切削基本规律的应用

*,第四章 切削基本规律的应用,本章要点,断屑,工件材料切削加工性,切削液,已加工表面粗糙度,刀具几何参数选择,切削用量选择,4.1.1,切屑的种类,4.1,断屑,由于工件材料和切削条件的不同，切屑过程中的变形情况也不同，因而产生的切屑形状也不同，从变形的观点来看，可将切屑的形状分为四种类型。,形成条件,影响,名称,简图,形态,变形,带状,，底面光滑，外面呈毛茸状,节状,，底面光滑有裂纹，外面呈锯齿状,粒状,不规则,块状,颗粒,剪切滑移尚未达到断裂程度,局部剪切应力达到断裂强度,剪切应力完全达到断裂强度,未经塑性变形即被挤裂,加工,塑性,材料，,切削速度较高，切削厚度较小， 刀具前角较大,加工,塑性,材料，,切削速度较低，切削厚度较大， 刀具前角较小,工件材料硬度较高，韧性较低，,切削速度较低,切削厚度较大,加工,硬脆材料,，,刀具前角较小,切削过程平稳，表面粗糙度小， 妨碍切削工作，应设法断屑,切削过程欠平稳，表面粗糙度欠佳,切削力波动较大，切削过程不平稳，表面粗糙度不佳,切削力波动大，有冲击，表面粗糙度恶劣，易崩刀,带状切屑,挤裂切屑,单元切屑,崩碎切屑,表 切屑类型及形成条件,切脆性材料,不平稳,表面粗糙,带状切屑 挤裂切屑 粒,(,节,),状切屑 崩碎切屑,加工塑性材料,切塑性材料：,带状切屑,挤裂切屑,粒状切屑,0,v,h,D,0,v,h,D,0,v,h,D,0,v,h,D,切削不平稳，力波动大,加工表面粗糙,切削平稳，力波动小,加工面光洁，断屑难,滑移量较大，局部,剪应力达断裂强度,带状切屑,挤裂切屑,节状切屑,崩碎切屑,图,切屑形态照片,当,s,为,负值,时，切屑向,已加工表面流出；,当,s,为,正值,时，切屑向,待加工表面流出,；,当刃倾角,s = 0,时，切屑,垂直于切削刃流出,。,4.1.2,切屑的流向,4.1,断屑,为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量，应使切屑卷曲和折断。,切屑的卷曲是由于,切屑内部变形，或碰到刀具前刀面上磨出的断屑槽、凸台、附加档块以及碰到其它障碍物后造成的,。,图 切屑的卷曲,4.1.3,切屑的卷曲与折断,4.1,断屑,图,1,为切屑在卷曲运动过程中与工件的待加工表面相碰，切屑折断成,C,形屑,图,2,为切屑与工作上的过渡表面相碰后形成圆卷形切屑,图,3,为切屑与车刀的后刀面相碰后折断形成,C,形或,6,形切屑。,断屑,是对,已变形的切屑再附加一次变形,（常需有断屑装置）,图 断屑的产生,4.1.3,切屑的卷曲与折断,4.1,断屑,断屑的原因,断屑的原因,在图（,a,）中，厚度为,h,ch,的切屑受到断屑台推力,F,Bn,作用而产生弯曲，并产生卷曲应变。,4.1.3,切屑的卷曲与折断,4.1,断屑,断屑的原因,在继续切削的过程中，切屑的卷曲半径由,0,逐渐增大,到,，当切屑端部,碰到后刀面,时，切屑又产生反向弯曲应变，相当于切屑反复弯折，最后弯曲应变,max,大于材料极限应变,b,时,折断,。,4.1.3,切屑的卷曲与折断,4.1,断屑,折断条件：,max, （ ）,b,由上式可知，当切屑越厚（,h,ch,大），切屑卷曲半径,越小,，材料硬度越高、脆性越大（极限应变值,b,小）时，切屑越容易折断。,断屑的原因,图,主偏角越大，越易断屑,刃倾角,前角越小，越易断屑,刀具几何角度影响,断屑槽尺寸参数（宽度、反屑角）,宽度越小，越易断屑,反屑角越大，,越易断屑,4.1.4,断屑主要措施,4.1,断屑,切削用量,切削速度 速度 ，不易断屑,进给量 进给量 ，易断屑,背吃刀量 背吃刀量 ，不易断屑,工件材料,工件材料的塑性、韧性愈大，强度愈高，愈不容易断屑。,4.1,断屑,4.1.4,断屑主要措施,一定刀具耐用度,T,的切削速度,V,T,V,T,越高，材料的切削加工性越好,。,相对加工性,各种材料的,V,60,与,45#,钢（正火）的,V,60,比值。,生产中通常用相对加工性做为衡量标准。,4.2.1,衡量切削加工性的指标,4.2,工件材料切削加工性,工件材料的切削加工性,是指将其加工成合格零件的难易程度。