金属切削过程及其控制（第三节）

,第一章 金属切削过程及其控制,第一章金属切削过程及其控制,1,金属切削过程的基本知识,金属切削过程的基本规律与控制,金属切削基本条件的合理选择,1.1,1.2,1.3,本章内容,本节提要,本节主要介绍如何应用,切削变形,、,切削力、切削热与切削温度、刀具磨损与耐用度变化,四大规律来解决生产上出现的各种问题，主要内容包括,刀具材料与选择,、,合理选择刀具几何参数,与,切削用量,和,合理选择切削液,。,第三节 金属切削基本条件的合理选择,一、刀具材料与选择,刀具切削性能的优劣取决于刀具材料、切削部分几何形状以及刀具的结构。刀具材料的选择对刀具寿命、加工质量、生产效率影响极大。,一、刀具材料与选择,（一）刀具材料应具备的性能要求,切削时刀具要承受高温、高压、摩擦和冲击的作用，刀具切削部分的材料须满足以下基本要求：,（,1,）,较高的硬度和耐磨性,：,刀具材料要比工件材料硬度高，常温硬度在,HRC 62,以上。耐磨性表示抵抗磨损的能力,取决于组织中硬质点的硬度、数量、大小和分布。,（,2,）,足够的强度和韧性,：,为了承受切削中的压力冲击和振动,避免崩刃和折断,刀具材料应该具有足够的强度和韧性。一般强度用抗弯强度表示,韧性用冲击值表示。,（,3,）,较高的耐热性,：,刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。,（,4,）,良好的导热性和耐热冲击性能,：,刀具材料的导热系数越大，散热越好，有利于降低切削区温度而提高刀具使用寿命。,（,5,）,良好的工艺性,和经济性：,为了便于制造,要求刀具材料有较好的可加工性,如切削加工性、铸造性、锻造性、热处理性等。刀具材料价格应低廉。,刀具材料有工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等。目前，在生产中所用的刀具材料主要是,高速钢,和,硬质合金,两类。碳素工具钢、合金工具钢因耐热性差，仅用于手工或切削速度较低的刀具。,第三节 金属切削基本条件的合理选择,一、刀具材料与选择,（二）常用刀具材料的种类与选择,第三节 金属切削基本条件的合理选择,一、刀具材料与选择,（二）常用刀具材料的种类与选择,刀具材料的发展与切削加工高速化的关系,切削速度（,m/min,）,2000,1000,500,200,100,50,20,10,1800 1850 1900 1950 2000,年代,碳素工具钢,合金工具钢,WC,系硬质合金,高速钢,WC-TiC,系硬质合金,涂层硬质合金,TiAlN,涂层硬质合金,DLC,涂层硬质合金,TiC-TiN,金属陶瓷,聚晶立方氮化硼 （,PCBN,）,陶瓷,聚晶金刚石,（,PCD,）,天然金刚石,PCBN,PCD,氧化物陶瓷,氮化物陶瓷,硬质合金涂层,WC,硬质合金涂层,超细粒状硬金属涂层,高速钢,TiN,涂层高速钢,断裂韧性,耐磨性,刀具材料的耐磨性与断裂韧性,第三节 金属切削基本条件的合理选择,一、刀具材料与选择,第三节 金属切削基本条件的合理选择,一、刀具材料与选择,（二）常用刀具材料的种类与选择,碳素工具钢,：,含碳量在,0.65,1.35,的优质高碳钢。常用牌号：,T8A,，,T10A,，,T12A,（含,C1.15,1.2,），只适用于手用和切削速度很低的工具，如锉刀、手用锯条、刮刀等。,原因：,当切温高于,250,300,时，马氏体组织要分解，使得硬度降低，碳化物分布不均匀，淬火后变形较大，易产生裂纹，淬透性差。,合金工具钢,：在高碳钢中加一些合金元素,Si,，,Cr,，,W,，,Mn,（含量,3,5,），提高淬透性和回火稳定性，细化晶粒，减小变形。常用于制造细长的、截面积大、刃形复杂的刀具，如：铰刀、丝锥、板牙等。,第三节 金属切削基本条件的合理选择,一、刀具材料与选择,（二）常用刀具材料的种类与选择,工具钢,高速钢,(,高速合金工具钢,/,白钢,/,锋钢,/HSS),（,美国的,F.W.,泰勒和,M.,怀特于,1898,年创制,）,在,高碳钢,中加入较多合金元素,W,Cr,V,Mo,等形成,高合金工具钢,。加入合金元素后，细化了晶粒，提高了合金的硬度，其淬火硬度可达,HRC63,67,，红硬性达,550,650,，允许切速比合金钢提高,1,2,倍，具有较高的强度，在所有材料中它的抗弯强度和冲击韧度最高。,由于热处理变形小、能锻易磨，所以特别适合于制造结构和刃型复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、切齿刀、螺纹刀具和拉刀等。,按其性能用途，可分为,普通和高性能高速钢两类,。