工件材料的切削加工性及改善课件

机械制造技术基础机械制造技术基础 1.6 工件材料的切削加工性及改善工件材料的切削加工性及改善第第1章章 切削与磨削过程切削与磨削过程1机械制造技术基础 1.6 工件材料的切削加工性及改善第1章 1.6 工件材料的切削加工性及改善工件材料的切削加工性及改善uu内容提要内容提要内容提要内容提要u1.1.衡量材料可加工性的指标；衡量材料可加工性的指标；u2.2.改善材料切削加工性的途径。改善材料切削加工性的途径。uu重点难点重点难点重点难点重点难点u1.1.衡量材料可加工性的指标；衡量材料可加工性的指标；u2.2.改善材料切削加工性的途径。改善材料切削加工性的途径。uu学习目标学习目标学习目标学习目标u1.1.掌握改善材料切削加工性的途径。掌握改善材料切削加工性的途径。21.6 工件材料的切削加工性及改善内容提要21.6.1 衡量材料可加工性的指标衡量材料可加工性的指标 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性是指在一定切削条件下，工件材料是指在一定切削条件下，工件材料切削加工的切削加工的难易程度难易程度。这种难易程度是相对的，是相对于。这种难易程度是相对的，是相对于某种工件材料而言，而且随着加工方式、加工性质和具体某种工件材料而言，而且随着加工方式、加工性质和具体加工条件的不同而不同。加工条件的不同而不同。比如：纯铁的粗加工可算容易，但精加工时表面粗糙度很比如：纯铁的粗加工可算容易，但精加工时表面粗糙度很难达到要求；不锈钢在普通机床上加工问题不大，但是自难达到要求；不锈钢在普通机床上加工问题不大，但是自动化生产时因切屑会使生产中断等等。显然，上述各种情动化生产时因切屑会使生产中断等等。显然，上述各种情况下的切削加工性是不同的，其相应的衡量指标也各不相况下的切削加工性是不同的，其相应的衡量指标也各不相同。同。31.6.1 衡量材料可加工性的指标 工件材料的切削加工性是指衡量切削加工性的指标衡量切削加工性的指标1.以刀具耐用度衡量或一定耐用度下的切削速度衡量切削加以刀具耐用度衡量或一定耐用度下的切削速度衡量切削加工性工性 在相同的切削条件下，刀具耐用度高，工件材料的切在相同的切削条件下，刀具耐用度高，工件材料的切削加工性好。削加工性好。在刀具耐用度在刀具耐用度T相同的前提下，切削某种材料允许的相同的前提下，切削某种材料允许的切削速度切削速度VT高，切削加工性好；反之高，切削加工性好；反之VT小，切削加工性差。小，切削加工性差。1.6.1 衡量材料可加工性的指标衡量材料可加工性的指标 4衡量切削加工性的指标1.6.1 衡量材料可加工性的指标 4如取刀具耐用度如取刀具耐用度T=60min，则，则VT可写作可写作V60。在。在生产实践中，通常采用相对加工性生产实践中，通常采用相对加工性Kv来衡量材料来衡量材料的切削加工性。即：以强度为的切削加工性。即：以强度为b0.598GPa的的45钢的钢的V60作基准，记作（作基准，记作（V60）j，其它被切削材，其它被切削材料的料的V60与之相比的数值，称为相对加工性，记作与之相比的数值，称为相对加工性，记作Kv：Kv愈大，加工性愈好。反之愈大，加工性愈好。反之Kv越小，切削加工越小，切削加工性约差。常用材料的相对加工性分为性约差。常用材料的相对加工性分为8级，如表级，如表1.8所示。所示。1.6.1 衡量材料可加工性的指标衡量材料可加工性的指标 5如取刀具耐用度T=60min，则VT可写作V60。