,工件材料的相对切削加工性及分级,加工性 等级,材料相对加工性等级,材料名称及种类,相对,加工性,K,r,代 表 性 材 料,1,很易切削,材料,一般有色,金属,3.0,铜铝合金，铝铜合金，铝镁合金,2,容易切削,材料,易切削钢,2.5,3,退火,l5Cr,，,b,0.373,o.441GPa,自动机钢，,b,0.393,0.491GPa,3,较易,切削钢,1.6,2.5,正火,30,钢，,b,0.441,0.549GPa,4,普通材料,一般钢、铸铁,1.0,1.6,45,钢，灰铸铁,5,稍难切削,材料,0.65,1.0,2Crl3,，调质,b,0.834GPa,85,，钢,b,0.883GPa,6,难加工材料,较难切削,材料,0.5,0.65,45Cr,，调质,b,1.03GPa,65Mn,，调质,b,0.932,0.981,7,难切削,材料,0.15,0.5,50CrV,调质；,1Crl8Ni9Ti,钛合金,8,很难切削,材料,0.15,某些钛合金，铸造镍基高温合金,切削力和切削温度,应用在：粗加工或机床动力不足,相同的切削条件下，切削力大、切削温度高的材料，其切削加工性就差。,已加工表面质量,精加工,表面粗糙度值,有特殊要求的零件,已加工表面残余应力、加工硬化,断屑的难易程度,应用在：自动机床或自动生产线上,切屑容易折断的材料，其切削加工性就好，反之，切削加工性就差,4.2.1,衡量切削加工性的指标,4.2,工件材料切削加工性,材料的化学成分,碳对切削加工性的影响,其他合金元素对切削加工性的影响,硅、铬、镍、钒、钼、钨、镉等合金元素的加入均会降低材料的可切削加工性。,硫、硒、铅等合金元素的加入可改善材料的切削加工性。,碳素钢,低碳钢,高碳钢,中碳钢,切削性差,4.2.2,影响材料切削加工性的因素,4.2,工件材料切削加工性,金相组织的影响,一般情况下，由塑性、韧性高或硬度、强度高的组织构成的材料，其切削加工性差。反之则好。,低碳钢中铁素体含量较高，所以强度硬度低，延伸率高，易产生塑性变形，不易加工。,淬火钢的组织以马氏体为主，所以硬度、强度均高，不易加工。,中碳钢的金相组织是珠光体加铁素体，具有中等的硬度、强度和塑性，因此容易加工。,灰铸铁中游离石墨比冷硬铸铁多，所以加工性好。,4.2.2,影响材料切削加工性的因素,4.2,工件材料切削加工性,材料的机械性能对切削加工性的影响,材料的强度和硬度,工件材料的硬度和强度越高，切削加工性就越差。,材料的韧性,韧性大的材料，其切削加工性能差。,材料的塑性,材料的塑性越大，切削加工性越差。,材料的导热系数,材料的导热系数越高，切削加工性越好。,4.2.2,影响材料切削加工性的因素,4.2,工件材料切削加工性,工件材料的物理力学性能对加工性的影响,例,45,钢,1Cr18Ni9Ti,通过热处理改善材料加工性,如工具钢，一般经,退火处理,可降低硬度、强度、提高加工性。,有的工件材料通过,调质处理,，提高硬度、强度，降低塑性来改善加工性。如车制不锈钢,2Cr13,螺纹时，由于硬度太低，塑性较大，光洁度不易提高，当经调质处理后，硬度提高到,HRC28,时，塑性下降，光洁度可以改善，生产效率也相应提高。,还有一些工件材料，如氮化钢，为了减小工件已加工表面的残余应力，可采取,去应力退火,。,时效处理,也是改善加工性的方法，如加工,Cr20Ni80Ti3,之前。先加热到,1000,保持数小时，然后在,900-950,温度下时效处理,16,小时，再在空气中冷却，这样处理可以提高切削加工性。,4.2.3,改善材料切削加工性的途径,4.2,工件材料切削加工性,调整材料的化学成分,除了材料中的含碳量外，材料中加入某些合金元素时，将不同程度的影响材料的机械性能，进而影响材料的切削加工性。,选择材料加工性好的存在状态,低碳钢以冷拔及热轧状态最好加工；,中碳钢以部分球化的珠光体组织最好加工；,高碳钢则以完全球化的退火状态加工性最好。,对难加工材料，采取其他相应的对策,选择合理的刀具材料、刀具几何角度、切削用量、,选用合适的设备和加工方法,等。