,一、刀具材料与选择,（二）常用刀具材料的种类与选择,高速钢,一、刀具材料与选择,（二）常用刀具材料的种类与选择,高速钢,高速钢,含碳量,0.7,0.9%,，,62,66HRC,；,钨系高速钢,:,应用最多，用于钻头，铣刀，拉刀，齿轮等复杂刀具。,典型牌号为,W18Cr4V,（简称,W18,）。含,W18,、,Cr4%,、,V1,。有良好的综合性能，可以制造各种复杂刀具。淬火时过热倾向小；可磨性好；碳化物含量高，塑性变形抗力大；但碳化物分布不均匀，影响薄刃刀具或小截面刀具的耐用度,;,强度和韧性显得不够；热塑性差，很难用作热成形方法制造的刀具（如热轧钻头）。,第三节 金属切削基本条件的合理选择,一、刀具材料与选择,（二）常用刀具材料的种类与选择,高速钢,普通高速钢,含碳量,0.7,0.9%,，,62,66 HRC,；,钨钼系（钼系）高速钢,：,强度、韧度高于钨系高速钢,，将钨钢中的,一部分钨以钼代替而得,。典型牌号为,W6Mo,5,Cr4V2,（简称,M2,）具有良好的机械性能，可做尺寸较小、承受冲击力较大的刀具；可用于制造大截面尺寸的刀具，尤其是热状态下塑性好，适用制造热轧刀具；,可磨削,性也好，目前各国广为应用。,第三节 金属切削基本条件的合理选择,一、刀具材料与选择,（二）常用刀具材料的种类与选择,高速钢,普通高速钢,在通用高速钢的基础上再增加一些含碳量、含钒量及添加钴、铝等元素。按其耐热性，,又称为高热稳定性高速钢,。具有更好的切削性能，耐用度较通用型高速钢高,1.3,3,倍。适合加工高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。,典型牌号有高碳高速钢,9W18Cr4V,，高钒高速钢,W6MoCr4V3,、钴高速钢,W6MoCr4V2Co8,、超硬高速钢,W2Mo9Cr4Co8,等。,第三节 金属切削基本条件的合理选择,一、刀具材料与选择,（二）常用刀具材料的种类与选择,高速钢,高性能高速钢,硬质合金以其切削性能优良被广泛用作刀具材料（约占,50,）。如大多数的车刀、端铣刀以及深孔钻、铰刀、齿轮刀具等。它还可用于加工高速钢刀具不能切削的淬硬钢等硬质材料。,第三节 金属切削基本条件的合理选择,一、刀具材料与选择,（二）常用刀具材料的种类与选择,硬质合金,金属碳化物,(WC,、,TiC,、,TaC,、,NbC,等,),金属粘接剂,(Co,、,Ni,等,),高压成形后，高温烧结而成。,第三节 金属切削基本条件的合理选择,一、刀具材料与选择,（二）常用刀具材料的种类与选择,硬质合金,1,）硬质合金的性能,硬度,HRA89,93,、耐热性,800,1000 C,、耐磨性很高，切削速度远高于高速钢,抗弯强度低、脆性大，抗冲击振动性能差,2,） 硬质合金的种类,YG (K),类,/,钨钴类,YT (P),类,/,钨钛钴类,YW (,M,),类,加工铸铁、有色,加工长切屑的,钢材、铸铁、,金属及其合金,黑色金属,有色金属、不锈钢等,WC+ Co WC+ TiC,+,Co WC+ TiC,+,TaC+ Co,添加稀有金属,TaC,或,NbC,第三节 金属切削基本条件的合理选择,一、刀具材料与选择,涂层刀具,它是在韧性较好的硬质合金基体上，或在高速钢刀具基体上，,涂抹一薄层耐磨性高的难熔金属化合物,而获得的。 常用的涂层材料有,TiC,、,TiN,、,Al,2,O,3,等。涂层刀具具有较高的抗氧化性能，因而有较高的耐磨性和抗月牙洼磨能力；有低的摩擦系数，可降低切削时的切削力及切削温度，可提高刀具的耐用度（提高硬质合金耐用度,1,3,倍，高速钢刀具耐用度,2,10,倍）。但也存在着锋利性、韧性、抗剥落性、抗崩刃性及成本昂贵之弊。,一、刀具材料与选择,（三）其他刀具材料,陶瓷,刀具,有纯,Al,2,O,3,陶瓷及,Al,2,O,3,TiC,混合陶瓷两种，以其微粉在高温下烧结而成。陶瓷刀具有很高的硬度（,HRA91,-,95,）和耐磨性；有很高的耐热性，在高温,1200,以上仍能进行切削；切削速度比硬质合金高,2,5,倍；有很高的化学稳定性、与金属的亲合力小，抗粘结和抗扩散的能力好。,可用于加工钢、铸铁；车、铣加工也都适用。但其脆性大、抗弯强度低、冲击韧性差，易崩刀，使其使用范围受到限制。但作为连续切削用的刀具材料，还有很大发展前途。,一、刀具材料与选择,（三）其他刀具材料,金刚石,是目前人工制造出的最硬的物质，硬度高达,HV10000,耐磨性好，可用于加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等高硬度、高耐磨的材料，刀具耐用度比硬质合金可提高几倍到几百倍。其切削刃锋利，能切下极薄的切屑，加工冷硬现象较少；有较低的摩擦系数，其切屑与刀具不易产生粘结，不产生积屑瘤，很适于精密加工。