金属切削过程的基本规律及其应用

, , , , , , ,*,*,*,机械制造技术,Mechanical Manufacturing Technology,第,2,章 金属切削过程的基本规律及其应用,1,第,2,章 金属切削过程的基本规律及其应用,2.1,金属切削过程中的变形,2.2,切削力,2,.3,切削热及切削温度,2.4,刀具磨损与刀具寿命,2.5,刀具几何参数的选择,2.6,工件材料的切削加工性,2.7,切削液的选择,2.8,切削用量的合理选择,2,1,变形区的划分,以直角自由切削方式切削塑性金属材料时研究切屑的形成,（连续切屑）,一条切削刃、刃倾角为零。,切削层金属在刀具作用下变成切屑大体可划分为三个变形区：,一、切削变形的特点,2.1,金属切削过程中的变形,第,2,章 金属切削过程的基本规律及其应用,3,2.1,金属切削过程中的变形,第三变形区：近切削刃处已加工表层内产生的变形区,刀,-,工接触区。,第一变形区：近切削刃处切削层内产生的塑性变形区（,CAE,区域，从,AC,线开始发生剪切变形，到,AE,线金,属晶粒剪切滑移基本结束）,第二变形区：与前刀面接触的切削层内产生的变形,区,刀,-,屑接触区。,4,2.1,金属切削过程中的变形,5,2.1,金属切削过程中的变形,OA,始滑移线,OM,终滑移线,变形的主要特征：,剪切滑移变形,剪切面,加工硬化,2.,变形特点,（,1,）第一变形区（剪切滑移区）内,金属的剪切滑移变形,6,2.1,金属切削过程中的变形,（,2,）第二变形区内金属的挤压和摩擦变形：,切屑沿前刀面流出时受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面的晶粒进一步剪切滑移。,特征,：晶粒剪切滑移剧烈呈纤维化，纤维化方向平行前刀面，有时有滞留层,使靠近前刀面处的金属纤维化,。,（,3,）第三变形区内金属的挤压和摩擦变形：,已加工表面受到刀具刃口钝圆部分和后刀面挤压和摩擦，晶粒进一步剪切滑移，造成,纤维化，其方向平行于已加工表面，产生加工硬化和回弹现象,。,7,2.1,金属切削过程中的变形,切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本不变。,厚度变形系数,长度变形系数,二、切削变形程度,1.,变形系数,8,2.1,金属切削过程中的变形,9,2.1,金属切削过程中的变形,2,剪切角,实验证明：,剪切角的大小和切削力的大小有直接的关系。对同一工件材料，用同样的刀具，切削同样大小的切削层，当切削速度较高时，,较大，剪切面积减小，切削比较省力剪切变形是切削塑性材料时的重要特征。,，剪切面积，,h,ch,（,h,D,不变），切屑变形。,10,2.1,金属切削过程中的变形,当,0,= 0,30,，,1.5,时，,与,相近。,主要反映第,变形区的,变形，,还包含了第,变形,区的影响。,y,s,O,M,0,相对滑移系数,相对滑移系数,3,相对滑移（剪应变）系数,：滑移量与滑移距离的比值。,用来度量第一变形区滑移变形的程度。,11,2.1,金属切削过程中的变形,三、前刀面的挤压摩擦与积屑瘤,1,作用在切屑上的力,在直角自由切削下，作用在切屑上的力有：,（,1,）前刀面上的法向力 和摩擦力 ，合力,切屑形成力 ，来自刀具；,（,2,）剪切面上的剪切力 和法向力 ，合力,12,2.1,金属切削过程中的变形,13,2.1,金属切削过程中的变形,14,2.1,金属切削过程中的变形,15,2.1,金属切削过程中的变形,3,前刀面上的摩擦,前刀面实际摩擦情况,16,2.1,金属切削过程中的变形,17,2.1,金属切削过程中的变形,4,积屑瘤,在切削速度不高，切削,塑性金属材料时，常在,刀具前刀面（刀刃处）,粘附着一块剖面呈三角,形的硬块，硬度是工件,材料的,2,3,倍。