j 金屬切削條件

1、本次課程內(nèi)容介紹：1.3金屬切削條件合理選擇1.3.1工件材料的切削加工性1.3.2刀具材料 1.3.3切削液,上次課內(nèi)容回顧1.2.3切削力1.2.4 切削熱與切削溫度1.2.5 刀具磨損,1.3金屬切削條件合理選擇1.3.1工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性是指工件材料被切削加工成合格零件的難易程度。1.衡量切削加工性的指標(biāo)①刀具壽命T或一定壽命下的切削速度vT耐用度為T（min）時(shí)允許的切削速度用vT

2、表示。如T=60min，30min，15min時(shí)，材料允許的切削速度分別記為v60，v30和v15。,②相對(duì)加工性 在相同條件下切削不同材料時(shí)，允許的切削速度越高，則切削加工性越好。為便于比較各種材料的切削加工性，通常以正火狀態(tài)下的45鋼的作為標(biāo)準(zhǔn)，記作(v60)j，而把其他各種材料的v60與之相比，其比值Kr稱為該種材料的相對(duì)加工性，即：Kr=v60/(v60)j 。常用材料的相對(duì)加工性Kr分為八級(jí)，如表1.5所示。,,表1

3、.5 材料切削加工性等級(jí),③切削力或切削溫度在相同切削條件下，凡切削力大、切削溫度高的材料較難加工，即加工性差；反之加工性好。④已加工表面質(zhì)量在精加工中，通常以已加工表面質(zhì)量作為衡量材料切削加工性的指標(biāo)，在相同的切削條件下，容易獲得較好的表面質(zhì)量的材料，切削加工性好，反之，加工性差。⑤切屑控制和斷屑難易程度切屑容易控制或容易斷屑的材料，其切削加工性較好；反之則較差。,2.影響工件切削加工性的因素 （1）金屬材料的力學(xué)性能

4、的影響 材料的硬度高，切削時(shí)刀屑接觸長(zhǎng)度小，切削力和切削熱集中在刀刃附近，刀具易磨損，刀具耐用度低，所以切削加工性差。材料的強(qiáng)度高，切削時(shí)切削力大，切削溫度高，刀具易磨損，切削加工性差。材料的塑性大，切削中塑性變形和摩擦大，故切削力大，切削溫度高，刀具容易磨損，切削加工性差。材料的熱導(dǎo)率通過對(duì)切削溫度的影響而影響材料的加工性，熱導(dǎo)率大的材料，由切屑帶走和工件傳出的熱量多，有利于降低切削溫度，使刀具磨損率減小，故切削

5、加工性好。,（2）金屬材料化學(xué)成分的影響 材料的化學(xué)成分影響其切削加工性，如鋼中碳成分影響鋼的機(jī)械性能而影響其切削加工性，此外，鋼中的其他合金元素Cr、Ni、Mo、W、Mn等雖能提高鋼的強(qiáng)度和硬度，但卻使鋼的切削加工性降低，在鋼中添加少量的S、P、Pb等，能改善鋼的切削加工性。不同元素對(duì)結(jié)構(gòu)鋼切削加工性的影響如圖1.62所示。,圖1.62 不同元素對(duì)結(jié)構(gòu)鋼切削加工性的影響,（3）金屬材料熱處理和金相組織的影響 低碳鋼中含

6、的鐵素體組織多，其塑性和韌性高，切削時(shí)與刀具粘結(jié)容易產(chǎn)生積屑瘤，影響已加工表面質(zhì)量，故切削加工性差。中碳鋼的金相組織是珠光體和鐵素體，材料具有中等強(qiáng)度、硬度和中等塑性，切削時(shí)刀具不易磨損，也容易獲得高的表面質(zhì)量，故切削加工性好。淬火鋼中的金相組織主要是馬氏體，材料的強(qiáng)度硬度都很高，馬氏體在鋼中呈針狀分布，切削時(shí)刀具受到劇烈磨損，故切削加工性較差?；诣T鐵中，含有較多的片狀石墨，硬度很低，切削時(shí)，石墨還能起到潤(rùn)滑的作用，使切削力減小。

