2.3 切削条件的合理选择

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,刀具材料,刀具几何参数,切削用量,切削液,2.3,选择合理的切削条件,1,2.3.1,工件,材料的切削加工性,1.切削加工性的概念和衡量指标,切削加工性是指工件材料被切削加工的难易程度。,2,2.3.1,工件,材料的切削加工性,1.切削加工性的概念和衡量指标,标准一 用刀具寿命来衡量,在相同的切削条件下，使用同一型号（最好是同一把）刀具，在同一磨钝标准（例如,VB,=0.3mm）,下，切削两种不同的工件材料，刀具寿命高的比寿命低的切削加工性好。,3,2.3.1,工件,材料的切削加工性,1.切削加工性的概念和衡量指标,标准二 用切削速度来衡量,在刀具寿命相同的条件下，允许切削速度高的工件材料，其切削加工性能好。,4,2.3.1,工件,材料的切削加工性,1.切削加工性的概念和衡量指标,标准二 用切削速度来衡量,为统一标准起见，取正火状态下的,45,钢作基准材料，刀具寿命为,60min,，这时的切削速度为基准（写作,(,v,c60,),j,），而将其它材料的,(,v,c60,),与其相比，这个比值,K,r,称为相对加工性：,请看表,2-8,5,表,2-8,材料的切削加工性,6,2.3.1,工件,材料的切削加工性,1.切削加工性的概念和衡量指标,标准三 用已加工表面的表面质量来衡量,精加工时，常以已加工表面质量作为衡量切削加工性的指标，容易获得良好已加工表面质量的，其加工性就好，反之就差。,7,(,1,),硬度和强度,2,.,工件,材料的物理力学性能对切削加工性的影响,K,r,VB,b,、,HB,F,c,8,(,1,),硬度,和强度,(,2,),塑性,和,韧性,2,.,工件,材料的物理力学性能对切削加工性的影响,h,塑性,刀具与切屑越容易产生粘结,Ra,K,r,VB,F,c,同时,韧性,K,r,F,c,9,(,1,),硬度和强度,(,2,),塑性和韧性,(,3,),热导率,2,.,工件,材料的物理力学性能对切削加工性的影响,工件材料的热导率,Q,散失,K,r,VB,10,(,1,),硬度和强度,(,2,),塑性和韧性,(,3,),热导率,(4),其它物理机械性能,2,.,工件,材料的物理力学性能对切削加工性的影响,11,(,1,),热处理方法,例如：高碳钢,低碳钢,铸铁,3,. 改善,切削加工性的途径,12,(,1,),热处理,方法,(,2,),调整,材料的化学成分,适当加入：硫,S,、磷,P,、铅,Pb,、钙,Ca,3,. 改善,切削加工性的途径,13,刀具材料应当具备的基本性能,(1,) 高,的硬度和耐磨性；,(2,) 足够,的强度和韧性；,(3,) 高,的耐热性（指高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能,),；,(4,) 良好,的冷加工工艺性、热加工（热处理、表面处理、锻造、铸造等）工艺性；,(5,) 经济性,。,2.3.2,刀具,材料,14,常用的刀具材料有：,碳素,工具钢,切削金属的性能较差，切削刃,合金,工具钢,锋利，可加工木材、橡胶、塑料,。,高速钢,生产,中用的最多、,硬质合金,最,广,。,陶瓷,强度,低、脆性大，成本高，,金刚石,仅,用于某些有限的场合。,立方氮化硼,2.3.2,刀具,材料,15,1,. 高速钢,高速钢,是一种,合金工具钢,，具有一定的硬度（63,HRC 70 HRC）,和耐磨性，有较高的耐热性，在切削温度高达500600时尚能切削。,2.3.2,刀具,材料,16,高速钢是强度和韧性最好的刀具材料，适于加工从有色金属到高温合金的范围广泛的金属材料。,高速钢的冷加工工艺性特别好，在热处理前，高速钢可以像一般中碳钢一样的进行各种加工；热处理后，高速钢刀具可以磨出锋利的切削刃。