但其,热稳定性差,，切削温度不宜超过,700,800,；强度低、脆性大、对振动敏感，只宜微量切削；,与铁有极强的化学亲合力，不适于加工黑金属,。目前主要用于磨具和磨料，对有色金属及非金属材料进行高速精细车削及镗孔；加工铝合金、铜合金时，切削速度可达,800,3800m/min,。,一、刀具材料与选择,（三）其他刀具材料,立方氮化硼,由立方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而成。有很高的硬度（,HV8000,9000,）及耐磨性；具有比金刚石高得多的热稳定性（,1400,），可用来加工高温合金；化学惰性大，与铁族金属直至,1300,时也不易起化学反应，可用于加工淬硬钢及冷硬铸铁；有良好的导热性、较低的摩擦系数。,它目前不仅用于磨具，也逐渐用于车、镗、铣、铰。,它有两种类型：整体聚晶立方氮化硼，能像硬质合金一样焊接，并可多次重磨；立方氮化硼复合片，即在硬质合金基体上烧结一层厚度为,0.5mm,的立方氮化硼而成。,一、刀具材料与选择,（三）其他刀具材料,刀具材料种类,合金 高速钢 硬质合金,陶瓷,天然,聚晶金刚石 聚晶立方氮,工具钢,W18Cr4V YG6 Si,3,N,4,金刚石,PCD,化硼,PCBN,材料性能,硬度,HRC65 HRC66 HRA90,HRA93,HV10000,HV7500,HV4000,抗弯强度,2.4GPa 3.2GPa 1.45GPa 0.8GPa 0.3GPa 2.8GPa 1.5GPa,导热系数,40-50,20-30,70-100,30-40,146.5,100-,120,40-,100,热稳定性,350 620 ,10,00 ,1,4,00 800 ,6,00-800 ,1000 ,化学惰性 低,惰性大 惰性小 惰性小 惰性大,耐磨性 低 低 较高,高 最高 最高 很高,一般精度,Ra0.8,高精度,Ra=0.4-0.2,加工质量,Ra0.8,IT7-8,Ra=0.1-0.05 IT5-6,IT7-8,IT5-6,可替代磨削,加工对象,低速加工一般钢材、铸铁,一般钢材、铸铁粗、精加工,一般钢材、铸铁粗、精加工,高硬度钢材精加工,硬质合金、铜、铝有色金属及其合金、陶瓷等高硬度材料,淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等难加工材料,普通刀具材料与超硬刀具材料性能与用途对比,第三节 金属切削基本条件的合理选择,一、刀具材料与选择,（四）刀体材料,刀体一般均用普通碳钢或合金钢制作,，如焊接车刀、镗刀、钻头、铰刀的刀柄。尺寸较小的刀具或切削负荷较大的刀具宜选用合金工具钢或整体高速钢制作，如螺纹刀具、成形铣刀拉刀等。,机夹、可转位硬质合金刀具，镶硬质合金钻头，可转位铣刀等的刀体可用合金工具钢制作。,对于一些尺寸较小、刚度较差的精密孔加工刀具，如小直径镗刀、铰刀等，为了保证刀体有足够的刚度，宜选用整体硬质合金制作以提高刀具寿命和加工精度。,刀具的切削性能主要是由刀具,材料的性能,和刀具,几何参数,两方面决定的。刀具几何参数的选择是否合理,对切削力、切削温度及刀具磨损有显著影响。选择刀具的几何参数要综合考虑工件材料、刀具材料、刀具类型及其他加工条件（如切削用量、工艺系统刚性及机床功率等）的影响。,在保证加工质量的前提下，能够满足刀具使用寿命长、生产效率高、加工成本低的刀具几何参数，称为,刀具的合理几何参数,。,第三节 金属切削基本条件的合理选择,二、刀具合理几何参数的选择,优选刀具几何参数的一般性原则,要考虑工件的实际情况,，如材料的物理机械性能、毛坯情况、形状、材质等；,考虑刀具材料和结构,，如高速钢、硬质合金；整体、焊接、机夹、可转位等；,考虑各个几何参数之间的关系,，如选择前角，应同时考虑卷屑槽的形状、是否倒棱、刃倾角的正、负等；,考虑具体的加工条件,，如机床、夹具情况，系统刚性、粗或精加工、自动线等；,处理如刀具锋锐性与强度、耐磨性的关系,，即在保证刀具足够强度和耐磨性的前提下，力求刀具锋锐；在提高锋锐的同时，设法强化刀尖和刃区等；,二、刀具合理几何参数的选择,1,、前角的作用（,前刀面与基面之间的夹角,）,直接影响刀具的锋利程度,刀具锋利,切屑变形程度,切削力,前角,直接影响切削刃的强度和刀头强度,前角,刀刃及刀头强度,易崩刃,楔角,直接影响切屑的形状和断屑效果,前角,切屑变形程度,易断屑,第三节 金属切削基本条件的合理选择,二、刀具合理几何参数的选择,1,、前角与前刀面,前角是刀具上的一个重要参数。前角和前刀面各具不同作用，相互之间又有密切联系。 前刀面有平面型、曲面型、带倒棱型三种。,第三节 金属切削基本条件的合理选择,二、刀具合理几何参数的选择,根据,前角正负,前刀面分为,：正前角平面型、负前角平面型和负前角双面型,;,根据,曲面的形状不同有,：圆弧曲面、波形曲面和其它形状的曲面型；,倒棱型分为,：平面带倒棱型和曲面带倒棱型。