,4.2.3,改善材料切削加工性的途径,4.2,工件材料切削加工性,金属切削过程中合理选用切削液,:,可以改善刀具与切屑和刀具与工件界面的摩擦情况，改善散热条件，从而降低切削力、切削温度和刀具磨损。,切削液还可以减少刀具与切屑的粘结，抑制积屑瘤的生长，提高已加工表面质量，可以减少工件热变形，保证加工精度。,4.3.1,切削液的作用,4.3,切削液,冷却作用,切削液可带走大量的切削热，降低切削区的切削温度。,切削液的冷却效果决定于：,切削液本身导热系数,、,比热,、,温度,、,流量和流速,、,汽化热,。,水的导热系数为油的,3-5,倍，比热约大,1,倍，汽化热要大,6-12,倍，故其冷却性能最好，油类最差，乳化液则介乎二者之间而接近于水,.,4.3.1,切削液的作用,4.3,切削液,润滑作用,切削液可渗透到切屑、工件、刀具接触面之间，在金属表面上展开和粘附，形成一层牢固的、有一定强度的润滑膜。,切削液的润滑性能与其,渗透性,、,形成润滑膜的能力,及,润滑膜的强度,有着密切关系。,润滑膜形成的机理：物理吸附膜、化学吸附膜,4.3.1,切削液的作用,4.3,切削液,清洗作用,金属切削过程中，有时产生一些细小的切屑，为了防止碎屑或磨粉划伤工件已加工表面和机床导轨面，防止磨屑嵌在砂轮空隙中降低磨削性能，要求切削液具有良好的清洗作用。,清洗性能的好坏与,切削液的渗透性,、,流动性,和,使用压力,有关。,防锈作用,防锈作用取决于切削液本身性能，加入防锈添加剂，可在金属表面吸附或化合，形成保护膜，防止与腐蚀介质接触而起到防锈作用。,4.3.1,切削液的作用,4.3,切削液,为了改善切削液的性能而加入的化学物质称为添加剂。常见的有油性、极压添加剂、乳化剂（表面活性剂）、防锈等。,油性添加剂,油性添加剂主要起渗透和润滑作用。它降低油与金属的界面张力，使切削油很快渗透到切削区，在一定的切削温度下形成物理吸附膜，减小切屑、工件和刀具界面的摩擦。,它主要用于一般金属低速精加工时温度和压力较低的状态，高温高压时将被破坏。,常用的油性添加剂为动、植物油及油酸、胺类、醇类及酯类等。,4.3.2,切削液中的添加剂,4.3,切削液,极压添加剂,在极压润滑状态下，切削液中必须添加极压添加剂来维持润滑膜的强度。它与金属表面起化学反应，形成化学吸咐膜，熔点高得多，可防止极压状态下金属摩擦面直接接触，减小摩擦。,多数难切削金属的加工，属于极压润滑状态，需加极压添加剂。,常用的极压添加剂为含硫、磷、氯等有机化合物，与金属生成氯化铁、硫化铁、磷酸铁等化学吸附膜，能在高温下保持润滑作用,4.3.2,切削液中的添加剂,4.3,切削液,乳化剂,乳化剂是使矿物油和水乳化，形成稳定乳化液的添加剂。,它是一种表面活性剂，它的分子是由极性基团和非极性基团两部分组成。,表面活性剂在乳化液中，除了起乳化作用外，还能吸附在金属表面上，形成润滑膜，起油性添加剂的作用。,4.3.2,切削液中的添加剂,4.3,切削液,乳化液示意图,防锈添加剂,它是一种极性很强的化合物，与金属表面有很强的附着力，吸附在金属表面形成保护膜，或与金属表面化合形成钝化膜，起防锈作用。,常用的防锈添加剂有水溶性类和油溶性类。前者以碳酸钠、三乙醇胺等，后者如石油磺酸钠、石油磺酸钡等，应用较广。,除上述添加剂外，有时还可添加抗泡沫剂、防霉添加剂等。,生产中根据具体切削条件和使用要求，综合添加几种添加剂,以得到效果较好的切削液,4.3.2,切削液中的添加剂,4.3,切削液,金属切削加工中学用的切削液可分三大类：水溶液、乳化液、切削油。,水溶液,主要成分是水，水的热导率和比热容都比油大得多，流动性又好，可以吸收大量的热。,其中加入了一定量的防锈剂，用于粗磨；加入一定的油类，可用于精磨,4.3.3,切削液的种类,4.3,切削液,乳化液,乳化液是乳化油用水稀释而成。,乳化油是由矿物油、乳化剂及添加剂配成，用,95-98%,水稀释成乳白色的或半透明的乳化液。,它有良好的冷却作用，但润滑、防锈性能较差，可再加入一定量的油性、极压添加剂和防锈添加剂。,特点,：流动性好、冷却能力强。应用最为广泛。,应用,：低浓度的用于粗车和磨削；高浓度的用于精车、铰孔和铣削等。