,1,. 高速钢,17,正是由于高速钢具有足够的强度、硬度、耐热性和耐磨性，具有特别好的冷加工工艺性、磨削加工工艺性和较好的热加工工艺性。所以，,在钻头、丝锥、拉刀、齿轮刀具、成形刀具等复杂刀具制造中，高速钢仍占主导地位。,1,. 高速钢,18,(,1,),(2),(,3,),粉末冶金高速钢,(,4,),高速钢涂层,表,2-9,常用高速钢的物理力学性能,19,2,. 硬质合金,金属碳化物,+,金属粘结剂,粉末冶金,硬质合金,20,硬度、耐磨性、耐热性,硬质合金,的硬度为89,HRA 93 HRA,高速钢,的硬度为83,HRA 86.6 HRA,硬质合金,在,800,1000,0,C,时仍能切削,高速钢,在,500,600,0,C,时能切削,2,. 硬质合金,21,切削速度,在,刀具寿命相同的条件下，硬质合金的切削速度比高速钢的可提高,210倍，可达,100,m/min,以上。,2,. 硬质合金,22,强度和韧性,抗弯强度,冲击,韧度,硬质合金,1500Mpa,30KJ/m,2,高速钢,4000Mpa,350KJ/m,2,2,. 硬质合金,23,冷加工,性和热加工,性,硬质合金由于具有高硬度、高耐热性和高耐磨性，加工性能优良，而且,生产成本较低,，所以，使用极其广泛。,主要,用于制造如车刀、刨刀、铣刀、深孔钻、铰刀等简单刀具,。,2,. 硬质合金,P50,表,2-10,24,(1),钨,钴类,硬质合金,（,Wc+Co）,国标,代号,K,，,原牌号为,YG,。,K,类硬质合金具有较高的抗弯强度和韧性，所以,适用于加工铸铁,，也适用于加工有色金属和非金属材料。此外，,K,类硬质合金还适用于加工钛合金和不锈钢。,2.,硬质合金,25,(,2,),钨,钛钴类,硬质合金,（,WC,TiC,+ Co）,国标,代号,P,，,原牌号为,YT,。,P,类硬质合金适用于,在中高切削速度下加工钢料。,2,. 硬质合金,26,(3,) 钨,钛钽（铌）钴类,硬质合金,(WC,TiC +,TaC(NbC),+,Co),国标,代号,M,，,原牌号为,YW,。,M,类硬质合金兼有,K,类和,P,类的优点，具有硬度高、耐热性好和强度高、韧性好的特点，既可加工钢材,，,也可加工铸铁和有色金属，故被称为,通用硬质合金,。,2,. 硬质合金,27,(3,) 钨,钛钽（铌）钴类,硬质合金,M,类硬质合金成本高，使用受限。,M,类硬质合金主要用于耐热钢、高锰钢、不锈钢等难加工材料。,2,. 硬质合金,28,(4),碳化,钛基,硬质合金,TiC,（主要成分）,+Ni、Mo,国标,代号,P，,原牌号为,YN,。,特点：硬度更高。,TiC,基硬质合金的硬度已经达到93,HRA，,接近陶瓷的水平。,TiC,基硬质合金的刀具寿命比,WC,基硬质合金高。,2,. 硬质合金,29,(4),碳化钛基,硬质合金,TiC,基硬质合金可加工钢，也可加工铸铁。但是，,TiC,基硬质合金的抗弯强度和韧性不如,WC,基硬质合金，因此不适于重载荷切削及断续切削，只适用于精加工。,2,. 硬质合金,30,(,5,),涂层硬质合金,采用化学气相沉积（,CVD,）法或物理气相沉积（,PVD,）法，在高韧性的硬质合金基体表面上涂覆,5,8,um,的一层耐磨性很高的金属化合物，涂层可采用单涂层，也可采用双涂层或多涂层。,2,. 硬质合金,31,(,5,),涂层硬质合金,涂层硬质合金比基体具有更高的硬度和耐磨性，有低的摩擦系数和高的耐热性，切削力和切削温度均比未涂层刀片低，因而刀具寿命可以提高好几倍，涂层刀片可用于加工不同材料，通用性广。,涂层硬质合金由于锋利性、抗剥落性和抗崩刃性不及未涂层刀片，故在小进给量切削、高硬度切削和重载荷切削时还不宜采用。,2,. 硬质合金,32,33,(,1,),陶瓷,(2),金刚石,(3),立方氮化硼,3,. 