,1,、前角与前刀面,第三节 金属切削基本条件的合理选择,二、刀具合理几何参数的选择,平面型 曲面型 带倒棱型,平面型前刀面制造容易，重磨方便，刀具廓形精度高。,其中正前角前刀面的切削刃强度较低，切削力小，它主要用在精加工刀具、加工有色金属刀具和具有复杂刃形刀具上；负前角前刀面的切削刃强度高，切削时切削刃产生挤压作用，切削力大，易产生振动，故它常用于受冲击载荷刀具，加工高硬度、高强度材料的刀具和挤压切削刀具上。,负前角双面型,适用于前、后刀面同时磨损的刀具上，重磨沿前、后刀面进行时能减少刀具材料的磨耗量。,1,、前角与前刀面,第三节 金属切削基本条件的合理选择,二、刀具合理几何参数的选择,曲面前刀面起卷屑作用，并有助于断屑和排屑。,故主要用于粗加工塑性金属刀具和孔加工刀具上。 有些刀具的曲面前刀面由刀具结构形成,如丝锥、钻头等。 波形前刀面（或后刀面）是由许多弧形槽连接而成，由于弧形切削刃具有可变的刃倾角，使切屑挤向弧形槽底，改变材料应力状态，促使脆性材料形成的崩碎切屑转变成楞形切屑。目前在加工铸铁和铅黄铜用的车刀和刨刀上有作成波形前刀面的。,1,、前角与前刀面,第三节 金属切削基本条件的合理选择,二、刀具合理几何参数的选择,对于不同的刀具材料和工件材料，,T,随,0,的变化趋势为驼峰形。高速钢的合理前角比,Y,合金的大。加工塑材的合理前角比脆材的大。,1,、合理前角的概念,第三节 金属切削基本条件的合理选择,二、刀具合理几何参数的选择,在刀具强度许可条件下，尽量选用大的前角。对于成形刀具来说,(,车刀、铣刀和齿轮刀等,),，减小前角，可减少刀具截形误差，提高零件的加工精度。前角的数值应由工件材料、刀具材料和加工工艺要求决定。,1,、前角的选用原则,“,锐字当先、锐中求固”,第三节 金属切削基本条件的合理选择,二、刀具合理几何参数的选择,工件材料的强度、硬度低，前角应选得大些，反之小些（如有色金属加工时，选前角较大）；,工材塑韧性大、冷硬现象严重，系统刚性差或机床功率不足，选较大的前角。加工脆性材料，取较小前角；,粗加工、断续切削、刀材强度韧性低工件材料强度硬度高，选较小的前角；,成形刀具和前角影响切削刃形状的其它刀具，为防止刃形变形，取较小的前角；,刀具材料抗弯强度大、韧性较好时，应取大的前角；,数控、自动机、自动线上用的刀具，考虑有较长的刀具耐用度及工作稳定性，常取较小的前角。,1,、前角的选用原则（,前刀面与基面之间的夹角,）,第三节 金属切削基本条件的合理选择,二、刀具合理几何参数的选择,2,、后角（,后刀面与切削平面的夹角,）,后角的主要作用是减少后刀面与加工工件之间的摩擦和磨损。后角过大，会削弱切削刃和刀头的强度。通常,o,=512,后角和磨损体积的关系,在相同磨钝标准,VB,下，后角越大，所磨去的金属体积也越大，因此延长了刀具的使用寿命；,但增大后角,将使切削刃和刀头的强度削弱，导热面积和容热体积减小；且,NB,一定时的磨耗体积小，刀具使用寿命短。,前刀面,前刀面,第三节 金属切削基本条件的合理选择,二、刀具合理几何参数的选择,NB,刀具的径向磨损值,刀具的合理后角,不同前角的刀具合理后角,2,、合理后角的概念,第三节 金属切削基本条件的合理选择,二、刀具合理几何参数的选择,粗加工时，以确保刀具强度为主，可在,4,6,范围内选取；在精加工时以保证加工表面质量为主，一般,0,8,12,。,粗加工、断续切削、工材强度硬度高，为增加刀刃强度，选较小后角。精加工取较大后角，保证表面质量，延长刀具寿命；,系统刚性差，易振动，取,较小后角,；,材料软，塑性大，且易产生加工硬化时，为减小后刀面摩擦，应取,较大后角,，脆性材料，力集中在刀尖处，取,较小后角,；,对尺寸精度要求高的刀具，如拉刀，宜取较小的,0,，限制重磨后刀具尺寸的变化。,成形、复杂、尺寸刀具取,小后角,；,2,、合理后角值的选择（,后刀面与切削平面的夹角,）,第三节 金属切削基本条件的合理选择,二、刀具合理几何参数的选择,2,、后刀面的形式,二、刀具合理几何参数的选择,（,1,）双重后刀面 。 为保证刀口强度，减少刃磨后刀面的工作量，常在车刀后刀面磨出双重后角。,（,2,）消振棱。 为了增加后刀面与过渡表面之间的接触面积，消除振动，可在后刀面上刃磨出一条有负后角的倒棱，称为消振棱。,（,3,）刃带。 对一些定尺寸刀具，为便于控制刀具尺寸和精度，常在后刀面上刃磨出后角为,0,o,的小棱边，,称为刃带,，起稳定、导向和消振的作用。但刃带不宜过宽，否则会增大摩擦。一般情况下，刃带宽度,b,a,=0.02,0.3mm,。,3,、主偏角和副偏角,主偏角,r,主要,影响,切削宽度,a,w,和切削厚度,a,c,的比例，并影响,刀具强度,。