在生产实践加工性等加工性等级名称及种名称及种类相相对加工性加工性系数系数Kv代表性工件材料代表性工件材料1很容易切削很容易切削材料材料一般有色金一般有色金属属3.0铜合金、合金、铝合金、合金、锌合金合金2易切削材料易切削材料易切削易切削钢2.53.0退火退火15Cr钢（b380450MPa）Y12钢（b400500MPa）3较易切削易切削钢1.62.5正火正火30钢（450560MPa）4普通材料普通材料一般一般钢及及铸铁1.01.645钢、灰、灰铸铁、结构构钢5稍稍难切削材切削材料料0.651.0调质2Cr13钢（b850MPa）85热轧钢（b900MPa）6难切削材料切削材料较难切削材切削材料料0.50.65调质45Cr7难切削材料切削材料0.150.550CrV调质；1Cr18Ni9Ti未淬火；未淬火；工工业纯铁；某些；某些钛合金合金8很很难切削材切削材料料0.15某些某些钛合金；合金；铸造造镍基高温合金；基高温合金；Mn13高高锰钢表表1.8 工件材料相对加工性分级工件材料相对加工性分级1.6.1 衡量材料可加工性的指标衡量材料可加工性的指标 6加工性等级名称及种类相对加工性系数Kv代表性工件材料1很容易3.以切削力和切削温度衡量切削加工性以切削力和切削温度衡量切削加工性 在相同的切削条件下，切削力大或切削温度高，则切在相同的切削条件下，切削力大或切削温度高，则切削加工性差。机床动力不足时，常用此指标。削加工性差。机床动力不足时，常用此指标。4.以加工表面质量衡量切削加工性以加工表面质量衡量切削加工性 易获得好的加工表面质量，则切削加工性好，精加工易获得好的加工表面质量，则切削加工性好，精加工时常用此指标。时常用此指标。5.以断屑性能衡量切削加工性以断屑性能衡量切削加工性 在自动机床、组合机床及自动生产线上，或者对断屑在自动机床、组合机床及自动生产线上，或者对断屑性能有很高要求的工序（如深钻削、盲孔镗削）常用该指性能有很高要求的工序（如深钻削、盲孔镗削）常用该指标。标。1.6.1 衡量材料可加工性的指标衡量材料可加工性的指标 73.以切削力和切削温度衡量切削加工性1.6.1 衡量材料可加衡量切削加工性的指标衡量切削加工性的指标以刀具耐用度以刀具耐用度T T或一定寿命下的切削速度或一定寿命下的切削速度V VT T衡量加工性衡量加工性 以切削力或切削温度衡量切削加工性以切削力或切削温度衡量切削加工性 以已加工表面质量衡量切削加工性以已加工表面质量衡量切削加工性 以切屑控制或断屑的难易衡量切削加工性以切屑控制或断屑的难易衡量切削加工性 1.6.1 衡量材料可加工性的指标衡量材料可加工性的指标 8衡量切削加工性的指标1.6.1 衡量材料可加工性的指标 8改善切削加工性的途径：改善切削加工性的途径：通过热处理改变材料的组织和机械性能通过热处理改变材料的组织和机械性能 高碳钢和工具钢高碳钢和工具钢 球化退火球化退火 热轧状态的中碳钢热轧状态的中碳钢 正火正火 低碳钢低碳钢 冷拔或正火冷拔或正火 调整材料的化学成分调整材料的化学成分 在钢中适当添加一些元素，如硫、钙、铅等，在钢中适当添加一些元素，如硫、钙、铅等，使钢的切削加工性得到显著改善，这样的钢叫使钢的切削加工性得到显著改善，这样的钢叫“易切钢易切钢”。1.6.2 改善材料切削加工性的途径改善材料切削加工性的途径 9改善切削加工性的途径：1.6.2 改善材料切削加工性的途径 机械制造技术基础机械制造技术基础 1.7 刀具材料和几何参数的选择刀具材料和几何参数的选择第第1章章 切削与磨削过程切削与磨削过程10机械制造技术基础 1.7 刀具材料和几何参数的选择第1章 切1.7 刀具材料和几何参数的选择刀具材料和几何参数的选择uu内容提要内容提要内容提要内容提要u1.1.刀具材料的选择；刀具材料的选择；u2.2.刀具几何参数的选择。刀具几何参数的选择。uu重点难点重点难点重点难点重点难点u刀具几何参数的选择。刀具几何参数的选择。uu学习目标学习目标学习目标学习目标u掌握刀具几何参数的选择。掌握刀具几何参数的选择。