,积屑瘤,18,2.1,金属切削过程中的变形,产生原因：,刀,-,屑接触面间的摩擦而导致冷焊,产生条件：,压力（,2-3GPa,）和温度,(,碳钢,300-500C),存在状态：,产生,-,成长,-,脱落周期性的动态变化,积屑瘤的产生以及积屑瘤的高度与金属材料的硬化指数、前,刀面的温度和压力分布有关。,一般说来，塑性材料的加工硬化倾向越强，越易产生积屑,瘤；温度和压力太低，不会产生积屑瘤；温度太高，产生软,化作用，不会产生积屑瘤。,19,2.1,金属切削过程中的变形,对切削过程的影响：,影响刀具寿命,增大实际前角（积屑瘤具有,30,左右的前角），减小变形和切削力；,增大切削厚度，影响工件尺寸精度：积屑瘤的前端伸出切削刃之外，切削厚度；,增大已加工表面粗糙度值，降低加工表面质量。,积屑瘤粘附在刀具前刀面上，在相对稳定时，可代替刀具切削，刀具磨损，刀具寿命；积屑瘤不稳定时，有可能使脆性刀具颗粒剥落，刀具磨损，降低刀具寿命。,积屑瘤产生,-,成长,脱落是周期性的动态变化，易引起振动，脱落积屑瘤碎片部分留在加工表面上，加工表面粗糙度值。,20,2.1,金属切削过程中的变形,21,2.1,金属切削过程中的变形,粗加工可利用积屑瘤，精加工应避免积屑瘤。,抑制措施：,控制切削速度，,尽量采用很低或很高的速度，避开中速区。,降低切削速度，使温度降低到不易产生粘结现象；采用高速,切削，使温度高于积屑瘤消失的极限温度。,22,2.1,金属切削过程中的变形,增大刀具前角,刀,-,屑接触区压力,提高切削液润滑性、精研刀具表面,刀,-,屑接触面摩擦,适当提高工件材料硬度,加工硬化倾向,23,2.1,金属切削过程中的变形,24,2.1,金属切削过程中的变形,25,2.1,金属切削过程中的变形,26,2.1,金属切削过程中的变形,27,切削过程中，刀具切除工件上切削层金属，使之变为切屑所,需要的力。,金属切削过程中一个重要的物理现象。,它是计算切削功率、设计刀具、机床和机床夹具以及制定切,削 用量的重要依据，也是自动化生产中用作监控参数之一。,主要研究切削力的计算和变化规律,2.2,切削力,第,2,章 金属切削过程的基本规律及其应用,28,一、切削力的来源、切,削合力与分力,1,切削力的来源,（,1,）克服工件材料弹性变,形的力；,（,2,）克服工件材料塑性变,形的力；,（,3,）克服刀,-,屑、刀,-,工,接触面上的摩擦力。,2.2,切削力,29,2,切削合力、分力,以车外圆为例,作用在刀具上的合力,F,r,分解为生产中有用的三个分力：,2.2,切削力,30,主切削力或切向力,F,c,(,F,z,),：,主运动切削速度方向的分力,切于过渡表面并垂直于基面计算切削功率的主要力。,切深抗力或径向力,F,P,(,Fy,),：,切深方向的分力,在基面内并垂直于进给,(,工件轴线,),方向的分力使工件产生弯曲变形并能引起振动。,进给抗力或轴向力,F,f,(,Fx,),：,进给运动方向的分力。,在基面内并平行工件轴线的分力（与刀杆轴线垂直）。用于设计进给机构和计算进给功率。,切削合力与分力关系：,为 在基面上投影,2.2,切削力,31,二、切削力的求法,生产中切削力的求得有四种方法：,1.,测量机床功率求切削力,利用功率表直接测量机床功率，然后求得切削力的大小。,2.,利用测力仪测得切削力,实验,电阻应变片式测力仪、压电晶体式测力仪。