金属切削基础

,兰州石化职业技术学院精品课程,数控加工工艺,机电一体化教研室 胡相斌,切削运动和切削要素,在金属切削加工中，为了切除工件上多余的金属，获得合乎技术要求的形状、尺寸精度和表面质量的工作表面，刀具与工件之间必须具有一定的相对运动，这种相对运动称为,切削运动,（图,1-1,）。,切削运动,主运动,进给运动,主运动是由机床或人力提供的主要运动，它促使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具前刀面接近工件。,进给运动是由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件之间产生附加的相对运动，加上主运动，即可不断地或连续地切除材料，并得到具有所需,几何特征的表面。,机床的切削运动,切削运动和切削要素,（,a,）车削,(b),铣削,图,1-1,切削运动,机床的切削运动,切削运动和切削要素,三个加工表面,已加工表面：,工件上被刀具切削过，并成为符合一定技术要求的表面。,加工表面（过渡表面）：,工件上由切削刃正在切削着的表面，也就是待加工表面和已加工表面之间的过渡表面。,待加工表面：,工件上即将被切屑的表面。,切削运动和切削要素,（,a,）车外圆 （,b,）车孔 （,c,）车端面,图,1-2,车削时工件上的三个表面,1,已加工表面,2,加工表面,3,待加工表面,三个加工表面,切削运动和切削要素,切削要素,切削用量是表示主运动及进给运动大小的参数，是切削速度,vc,、进给量,f,、背吃刀量,ap,三者的总称，这三个参数也称为切削用量的三要素，如图,1-3,所示。,图,1-3,切削用量的三要素,切削运动和切削要素,切削要素,1,、切削速度,vc,切削速度指主运动的线速度，以,vc,表示，单位为,m/min,。当主运动为旋转运动时，其切削速度可按下式计算：,（,1-1,）,式中：,D,被切削件（或刀具）的直径，；,n,被切削件（或刀具）的转速，,r/min,。,切削运动和切削要素,切削要素,2,、进给量,f,进给量指工件（或刀具）每转一转时，刀具（或工件）沿进给方向移动的距离（也称走刀量），以,f,表示，单位为,/r,。如主运动为往复直线运动（如刨削、插削），则进给量的单位为,/,次。,铣刀在进给运动时，切削刃上选定点相对工件的进给运动的瞬时速度，称为进给速度。也就是铣刀每回转,1min,，在进给运动方向上相对工件的位移量。单位为,/min,。三者之间的关系为：,式中：,v,f,进给速度， ,/min,；,f,z,每齿进给量，,/z,；,f ,每转进给量，,/r,；,n ,铣刀或铣床主轴转速，,r/min,；,z,齿数。,切削运动和切削要素,切削要素,3,、背吃刀量,ap,背吃刀量指工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离（旧称切削深度），以,ap,表示，单位为。,在车床上车外圆时，背吃刀量计算公式为：,式中：,D,工件待加工表面的直径，；,n,工件已加工表面的直径，。,切削运动和切削要素,切削要素,引例,1-1,在铣床上，用直径为,80,的圆柱形铣刀，以,25m/min,的铣削速度进行铣削。问铣床主轴转速应调整到多少？,解：已知：,d=80,；,vc=25m/min,= =99.5r/min,答：根据铣床铭牌，转速应调整到,95r/min,。,金属切削过程的基本规律,金属切削的机理,金属切削过程实质上是被切削金属层在刀具偏挤压作用下产生剪切滑移的塑性变形过程。虽然切削过程中必然产生弹性变形，但其变形量与塑性变形相比则可忽略不计。在研究切削形成的机理时都是以直角自由切削为基础。所谓“直角自由切削”的含义是：只有一条直线切削刃参加切削；切削刃与合成切削速度,Ve,垂直。这样被切削金属层只发生平面变形而无侧向移动，因此问题比较简单。