第三节 金属切削参数的选择及优化

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,*,第三节,金属切削参数的,选择及优化,机械制造工程,第一章,1,切削加工性的概念及衡量指标,一、工件材料的切削加工性,切削加工性是指工件材料被切削加工的难易程度,切削加工性的标志方法：,考虑生产和刀具耐用度的标志方法,考虑已加工表面质量的标志方法,考虑安全生产和工作稳定性的标志方法,通常用来衡量材料切削加工性的指标为一定耐用度下的切削速度,v,T,含义是：,当刀具耐用度为,T,时，切削某种材料所允许的切削速度,v,T,通常以强度,b,0.637GPa,的,45,钢的,v,60,作为基准，写作,(,v,60,),j,；,而把其它各种材料的,v,60,同它相比，这个比值,K,v,称为相对加工性，即,K,v,v,60,/(,v,60,),j,当,K,v,1,时，表示该材料比,45,钢易切削,当,K,v,1,时，表示该材料比,45,钢难切削,金属材料的物理力学性能,硬度：,常温硬度高、高温硬度高、硬质点多，切削加工性差,强度：,常温强度、高温强度越大，磨损越快，切削加工性差,塑性、冲击韧性,过大或过小，均使其切削加工性变差,导热系数,大，切削加工性好，但加工尺寸精度会发生变化,2,影响切削加工性的因素,材料的化学成分,Cr,、,Ni,、,V,、,Mo,、,W,、,Mn,等提高钢的强度和硬度，使其,切削加工性差,Si,、,Al,与氧化合后使刀具磨损加快,合金元素,降低导热系数,Pb,、,P,、,S,等降低塑性,（发生热脆、冷脆现象）,碳的石墨化,使,切削加工性变好,（硬度下降、润滑性变好）,Fe,4,C,3,使硬度增加，磨损加快,金相组织,钢的金相组织：,铁素体、奥氏体易粘结；珠光体加工性好；索氏体、马氏体硬度、强度高，加工性差,铸铁的金相组织：,灰口铁、白口铁、麻口铁、球墨铸铁性能各异,3,改善难加工材料的切削加工性的途径,调整材料的化学成分,合理选择材料的供应状态,通过适当热处理,选用易切削钢,合理选择刀具材料、刀具几何参数、切削用量,采用新的切削加工技术,1,切削液的功用,冷却作用：,通过传导、对流、汽化带走热量,润滑作用：,产生润滑膜，减小摩擦系数,清洗作用：,清除细碎切屑和磨粒等,防锈作用：,（,依靠加入添加剂,）,由此：,改善切削条件、减少刀具磨损、提高切削速度、提高已加工表面质量、改善切削加工性,二、切削液,2,切削液的种类,切削液的种类,切削液,水溶液,乳化剂,切削油,固态润滑剂,（用于切削钛合金等）,3,切削液中常用的添加剂,为了改善切削液的性能所加入的化学物质，称为添加剂,切削液中常用的添加剂,油性添加剂：,动植物脂、脂肪酸、胺类、脂类、醇类,极压添加剂：,含硫、磷、氯、硼等的化合物,乳化剂：,矿物油和水乳化形成稳定乳化液的物质,4,切削液的合理使用,切削液的合理选择,根据工件材料、工艺要求、工种特点等通过查工艺手册合理选用,特别应,注意,：,硬质合金、陶瓷刀具，切削铸铁、青铜一般不用切削液；,切削镁、铝、铝合金不用水溶液；,切削铅，切削液不能含氯；精密机床不能使用含硫的切削液等。,切削液的使用方法,普遍使用浇注,高压冷却,喷雾冷却,喷雾冷却法,刀具的“合理”几何参数，是指在保证加工质量的前提下，能够获得最高刀具耐用度，从而能够达到提高切削效率、降低生产成本的目的的刀具几何参数,三、刀具几何参数的合理选择,1,前角的选择,前角的功用,影响切削力和切削功率,影响加工表面质量,影响刀具耐用度,影响断屑效果,合理选择前角,材料强度、硬度较低时，,o,宜大,塑性材料,o,宜大；脆性材料,o,宜小,粗加工、断续切削、加工铸锻件，,o,宜小,刀具韧性好时,o,宜大,特定要求选择