,这两种测力仪都可以测出三个分力，精度较高。,2.2,切削力,32,3.,利用经验公式计算切削力,通过大量实验，将测力仪测得的切削力数据，用数学方法进行,处理，得到切削力的实验公式。通常采用切削力的指数形式：,2.2,切削力,C,：影响系数，与实验条件有关（工件材料、切削条件）,x,：背吃刀量对切削力的影响指数,y,：进给量对切削力的影响指数,n,：切削速度对切削力的影响指数,k,：实际加工条件与实验条件不同时对切削力的修正系数,33,4.,利用单位切削层面积计算切削力,单位切削力：,切除单位切削层面积所产生的主切削力,2.2,切削力,34,三、切削功率,1,切削功率（工作功率）,切削力在切削过程中所作的功（或所消耗的功率）,n,w,工件转速（,r/min,）,f,进给量（,mm/r,）,2.2,切削力,35,2,单位切削功率,单位时间内切除单位体积金属所消耗功率,v,c,切削速度（,m/s,）,2.2,切削力,36,四、影响切削力的主要因素,(,切削力的变化规律,),1,工件材料的影响,物理力学性能、化学成分、热处理状态、加工前材料的加工状态、加工硬化程度都对切削力的大小产生影响：,（,1,）工件材料强度、硬度， ，切削力,F,r,。,（,2,）工件材料塑性、韧性，前刀面摩擦，切削力,F,r,。,（,3,）工件材料化学成分不同，切削力不同。,含碳量、合金元素种类与含量等。,（,4,）热处理状态不同，硬度不同，切削力随硬度提高而增大。,2.2,切削力,37,2.2,切削力,38,2.2,切削力,39,2.2,切削力,40,3,刀具方面（刀具几何角度）,（,1,）前角,：对切削力的影响较大,切削塑性金属材料：,， ，变形，切削力；,对切削力的影响随,v,c,的增加而减小。,切削脆性金属材料：,前角对切削力的影响不明显。,从提高切削刃强度方面考虑，减小前角。,2.2,切削力,41,（,2,）主偏角,2.2,切削力,42,2.2,切削力,43,（,3,）刃倾角,：实验证明，,40 ,40,， 变化很小；,变化会引起切削合力方向的变化， ， ， 。,（,4,）刀尖圆弧半径,： ， ，圆弧刃工作部分平均主偏角，变形，切削力 ，在基面内 ，,从减小振动方面考虑， 。,（,5,）负倒棱,：沿着切削刃方向磨出负前角的小棱面。,切削力,2.2,切削力,44,负倒棱对切削力影响,2.2,切削力,45,4,其它方面：,刀具磨损、切削液,刀具磨损,后刀面磨损后，形成了后角为零，高度为,VB,的小棱面，作用在后刀面的正压力和摩擦力，变形，切削力。,切削液：,以冷却作用为主的水溶液对切削力影响很小；,润滑作用强的切削油,能够显著地降低切削力,减小了刀,-,屑、刀,-,工件间的摩擦。,2.2,切削力,46,一、切削热的来源及传出,三个发热区：, 剪切面（剪切区）；, 切屑与前刀面的接触区（刀,-,屑接触区）；, 后刀面与已加工表面接触区（刀,-,工接触区）。,2.3,切削热及切削温度,第,2,章 金属切削过程的基本规律及其应用,47,1,切削热的来源,切削时所消耗的能量的,98%,99%,转变为热能，只有,1%,2%,用以形成新表面和以晶,格扭曲等形式形成潜藏能量。,剪切区变形功,前刀面的摩擦功,后刀面的摩擦功,切削热的来源与传导,2.3,切削热及切削温度,48,剪切区（切屑）变形功产生的热量： ；,切屑与前刀面摩擦功产生的热量： ；,后刀面与已加工表面摩擦功产生的热量：,。,2,切削热的传导,产生的总热量，分别传入切屑、刀具、工件和周围介质。,切削热的形成及传导关系为：,切削热传至各部分的比例不同，一般情况切屑带走的热量,多。