111.7 刀具材料和几何参数的选择内容提要11 选择依据：选择依据：工件材料工件材料 刀具形状和类型刀具形状和类型 加工要求加工要求1.7.1刀具材料的选择12 选择依据：1.7.1刀具材料的选择12前角前角0基面投影线基面投影线前刀面投影线前刀面投影线 在正交平面内测量，前在正交平面内测量，前刀面与基面之间的夹角刀面与基面之间的夹角。1)前角前角0 0c1.7.2刀具角度的选择13前角0基面投影线前刀面投影线 在正交平面内测量，前刀1.1.前角前角O （1 1）功用）功用刀刃锋利刀刃锋利，切屑变形，切屑变形切削力和切削功率切削力和切削功率刀刃和刀尖强度刀刃和刀尖强度，散热体积，散热体积刀具寿命刀具寿命1.7.2刀具角度的选择02Pr01影响切削刃锋利程度和强度影响切削刃锋利程度和强度141.前角O（1）功用O 刀刃锋利，切屑变（2 2）选择）选择取决于：取决于：工件材料、刀具材料工件材料、刀具材料及加工要求。及加工要求。1.1.前角前角O 1.7.2刀具角度的选择影响切削刃锋利程度和强度影响切削刃锋利程度和强度15（2）选择取决于：工件材料、刀具材料及加工要求。工件材料强度1、强度和韧性大的、强度和韧性大的刀具材料刀具材料选择大的还是小的前角，而脆性选择大的还是小的前角，而脆性大的刀具又如何选择？大的刀具又如何选择？2、加工塑性材料加工塑性材料时，一般选择大的还是小的前角。时，一般选择大的还是小的前角。3、加工脆性材料时，刀具前角相对塑性材料如何选择？、加工脆性材料时，刀具前角相对塑性材料如何选择？4、粗加工和精加工时刀具的前角有何区别？、粗加工和精加工时刀具的前角有何区别？问题？问题？1.7.2刀具角度的选择161、强度和韧性大的刀具材料选择大的还是小的前角，而脆性大的刀强度和韧性大的刀具材料可以选择大的前角，强度和韧性大的刀具材料可以选择大的前角，而脆性大的刀具甚至取负的前角。而脆性大的刀具甚至取负的前角。加工钢件等加工钢件等塑性材料塑性材料时，一般采用选择时，一般采用选择大大的的前角。前角。加工加工脆性材料脆性材料时，因此刀具前角相对塑性材时，因此刀具前角相对塑性材料取得料取得小些或取负值小些或取负值，以提高刀刃的强度。，以提高刀刃的强度。粗加工粗加工时，一般取较时，一般取较小小的前角；的前角；精加工精加工时，宜取较时，宜取较大大的前角，以减小工件变的前角，以减小工件变形与表面粗糙度；形与表面粗糙度；解答解答17强度和韧性大的刀具材料可以选择大的前角，而脆性大的刀具甚至取切削平面投影线切削平面投影线减小后刀面与已加工表面减小后刀面与已加工表面之间的摩擦之间的摩擦;它和前角一它和前角一样影响刃口的强度和锋利样影响刃口的强度和锋利程度。程度。主后刀面投影线主后刀面投影线作用：作用：后角后角0 在正交平面内测量，在正交平面内测量，主后刀面与切削平面之主后刀面与切削平面之间的夹角间的夹角。2)后角后角0 0c18切削平面投影线减小后刀面与已加工表面之间的摩擦;它和前角一2.2.后角后角o（1 1）功用）功用后刀面与工件的摩擦后刀面与工件的摩擦后刀面的磨损率后刀面的磨损率（2 2）选择）选择取决于：加工要求、工件材料及工取决于：加工要求、工件材料及工艺系统刚度。艺系统刚度。1.7.2刀具角度的选择减小后刀面与工件表面间的摩擦。减小后刀面与工件表面间的摩擦。192.后角o（1）功用o后刀面与工件的摩擦后刀面的磨损率问题？问题？1、工件材料、工件材料强度或硬度较高强度或硬度较高时，一般采时，一般采用较小还是较大的后角？用较小还是较大的后角？2、对于、对于塑性较大塑性较大材料，一般取较小还是材料，一般取较小还是较大的后角？较大的后角？20问题？1、工件材料强度或硬度较高时，一般采用较小还是较大的后解答解答1、工件材料强度或、工件材料强度或硬度较高硬度较高时，为加强切时，为加强切削刃，一般采用削刃，一般采用较小后角较小后角。