,4.3.3,切削液的种类,4.3,切削液,切削油,矿物油、动植物油和复合油,矿物油 常用的有,5#,、,7#,、,10#,、,20#,、,30#,机械油和轻柴油、煤油等，但需要加入油性、极压添加剂。,动植物油，如豆油、菜油、棉子油、蓖麻油、猪油等。,复合油是将植物油或动物油脂与矿物油混合制成。,特点,：润滑性好，流动性差，冷却作用小。,应用,：低速精加工。如精车丝杠、螺纹等。,4.3.3,切削液的种类,4.3,切削液,切削液应根据,工件材料,、,刀具材料,、,加工方法,和,加工要求,的具体情况选用，否则不能取得应有的效果。,高速钢刀具耐热性差，故应采用切削液。,硬质合金刀具由于耐热性好，一般不用切削液。若适用切削液必须连续，充分地供应，否则高温下刀片冷热不匀，容易产生很大内应力而导致裂纹。,切削钢料等塑性材料，需用切削液。,切削铸铁等脆性材料，则一般可不用切削液,对于铜、铝及铝合金，为了得到较高表面质量和精度，可采用,10-20%,乳化液、煤油或煤油与矿物油的混合。（不用含硫的切削液）,4.3.4,切削液的选用,4.3,切削液,钻孔、攻丝、铰孔和位削等，其排屑方式为半封闭状态，宜用乳化液、极压乳化液和极压切削油。,成形刀具、螺纹和齿轮刀具要求保持形状、尺寸精度，且其加工成本高，刃磨复杂，要求较高耐用度，也应采用润滑性较好的极压切削油或高浓度极压切削液。,磨削加工温度很高，且细小磨屑会破坏工件表面质量，要求切削液具有较好冷却性能和清洗性能，常用半透明或透明的水溶液和普通乳化液。磨削不锈钢、高温合金则宜用润滑性能较好的水溶液和极压乳化液。,4.3.4,切削液的选用,4.3,切削液,切削液的合理使用非常重要，其浇注部位、充足的程度与浇注方法的差异，将直接影响到切削液的使用效果。,切削液应,浇注在切削变形区,，该区是发热的核心区，,不应该浇注在刀具或零件上,。,4.3.4,切削液的选用,4.3,切削液,4.4.1,表面粗糙度的形成,4.4,已加工表面粗糙度,加工表面的微观几何特征,表面粗糙度,表面波度,指波距,L,小于,1mm,的表面微小波纹。,L/H,50,指波距,L,在,1-20mm,之间的表面波纹。,L/H = 50,1000,4.4.1,表面粗糙度的形成,4.4,已加工表面粗糙度,刀具几何形状形成的表面粗糙度,图 车削时残留面积的高度,直线刃车刀（图,a,）,圆弧刃车刀（图,b,）,影响因素：,f,r,R,max,v,f,r,b,）,R,max,f,a,）,v,f,4.4.1,表面粗糙度的形成,4.4,已加工表面粗糙度,积屑瘤的影响,图,4-9,积削瘤对表面粗糙度影响（,32x,）,a),积削瘤掉落时的照片,b,）积削瘤影响表面粗糙度,4.4.1,表面粗糙度的形成,4.4,已加工表面粗糙度,鳞刺的影响,图,4-10,在已加工表面上突出的鳞刺,4.4.1,表面粗糙度的形成,4.4,已加工表面粗糙度,刀具磨损的影响,图,4-11,刀具后面磨损对已加工表面粗糙度的影响,4.4.1,表面粗糙度的形成,4.4,已加工表面粗糙度,刀具刃磨质量的影响,振动的影响,图,4-12,在已加工表面上复映的划痕及振纹,a,）复映刻痕,b,）振纹,4.4.2,影响表面粗糙度的因素,4.4,已加工表面粗糙度,切削速度的影响,图,4-13,切削速度对表面粗糙度,Ra,的影响,a,） 切削速度对粗糙度影响,加工条件：工件材料易切钢、刀具高速钢：,a,p,=1.2mm,b),不同切削速度时的粗糙度波形,加工条件：工件材料,45,钢、刀具,P10,（,YT15,）,0,=15,、,r,=45,、,f,=0.1mm/r,、,a,p,=0.5mm,切削速度影响最大：,v = 10,50m/min,范围，易产生积屑瘤和鳞刺，表面粗糙度最差。