其他,刀具材料,34,2.3.3,刀具,几何参数的合理选择,刀具合理几何参数：,在保证加工质量的前提下，能获得最高的刀具寿命，从而能达到提高切削效率，降低加工成本目的的几何参数。,刀具合理几何参数的选择，主要决定于工件材料、刀具材料、刀具类型以及其它具体的工艺条件。,35,(,1,),前角的功用,1,. 前角,的选择,刀刃锋利,前角,o,变形抗力,F,c,T,刀刃强度,同时,崩刃,36,(2),合理前角的选择,1,. 前角,的选择,主要取决于工件材料性质和刀具材料种类。,1),塑性材料：宜,选择较大的,前角；,脆性材料：宜,选择较小前角。,37,(2),合理前角的选择,1,. 前角,的选择,2),工件材料的强度或硬度较小时，宜选较大前角；,工件,材料的硬度或强度较高时，宜选较小前角；,工件,材料的强度或硬度特别大时，甚至可采用负前角。,38,(2),合理前角的选择,1,. 前角,的选择,3),刀具材料的强度和韧性较高时，可选择较大前角。高速钢刀具的前角可比硬质合金刀具选得大一些。,39,(2),合理前角的选择,1,. 前角,的选择,4),粗加工时，宜选用较小前角；,精加工,时，宜选用较大前角。,40,(1),后角的功用,2,. 后角及副后角的,选择,摩擦,后角,T,刀刃强度,同时,崩刃,41,(,2,),合理后角的选择,2,. 后角,的选择,1),当,h,D,很小时，宜选用较大后角；,当,h,D,很大时，后角宜小。,2),工件材料强度或硬度较高时，宜取较小后角；,工件塑性较大时，宜取较大后角。,3),工艺系统刚性差，应适当减小后角。,4),对于尺寸精度要求高的刀具，宜取较小后角。,42,(3),副后角的选择,2,. 后角,的选择,车刀、刨刀及端铣刀的副后角,通常等于后角,；,切断刀、切槽刀、锯片铣刀受其结构条件限制，只能取很小的值，一般,。,43,3,. 主,偏角的选择,(,1,),主偏角功用,r,k,r,Q,散热面积,Ra,同时,振动,44,(,2,),主偏角的合理选择,3,. 主,偏角的选择,取决于工艺系统,刚度的大小,45,(,1,),刃倾角功用,4,. 刃,倾角的选择,1),控制切屑流出的方向,46,图,2-56,刃倾角对切削刃冲击位置的影响,(,1,),刃倾角功用,4,. 刃,倾角的选择,2),影响刀头强度及断续切削时切削刃上受冲击的位置,47,(,1,),刃倾角功用,4,. 刃,倾角的选择,3),影响刀刃的锋利程度,4),影响切削分力的大小,48,刃倾角,l,s,对切削力的影响,l,s,背前角,g,p,侧前角,g,f,背向力,F,p,进给力,F,f,49,4,. 刃,倾角的选择,(,2,),刃倾角的合理选择,在加工一般钢料和铸铁时：,在无冲击的情况下粗车，,s,取,值为,0,-5,；,精车时，,s,取值为,0,+5,；,在有冲击负荷时，,s,可取,为,-5,-15,；,冲击特别大时，,s,可取,-30,-45,。,50,1. 切削液的作用,(,1,),冷却作用,(,2,),润滑作用,(,3,),清洗作用,2.3.4,切削,液的作用和选择,51,1,),水溶液：水,+,防锈剂,+,油性剂,2,),乳化液：乳化油,+,水（,90%,95%,）,3,),切削油：矿物油（或动、植物油）,2. 切削液的种类,52,冷却作用 润滑作用,1,),水溶液,强,弱,2,),乳化液,3,),切削油,弱,强,2. 切削液的种类,53,(1),按加工性质,选用,1),粗加工,时，应选用以冷却为主的水溶液或乳化液。,2),精加工,时，应选用润滑为主的极压切削油或高浓度的极压乳化液。,3),钻,削、铰削、拉削和深孔加工时，应选用粘度较小的极压水溶液、极压乳化液和极压切削油，并应加大流量和压力。,3,. 切削,液的选用,54,(2),按刀具材料,选用,1),高速钢,刀具粗加工，用极压水溶液或极压乳化液；高速钢刀具精加工，用极压乳化液或极压切削油，以减小摩擦，提高表面质量和精度，延长刀具寿命。