2、对于、对于塑性较大塑性较大材料，已加工表面易产生材料，已加工表面易产生加工硬化时，后刀面摩擦对刀具磨损和加加工硬化时，后刀面摩擦对刀具磨损和加工表面质量影响较大时，一般取工表面质量影响较大时，一般取较大后角。较大后角。21解答1、工件材料强度或硬度较高时，为加强切削刃，一般采用较小3.3.主偏角主偏角r r（1 1）功用）功用刀刃强度刀刃强度背向力背向力F Fp p，散热条件，散热条件刀具寿命刀具寿命，工件易变形，工件易变形1.7.2刀具角度的选择kr2Krkr1FpFf表面粗糙度表面粗糙度影响刀具寿命、已加工表面粗糙度影响刀具寿命、已加工表面粗糙度及切削分力大小和比例。及切削分力大小和比例。223.主偏角r（1）功用 r 刀刃强度背向力Fp，散（2 2）选择）选择1.7.2刀具角度的选择3.3.主偏角主偏角r r影响刀具寿命、已加工表面粗糙度影响刀具寿命、已加工表面粗糙度及切削分力大小和比例。及切削分力大小和比例。23（2）选择工艺系统刚性较好时，主偏角取较小值；当工艺系统刚性4.4.副偏角副偏角r r（1 1）功用）功用表面粗糙度表面粗糙度残留面积高度残留面积高度1.7.2刀具角度的选择用以减小副切削刃与已加工表面的摩擦。用以减小副切削刃与已加工表面的摩擦。摩擦摩擦易振动易振动244.副偏角r（1）功用 r表面粗糙度残留面积（2 2）选择）选择1.7.2刀具角度的选择4.4.副偏角副偏角r r、工艺系统刚性好时，加工高强度高硬度材料，一般、工艺系统刚性好时，加工高强度高硬度材料，一般r5o10o；加工外圆及端面，能中间切入，；加工外圆及端面，能中间切入，r45o。、工艺系统刚度较差时，粗加工、强力切削时，、工艺系统刚度较差时，粗加工、强力切削时，r10o15o；车台阶轴、细长轴、薄壁件，；车台阶轴、细长轴、薄壁件，r5o10o。、切断切槽，、切断切槽，r1o2o。副偏角的选择原则副偏角的选择原则是：在不影响摩擦和振动的条件下，是：在不影响摩擦和振动的条件下，应选取较小的副偏角。应选取较小的副偏角。25（2）选择副偏角大小取决于表面粗糙度（515)，粗加工1.7.2刀具角度的选择5.刃刃倾倾角角s切削平面内测量，是主切削刃与基面的夹角。当刀尖是切削刃最高点时,s定为正值；反之位负。q s影响刀尖强度和切屑流动方向。粗加工时为增强刀尖强度，s常取负值；精加工时为防止切屑划伤已加工表面，s常取正值或零。261.7.2刀具角度的选择5.刃倾角s切削平面内测量，是5.5.刃倾角刃倾角s s（1 1）功用）功用（2 2）选择）选择主要影响刀头的强度、切削分主要影响刀头的强度、切削分力和切屑的流动方向。力和切屑的流动方向。1.7.2刀具角度的选择275.刃倾角s（1）功用（2）选择主要影响刀头的强度、切削刃倾角对切屑流出方向的影响刃倾角对切屑流出方向的影响刃倾角对刀尖强度的影响刃倾角对刀尖强度的影响1.7.2刀具角度的选择28刃倾角对切屑流出方向的影响刃倾角对刀尖强度的影响1.7.2刀6.6.其它几何参数的选择其它几何参数的选择1.7.2刀具角度的选择7.7.刀具几何参数选择示例刀具几何参数选择示例296.其它几何参数的选择负倒棱及其参数的选择1.7.2刀具角度刀具各角度之间是刀具各角度之间是相互联系、相互影响相互联系、相互影响的，孤立的，孤立地选择某一角度并不能得到所希望的合理值。地选择某一角度并不能得到所希望的合理值。例：加工硬度较高的工件材料时，为了增加刃的例：加工硬度较高的工件材料时，为了增加刃的强度，取较小的后角，但加工特别硬的材料如淬强度，取较小的后角，但加工特别硬的材料如淬硬钢时，通常采用负前角，这时如适当增大后角，硬钢时，通常采用负前角，这时如适当增大后角，不仅使刃易于切入工件，而且还可以提高刀具耐不仅使刃易于切入工件，而且还可以提高刀具耐用度。用度。1.7.2刀具角度的选择30刀具各角度之间是相互联系、相互影响的，孤立地选择某一角度并不