前角：,成形刀具、展成刀具,o,宜小,工艺系统刚性差、机床功率不足时,o,宜大,自动化机床、数控机床,o,宜小,后角的功用,减少后刀面与工件表面的摩擦,o,刃口锋利，,T,；,但,o,楔角,，刃口强度，散热体积,，,T,2,后角的选择,合理选择后角,材料强度、硬度较高时，,o,宜小,塑性材料,o,宜大；脆性材料,o,宜小,粗加工、断续切削、加工铸锻件，,o,宜小；精加工、连续切削,o,宜大,工艺系统刚性差,o,宜小,定尺寸刀具,o,宜小,副后角的选择,通常,o,=,o,需加强刀头强度时则,o,=12,3,主偏角及副偏角的选择,主偏角及副偏角的功用,影响表面粗糙度,影响刀具耐用度：,k,r,、,k,r,小，则切削刃增长，散热好，,T,影响切削分力比例：,k,r,F,f,F,p,影响排屑、断屑效果,合理选择主、副偏角,材料强度、硬度高时，,k,r,宜小,工艺系统刚性好，,k,r,、,k,r,宜小；工艺系统差时，,k,r,90,粗加工、半精加工，,k,r,宜大,精加工,k,r,宜小，且需,k,r,=0,的修光刃,4,刃倾角的选择,刃倾角的功用,影响切屑流向,增大刀具的实际前角,影响刀具锋利性,保护刀尖,（取负刃倾角时）,使切削平衡,（常用负刃倾角）,影响切削分力的比例,合理选择刃倾角,粗加工、有冲击载荷、断续切削时，取,s,0,（,防切屑划伤已加工表面）,材料强度、硬度高时，取,s,0,微量精车时，,s,0,金刚石、立方氮化硼车刀，取,s,80m/min,；,使用高速钢刀具时，宜用低速切削，,v,=38m/min,）,。,通常根据工件材料、刀具材料、技术要求、工艺过程、工艺系统状态等，通过查工艺手册，或根据实际情况和实践经验予以确定,4,切削用量的确定,根据零件加工余量和粗、精加工要求，选定背吃刀量,a,p,根据加工工艺系统允许的切削力，其中包括机床进给系统、工件刚度以及精加工时表面粗糙度要求，确定进给量,根据刀具寿命，确定切削速度,v,c,所选定的用量应该是机床功率允许的,一组切削用量必须考虑到加工余量、刀具寿命、机床功率、表面粗糙度和工艺系统的刚度等因素,背吃刀量,a,p,的合理选择,背吃刀量,a,p,一般是根据加工余量来确定,粗加工,（表面粗糙度,R,a5012.5m,）,时，尽可能一次走刀即切除全部余量，可取,a,p,810mm,半精加工（,R,a6.33.2m,）时，取,a,p,0.52mm,精加工（,R,a1.6,0.8m,）时，取,a,p,0.10.4mm,进给量,的合理选择,粗加工时，对表面质量没有太高的要求，而切削力往往较大，合理的,应是工艺系统刚度所能承受的最大进给量,精加工时，进给量主要受加工表面粗糙度限制，一般取较小值,切削速度,的合理选择,（,一般原则是,）,粗车时，,a,p,、,均较大，故,v,宜取较小值；精车时,a,p,、,均较小，所以,v,宜取较大值,工件材料强度、硬度较高时，应选较小的,v,值；反之，宜选较大的,v,值。材料加工性较差时，选较小的,v,值；反之，选较大的,v,值。在同等条件下，易切钢的,v,高于普通碳钢的,v,；加工灰铸铁的,v,低于碳钢的,v,；加工铝铜合金的,v,高于加工钢的,v,刀具材料的性能越好，,v,也选得越高,在选择,v,时，还应注意以下几点：,精加工时，应尽量避开容易产生积屑瘤和鳞刺的速度值域,断续切削时，为减小冲击和热应力，应适当降低,v,在易发生振动的工艺状况下，,v,应避开自激振动的临界速度,加工大件、细长件、薄壁件及带硬皮的工件时，应选用较低的,v,v,被确定之后，还应校验切削功率和机床功率,5,切削用量的优化,指在一定的预定目标及约束条件下，选择最佳的切削用量,常用的优化目标函数有：最低的加工成本、最高的生产率、最大利润,6,切削数据库,（从略）,返回,