主偏角,r,减小，使切削宽度,a,w,增大、刀尖角,r,增大、刀具强度高、散热性能好，故刀具耐用度高。但会增大切深抗力，引起振动和,加工变形,。此外，增大主偏角,r,是,控制断屑,的一个重要措施。 副偏角的主要作用是形成已加工表面。,第三节 金属切削基本条件的合理选择,二、刀具合理几何参数的选择,F,p,=F,y,F,pf,.cos,k,r,合理主偏角的选择,（,主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角,）,主要看系统刚性。若刚性好，不易变形和振动，,r,取较小值；若刚性差（细长轴），,r,取较大值（,90,）；,在加工强度高、硬度高的材料时，为减轻单位长度切削刃上的负荷，改善刀头导热和容热条件，提高刀具耐用度，选取,较小主偏角,；,粗加工、半精加工时，为减小振动，延长刀具使用寿命，,应取较大的主偏角,。精加工时，为减小残留高度，提高工件表面质量，,r,应尽量小；,应考虑工件形状、切屑控制、减小冲击等；车台阶轴，取,90,；镗盲孔,90 ,；,r,小,切屑呈长螺旋屑不易断； 但,r,较小，可改善刀具切入条件，不易造成刀尖冲击。,3,、主偏角和副偏角的合理选择,二、刀具合理几何参数的选择,3,、主偏角和副偏角的合理选择,选择原则,工件材料：,工艺系统刚性：,刚性好，则,取小值。,加工条件：,粗加工时：,大，精加工时：,小,HB ,总原则：在不产生振动的条件下，取小值。,第三节 金属切削基本条件的合理选择,二、刀具合理几何参数的选择,合理副偏角的选择,（,副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角,）,副偏角,r,影响加工表面粗糙度和刀具强度,。其作用是可减小副切削刃和副后刀面与工件已加工表面之间的摩擦，防止切削振动。副偏角的大小主要根据表面粗糙度的要求选取。,3,、主偏角和副偏角的合理选择,第三节 金属切削基本条件的合理选择,二、刀具合理几何参数的选择,通常在不产生摩擦和振动条件下应选取,较小,的副偏角；,粗加工、断续加工或加工高强度、高硬度材料时，考虑到刀尖强度、散热条件等，副偏角不宜太大,r,= 4,o,-6,o,。,合理副偏角的选择,精加工时在工艺系统刚性较好、不产生振动时，考虑到残留面积高度等，应选小副偏角，必要时可磨出一段,r,=0,的修光刃，,修光刃,的长度应略大于进给量，即,b,=(1.2-1.5),f,。,切断刀,、锯片、槽铣刀等，因受结构强度限制，并考虑到重磨后刃口宽度变化尽量小，宜选较小的副偏角,r,= 1,o,-2,o,。,3,、主偏角和副偏角的合理选择,修光刃,切断刀,二、刀具合理几何参数的选择,1,）刃倾角的作用,影响刀刃锋利性,s,0e,、,r,n,锋利性,负刃倾角,刀头强度散热体积,负刃倾角,F,p,变形，易振动,Ra,4,、刃倾角的功用及其合理值的选择（,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；反之为负。,s,影响刀尖强度和切屑流动方向。,第三节 金属切削基本条件的合理选择,二、刀具合理几何参数的选择,1,）刃倾角的作用,影响切屑流向：正,s,切屑流向待加工表面，,负,s,切屑流向已加工表面，,s,=0,切屑流向垂直于主切削刃,。,4,、刃倾角的功用及其合理值的选择,当刀尖是切削刃最高点时，,s,定为正值；反之为负。,第三节 金属切削基本条件的合理选择,二、刀具合理几何参数的选择,s,影响刀尖强度和切屑流动方向。,2,）刃倾角的合理选择,主要根据刀具强度、流屑方向和加工条件而定。,粗加工、有冲击、刀具材料脆、工件材料强度硬度高，为提高刀具强度，,s,取负值；,精加工、系统刚性差（细长轴），为不使切屑划伤已加工表面，,s,取正值或,0,；,微量极薄切削，取大正刃倾角。,4,、刃倾角的功用及其合理值的选择,第三节 金属切削基本条件的合理选择,二、刀具合理几何参数的选择,1,）刀尖的形式（,主切削刃与副切削刃之间的夹角,）,按形成方法的不同，刀尖分为,3,种：交点刀尖、修圆刀尖和倒角刀尖。,5,、刀尖几何参数的功用及其合理值的选择,第三节 金属切削基本条件的合理选择,二、刀具合理几何参数的选择,2,）刀尖的功用,刀尖是刀具上切削条件最恶劣的部位，刀具的使用寿命很大程度上取决于刀尖处的磨损情况；,直接影响已加工表面的形成过程，影响残留面积的高度；,选择刀尖几何参数时，一般,从刀具使用寿命和已加工表面质量两方面考虑,。,5,、刀尖几何参数的功用及其合理值的选择,第三节 金属切削基本条件的合理选择,二、刀具合理几何参数的选择,3,）刀尖几何形状的合理选择,为增强刀尖强度和改善散热条件，常将其做成直线行或圆弧形的过渡刃。