,2.3,切削热及切削温度,49,例,车削：,切屑,车刀,工件,周围介质（空气）,若采用切削液，周围介质传出的热量大大增加。,钻削：,切屑,钻头,工件,周围介质,若采用切削液，周围介质传出的热量大大增加。,2.3,切削热及切削温度,50,二、切削区的温度及其分布,前刀面与切屑接触区域的平均温度切削过程中产生的切削热,与传出的热量两者综合后使切削区形成的温度。,1,切削温度的测定（测量）,实验,自然热电偶法,（切削区平均温度）,人工热电偶法,（测量切削区任意点温度）,2.3,切削热及切削温度,51,2.3,切削热及切削温度,2.,切削温度分布,切削塑性材料,前刀,面靠近刀尖处温度最高。,切削脆性材料,后刀,面靠近刀尖处温度最高。,前刀面上和刀,-,屑接触,面上温度高且梯度大,切削热来不及传递所致。,52,三、影响切削温度的因素,切削用量、刀具几何参数、工件材料、刀具磨损、切削液。,1,切削用量,实验得出的切削温度经验公式：,实验时测得的切削区平均温度,切削温度系数（与实验条件有关）,、 、,、 、 对切削温度的影响指数,2.3,切削热及切削温度,53,2.3,切削热及切削温度,54,2.3,切削热及切削温度,55,2,刀具几何参数,（,1,）前角,（,最短工序工时,按最大生产率原则确定 工序成本,最低成本,最大利润寿命则兼顾两方面：,令,S ,工厂对每个零件所收的加工费用,每个零件的平均加工成本,则每个零件的利润率为：,三种寿命比较：,2.4,刀具磨损与刀具寿命,86,原则：,保证加工质量前提下，刀具寿命，生产率，加工,成本。,刀具的（合理）几何参数主要包括：,刀具角度（,6,个基本角度）,刀刃的刃形 刃区形式：,前刀面负倒棱刃、后刀面消振棱刃、零度后角刃带,刀尖的形状 圆弧刃、直线刃,前刀面与后刀面型式,2.5,刀具几何参数的选择,第,2,章 金属切削过程的基本规律及其应用,87,一、前角、前刀面型式的选择,1,前角的功用,增大前角，切屑变形、切削力和切削功率；,增大前角能改善刀屑接触面上摩擦状况，切削温度和刀,具磨损，刀具寿命；,增大前角能抑制积屑瘤，减少振动加工表面质量；,前角过大（ ），刀具楔角减小，散热条件和刃口,强度削弱，刀具寿命。,合理前角,：在一定的切削条件下，存在一个刀具寿命,最大的前角值。,2.5,刀具几何参数的选择,88,2,前角的选择,在刀具强度允许条件下，尽量选用大的前角。,工件材料,塑性，前角合理值；塑性，前角合理值。,刀具材料,强度和冲击韧性，前角合理值,高速钢刀具强度和冲击韧性，前角合理值,硬质合金刀具,加工性质,粗加工,F,r,、断续切削时冲击力，合理前角；,精加工,F,r,，要求刃口锋利，合理前角；,设备,：工艺系统刚性差或机床功率不足，合理前角；,自动机床用刀具合理前角。,2.5,刀具几何参数的选择,89,3,前刀面形式,正前角平面型：,用于精加工,制造简单，刃口锋利，刃口强度差，卷屑和排屑能力差。,正前角平面带倒棱型：,负倒棱提高了刃口强度。用于脆性大的刀具材料（陶瓷刀具、硬质合金），特别是断续切削时。,负前角平面型：,刃口强度高，抗冲击能力强。用于：,硬质合金刀具切削高强度、高硬度及淬火钢；,带硬皮、有冲击的粗加工。,2.5,刀具几何参数的选择,90,正前角曲面型：,刃口强度低，断屑和排屑性能好。用于精加工塑性金属材料。,正前角曲面带倒棱型：,曲面前刀面起卷屑作用，并有助于断屑和排屑；负倒棱提高,了刀具强度。用于粗加工和半精加工塑性金属材料。