,其他影响因素：刃磨质量，切削液等,图 切削,45,钢时切削速度与粗糙度关系,100,120,v,（,m/min,）,0,20,40,60,80,140,表面粗糙度,R,z,（,m,）,4,8,12,16,20,24,28,收缩系数,K,s,1.5,2.0,2.5,3.0,积屑瘤高度,h,（,m,）,0,200,400,600,h,K,s,R,z,4.4.2,影响表面粗糙度的因素,切削速度的影响,4.4.2,影响表面粗糙度的因素,4.4,已加工表面粗糙度,进给量、主副偏角、刀尖圆弧半径的影响,H,=,f,/(cot,r,+cot,r,),H,=,r,(1-cos),f,2,/8,r,减小,f,、,r,、,r,及加大,r,，可减小残留面积的高度,4.4.2,影响表面粗糙度的因素,4.4,已加工表面粗糙度,进给量、主副偏角、刀尖圆弧半径的影响,图,4-14,副偏角,r,和刀尖圆弧半径,r,对表面粗糙度,Ra,影响,a,）,r,影响,b,）,r,影响,4.4.2,影响表面粗糙度的因素,4.4,已加工表面粗糙度,前角的影响,图,4-15,前角,0,对表面粗糙度,Ra,的影响,4.4.2,影响表面粗糙度的因素,4.4,已加工表面粗糙度,刀具材料的影响,切削液的影响,刀具是直接进行切削加工的工具。切削过程中，切削力的大小，切削温度的高低，切屑的连续与碎断，刀具耐用度的高低，加工质量的好坏，生产效率和生产成本的高低，都与刀具几何参数的选择有很大关系。,刀具几何参数,包括,刀具几何角度,、,切削刃的刃口形式,、,切削刃形状,和,刀面形式,等内容。,合理的刀具几何参数可保证工件加工质量，延长刀具寿命，提高生产效率，降低生产成本。,4.5,刀具几何参数选择,前角的功用,前角影响切削变形和摩擦，从而影响切削力、切削热和切削功率。,前角影响刀具的锋利性，同时影响切削刃和刀头的强度及刀头散热条件。,1,）增大前角能减小切屑的变形，减少切削力，降低切削温度和动力消耗。,2,）增大前角能改善切屑对前刀面的摩擦，减少刀具磨损，提高刀具耐用度。,4.5.1,前角及前刀面的选择,4.5,刀具几何参数选择,o1,P,r,o2,0,前角的作用,前角越大，刀越锋利、切削轻快，,强度下降、不利散热,前角的功用,3,）增大前角能改善加工表面质量，抑制积屑瘤的产生，减少切削振动。,4,）前角过大，将削弱刃口强度，减少散热体积，导致热应力集中，切削区局部温度升高，容易造成刀具破损和磨损。,5,）由于减小了切削变形，也不利于断屑。,0,变形程度,F,Q,T,振动质量,刀刃和刀头强度散热面积容热体积断屑困难,在一定的条件下，存在一个合理值,4.5.1,前角及前刀面的选择,4.5,刀具几何参数选择,合理前角的概念,在一定的条件下，,前角应存在一个合理,的数值。对应最大,耐用度的前角称为,合理前角,。,4.5.1,前角及前刀面的选择,4.5,刀具几何参数选择,硬质合金车刀合理前角参考值,工件材料种类,合理前角参考范围（单位：度）,粗车,精车,低碳钢,20,25,25,30,中碳钢,10,15,15,20,合金钢,10,15,15,20,淬火钢,-15,-5,不锈钢,15,20,20,25,灰铸铁,10,15,5,10,铜或铜合金,10,15,5,10,铝或铝合金,30,35,35,40,钛合金,5,10,高速钢车刀的前角一般比表中大,5,- 10,。,前角的选择原则,根据工件材料选,对不同材料的工件，在切削时用的前角不同。,加工,塑性材料前角较大,；,脆性材料应较小,；,切削,钢,的合理前角,比,切削,铸铁大,；,切削,中硬钢,的合理前角比切削,软钢小,；,加工,高强度钢,、,淬火钢,、,高速钢,时，应选用,小前角,。,4.5.1,前角及前刀面的选择,4.5,刀具几何参数选择,前角的选择原则,根据刀具材料选,对于不同的刀具材料，在切削时用的前角不同。,硬质合金,的抗弯强度较低，抗冲击韧度差，所以,合理前角应取较小,；,高速钢刀具,抗弯强度较高，所以,合理前角应取较大,。,根据加工要求选,粗加工,、,断续切削或切削特硬材料,时，为保证切削刃强度，应取较,小的前角,，甚至负前角；,精加工,时，选,大前角,；,工艺系统,刚性不够,易引起振动时，应选用,较小的前角,。,4.5.1,前角及前刀面的选择,4.5,刀具几何参数选择,倒棱,倒棱有两个参数,:,倒棱前角,和,倒棱宽度,。,倒棱前角,它的大小与刀具材料有关，高速钢刀具一般取,0,，硬质合金刀具一般取,-15,-5,。,倒棱宽度,与加工性质、进给量有关。