,2),硬质合金,刀具切削，一般不使用切削液；,3),使用,立方氮化硼刀具或砂轮时，不宜使用水质切削液。,3,. 切削,液的选用,55,(3),按工件材料,选用 要,注意以下几,点,1),铸铁,、黄铜及硬铝等脆性材料，由于切屑碎末会堵塞冷却系统，容易使机床磨损，一般不加切削液。但精加工时为了降低表面粗糙度，可采用粘度较小的煤油或7%10%乳化液。,2),切削,有色金属和铜合金时，不宜采用含硫的切削液，以免腐蚀工件。,3),切削,镁合金时，不能用油质切削液，以免燃烧起火。,3,. 切削,液的选用,56,什么是合理的切削用量？,它,是指在保证加工质量的前提下，充分利用刀具和机床的性能，能获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。,2.3.5,切削,用量的合理选择,57,1. 切削用量选择的原则,在切削过程中，切削用量三要素,a,sp,、,f,、,v,c,对切削生产率、刀具寿命和加工质量有着重大影响。,58,1. 切削用量选择的原则,(,1,),a,sp,、,f,、,v,c,对切削生产率的影响,材料切除率,Q,=1000,v,c,a,sp,f,（mm,3,/min）,59,1. 切削用量选择的原则,(2),a,sp,、,f,、,v,c,对表面粗糙度（加工质量）的影响,表面粗糙度,进给量,f,影响最大,60,f,对表面粗糙度的影响,r,=0,r,很大,61,1. 切削用量选择的原则,(2),a,sp,、,f,、,v,c,对表面粗糙度的影响,表面粗糙度,进给量,f,影响最大,切削速度,v,c,次之,被吃刀量,a,sp,影响最小,62,1. 切削用量选择的原则,(,3,),a,sp,、,f,、,v,c,对刀具寿命的影响,刀具寿命：,63,在机床、刀具、工件的强度以及工艺系统刚性允许的条件下：,(,1,),首先选择尽可能大的背吃刀量,a,sp,；,(,2,),其次选择在加工条件和加工要求限制下允许的进给量,f,；,(,3,),最后再按刀具寿命的要求确定一个合适的切削速度,v,c,。,切削用量选择的原则,64,(,1,),刀具的经济寿命,T,c,(min),按工序加工成本最低的原则确定的刀具寿命。,2. 刀具寿命的确定,65,(,2,),刀具的最高生产率寿命,T,P,(min),按工序加工时间最少的原则确定的刀具寿命。,2. 刀具寿命的确定,66,2,. 刀具,寿命的确定,t,ct,换刀一次所需要的时间，单位：,min,；,M,单位时间内的全厂费用分摊，包括所有人员的工资、厂房与设备的折旧、动力消耗等各项费用，但有关刀具刃磨的费用计入刀具费用,C,t,中，不计入,M,，单位：元,/min,；,C,t,刀具费用,包括刃磨费用在内的，刀具寿命期间与刀具有关的费用，,单位：元。,67,2,. 刀具,寿命的确定,表,2-13,常用刀具寿命的推荐值（单位：,min,）,刀 具 类 型,刀具寿命,T,可转位车刀,10,15,硬质合金车刀,20,60,高速钢车刀,30,90,硬质合金端铣刀,120,180,高速钢钻头,80,120,齿轮刀具,200,300,自动线上的刀具,240,480,68,在制定工艺规程时，一般情况下，宜采用刀具的经济寿命,T,c,及其所允许的切削速度，只有在紧急的单件生产、市场紧缺或批量生产中出现薄弱环节时，才采用最高生产率寿命,T,P,及其所允许的较高的切削速度。,(3),刀具,寿命的合理,选择,2. 刀具寿命的确定,69,(1),背吃刀量,a,sp,和走刀次数的选择,1),粗加工时，首先应将精加工的和半精加工的余量留下来，剩下的余量尽可能在一次走刀下切除。,3,. 切削,用量的,合理制订,70,(1),背吃刀量,a,sp,和走刀次数的选择,3,. 