,负前角双平面型：,抗冲击能力强,用于刀具磨损发生在前后刀面时，为减少前刀面刃磨面积，充,分利用刀片材料，可采用负前角双平面型,硬质合金刀具,2.5,刀具几何参数的选择,91,常见前刀面形式：,2.5,刀具几何参数的选择,92,4.,切屑的类型,刀具切除工件上的多余金属层，被切离工件的金属以切屑形,式与工件分离。常见的切屑类型有四种：,带状切屑,挤裂切屑,单元（节状）切屑,崩碎切屑,2.5,刀具几何参数的选择,93,形成条件,影响,名称,简图,形态,变形,带状,，底面光滑而背面呈毛茸状,节状,，底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状,块状,不规则,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，进给量较小， 刀具前角较大,加工塑性材料，切削速度较低，进给量较大， 刀具前角较小,工件材料硬度较高，韧性较低，切削速度较低,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,切屑类型及形成条件,2.5,刀具几何参数的选择,94,切削塑性材料：,带状切屑 挤裂切屑 单元切屑,切削平稳，力波动小 滑移量较大，局部 切削不平稳，力波动大,加工面光洁，断屑难 剪应力达断裂强度 加工表面粗糙 少见,0,v,h,D,0,v,h,D,0,v,h,D,0,v,h,D,切削脆性材料：,不平稳，表面粗糙， 应,0,、,v,、,h,D,2.5,刀具几何参数的选择,95,切屑控制,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。,切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加变形的结果。,断屑是对已变形的切屑再附加一次变形，常需断屑装置。,2.5,刀具几何参数的选择,96,二、后角的选择,1,后角的功用,后角，刀具的磨损，加工表面质量；,后角，相同,VB,时，达到磨钝标准磨去金属体积多，刀具寿,命。但,NB,相同时，则磨去金属体积少，刀具寿命。,2.5,刀具几何参数的选择,97,后角，刀楔角，刃口锋利，易切入工件，减小变质层,深度（加工硬化）；,后角过大，刃口强度，散热条件，刀具寿命或发生,刀具崩刃。,合理后角,2.5,刀具几何参数的选择,98,2,后角的选择,加工性质,粗加工时,以确保刀具强度为主，应取较小的后角：,精加工时,以保证加工表面质量为主（主要是后刀面的磨损），取较大的,后角：,切槽、切断刀,考虑结构强度，取,工件材料,强度、硬度，后角；塑性、韧性，后角。,工艺系统,刚性差时，选小后角,防止振动，有时磨出,消振棱,。,2.5,刀具几何参数的选择,99,消振棱：,在后刀面上沿着切削刃磨出负后角的窄棱带,负倒棱,2.5,刀具几何参数的选择,100,消振棱作用：,增加了切削刃切削后的挤压作用，可以熨平压光已加工表面,有助于消除切削加工中的低频振动,支承作用,增加切削刃强度，适当改善了刃区的散热条件，可以提高刀具寿命。,车断刀、高速螺纹车刀,2.5,刀具几何参数的选择,101,刃带：,沿着主切削刃或副切削刃磨出后角为零的窄棱面。,圆柱铣刀、立铣刀及铰刀、拉刀、浮动镗刀等有尺寸,精度要求的刀具,磨出窄刃带。,刃带作用,：,具有消振棱作用；,在制造时便于控制外径振摆和控制外径尺寸。