,倒角刀尖（直线形过渡刃）,刃磨容易，一般使用于粗加工。 刀尖偏角：,k,re,0.5Kr,；刀尖长度：,b,0.5,2mm,或,b,（,1/4,1/5,）,a,p,。,圆弧刀尖（圆弧形过渡刃）,刃磨较难，但可减小已加工表面粗糙度，较适用于精加工。,r,值与刀具材料有关。 高速钢：,r,1,3mm,；硬质合金、陶瓷刀：,r,0.5,1.5mm,。,这是由于：,r,大时，,F,y,大，工艺系统刚性不足时，易振，而脆性刀具材料对此反应较敏感。,5,、刀尖几何参数的功用及其合理值的选择,第三节 金属切削基本条件的合理选择,二、刀具合理几何参数的选择,根据不同的加工条件和加工要求，又考虑到切削用量各参数对切削过程规律的不同影响，故切削用量参数,a,p,、,f,和,v,c,增大的次序和程度应有所区别。可以从以下几个主要方面分析：,生产效率,切削用量,a,p,、,f,和,v,c,增大，切削时间减小。一般情况下尽量优先增大,a,p,，以求一次进刀全部切除加工余量。,第三节 金属切削基本条件的合理选择,三、切削用量的合理选择,（一）切削用量选择原则,机床功率,当背吃刀量,a,p,和切削速度,v,c,增大时，均使切削功率成正比增加。此外，增大背吃刀量,a,p,、使切削力增加较多，而增大进给量,f,使切削力增加较少、消耗功率也较少。所以，,在粗加工时，应尽量增大进给量,f,是合理的,。,刀具耐用度,在切削用量参数中，对刀具耐用度影响最大的是切削速度,v,c,，其次是进给量,f,，影响最小的是背吃刀量,a,p,，,优先增大背吃刀量,a,p,不只是达到高的生产率，相对,v,c,与,f,来说对发挥刀具切削性能、降低加工成本也是有利的。,三、切削用量的合理选择,（一）切削用量选择原则,表面粗糙度,这是在半精加工、精加工时确定切削用量应考虑的主要原则。,在较理想的条件下，提高切削速度,v,c,，能降低表面粗糙度值。而在一般的条件下，提高背吃刀量,a,p,对切削过程产生的积屑瘤、鳞刺、冷硬和残余应力的影响并不显著，,故提高背吃刀量对表面粗糙度影响较小,。所以，加工表面粗糙度主要限制的是进给量,f,的提高。,综上所述，合理选择切削用量，应该,首先,选择一个尽量大的背吃刀量,a,p,，,其次,选择一个大的进给量,f,，,最后,根据已确定的,a,p,和,f,，并在刀具耐用度和机床功率允许条件下选择一个各理的切削速度,v,c,。,三、切削用量的合理选择,（一）切削用量选择原则,选择切削用量的传统方法,1.,确定切削深度,a,p,尽可能一次切除全部余量，余量过大时可分,2,次走刀，第一次走刀的切削深度取单边余量的,2/3,3/4,。,2.,确定进给量,f,粗切时根据工艺系统强度和刚度条件确定（计算或查表）,精切时根据加工表面粗糙度要求确定（计算或查表）,3.,确定切削速度,v,根据规定的刀具耐用度确定切削速度,v,（计算或查表）,4.,校验机床功率,(,仅对粗加工,),式中,P,机床电机功率（,KW,）；,机床传动效率；,F,c,主切削力（,N,）。,由：,，可导出：,第三节 金属切削基本条件的合理选择,三、切削用量的合理选择,1,、粗车时切削用量的选择,背吃刀量,a,p,根据加工余量多少而定。除留给下道工序的余量外，其余的粗车余量尽可能一次切除，以使走刀次数最少。,例如在纵车外圆时,当粗车余量太大或加工的工艺系统刚性较差时，则加工余量分两次或数次走刀后切除。通常使：,第一次走刀的背吃刀量,a,pl,为：,第二次走刀的背吃刀量,a,p2,为：,三、切削用量的合理选择,（二）切削用量的选择方法,进给量,当背吃刀量,a,p,确定后，再选出进给量,f,就能计算切削力。该力作用在工件、机床和刀具上，也就是说，应该,在不损坏刀具的刀片和刀杆，不超出机床进给机构强度，不顶弯工件和不产生振动等条件下，选取一个最大的进给量,f,值。,或者利用确定的,a,p,和,f,求出主切削力,F,z,来校验刀片和刀杆的强度；根据计算出的切深,F,y,来校验工件的刚性；根据计算的进给抗力,F,x,来校验机床进给机构薄弱环节的强度等。,按上述原则可利用计算的方法或查手册资料来确定进给量,f,的值。下表为硬质合金车刀和高速钢车刀粗车外圆和端面时的进给量,f,值。,三、切削用量的合理选择,（二）切削用量的选择方法,1,、粗车时切削用量的选择,硬质合金车刀及高速钢车刀粗车外圆和端面时的进给量,注：有冲击时，进给量应减小,20,。,（二）切削用量的选择方法,1,、粗车时切削用量的选择,在背吃刀量,a,p,和进给量,f,选定后，再,根据规定达到的合理耐用度值，就可确定切削速度,v,c,。刀具耐用度,T,所允许的切削速度,v,T,应为：,除了用计算方法外，生产中经常按实际经验和有关手册资料选取切削速度。