,金属切削过程的基本规律,切削过程的三个变形区,：第一变形区,-,剪切滑移区,：第二变形区,-,滞留层,：第三变形区,-,塑性变形区,金属切削过程的基本规律,切削过程的三个变形区,：第一变形区,-,剪切滑移区,被切削金属层在刀具前面的挤压力作用下，首先产生弹性变形，当最大切应力达到材料的屈服极限时，即沿图中的,OA,曲线发生剪切滑移。随着刀具前面的逐渐趋近，塑性变形逐渐增大，并伴随着变形强化，直至,OM,曲线滑移终止，被切削金属层与母体脱离成为切屑沿前面流出。,金属切削过程的基本规律,切削过程的三个变形区,：第二变形区,-,滞留层,经第一变形区剪切滑移而形成的切屑，在沿前面流出过程中，靠近前面处的金属受到前面的挤压而产生剧烈摩擦，再次产生剪切变形，使切屑底层薄薄的一层金属流动滞缓，这一层滞缓流动的金属层称为滞流层。滞流层的变形程度比切屑上层大几倍到几十倍。,金属切削过程的基本规律,切削过程的三个变形区,：第三变形区,-,塑性变形区,第三变形区的变形是指工件过渡表面和已加工表面金属层受到切屑刃钝圆部分和后面的挤压、摩擦而产生塑性变形的区域，造成表层金属的纤维化和加工硬化，并产生一定的残余应力。第三变形区的金属变形，将影响到工件的表面质量和使用性能。,金属切削过程的基本规律,切屑的种类,当工件材料不同，或切削条件不同时，切削过程中的金属变形程度也不相同，从而形成不同的切屑。根据切削过程中变形程度的不同，可把切屑分为四种不同的状态，如图所示。,（,a,）带状切屑 （,b,）节状切屑 （,c,）粒状切屑 （,d,）崩碎切屑,图,1-6,切屑种类,金属切削过程的基本规律,切屑的种类,带状切屑,外形连绵不断，与前刀面接触的面很光滑，背面呈毛茸状，无明显裂纹，如图,1-6,（,a,）。用较大前角、较高的切削速度和较小的进给量切削塑性材料时，容易得到带状切屑。,形成带状切屑时，切削过程较平稳，,切削力波动较小，加工表面较光洁。但切屑连续不断，易缠绕在工件上，不利于切屑的清除和运输，生产上常采用在车刀上磨断屑槽等方法断屑。,金属切削过程的基本规律,切屑的种类,节状切屑,又称挤裂切屑。切屑的背面呈锯齿形，底面有时出现裂纹，如图,1-6,（,b,）所示。采用较低的切削速度和较大的进给量切削中等硬度的钢件时，容易得到节状,切屑。这种切屑的形成过程是典型的金属切削过程，由于切削力波动较大，切削过程不平稳，工件表面较粗糙。,金属切削过程的基本规律,切屑的种类,粒状切屑,又称单元切屑。采用小前角或负前角，以极低的切削速度和大的切削厚度切削塑性金属时，会产生这种切削，如图。,产生粒状切屑时，切削过程不稳定，切削力波动较大，已加工表面粗糙度值较大。,金属切削过程的基本规律,切屑的种类,崩碎切屑,切削铸铁等脆性材料时，切削层产生弹性变形后，一般不经过塑性变形就突然崩碎，形成不规则,的碎块状,屑片，称为崩碎切屑，如图。产生崩碎切屑过程中，切削热和切削力都集中在主切削刃和刀尖附近，刀尖易磨损，切削过程不平稳，影响表面质量。,金属切削过程的基本规律,积屑瘤的产生及影响,1,、积屑瘤,：切削塑性金属材料时，常在切削刃口附加黏结一硬度很高的楔状金属块，它的硬度通常为工件材料硬度的,2-3.5,倍，包围着切削刃且覆盖部分前刀面，这种楔状金属块称为,积屑瘤,，如图所示。,金属切削过程的基本规律,积屑瘤的产生及影响,2,、积屑瘤对切削的影响,减轻刀具磨损,：,积屑瘤能代替刀尖担负实际切削工作，故而可减轻刀具磨损，提高刀具耐用性；,减小切削变形和切削力：积屑瘤使实际前角增大,刀和屑的接触面积减小，从而使切削变形和切削力减小；,损伤刀具表面：积屑瘤顶部和被切削金属界限不清，不断发生着长大和破裂脱离的过程。脱落的碎片会损伤刀具表面；,金属切削过程的基本规律,积屑瘤的产生及影响,影响工件表面质量：积屑瘤剥落碎片嵌入已加工表面造成刀具磨损和已加工表面的表面粗糙度值增大，同时积屑瘤还会形成“切削刃”的不规则和不光滑，使已加工表面非常粗糙、尺寸精度降低 ；,导致切削过程不稳定：由于积屑瘤的不稳定，生长、剥落过程反复出现，引起切削力的波动，导致切削过程的不稳定。