粗加工、进给量较大时，取较大值；精加工、进给量较小时，一般,b,1,= 0.2,1 mm,。,倒棱,指沿着切削刃在前刀面上磨出负前角的小棱面，,倒棱可以提高刀刃强度、增强散热能力，从而提高了刀具耐用度。,4.5.1,前角及前刀面的选择,4.5,刀具几何参数选择,正前角平面型：,正前角平面型式的特点为：制造简单能获得较锋利的刃口，但强度低，传热能力差。一般用于,精加工刀具,、,成形刀具,、,铣刀,和,脆性材料,的加工。,前刀面的形式,4.5.1,前角及前刀面的选择,4.5,刀具几何参数选择,正前角平面带倒棱型：,此时，切屑仍沿前刀面而不沿倒棱流出。在切削塑性材料时，可按,b,1,=,（,0.5,1.0,）,f,、,ol,=-15,-5,选取。用于,粗切铸锻件或断续表面,的加工。,前刀面的形式,4.5.1,前角及前刀面的选择,4.5,刀具几何参数选择,正前角曲面带倒棱型：,这种型式是在正前角平面带倒棱的基础上，为了卷屑和增大前角，在前刀面上磨出一定的曲面而形成的，常用于,粗加工或精加工塑性材料,的刀具,前刀面的形式,卷屑槽的参数约为,l,Bn =,（,6,8,）,f,，,r,Bn =,（,0.7,0.8,）,l,Bn,。,4.5.1,前角及前刀面的选择,4.5,刀具几何参数选择,负前角单面型：,当磨损主要发生在,后刀面,时，可制成负前角单面型。此时刀片承受压应力，具有好的刀刃强度。因此，常用于切削,高硬度（强度）材料和淬火钢材料,。但负前角会增大切削力,前刀面的形式,4.5.1,前角及前刀面的选择,4.5,刀具几何参数选择,负前角双面型：,当磨损同时发生在,前,、,后两个刀面,时制成负前角双面型，可使刀片的重磨次数增多。此时负前角的棱面应 有足够的宽度，以保证切屑沿该棱面流出。,前刀面的形式,4.5.1,前角及前刀面的选择,4.5,刀具几何参数选择,后角的功用,后角的主要作用是减小后刀面与加工表面间的摩擦，降低刀具磨损，提高工件表面质量。,配合前角工作，后角越大，切削刃钝圆半径越小，切削刃越锋利。,影响切削刃和刀头的强度及散热体积。,0,0,4.5.2,后角及后刀面的选择,4.5,刀具几何参数选择,减小主后刀面与加工表面的摩擦,后角的功用,增大后角能减少后刀面与工件加工表面之间的摩擦。从而减少刀具的磨损，提高加工表面质量和刀具耐用度。并可减少刃口钝圆半径,rn,使刃口锋利，这样就使摩擦进一步减少，降低磨损，从而可提高刀具耐用度。改善加工表面质量。,后角的功用,4.5.2,后角及后刀面的选择,4.5,刀具几何参数选择,增大后角，在同样的磨钝标准,VB,条件下，刀具由新刃磨用到磨钝，允许磨去的金属体积较大因而有利于提高刀具耐用度。但后角越大，在同样的磨钝标准条件下，刀具的径向磨损值,NB,增大，因此一些精加工刀具，当尺寸精度要求高时，就不宜按一般原则采用大的后角。,后角的功用,4.5.2,后角及后刀面的选择,4.5,刀具几何参数选择,增大后角，刀具磨钝后，重新刃磨，磨去的体积增大。为降低重磨费用，对于重磨刀具宜适当减小后角,后角的功用,4.5.2,后角及后刀面的选择,4.5,刀具几何参数选择,后角的功用,0,r,n,锋利、,摩擦,F,质量,VB,一定，磨损体积,T,但,NB,刀头强度散热体积重磨体积,在一定的条件下，存在一个合理值,4.5.2,后角及后刀面的选择,4.5,刀具几何参数选择,后角选择的原则,粗加工,时，强力切削及承受冲击载荷的刀具，为增加其刀具强度，后角应选取,小,些,;,精加工,时，,增大后角,可提高刀具耐用度和加工表面的质量。,工件材料的,硬度与强度高,时，取较,小的后角,，以保证刀头强度,;,工件材料的,硬度与强度低,，,塑性大,时，,后角,应适当加,大,。,加工,脆性材料,时，切削力集中在刃口附近，宜取较,小的后角,。,4.5.2,后角及后刀面的选择,4.5,刀具几何参数选择,后角选择的原则,采用,负前角,时，取,较大的后角,，以保证切削刃相对锋利。,定尺寸刀具,取较,小的后角,，以防止重磨后刀具,尺寸的变化。,为降低,重磨费用,，对于重磨刀具宜适当,减小后角,。