,当切削速度,v,c,确定以后，应按公式,n,=1000,v,c,/(,d,),，换算成转速,n,，并根据机床主轴转速表，确定实际主轴转速，最后确定出实际的切削速度,v,ce,。,三、切削用量的合理选择,（二）切削用量的选择方法,1,、粗车时切削用量的选择,校验机床功率,在,粗车时,切削用量还受机床功率的限制。因此，选定了切削用量后，尚需校验机床是否足够，应满足：,机床功率允许的切削速度为：,上式,P,E,机床电动机功率；,F,z,主切削力；,机床传动效率。,三、切削用量的合理选择,（二）切削用量的选择方法,1,、粗车时切削用量的选择,2,、半精车、精车切削用量选择,背吃刀量,a,p,半精车的余量较小，约,1,2mm,左右。精车余量更小。,半精车、精车背吃刀量的选择，,原则上取一次切除的余量数。,但当使用硬质合金时，考虑到刀尖圆弧半径与刃口圆弧半径的挤压和摩擦作用，背吃刀量不宜过小，一般大于,0.5mm,。,第三节 金属切削基本条件的合理选择,三、切削用量的合理选择,（二）切削用量的选择方法,进给量,f,半精车和精车的背吃刀量较小，产生的切削力不大，故增大进给量对加工工艺系统的强度和刚性影响较小，所以，增大进给量主要受到表面粗糙度的限制。在已知的切削速度（预先假设）和刀尖圆弧半径条件下，,根据加工要求达到的表面粗糙度可以利用计算的方法或手册资料确定进给量。,从资料中选用进给量时，应预先选一个切削速度。通常切削速度高时的进给量较速度低的进给量大些。,三、切削用量的合理选择,（二）切削用量的选择方法,2,、半精车、精车切削用量选择,切削速度,v,c,半精车、精车的背吃刀量和进给量较小，切削力对工艺系统强度和刚性影响较小，消耗功率较少，故,切削速度主要受刀具耐用度限制。,切削速度可利用公式或资料确定。,第三节 金属切削基本条件的合理选择,三、切削用量的合理选择,（二）切削用量的选择方法,2,、半精车、精车切削用量选择,切削液主要用来减少切削过程中的摩擦和降低切削温度。合理使用切削液，对提高刀具耐用度和加工表面质量、加工精度起重要的作用。,第三节 金属切削基本条件的合理选择,四、切削液的选用,冷却作用,使切削热传导、对流和汽化，从而降低切削区温度。,润滑作用（边界润滑原理）,切削液渗透到刀具与切屑、工件表面之间形成润滑膜，具有物理吸附和化学吸附作用。,洗涤和防锈作用,冲走细屑或磨粒；在切削液中添加防锈剂，起防锈作用,。,第三节 金属切削基本条件的合理选择,四、切削液的选用,（一）切削液的作用,水溶液,主要起,冷却,作用。由于水的导热系数、比热和汽化热均较大，故水溶液就是以水为主要成分并加入防锈添加剂等的切削液。常用的有电解水溶液和表面活性水溶液。,电解水溶液,在水中加入各种电解质（如,Na,2,CO,3,、亚硝酸钠），能渗透到表面油膜内部起冷却作用。主要用于磨削、钻孔和粗车等。,表面活性水溶液,在水中加入皂类、硫化蓖麻油等表面活性物质，用以提高水溶液的润滑作用。常用于精车、精铣和铰孔等。,第三节 金属切削基本条件的合理选择,四、切削液的选用,（二）切削液的分类,切削油,:,主要起,润滑,作用。,它们中有,10,号和,20,号机油、轻柴油、煤油、豆油、菜油和蓖麻油等矿物油和动、植物油。,但由于动、植物油属食用油，易变质，故较少使用。在精加工有色金属和铸铁时，为了保证加工表面质量，常选用粘度小、浸润性好的煤油或煤油与矿物油的混合物。普通孔或深孔精加工可使用煤油或煤油与机油的混合油。在螺纹加工时，为了减少刀具磨损，也有采用润滑性良好的蓖麻油或豆油等。轻柴油具有冷却和润滑作用，它粘度小、流动性好，在自动机上兼作自身润滑液和切削液用。,10,号、,20,号机油,：用于普通车削、攻丝。,轻柴油,：用于自动机上。,四、切削液的选用,（二）切削液的分类,乳化液,乳化液是在切削加工中使用较广的切削液，它是由水和油混合而成的液体，常用它代替动植物油。由于油不能溶于水，为使二者混合，须添加乳化剂。 乳化剂主要成分为蓖麻油、油酸或松脂，它呈液体或油膏状。利用乳化剂分子的二个头中一头亲水、另一头亲油的特点使水和油均匀地混合。,浓度低的乳化液含水多，主要起冷却作用，适于粗加工和磨削；浓度高的乳化液含水少，主要起润滑作用，适于精加工。,四、切削液的选用,（二）切削液的分类,极压切削油和极压乳化液,在切削液中添加了硫、氯、磷极压添加剂后，能在高温下显著提高冷却和润滑效果,。特别在精加工、关键工序和难加工材料切削时尤为需要。 例如钻削,50Mn19Cr4,无磁耐热合金钢，它的硬度高,（,HRC38,42,）、强度高（,b,= 0.88GPa,）、韧性大和导热性差，由于钻削力大，切削温度高，积屑瘤和冷硬严重，故钻头磨损很大。若选用,20%,氯化石腊、,1%,二烷基二硫代磷酸锌、,79% 5,号高速机油配成的极压切削油比用,5,号高速机油，钻头耐用度提高,5,7,倍,。