,铣刀,机用铰刀副切削刃,浮动镗刀副切削刃,2.5,刀具几何参数的选择,102,三、主偏角和副偏角的功用及选择,1,主偏角的功用：,主要影响刀具的寿命,：刀尖角 ，使刀尖强度，刀尖散热体积，刀具寿命,T,；,： ， ，切削刃工作长度，单位切削刃负,荷，刀具寿命,T,；,：切深抗力 ，容易引起振动和使工件产生弯,曲变形，加工精度和表面质量；,2.5,刀具几何参数的选择,103,主偏角 影响切屑形状、流出方向和断屑性能：,，切屑易流向加工表面；,主偏角 影响已加工表面质量：,，工件表面的残留面积高度，表面粗糙度值,2.5,刀具几何参数的选择,使用尖刀：,使用圆弧刀：,104,2,主偏角 的选择原则,工件材料强度、硬度高，应选用较小的主偏角,刀尖强度，刀具寿命；,硬质合金刀具粗、半精加工，应选用较大的主偏角,有利于减少振动（ ），易于断屑，加工精度；,工艺系统刚性较好，可选用较小的主偏角,刀尖强度，刀具寿命；,工艺系统刚性较差，应选用较大的主偏角,，如加工细长轴时车刀主偏角,2.5,刀具几何参数的选择,105,3,副偏角的功用及选择, 不能过小,： ，副切削刃工作长度，副后刀面与已加,工表面的摩擦和磨损，刀具寿命,T,，易引起振动，加,工精度；, 不能过大,： ，刀尖强度，刀尖散热体积，刀具寿命,T,。,2.5,刀具几何参数的选择,106,选择原则,主要考虑以下因素：,加工表面粗糙度值 小，应选小的 ，有时磨出,修光刃,(,下页图,),修光已加工表面,工艺系统刚性较差，副偏角不宜选的太小，以不致引起振动,为原则。,如切槽刀、切断刀考虑结构强度原因，一般取,2.5,刀具几何参数的选择,107,修光刃,2.5,刀具几何参数的选择,108,4,刀尖形状及尺寸的选择,主要影响刀具寿命、加工表面质量、刀尖强度。,圆弧过渡刃,硬质合金刀具,， ，易产生振动。,直线过渡刃,粗加工。,修光刃：,如用端铣刀精铣平面时，有一个修光刃刀片,2.5,刀具几何参数的选择,109,刀具的过渡刃,2.5,刀具几何参数的选择,110,四、刃倾角的功用及选择,1,刃倾角的功用：,影响切屑流出方向,切屑在前刀面上近似沿主切削刃的法线方向流出；,切屑流向已加工表面；,切屑流向过渡表面。,精加工应取正的刃倾角,2.5,刀具几何参数的选择,111,刃倾角对切屑流出方向的影响,2.5,刀具几何参数的选择,112,影响切削刃锋利程度,切屑在前刀面上流出方向与切削刃法线有一流屑角,在流屑剖面内，实际刃口半径,锋利,用大 车刀，可在 切下带状切屑,对于微量精车、精镗和精刨，常用大 刀具。,2.5,刀具几何参数的选择,113,刃倾角对实际刃口钝圆半径的影响,2.5,刀具几何参数的选择,114,影响刀头强度和散热条件,离刀尖较远的切削刃的先接触工件，可使刀尖避免受到冲击；,切削刃同时接触工件；,刀尖先接触工件，冲击载荷首先作用于刀尖。,结论：,负刃倾角使刀头强固，散热条件好，有利于提高刀具寿命。,断续切削时常用,2.5,刀具几何参数的选择,115,影响切削力的大小、方向、切入切出的平稳性,切削刃同时切入、切出工件， 大，切削时有冲击现象；,切削刃逐渐切入、切出工件，切削平稳,不变，切削刃工作长度，单位切削刃负荷, 刀具寿命。,影响切削分力比值：,2.5,刀具几何参数的选择,116,2,刃倾角的选择,硬质合金刀具加工一般钢料和灰铸铁,粗加工 （刀具强度）,精加工,有冲击负荷,冲击性特大,加工高强度、高锰钢及淬火钢时,2.5,刀具几何参数的选择,117,工艺系统刚性不足时，尽量不用负刃倾角。,微量切削时（精车内外圆、精刨平面）采用大刃倾角,金刚石和立方氮化硼等脆性大的刀具,强力切削刨刀,2.5,刀具几何参数的选择,118,切削加工性,在一定的切削条件下工件材料切削加工的难易程度。