切削,用量的,合理制订,在下列情况下，粗车一般要分两次或几次走刀，且每次走刀的背吃刀量应逐渐递减：,加工余量太大，一次走刀会使切削力过大，导致机床功率不足或刀具强度不够；,工艺系统刚性不足，或加工余量极不均匀，一次走刀会引起系统较大的振动；,断续切削,，刀具受到很大冲击，以至容易造成打刀。,71,(1),背吃刀量,a,sp,和走刀次数的选择,3,. 切削,用量的,合理制订,最常用的是,两次走刀,，第一次走刀切去余量的,2/3,3/4,，第二次走刀切去剩下余量的,1/3,1/4,。,72,(1),背吃刀量,a,sp,和走刀次数的选择,2),精加工时的最小背吃刀量的确定，取决于刀具刃口的锋利程度，对于刃口较锋利的高速钢刀具,不应小于,0.005mm,；对于刃口不太锋利的硬质合金刀具，背吃刀量要略大一点。,a,spmin,r,n,r,n,钝圆半径,3,. 切削,用量的,合理制订,73,(2),进给量,f,的选择,1),粗加工时，主要考虑工艺系统的承受能力。,选择进给量的限制条件有：,机床进给机构的强度；,车刀刀杆强度、刚度；,刀片强度；,工件装夹刚度等。,每个限制条件给出一个允许的进给量，在这几个允许的进给量中选取最小的一个。,3,. 切削,用量的,合理制订,74,(2),进给量,f,的选择,2),半精加工和精加工时，最大进给量主要受加工精度和表面粗糙度的限制。,当车刀的刀尖圆弧半径,r,较大或车刀具有副偏角很小的修光刃，且切削速度较高时，进给量可以选得大一些。,3,. 切削,用量的,合理制订,75,76,(2),进给量,f,的选择,3),在生产中，进给量常常是按实际经验确定的。,3,. 切削,用量的,合理制订,77,78,79,(3),切削速度,v,c,的选择,1),首先，应该根据已确定的背吃刀量,a,sp,、,进给量,f,以及刀具寿命,T,，,再按刀具寿命与切削用量关系式计算，得出计算值,v,c,初,。,3,. 切削,用量的,合理制订,注意：所选定的这个刀具寿命,T,，,一般都在刀具的经济寿命,T,c,和最高生产率寿命,T,p,之间。,80,(3),切削速度,v,c,的选择,2),计算,v,c,初,后，,转速,n,初,n,0,v,c,3,. 切削,用量的,合理制订,通常要求实际的切削速度,v,c,尽量接近（一般为略小于）初始计算值,v,c,初,。,81,3),校验机床功率及扭矩。,切削功率,P,c,（kW）：,机床的有效功率（,kW）,：,若,则机床主电机功率效验合格。,(3),切削速度,v,c,的,选择,82,3),校验机床功率及扭矩。,切削扭矩,M,c,（,单位：,Nm）：,机床主轴输出扭矩（单位：,Nm）：,若 ，则机床主轴输出扭矩校验合格。,(3),切削速度,v,c,的,选择,83,(1),车削加工中常用的切削用量,4.,选择,切削用量,时应注意的问题,84,85,(1),车削加工中常用的切削用量,4.,选择,切削用量,时应注意的问题,车削加工中常用的切削用量见表,2,-18。由表可以看出：,1),粗车时，背吃刀量和进给量都比较大，所以切削速度较低；反之，精车的背吃刀量和进给量都比较小，切削速度较高。,2),工件材料的强度、硬度越高，切削速度应越低；而工件材料的强度、硬度越低，则应该选择较高的切削速度。,3),刀具的切削性能愈好，切削速度就愈高。,4),可转位车刀的切削速度比焊接式车刀的高，一般可提高,15%,到,30%,，因此，可转位车刀能有效地提高切削生产率。,86,(2),选择切削速度时应该注意的要点,1),精加工时应采用高的切削速度，避开积屑瘤发生区域；,2),断续切削时，应适当降低切削速度，避免切削力冲击和切削热冲击；,3),在易发生振动的情况下，所确定的切削速度应避开自激振动的临界区域；,4),加工大件、细长件和薄壁件时，所确定的切削速度应适当降低；,5),加工带有铸造或锻造外皮的工件时，切削速度应适当降低。,4.,选择,切削,用量时应注意的问题,87,