,结论：粗加工是可适当产生积屑瘤，精加工是必须设法抑制积屑瘤的形成，以保证工件质量。,金属切削过程的基本规律,积屑瘤的产生及影响,3,、积屑瘤产生机理,积屑瘤的形成和刀具前刀面上的摩擦有着密切关系。一般认为，最基本的原因是由于高压和一定的温度条件下，刀具和切屑界面在新鲜金属接触的情况下，原子间产生较强的的亲和力，导致切屑底层的黏结和堆积，逐渐形成积屑瘤。,金属切削过程的基本规律,积屑瘤的产生及影响,3,、影响积屑瘤产生的因素,工件材料：塑性高、强度低时，切屑与前刀面摩擦大，切屑变形大，容易粘刀而产生积屑瘤，而且积屑瘤尺寸也较大。切削脆性金属材料时，切削呈崩碎状，刀和屑接触长度较短，摩擦较小，切削温度较低，一般不易产生积屑瘤；,进给量：进给量增大，切削厚度增大，刀具和切屑的接触长度较长，易形成积屑瘤。适当降低进给量，可削弱积屑瘤的生成基础；,金属切削过程的基本规律,积屑瘤的产生及影响,切削速度：切削速度的大小影响着加工时的切削温度，而切削温度对前刀面的最大摩擦系数和工件材料性质的影响直接关系到积屑瘤，控制切削速度使切削温度在,300,以下或,500,以上，可以减少积屑瘤的生成；,前角：若增大刀具前角，切屑变形减小，则切屑力减小，使前刀面上的摩擦减小，削弱积屑瘤的生成基础。实践证明，前角增大到,35,度时，一般不产生积屑瘤；,金属切削过程的基本规律,积屑瘤的产生及影响,切削液 采用润滑性能良好的切削液可以减少或消除积屑瘤的产生。,结论：适当降低进给量，加工中采用低速或高速切削，增大前角（前角增大到,35,度时），采用润滑性能良好的切削液是抑制积屑瘤的基本措施。,金属切削过程的基本规律,鳞刺的产生及影响,鳞刺,是已加工表面上出现的鳞片状反刺，如图,1-8,（,a,）所示所示。它是一较低的速度切削塑性金属时（如拉削,插齿，滚齿，螺纹切削等）常出现的一种现象，使已加工表面质量恶化，表面粗糙度值增大,2,4,级。,鳞刺,生成的原因是由于部分金属材料的黏结层积，而导致即将切离的切屑根部发生断裂，在已加工表面层留下金属被撕裂的痕迹，如图,1-8,（,b,）所示。与积屑瘤相比，鳞刺产生的频率较高，避免产生鳞刺的措施与积屑瘤类似。,金属切削过程的基本规律,鳞刺的产生及影响,（,a,） （,b,）,图,1-8,鳞刺现象,金属切削过程的基本规律,切削力,图,1-9,切削过程中的力的分解,在切削过程中，刀具上所有参与切削的各切削部分所产生的总切削力的合力称为刀具的总切削力。在进行工艺分析时，常将总切削力分解成三个相互垂直的力，如图,1-9,所示。,金属切削过程的基本规律,切削力,切削力：,总切削力在主运动方向上的正投影，用符号,Fc,表示。切削力的大小约占总切削力的,90,以上。,Fc,是计算机床动力、设计主传动系统的零件、夹具强度和刚度的主要依据，也是计算刀柄、刀体强度和选择切削用量的依据。,进给力：总切削力在进给方向上的正投影，用符号,Ff,表示。进给力是设计和验算进给机构各零件强度和刚度的主要依据，影响零件的几何精度。,金属切削过程的基本规律,切削力,背向力：总切削力在垂直于工作平面上的分力，用符号,Fp,表示。背向力对工件的加工精度影响最大。切削加工时，易使工件产生弹性弯曲，引起振动。对于刚度差的细长轴类工件，背向力对其加工精度的影响见图,1-10,所示。采用双顶尖装夹时，加工后工件易呈鼓形；使用三爪自定心卡盘装夹时，加工后工件呈喇叭形。,金属切削过程的基本规律,切削力,（,a,）双顶尖装夹 （,b,）三爪自定心卡盘装夹,图,1-10,背向力对形状误差的影响,金属切削过程的基本规律,切削力,结论：在切削过程中，切削力能使工件、机床、刀具与夹具变形，影响加工精度。为提高加工精度，应减小切削力，增大工艺系统刚度。影响切削力的因素很多，其中工件材料、切削用量、刀具角度影响较大。