7、,3．難加工材料難加工材料是指強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性都很高，使切削加工困難的材料，主要包括高強(qiáng)度鋼、不銹鋼、冷硬鑄鐵、鈦合金等。,1.3.2刀具材料 刀具切削性能優(yōu)劣，取決于刀具切削部分的材料、幾何形狀和刀具結(jié)構(gòu)。刀具材料對(duì)刀具的使用壽命、切削效率、加工質(zhì)量和加工成本影響很大，應(yīng)重視刀具材料的正確選擇和合理使用。常用的刀具材料的類型有：碳素工具鋼（如T10A、T12A）合金工具鋼（如9CrSi、CrWMn）高速鋼、硬質(zhì)合金

8、陶瓷、金剛石和立方氮化硼等,1.刀具材料應(yīng)具備的性能①硬度② 耐磨性③強(qiáng)度和韌性④ 耐熱性（熱硬性）⑤工藝性（可加工性）⑥導(dǎo)熱性和膨脹系數(shù)⑦經(jīng)濟(jì)性,2．刀具材料的類型和性能常用的刀具材料的類型有：碳素工具鋼）、合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石和立方氮化硼等，其機(jī)械性能如表1.6所示。,硬質(zhì)合金是由高硬度、難熔的金屬碳化物（WC、TiC、TaC、NbC和 TiN）粉末，用鈷或鎳等金屬作粘結(jié)劑，經(jīng)燒結(jié)而成的粉末冶

9、金制品。其應(yīng)用范圍如表1.7所示。,1.3.3切削液 切削液分為水溶液、乳化液、切削油和其他四類，合理選擇和使用切削液是提高金屬切削加工性能的有效途徑之一。 1．切削液的作用 在切削過程中，切削液具有冷卻作用、潤(rùn)滑作用、清洗作用和防銹作用等。 （1）冷卻作用 切削液能夠降低切削溫度，從而提高刀具使用壽命和加工質(zhì)量。切削液冷卻性能的好壞，取決于它的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、汽化熱、汽化速度、流量

10、、流速等。一般來說水溶液的冷卻性能最好，油類的最差。,（2）潤(rùn)滑作用 在切削過程中，切屑、工件與刀具間的摩擦可分為干摩擦、流體潤(rùn)滑摩擦和邊界潤(rùn)滑摩擦三類。當(dāng)形成流體潤(rùn)滑摩擦?xí)r，潤(rùn)滑效果最好。切削液的潤(rùn)滑作用是在切屑、工件與刀具界面間形成油膜，使之成為流體潤(rùn)滑摩擦，得到較好的潤(rùn)滑效果。金屬切削過程大部分情況屬于邊界潤(rùn)滑摩擦狀態(tài)，如圖1.63所示。,圖1.63 金屬間的邊界潤(rùn)滑摩擦,（3）切削液的清洗作用切削液可以清洗碎屑或粉屑

11、，防止其擦傷工件和導(dǎo)軌表面等，清洗性能取決于切削液的流動(dòng)性和壓力。（4）切削液的防銹作用在切削液中加入添加劑，在工件、刀具和機(jī)床的表面形成保護(hù)膜，起到防銹作用。,2．切削液的類型及選用 切削液可根據(jù)工件材料、刀具材料和加工要求進(jìn)行選用。硬質(zhì)合金刀具一般不使用切削液，切削鑄鐵一般也不使用切削液。切削銅、有色合金，一般不用含硫的切削液，以免腐蝕工件表面。切削液可參考表1.10進(jìn)行選用。,3.切削液的添加劑 為了改善切削

12、液的性能所加入的化學(xué)物質(zhì)，稱為添加劑。常見的添加劑的類型如表2-25所示。,乳化劑也稱表面活性劑，其作用是使礦物油與水相互溶合、形成均勻穩(wěn)定的溶液。在水與礦物油的液體（油水互不相溶）中加入乳化劑，攪拌混合，由于乳化劑分子的極性基團(tuán)是親水的、可溶于水，即極性基團(tuán)在水的表面上定向排列、并吸附在它的表面上。,圖1.64 乳化劑的表面活性作用,4．切削液的使用方法切削液常用的使用方法有澆注法、高壓冷卻法和噴霧冷卻法等。,圖1.65 切削液