,4.5.2,后角及后刀面的选择,4.5,刀具几何参数选择,后刀面选择,双重后刀面,为了保证刃口强度，减小刃磨后刀面的工作量，常在车刀后刀面上磨出,双重后角,。,4.5.2,后角及后刀面的选择,4.5,刀具几何参数选择,后刀面选择,刃带,在后刀面上磨出,后角为零度的小棱面,，起稳定、导向、消振、强化切削刃的作用。刃带宽度不宜过宽，否则会增大摩擦作用。,4.5.2,后角及后刀面的选择,4.5,刀具几何参数选择,后刀面选择,消振棱,指沿着切削刃在后刀面上磨出,负后角的小棱面,，有强化切削刃、减缓刀具磨损和消振作用。,它有两个参数,:,消振棱后角,消振棱宽度,4.5.2,后角及后刀面的选择,4.5,刀具几何参数选择,负倒棱 消振棱 刃带,副后角的功用及选择：,减少副后刀面与工件已加工表面之间的摩擦。,一般与主后角相同，对于切断刀、割槽刀等，取较小值,o,= 1,3,。,4.5.2,后角及后刀面的选择,4.5,刀具几何参数选择,主偏角对切削过程的影响,主偏角,r,的变化，影响各切削分力的大小比值与产生振动的可能性。,减小主偏角,r,，则背向力,F,p,增大，进给力,F,f,减小。当工艺系统刚度较差时，若过于减小,r,，,F,p,显著增大，就可能引起振动，造成损坏刀具，顶弯工件。,主偏角,r,的变化，影响切削截面的形状。,在切削深度和进给量一定的情况下，随着,r,角的减小，切削厚度将减小，切削宽度增加，切削刃参加工作的长度增加，切削刃单位长度的负荷减轻，刀尖角增大，这就会提高刀尖强度，改善散热条件，因而可提高刀具耐用度。,4.5.3,主、副偏角的选择,4.5,刀具几何参数选择,k,r1,K,r,k,r2,F,p,F,f,n,f,d,w,d,m,kr,kr,a,p,主偏角对切削过程的影响,主偏角,r,影响工件表面形状,当车削阶梯轴时，应选用,r=90,，而当车削外圆端面及倒角时，则可选,r=45,。,主偏角,r,的大小，还影响断屑的效果。,r,越大时，切削厚度越大，切削宽度越小，越容易断屑。,主偏角,r,的大小，还可能影响残留面积的高度,当主切削刃的直线部分参与形成残留面积时，减小,r,，可提高加工表面光洁度,主偏角,r,大小，影响切入条件，从而影响切削冲击,4.5.3,主、副偏角的选择,4.5,刀具几何参数选择,主偏角对切削过程的影响,残留面积,指刀具副偏角不为零时,刀具经过切削后,残留在已加工表面上的不平部分剖面面积,。,4.5.3,主、副偏角的选择,4.5,刀具几何参数选择,主偏角对切削过程的影响,r,h,D,b,D,单位刃长负荷,T,刀尖强度散热体积，,Ra,F,p,变形加工精度，易振动,Ra,，,T,在一定的条件下，存在一个合理值,4.5.3,主、副偏角的选择,4.5,刀具几何参数选择,主偏角的选择原则,根据工件形状或工艺加工要求进行合理选择。,当工艺系统刚性不足时，应选取较大主偏角,当工件材料强度大、硬度高时，为减轻单位切削刃上的负荷，增强刀尖强度，改善散热条件，以提高刀具耐用度就要取较小的主偏角,r=10,-30,。,在高速强力切削时，为防止振动应选用较大的主偏角，一般,r15,。,4.5.3,主、副偏角的选择,4.5,刀具几何参数选择,负偏角对切削过程的影响,减小副偏角,r,，可增强刀尖强度，改善散热条件。,减小副偏角,r,，则可以显著减少切削后的残留面积，提高表面光洁度。,但,r,太小就会增加负切削刃的工作长度，增大副后刀面同已加工表面之间的摩擦，易引起系统振动，反而增大表面粗糙度值。,副偏角,Ra,刀尖强度散热体积,副刃工作长度,摩擦,F,p,易振动,Ra,，,T,4.5.3,主、副偏角的选择,4.5,刀具几何参数选择,副偏角对残留面积的影响,副偏角对残留面积的影响,负偏角的选择原则,根据工件加工表面光洁度和具体的加工情况而定的。,在不引起振动的前提下，副偏角通常取小值。一般情况下选取,r,= 10,15,； 特殊情况，例如切断刀，为了保证刀头强度，可以选取,r,= 1,2,。,4.5.3,主、副偏角的选择,4.5,刀具几何参数选择,刀尖形式,直线过渡刃,过渡刃的偏角,r,r,/2,、长度,b,（,1/4,1/5,）,a,p,，这种过渡刃多用于粗加工或强力切削的车刀上。