材料的强度、硬度越高，则变形抗力越大，切削力也越大；切削用量增大，将导致切削力增大；刀具前角增大、刃口锋利，可使切削力减小。,金属切削过程的基本规律,切削热与切削温度,1,、概念,切削热：,在切削过程中所消耗的功，绝大部分转变为热，即切削热。切削热的主要来源是被切削层金属的变形、切屑与前刀面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦。,切削温度：,切削热的产生和传散，影响切削区域的温度温度变化。切削区域的平均温度称为切削温度。,金属切削过程的基本规律,切削热与切削温度,2,、切削热的产生与传导,切削热的产生：,在金属切削过程中，切削层发生弹性与塑性变形，这是切削热产生的一个重要原因，另外，切屑、工件与刀具的摩擦也产生了大量的热量。因此，切削过程中切削热由以下三个区域产生：剪切面，切屑与刀具前刀面的接触区，刀具后刀面与工件过渡表面接触区。,金属切削层的塑性变形产生的热量最大，即主要在剪切面区产生，可以通过下式近似计算出切削热量：,Q,Fc,c,（,J/s,）,实际上是切削力所做的功。其中切削力,Fc,（,N,），切削主运动速度,c,（,m/s,）。,金属切削过程的基本规律,切削热与切削温度,切削热的传导：,切削产生的热量主要由切屑、刀具、工件和周围介质（空气或切削液）传出，如不考虑切削液，则各种介质的比例参考如下：,（,1,）车削加工 切屑，,50,86,；刀具，,10,40,；工件，,3,9,；空气，,1,。切削速度越高，切削厚度越大，切屑传出的热量越多。,（,2,）钻削加工 切屑，,28,；刀具，,14.5,；工件，,52.5,；空气,5,。,金属切削过程的基本规律,切削热与切削温度,3,、切削温度的分布,下图显示了切削温度的分布情况，通过两图，可以了解切削温度有以下分布特点：,切削最高温度并不在刀刃，而是离刀刃有一定距离。对于,45,钢，约在离刀刃,1,处前刀面的温度最高。,后刀面温度的分布与前刀面类似，最高温度也在切削刃附近，不过比前刀面的温度低。,终剪切面后，沿切屑流出的垂直方向温度变化较大，越靠近刀面，温度越高，这说明切屑在刀面附近被摩擦升温，而且切屑在前刀面的摩擦热集中在切屑底层。,金属切削过程的基本规律,切削热与切削温度,切削温度分布,金属切削过程的基本规律,切削热与切削温度,4,、影响切削温度的因素：,工件材料是影响切削温度的重要因素。材料的强度、硬度越高，切削时消耗的功越多，切削温度就越高。在强度、硬度大致相同的条件下，塑性、韧性好的金属材料切削时塑性变形严重，产生的切削热较多，切削温度升高。材料的热导性好，可降低切削温度。刀具前角和主偏角对切削温度也有较大影响。一般来说，前角增大会使切削温度降低；主偏角减小也使切削温度降低。切削速度、进给量、背吃刀量对切削温度的影响中，切削速度影响最大，背吃刀量影响最小。从降低切削温度的角度考虑，优先采用大的背吃刀量和进给量，再确定合理的切削速度。切削液既能迅速从切削区带走大量的热，又能减小摩擦，使切削温度明显下降。,金属切削过程的基本规律,刀具的磨损与耐用度,刀具磨损是指,在切削过程中，刀具在高压、高温和强烈摩擦条件下工作，切削刃由锋利逐渐变钝以至失去正常切削能力。刀具磨损超过允许值后，须及时刃磨，否则会引起振动并使加工质量下降。,概念,金属切削过程的基本规律,刀具的磨损与耐用度,1,、刀具磨损过程,刀具磨损的过程可分为三个阶段，如图,1-12,所示。,1,）初期磨损阶段,发生在刀具开始切削的短时间内。因为刃磨后的刀具表面仍存在微观粗糙不平，故磨损较快。,图,1-12,刀具磨损过程,金属切削过程的基本规律,刀具的磨损与耐用度,2,）正常磨损阶段,经初期磨损后，刀具粗糙表面逐渐磨平，刀面上单位面积压力减少，磨损比较缓慢且均匀，进入正常磨损阶段。这阶段磨损量与切削时间近似成比例增加。