13、常用的使用方法,2.3.4刀具合理幾何參數(shù)選擇刀具合理幾何參數(shù)是在保證加工質(zhì)量的前提下，能使刀具壽命長(zhǎng)、生產(chǎn)效率高、加工成本低的幾何參數(shù)稱刀具合理幾何參數(shù)。刀具合理參數(shù)的基本內(nèi)容包括刀具角度、刃形、刃區(qū)剖面型式參數(shù)和刀面型式參數(shù)。（1）刀具幾何參數(shù)的基本內(nèi)容①刀具角度主要包括主切削刃的前角γo、后角αo、主偏角Κr、刃傾角λs和副切削刃的副后角αo′、副偏角Κr′等,②刃形 刃形是切削刃的形狀，有直線刃、折線刃、圓弧刃、月牙

14、弧刃、波形刃、階梯形刃等形式。,圖2-81 五種刃區(qū)型式,,,③切削刃刃區(qū)剖面型式及參數(shù) 切削刃的剖面型式簡(jiǎn)稱為刃區(qū)型式，常見的鋒刃、負(fù)倒棱刃、消振棱刃、倒圓刃、零度后角刃帶五種刃區(qū)型式，如圖2-81所示。,④刀面型式及參數(shù)刀面型式是指前刀面上的卷屑槽、斷屑槽，后刀面的雙重刃磨、鏟背以及波形刀面等，都是常見的刀面型式。,（2）刀具角度的選擇①前角 工件材料的強(qiáng)度、硬度低，可以取較大的甚至很大的前角；加工塑性材料時(shí)，尤其是冷加工

15、硬化嚴(yán)重的材料，應(yīng)取較大的前角；粗加工，特別是斷續(xù)切削，承受沖擊性載荷，應(yīng)適當(dāng)減小前角。成形刀具和前角影響刀刃形狀的其它刀具，為防止刃形畸變，常取較小的前角，甚至取γ0=0；刀具材料的抗彎強(qiáng)度和韌性較好時(shí)，應(yīng)選用較大的前角，如高速鋼刀具比硬質(zhì)合金刀具的前角約大5°～10°；工藝系統(tǒng)剛性差和機(jī)床功率不足時(shí)，應(yīng)選取較大的前角；數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)機(jī)床和、自動(dòng)線用刀具，選用較小的前角。,②后角增大后角能減小后刀面與切削表面之

16、間的摩擦，切削刃鈍圓半徑rn值越小，切削刃越鋒利。后角過大會(huì)削弱刀刃的強(qiáng)度和散熱能力，使后刀面的耐磨性差（如圖2-82所示，在同樣的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)VB下，后角大的刀具由新刀具到磨鈍，所磨去的金屬體積較?。?，降低刀具使用壽命。粗加工取較小的后角；精加工時(shí)取較大的后角。工件材料硬度、強(qiáng)度較高時(shí)，取較小的后角；工件材質(zhì)較軟、塑性較大或易加工硬化時(shí)，取較大的后角；加工脆性材料，切削力集中在刃區(qū)附近，宜取較小的后角；工藝系統(tǒng)剛性差，容易出現(xiàn)振動(dòng)時(shí)，應(yīng)

17、適當(dāng)減小后角；有尺寸精度要求的刀具，取較小的后角。,2.3.5切削用量選擇（1）選擇切削用量的原則 在保證加工質(zhì)量，降低成本和提高生產(chǎn)率的前提下，使ap、f和vc的乘積最大。當(dāng)ap、f和vc的乘積最大時(shí)，需要的切削工時(shí)最少。 提高切削用量要受到工藝裝備（機(jī)床功率、刀具耐用度、刀桿強(qiáng)度等）與技術(shù)要求（加工精度、表面質(zhì)量）的限制。粗加工一般按工藝系統(tǒng)的剛性，盡可能選擇較大切削深度；精加工主要依據(jù)零件加工精度和表面粗糙度確定切削用量。