,一、衡量切削加工性的指标,1,刀具寿命指标,2,加工表面质量指标,3,以单位切削力衡量切削加工性,4,以断屑性能衡量切削加工性,5,相对切削加工性,2.6,工件材料的切削加工性,第,2,章 金属切削过程的基本规律及其应用,119,1,刀具寿命指标：,以刀具寿命衡量切削加工性,在保证相同的刀具寿命,T,前提下，考察切削这种工件材料所允许的切削速度的高低。,在保证相同切削条件下，考察切削这种工件材料时刀具寿命,T,的大小。,在保证相同的切削条件下，考察切削这种工件材料时达到刀具磨钝标准时所切除的金属量的多少。,2.6,工件材料的切削加工性,120,2,加工表面质量指标,（加工表面粗糙度指标）,以加工表面质量衡量切削加工性。,易获得很小的表面粗糙度值的工件材料，切削加工性。,3,以单位切削力衡量切削加工性：,p,，切削加工性。,粗加工或机床动力、刚性不足时用。,4,以断屑性能衡量切削加工性：,在对断屑性能要求高的自动机床、自动线上进行切削加工，或,对断屑性能要求高的工序（深孔钻削、盲孔镗削工序），应采,用该指标。,2.6,工件材料的切削加工性,121,5,相对切削加工性,2.6,工件材料的切削加工性,以 的正火状态下,45,钢的刀具寿命为 时,所允许的切削速度 为基准，记作 ，其它各种材料的,与之相比，比值 即为这种材料的相对切削加工性，即,，说明材料的切削加工性比,45,钢好；,，说明切削加工性比,45,钢差。,122,2.6,工件材料的切削加工性,常用工件材料按相对切削加工性分,8,级：,很容易加工材料（有色金属）： ；,容易切削材料：易切削钢 ，,较易切削钢 ；,普通材料：一般钢、铸铁 ，,稍难切削材料 ；,难切削材料：较难切削材料 ，,难切削材料 ，,很难切削材料 。,，切削加工性；,， 说明材料的切削加工性好；,，说明切削加工性不好。,123,二、影响切削加工性的因素及改善措施,1,影响切削加工性的因素：,化学成分；金相组织,；,物理力学性能（强度、硬度、塑性与韧性）,；加工条件。,2,改善切削加工性措施,对材料进行热处理：通过热处理改善材料的金相组织和物理力学性能。,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，使钢的切削性能得到改善。,选择加工性好的材料状态：,低碳钢 冷拔 切削加工性；中碳钢 热轧后正火,其它：合适刀具材料、合理的刀具几何参数、合理切削用量、切削液,。,2.6,工件材料的切削加工性,124,加切削液的目的：,摩擦和切削温度,刀具寿命、加工表面质量。,一、切削液的作用,1,冷却作用,2,润滑作用,3,清洗作用,4,防锈作用,带走切削区热量，降低切削温度，提高刀具寿命和表面加工质量（耐热性低的刀具）。,属于边界润滑性质。,切削液润滑作用：通过切削液渗透到刀具与切屑、工件表面之间形成润滑膜而达到。,切削液能冲走在加工脆性工件材料形成崩碎切屑或加工塑性工件材料形成的粉屑（磨削），因而起到清洗、防止刮伤加工表面和机床导轨面的作用。,保护机床、刀具、工件等不受周围介质的腐蚀。,2.7,切削液的选择,第,2,章 金属切削过程的基本规律及其应用,125,二、常用切削液及选用,1,常用切削液：,水溶液、切削油、乳化液及极压切削液。,（,1,）水溶性切削液：,水溶液,乳化液,极压乳化液,（合成切削液）：,（,2,）油溶性切削液,切削油,极压切削油,（,3,）固体润滑剂,水,+,防锈剂，主要起冷却作用。分电解水溶液、表面活性水溶液。,水,+,油,+,添加乳化剂。浓度高的乳化液，主要起润滑作用，用于精加工；浓度低的乳化液，主要起冷却作用，适用于粗加工和磨削。,乳化液,+,硫,+,氯,+,磷等极压添加剂，能在高温下保持冷却和润滑作用（在高温下与金属发生化学反应形成化学润滑膜）。