,3,）急剧磨损阶段,当磨损量增加到一定的限度后，刀具已磨损变钝，切削力与切削稳定迅速升高，磨损量急剧增加，刀具失去正常的切削能力。因此，在这阶段到来之前，就应及时换刀。,金属切削过程的基本规律,刀具的磨损与耐用度,2.,刀具的磨损的形式,刀具正常磨损时，按磨损部位不同，可分为前刀面磨损、后刀面磨损、前刀面和主后面同时磨损以及刀具破损等几种形式，如图,1-13,所示。,（,a,）前刀面磨损（,b,）后刀面磨损（,c,）前刀面、后刀面同时磨损,图,1-13,刀具的磨损情况,金属切削过程的基本规律,刀具的磨损与耐用度,前刀面磨损,以较高的切削速度和较大的切削层公称厚度切削塑性材料时，切屑对前刀面的压力大，摩擦剧烈，温度高，在前刀面切削刃附近出现月牙洼，随着磨损的加剧，主要是月牙洼逐渐加深，洼宽变化并不是很大。磨损程度用洼深,KT,表示。,特点,金属切削过程的基本规律,刀具的磨损与耐用度,后刀面磨损,切削脆性材料或较低的切削速度和较小的切削层公称厚度切削塑性材料时，前刀面上的摩擦力不大，温度较低，这时磨损主要发生在主后刀面上，磨损程度用平均磨损高度,VB,表示。,金属切削过程的基本规律,刀具的磨损与耐用度,特点,在刀具后刀面上出现与加工表面基本平行的磨损带。 包括,C,、,B,、,N,三个区,。,C,区是刀尖区，由于散热差，强度低，磨损严重，最大值,VC,；,B,区处于磨损带中间，磨损均匀，最大磨损量,VBmax,；,N,区处于切削刃,与待加工表面的相交处，磨损严重，磨损量以,VN,表示，此区域的磨损也叫边界磨损，加工铸件、锻件等外皮粗糙的工件时，,N,区区域容易磨损。,金属切削过程的基本规律,刀具的磨损与耐用度,前刀面、主后刀面同时磨损,以中等切削速度和中等切削层公称厚度切削塑性材料时，常会发生这种磨损。是比较常见的一种磨损形式。,金属切削过程的基本规律,刀具的磨损与耐用度,刀具破损,刀具破损比例较高，硬质合金刀具有,50,60,是破损。特别是用脆性大的刀具连续切削或加工高硬度材料时，破损较严重。它又分为以下几种形式：,崩刃,特点是在切削刃产生小的缺口，尺寸与进给量相当。硬质合金刀具连续切削时容易产生。,剥落,特点是前后刀面上平行于切削刃剥落一层碎片，常与切削刃一起剥落。陶瓷刀具端铣常发生剥落，另外硬质合金刀具连续切削也发生。,裂纹,特点是垂直或倾斜于切削刃有热裂纹。由于长时间连续切削，刀具疲劳而引起。,塑性破损,特点是刀刃发生塌陷。是由于切削时高温高压作用引起的。,金属切削过程的基本规律,刀具的磨损与耐用度,3,、刀具磨损的原因,硬质点磨损,因为工件材料中含有一些碳化物、氮化物、积屑瘤残留物等硬质点杂质，在金属加工过程中，会将刀具表面划伤，造成机械磨损。低速刀具磨损的主要原因是硬质点磨损。,金属切削过程的基本规律,刀具的磨损与耐用度,粘结磨损,加工过程中，切屑与刀具接触面在一定的温度与压力下，产生塑性变形而发生冷焊现象后，刀具表面粘结点被切屑带走而发生的磨损。一般，具有较大的抗剪和抗拉强度的刀具抗粘结磨损能力强，如高速钢刀具具有较强的抗粘结磨损能力。,金属切削过程的基本规律,刀具的磨损与耐用度,扩散磨损,由于切削时高温作用，刀具与工件材料中的合金元素相互扩散，而造成刀具磨损。硬质合金刀具和金刚石刀具切削钢件温度较高时，常发生扩散磨损。金刚石刀具不宜加工钢铁材料。一般在刀具表层涂覆,TiC,、,TiN,、,Al2O3,等，能有效提高抗扩散磨损能力。,金属切削过程的基本规律,刀具的磨损与耐用度,氧化磨损,硬质合金刀具切削温度达到,700,o,800,o,时，刀具中一些,C,、,CO,、,TiC,等被空气氧化，在刀具表层形成一层硬度较低的氧化膜，当氧化膜磨损掉后在刀具表面形成氧化磨损。,金属切削过程的基本规律,刀具的磨损与耐用度,相变磨损,在切削的高温下，刀具金相组织发生改变，引起硬度降低造成的磨损。,总的来说，刀具磨损可能是其中的一种或几种。对一定的刀具和工件材料，起主导作用的是切削温度。