 页 共 21 页 PAGE .第 21 页 共21 页