,切削油,+,硫,+,氯,+,磷等极压添加剂，能在高温下保持冷却和润滑作用（在高温下与金属发生化学反应,形成化学润滑膜，如硫化油）。,二硫化钼：涂在刀面上或添加在切削油中。,主要起润滑作用。分为,10,号和,20,号机油、轻柴油、煤油、豆油、菜油等矿物油和动植物油。,2.7,切削液的选择,126,2,切削液的选用,（,1,）根据,刀具材料,和,加工要求,选用,（,2,）根据,工件材料,选用,（,3,）根据,加工方法,选用,对于低速刀具（如高速钢），为降低切削温度和减少摩擦应采用切削液（刀具耐热性）；,粗加工选用冷却效果好的切削液；,精加工选用润滑效果好的切削液（避免积屑瘤），保证加工质量。,加工钢料等塑性金属材料,使用切削液；,加工铸铁等脆性材料时一般不使用切削液，以免污染工作地（或采用与切屑容易分离的煤油或轻柴油）；,对于高强度钢、高温合金钢等难加工材料应选用极压切削液（降低切削温度，减小摩擦，提高刀具寿命和表面质量）。,钻孔、攻丝、铰孔和拉削：由于导向和校准部分与已加工表面摩擦严重，通常选用乳化液、极压乳化液、极压切削油；,成形刀具、螺纹刀具及齿轮刀具：应选用润滑性能好切削油或高浓度的极压乳化液、极压切削油，保证刀具有较高的寿命；,磨削加工：由于磨屑微小且切削温度高（高速），应选用冷却和清洗性能好的切削液（如水溶液、乳化液）。,2.7,切削液的选择,127,一、粗加工时切削用量的选择,粗加工毛坯余量大，加工精度和表面质量要求不高。,原则：,在保证必要的刀具寿命的前提下，尽可能提高生产率和降低成本。,1,背吃刀量：,受工件的加工余量、工艺系统的刚度影响,保证后续工序加工余量的前提下，尽可能将粗加工余量一,次切除；,若加工余量太大或工艺系统的刚度较差，可分几个行程完,成。,2.8,切削用量的合理选择,第,2,章 金属切削过程的基本规律及其应用,128,2,进给量,f,：,切削力,工艺系统的刚性和强度良好，可用较大的进给量。,可查阅,机械加工工艺手册,，根据工件材料、尺寸大小、刀杆尺寸和初选的背吃刀量查表。,3,切削速度,： 主要考虑刀具寿命,、,f,选定后，按公式刀具寿命所允许的切削速度,2.8,切削用量的合理选择,129,4,校验机床功率,三者决定切削功率，确定 应考虑机床功率：,机床功率允许的切削速度为：,2.8,切削用量的合理选择,130,二、精加工时切削用量的选择,精加工的加工精度和表面质量要求较高，加工余量小而均匀。,原则：,在保证加工质量和刀具寿命的前提下，尽可能提高生产率。,1,背吃刀量,：由粗加工留下的余量决定,半精加工余量约,1,2,mm,，精加工余量更小 ,1,mm,原则取一次切除的余量，但不能太大，否则会影响加工质量。,用硬质合金刀具时，考虑到刀尖圆弧半径与刃口圆弧半径的挤,压和摩擦作用，背吃刀量不能过小,受最小余量限制（微量切削除外）,2.8,切削用量的合理选择,131,2,进给量,f,：,主要考虑表面粗糙度,应根据加工表面粗糙度值的要求、刀尖圆角半径、工件材料等,选取可查阅,机械加工工艺手册,3,切削速度的选择：,表面粗糙度、工件材料、刀具寿命,当表面质量要求较高时，切削速度也较大。,，,但,的提高受到,T,的限制,2.8,切削用量的合理选择,132,第,2,章 金属切削过程的基本规律及其应用,思考题,P72: 2-2,、,2-3,、,2-10,、,2-13,、,2-14,、,2-16,、,2-17,、,2-19,、,2-22,、,2-28,补充：,1.,什么是相对切削加工性？如何用相对切削加工性评定工件材,料切削加工性？,2.,试述切削速度、进给量及背吃刀量对切削变形、切削力的影,响。,133,