在低温区，一般以硬质点磨损为主；在高温区以粘结磨损、扩散磨损、氧化磨损等为主。,金属切削过程的基本规律,刀具的磨损与耐用度,4.,刀具耐用度,从刀具刃磨后开始切削，一直到磨损量达到刀具磨钝标准所用的总切削时间被称为刀具耐用度，单位为分钟。在实际生产中，不可能经常测量刀具的磨损程度。而是规定刀具的使用时间。,金属切削过程的基本规律,刀具的磨损与耐用度,5,、刀具耐用度的确定,刀具耐用度的选择与生产率、成本有直接关系。选择高的刀具耐用度，会限制切削用量的提高，特别是限制切削速度，这就影响到生产率；若选择过低的耐用度，会增加磨刀次数，增加辅助时间和刀具材料消耗，仍然影响到生产率和成本。所以应根据切削条件选用合理的刀具耐用度。,金属切削过程的基本规律,刀具的磨损与耐用度,通常硬质合金车刀，耐用度大致为,60,90min,，钻头的耐用度大致为,80,120min,，硬质合金铣刀的耐用度大致为,90,180min,，齿轮刀具的耐用度大致为,200,300min,。有经验的操作者常根据切削过程中出现的异常现象，来判断刀具是否已经磨钝。例如切屑变色发毛、切削力突然增大、振动与噪声以及表面粗糙度值显著增大等。刀具耐用度与刀具重磨次数的乘积称为刀具寿命。,金属切削过程的基本规律,刀具的磨损与耐用度,6,、影响刀具耐用度的因素,影响刀具耐用度的因素很多，主要有：,工件材料,刀具材料,刀具几何角度,切削用量，在切削用量中，其中切削速度对耐用度影响最大。,切削液等,切削用量的确定与切削液的选择,切削用量的确定,切削用量三要素,主运动速度,Vc,:,主运动速度表示主运动的速度大小和方,向,单位为,m/min,。,当主运动为旋转运动时，可按下式计算,:,式中：,n,主轴转速（,r/s,或,r/min,）；,d,工件或刀具的最大,直径（,mm,）。,进给量：每转进给量,f,（,mm/r,）,每齿进给量,fz,（,mm/z,）,进给速度,(mm/min),背吃刀量：背吃刀量是车削时已加工表面与待加工表,面之间的垂直距离（单位：,mm,）。,式中,dw,工件待加工表面的直径，,dm,工件已加工,表面的直径,切削用量的确定与切削液的选择,切削用量的确定,确定切削用量的原则,通常在工艺系统刚性允许时，应首先选择一个尽可能大的,ap,，其次选择一个较大的,f,，最后在刀具耐用度和机床功率允许条件下选择一个合理的,Vc,。,切削用量的选择直接关系到零件加工的质量、效率、成本，在选用时要综合考虑工件材料、精度要求、表面质量、切削功率、刀具磨损、设备条件和加工成本等各方面的因素，选用合理的切削用量,切削用量的确定与切削液的选择,切削用量的确定,ap,的选择,主要根据加工余量和工艺系统的刚度确定,粗加工时,，在留下精加工、半精加工的余量后，尽可能一次走刀将剩下的余量切除；,当冲击载荷较大（如断续表面）或工艺系统刚度较差（如细长轴、镗刀杆、机床陈旧）时,，可适当降低，使切削力减小；,精加工时,，应根据粗加工留下的余量确定，采用逐渐降低的方法，逐步提高加工精度,和表面质量；,一般精加工时,，取,0.05,0.8,；半精加工时，取,1.0,3.0,切削用量的确定与切削液的选择,切削用量的确定,f,的选择,粗加工时,，,f,主要受刀杆、刀片和机床、工件等强度、刚度所承受的切削力限制，,一般根据刚度来选。工艺系统刚度好时，可用大些的,f,；反之，适当降低,f,；,精加工、半精加工时,，,f,应根据工件的,Ra,要求选。,Ra,要求小的，取较小的,f,，但又,不能过小，因为,f,过小，切削厚度过薄，,Ra,反而增大，且刀具磨损加剧。若刀具的刀,尖圆弧半径愈大，则,f,可选较大值。,切削用量的确定与切削液的选择,切削用量的确定,Vc,的选择,主要根据工件材料、刀具材料和机床功率来选,刀具材料好,，可选得高些；,Ra,值要求小的,，要避开积屑瘤、鳞刺产生的,Vc,，高速钢刀取小,Vc,5 m,min,，硬质合金取较高的,Vc=130,160 m/min,；,表面有硬皮或断续切削时,，应适当降低；,工艺系统刚性差的,，应减小,Vc,。