,四、切削液的选用,（二）切削液的分类,极压切削油和极压乳化液,铰孔时选用极压切削油能获得较低表面粗糙度值，并且能提高刀具耐用度。其中含有二烷基二硫代磷酸锌的极压切削油效果更显著。,硫化油是一种被广泛应用的极压切削油,。它是在矿物油中加入硫化的动、植物油或硫化棉子油等，硫在高温时与铁合成硫化铁，它形成的化学吸附膜很牢固，常用于拉孔、齿轮加工中。此外，对不锈钢的车、铣、钻和螺纹加工，选用了硫化油也能提高刀具耐用度和降低表面粗糙度。,四、切削液的选用,（二）切削液的分类,从加工要求考虑,粗加工,，选用水溶液或低浓度乳化液；,精加工,，选用极压切削油或高浓度乳化液；,从刀具材料考虑,高速钢,，需用切削液；,硬质合金等,可不用或充分连续用；,第三节 金属切削基本条件的合理选择,四、切削液的选用,（三）切削液的选用,从工件材料考虑,钢等,塑性,材料，需用切削液；,铸铁等,脆性,材料，可不用；,高强度钢等,难加工,材料，宜用极压切削油或乳化液。,从加工方法考虑,钻孔铰孔、攻螺纹和拉削等，宜用极压,乳化液,或,切削油,；,成形刀具齿轮刀具等用,极压切削油,；,磨削宜用,乳化液,。,第三节 金属切削基本条件的合理选择,四、切削液的选用,（三）切削液的选用,刀具的工况：,切削力、摩擦力、压力、冲击和振动、温度很高,刀具的材料应具备的性能：,本节小结,刀具材料及性能,较高的硬度和耐磨性,足够的强度和韧性,较高的耐热性,良好的导热性和耐热冲击性能,良好的工艺性,和经济性,碳素工具钢,高速钢,合金工具钢,硬质合金,其他刀具材料,本节小结,刀具材料,T8A,，,T10A,，,T12A,普通高速钢、高性能高速钢,YG,(K),类,/,钨钴类、,YT,(P),类,/,钨钴钛类、,YW,(,M,),类,陶瓷,刀具,、金刚石刀具、立方氮化硼、涂层刀具,高碳钢中加一些合金元素,Si,，,Cr,，,W,，,Mn,刀体一般均用普通碳钢或合金钢制作,天然金刚石,PCBN,PCD,氧化物陶瓷,氮化物陶瓷,硬质合金涂层,WC,硬质合金涂层,超细粒状硬金属涂层,高速钢,TiN,涂层高速钢,断裂韧性,耐磨性,刀具材料的耐磨性与断裂韧性,本节小结,刀具材料,本节小结,刀具合理几何参数的选择,后角,前角,刃倾角,“,锐字当先、锐中求固”,主偏角和副偏角,刀尖,选择切削用量的传统方法,1.,确定切削深度,a,p,尽可能一次切除全部余量，余量过大时可分,2,次走刀，第一次走刀的切削深度取单边余量的,2/3,3/4,。,2.,确定进给量,f,粗切时根据工艺系统强度和刚度条件确定（计算或查表）,精切时根据加工表面粗糙度要求确定（计算或查表）,3.,确定切削速度,v,根据规定的刀具耐用度确定切削速度,v,（计算或查表）,4.,校验机床功率,(,仅对粗加工,),式中,P,机床电机功率（,KW,）；,机床传动效率；,F,c,主切削力（,N,）。,由：,，可导出：,本章小结,切削用量的合理选择,冷却作用,润滑作用（边界润滑原理）,洗涤和防锈作用,切削液的作用,本节小结,切削液的选用,切削力,增加,a,p,的切削力较增加,f,的切削力大，,在同样的切削面积下，采用大的,f,较采用大的,a,p,省力。加工塑性金属时，切削速度,v,c,对切削力的影响规律如同对切削变形影响一样，它们都是,积屑瘤,与,摩擦,的作用造成的。切削铸铁等脆性材料时，被切材料的塑性变形及它与前刀面的摩擦均比较小。,v,c,对切削力没有显著影响（,a,p,，,f,，,v,c,）,切削用量对切削力、切削温度、刀具磨损的影响,切削速度提高,，摩擦热生成的时间极短，而切削热向切屑内部和刀具内部传导需要一定时间，故摩擦热来不及传导，而是大量积聚在切屑底层，使,切削温度升高,。,随着,进给量的增加,，金属切除率增多，温度升高；同时，单位切削力和单位切削功率减小，切除单位体积金属所产生的热量减小，切屑的热容量增大，由切屑带走的热量增加，切削区的,平均温度上升得不明显,。,切削深度增加,后，虽然热量成比例增加，但同时切削刃参加切削的工作长度也成比例增大，改善了散热条件，故,切削深度对切削温度的影响很小,。,切削用量对切削力、切削温度、刀具磨损的影响,在提高金属切除率的同时，为了有效地控制切削温度以延长刀具使用寿命，,优先选用大的切削深度，其次是进给量，而必须严格控制切削速度,。,切削温度,刀具耐用度,在切削用量参数中，对刀具耐用度影响最大的是切削速度,v,c,，其次是进给量,f,，影响最小的是背吃刀量,a,p,，,优先增大背吃刀量,a,p,不只是达到高的生产率，相对,v,c,与,f,来说对发挥刀具切削性能、降低加工成本也是有利的。,（,v,c,，,f,，,a,p,）,切削用量对切削力、切削温度、刀具磨损的影响,