,4.5.3,主、副偏角的选择,4.5,刀具几何参数选择,刀尖形式,圆弧过渡刃,过渡刃也可磨成圆弧形。它的参数就是刀尖圆弧半径,r,。刀尖圆弧半径增大时，使刀尖处的平均主偏角减小，可以减小表面粗糙度数值，且能提高刀具耐用度。但会增大背向力和容易产生振动，所以刀尖圆弧半径不能过大。通常高速钢车刀,r,=0.5,5mm,，硬质合金车刀,r,=0.5,2mm,。,4.5.3,主、副偏角的选择,4.5,刀具几何参数选择,水平修光刃,修光刃是在副切削刃靠近刀尖处磨出一小段,r,=0,o,的平行刀刃。其长度,b,（,1.2,1.5,）,f,。能降低表面粗糙度值，但,b,过大易引起振动。,刀尖形式,4.5.3,主、副偏角的选择,4.5,刀具几何参数选择,大圆弧刃,大圆弧刃是把过渡刃磨成非常大的圆弧形，它的作用相当于水平修光刃。,刀尖形式,4.5.3,主、副偏角的选择,4.5,刀具几何参数选择,刃倾角的功用,影响排屑方向,当,s,为负值时，切屑向已加工表面流出；当,s,为正值时，切屑向待加工表面流出；当刃倾角,s,= 0,时，切屑垂直于切削刃流出。,影响切削刃锋利性,s,0e ,、,r,n ,锋利性,4.5.4,刃倾角的选择,4.5,刀具几何参数选择,刃倾角对流屑方向的影响,影响刀头强度和散热条件,负刃倾角可增强刀尖的强,度。切入时，刀尖较远,部分的切削刃首先接触,工件，而不是从刀尖开始,，进而改善了散热条件，,提高了刀具的耐用度,刃倾角的功用,4.5.4,刃倾角的选择,4.5,刀具几何参数选择,控制背向力与进给力之比，影响工件加工质量,负刃倾角,F,p,变形，易振动,Ra,。,控制切削刃在切入与切出时的平稳性,若刃倾角不等于零，则切削刃上各点逐渐切入工件和逐渐切离工件，故切削过程平稳。,刃倾角的功用,4.5.4,刃倾角的选择,4.5,刀具几何参数选择,刃倾角选择的原则,刃倾角选择的原则主要根据,刀具强度、排屑方向和加工条件,而定。,粗加工,时，为保证刀具的强度，通常,刃倾角选取较小值,，,s,= -5,0,。,精加工,时，为了提高工件的表面质量，不让切屑流向已加工的表面，一般,刃倾角应选取较大值,，,s,=0,5,。,有冲击载荷时,，,s,= -15,-5,。,4.5.4,刃倾角的选择,4.5,刀具几何参数选择,刃倾角选择的原则,车削,淬硬钢,时，,s,= -12,-5,。,微量精车外圆,、精车孔和,精刨平面,时，,s,= 45,75,。,强力切削刨刀时,，,s,= -20,-10,。,工艺系统刚性差,，切削时不宜选用负刃倾角。,4.5.4,刃倾角的选择,4.5,刀具几何参数选择,选择切削用量的一般原则就是在,保证加工质量、降低成本和提高生产率的前提下，使,a,p,、,f,、,v,的乘积最大,。当,a,p,、,f,、,v,的乘积最大时，用切削时间最短。,切削用量选择的基本原则,粗加工,时：保证,刀具耐用度,的前提下，尽量提高在单位时间内的金属切除率。,应优先选择大的背吃刀量，其次选择较大的进给量，最后根据刀具耐用度，确定合适的切削速度。,精加工,时：保证工件的,加工质量,的前提下，兼顾必要的生产率,应选用较小的进给量和背吃刀量，并尽可能选用较高的切削速度。,4.6,切削用量选择,式中,确定切削深度,a,p,粗加工,时，,a,p,由,加工余量,和,工艺系统的刚度,决定，尽可能一次走刀切除全部加工余量。,半精加工和精加工,的加工余量根据,尺寸精度,确定，一般较小，可一次切除。有时为了保证工件的,加工质量,，也可二次走刀。多次走刀时，第一次走刀的背吃刀量取得比较大，一般为总加工余量的,2/3,3/4,。,确定进给量,f,粗切时根据,工艺系统强度和刚度,条件确定,精切时根据加工,表面粗糙度,要求确定,4.6,切削用量选择,确定切削速度,v,根据规定的,刀具耐用度,确定切削速度,v,根据已经选定的背吃刀量,a,p,、进给量,f,及刀具使用寿命,T,，切削速度,v,可按下式计算求得,v,=,C,v,T,m,a,p,x,v,f,y,v,K,v,切削速度的参考值可以在切削用量手册中查到。,4.6,切削用量选择,