,切削用量的确定与切削液的选择,切削用量的确定,车削加工切削用量确定分析,粗车时切削用量的选择,主要考虑提高生产效率，同时兼顾刀具寿命。加大背吃刀量,ap,、进给量,f,和提高切削速度,vc,都能提高生产效率。但对刀具寿命都有不利影响，其中影响最小的是,ap,，其次是,f,，最大是,vc,。所以，应首先选择一个尽可能大的背吃刀量,ap,，其次选择一个较大的进给量,f,，最后根据已选定的,ap,和,f,，在工艺系统刚度、刀具寿命和机床功率许可的条件下选择一个合理的切削速度,vc,。,切削用量的确定与切削液的选择,切削用量的确定,半精车、精车时切削用量的选择,半精车、精车时选择切削用量，应首先考虑保证加工质量，并注意兼顾生产效率和刀具寿命。半精车、精车时的背吃刀量是根据加工精度和表面粗糙度要求由粗车后留下的余量确定的。一般情况下，在数控车床上所留的精车余量比在卧式车床上的要小。半精车、精车时的背吃刀量为：半精车时，选取,ap=0.5,2.0,；精车时，选取,ap=0.05,0.8,；在数控机床上进行精车时，选取,ap=0.1,0.5,。,切削用量的确定与切削液的选择,切削用量的确定,半精车、精车时的背吃刀量较小，产生的切削力不大，所以加大进给量对工艺系统强度和刚度的影响较小。半精车、精车时，进给量的选择主要受表面粗糙度的限制。表面粗糙度要求越小，则进给量可选择小些。,为了提高工件表面质量，用硬质合金车刀精车时，一般采用较高的切削速度，,vc,80m/min;,用高速钢车刀精车时，选用较低的切削速度,vc,5m/min;,在数控机床上车削工件时，切削速度可选择高些。,切削用量的确定与切削液的选择,切削用量的确定,铣削加工切削用量确定分析,切削层深度的选择,端铣时的铣削深度，圆周铣削时的铣削宽度，即是被切金属层的深度。当铣床功率足够、工艺系统的刚度和强度允许，且加工精度要求不高及加工余量不大时，可一次进给铣去全部余量。当加工精度要求较高或加工表面的表面粗糙度,Ra,值要小于,6.3,时，应分粗铣和精铣。粗铣时，除留下精铣余量外，应尽可能一次进给切除全部粗加工余量。端铣时，铣削深度的推荐数值见表,1-1,。当工件材料的硬度和强度较高时，取表中较小值。当加工余量较大时，除增加进给次数外，可采用阶梯铣削法铣削，以提高生产效率。,切削用量的确定与切削液的选择,切削用量的确定,工件材料,高速工具钢铣刀,硬质合金铣刀,粗铣,精铣,粗铣,精铣,铸铁,5,7,0.5,1,10,18,1,2,软钢,5,0.5,1,12,1,2,中硬钢,4,0.5,1,7,1,2,硬钢,3,0.5,1,3.0,铝镁合金,2,容易切削的材料,易切削钢,2.5,3.0,15Cr,退火,3,较易切削钢,1.6,2.5,30,钢正火,4,普通材料,一般钢及铸铁,1.0,1.6,45,钢,5,稍难切削钢,0.65,1.0,2Cr13,调质,6,难切削的材料,较难切削材料,0.5,0.65,65Mn,调质,7,难切削材料,0.15,0.5,1 Cr18Ni12Ti,8,很难切削材料,0.15,铸造镍基高温合金,表,1-2,常用材料的相对加工性,改善工件材料切削加工性能,影响材料切削加工性的因素,1,）工件材料的硬度,工件材料的常温硬度和高温硬度较高，材料中的硬度点数量越多、形状越尖锐、分布越广，材料的冷变形强化程度越严重，切削加工性就越差。切削实验结果表明：常温硬度为,140HBS,250HBS,的材料切削加工性较好，而硬度为,180HBS,的材料切削加工性最好。,2,）工件材料的塑性,一般说来，材料的塑性越好，切削加工性越差。但材料塑性很差时，切削加工性也变差。,3,）工件材料的强度,在一般情况下，切削加工性随工件材料强度的提高而降低。材料的高温强度越高，切削加工性也越差。,4,）工件材料的韧性,韧性大的材料切削加工性比较差。,5,）工件材料的弹性模量（,E,）,材料的,E,越大，切削加工性越差。但,E,很小的材料，如软橡胶的,E,值仅为钢的十万分之一，切削加工性也不好。,6,）工件材料的导热系数,一般情况下，导热系数小的材料切削加工性就差。例如：塑料导热系数很小，硬度又低，塑性差，切削加工性不好。,改善工件材料切削加工性能,改善切削加工性的措施,选用切削加工性好的材料或表面状态,在保证零件使用性能的前提下，设计时应选切削加工性好的材料，如选用含有,S,P,Se,Pb,Bi,等元素的易切削钢；含有促进石墨化的元素,Si,，,Al,，,Ni,，,Cu,等的铸铁切削加工性较好；含有阻碍石墨化的元素,Cr,，,Mn,，,Mo,，,V,，,Co,，,P,，,S,等的铸铁切削加工性较差。低碳钢切削加工性不好，而冷拔钢的切削加工性得到了改善。锻件余量不均匀，有硬皮，切削加工性较差；改用热轧钢可改善切削加工性。,改善工件材料切削加工性能,改善切削加工性的措施,通过热处理改善切削加工性,低碳钢通过正火，高碳钢通过球化退火，,2Cr13,均可改善切削加工性；,选择合适的刀具材料及合理的几何参数,不宜用金刚石刀具加工铁族材料。选择强度高，导热性好的硬质合金和小的主偏角的刀具以改善散热条件。选用大前角的刀具，以减少切削变形；,采用特种切削加工,改进难加工材料切削加工性的一项有效措施是采用特种切削加工；,振动加工,振动切削是在通常切削的同时，连续对刀具施加一定波形的脉冲切削力，使刀具产生振动的一种特殊加工方式。它具有降低切削力和切削温度，不宜产生积屑瘤，提高加工精度，改善加工表面质量的效果。,改善工件材料切削加工性能,改善切削加工性的措施,加热切削,加热切削是在切削的同时，在刀具前方将工件被切削层金属加热到软化状态，使切削较易进行的一种方法。它的优点是降低了材料的强度和硬度，提高了材料的切削加工性，使在常温下无法切削的材料也能切削。因此，加热切屑对难加工材料的意义更大。因为减少了切削力和切削功率，提高了刀具的寿命，改善了材料的表面粗糙度；,改善工件材料切削加工性能,改善切削加工性的措施,低温切削,低温切削是采用低温冷却手段使工件、刀具、切削液中的一个或全部保持在常温以下进行切削的方法。低温切削可以有效地降低切削温度，一般切削区域温度可降低,400,500,左右，从而可提高刀具寿命。低温切削耐热钢和不锈钢时，刀具寿命可提高两倍以上。对于具有低温脆性的材料，在零度以下会变脆，且容易产生细小的裂纹，使其破坏的冲击能和冲击力比常温下所需要的小很多，所以对这类材料进行低温切削的切削抗力一般可降低,10,25%,，因而，在相同的条件下，对这类材料可以加大切削用量，提高生产效率。,改善工件材料切削加工性能,习题,1,、什么时切削运动？它对表面加工成形有什么作用？,2,、金属切削的实质是什么？切屑有哪几种类型？不同的切屑类型对加工有什么影响？,3,、什么是积屑瘤？它是怎样形成的？有何特点？减少或避免积屑瘤的主要措施有哪些？,4,、什么是鳞刺？它是怎样形成的？有何特点？减少或避免积屑瘤的主要措施有哪些？,5,、试述三种切削分力的实用意义？,6,、今车削一外圆,D=40,的工件，主轴转速,n=500r/min,，进给量,f=0.2/r,。试计算其切削速度和进给速度。,7,、在,X6132,型铣床上用直径为,100,，齿数为,10,的圆柱形铣刀铣削，铣削速度采用,25m/min,，每齿进给量采用,0.06/z,，试确定铣床的转速和进给速度？,8,、影响切屑热和切削温度的因素有哪些？,9,、刀具磨损有何规律和特点？,10,、影响刀具耐用度的因素有哪些？,11,、车床切削用量选择的原则是什么？,12,、铣床切削用量选择的原则是什么？,13,、切削液有哪些作用？,14,、铣削中常用的切削液有哪些？如何选用？,15,、影响切削加工性能的因素及其改善的措施有哪些？,