切削条件的合理选择

1、第第2 2章章 金属切削及机床基本知识金属切削及机床基本知识刘英刘英 教授教授 重庆大学重庆大学 2.3 2.3 切削条件的合理选择切削条件的合理选择 刘英刘英 教授教授 重庆大学重庆大学 第三节第三节 选择合理的切削条件选择合理的切削条件n刀具材料刀具材料n刀具几何参数刀具几何参数n切削用量切削用量n切削液切削液 切削条件切削条件: :目标：质量、成本、生产效率目标：质量、成本、生产效率2.3.1 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性1.1.切削加工性的概念和衡量指标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切削加工性是指工件材料被切削加工的难易程度。的难易程度。 2.

2、3.1 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性1.1.切削加工性切削加工性的概念和衡量指标的概念和衡量指标标准一标准一 用刀具寿命来衡量用刀具寿命来衡量 在相同的切削条件下，使用同一型号（最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（例如好是同一把）刀具，在同一磨钝标准（例如VBVB = = 0.30.3 mmmm）下，切削两种不同的工件材料，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。刀具寿命高的比寿命低的切削加工性好。2.3.1 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性1.1.切削加工性的概念和衡量指标切削加工性的概念和衡量指标标准二标准二

3、用切削速度来衡量用切削速度来衡量 在刀具寿命相同的条件下，允许切削速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。度高的工件材料，其切削加工性能好。2.3.1 2.3.1 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性标准二标准二 用切削速度来衡量用切削速度来衡量 为了统一标准，取正火状态下的为了统一标准，取正火状态下的4545钢作基准材钢作基准材料，刀具寿命为料，刀具寿命为6060 minmin，这时的切削速度为基准这时的切削速度为基准（写作（写作 ( (VcVc 60)60) j j ），），而将其它材料的而将其它材料的 ( (VcVc 60)60)与与其相比，这个比值其相

4、比，这个比值KrKr称为相对加工性称为相对加工性：jccrvvK)(6060P46 P46 表表2-82-82.3.1 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性标准三标准三 用已加工表面的表面质量来衡量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。量的，其加工性就好，反之就差。 2.工件材料的物理工件材料的物理机械机械性能对切削加工性的影响性能对切削加工性的影响1 1) )硬度和强度硬度和强度KrKr VBVBb b、HBHB

5、FcFc例：白口铸铁与灰铸铁例：白口铸铁与灰铸铁2.工件材料的物理工件材料的物理机械机械性能对切削加工性的影响性能对切削加工性的影响1 1) )硬度和强度硬度和强度2 2) )塑性和韧性塑性和韧性h 塑性塑性刀具与切屑越容易产生粘结刀具与切屑越容易产生粘结RaRaKrKr VBVBFcFc同时同时韧性韧性KrKr FcFc例：例：1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti不锈钢与不锈钢与45#45#钢钢2.工件材料的物理工件材料的物理机械性能机械性能对切削加工性的影响对切削加工性的影响1 1) )硬度和强度硬度和强度2 2) )塑性和韧性塑性和韧性3 3) )导热系数导热系数工件材料的导热性工件

6、材料的导热性Q散失散失KrKrVBVB例：铜、铝合金与例：铜、铝合金与4545钢钢3.3.改善改善切削加工性的途径切削加工性的途径1 1）热处理方法）热处理方法例如：高碳钢例如：高碳钢 低碳钢低碳钢？3.3.改善改善切削加工性的途径切削加工性的途径1 1) )热处理方法热处理方法2 2) )调整材料的化学成分调整材料的化学成分 适当加入：硫适当加入：硫S S、磷、磷P P、铅、铅PbPb、钙、钙CaCa2.3.2 2.3.2 刀具材料刀具材料2.3.2 2.3.2 刀具材料刀具材料1.1.对刀具材料的要求对刀具材料的要求 (1)(1)高的硬度和耐磨性；高的硬度和耐磨性；(2)(2)足够的强度和

7、韧性；足够的强度和韧性；(3)(3)高的耐热性（指高温下保持硬度、耐磨性、强度和高的耐热性（指高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能韧性的性能) )；(4)(4)良好的冷加工工艺性、热加工（热处理、表面处理、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；锻造、铸造等）工艺性；(5)(5)经济性。经济性。 2.3.2 2.3.2 刀具材料刀具材料常用的刀具材料有：常用的刀具材料有：碳素工具钢碳素工具钢 切削金属的性能较差，切削刃切削金属的性能较差，切削刃合金工具钢合金工具钢 锋利，可加工木材、橡胶、塑料。锋利，可加工木材、橡胶、塑料。高速钢高速钢 生产中用的最多、生产中用

8、的最多、硬质合金硬质合金 最广。最广。 陶瓷陶瓷 强度低、脆性大，成本高，强度低、脆性大，成本高，金刚石金刚石 仅用于某些有限的场合。仅用于某些有限的场合。立方氮化硼立方氮化硼 加工金属材料加工金属材料高速硬切削、高速硬切削、干切削干切削1.1.高速钢高速钢 高速钢是一种加入了较多金属（高速钢是一种加入了较多金属（W W、CrCr、Mo Mo 、V V等）碳化物的、含碳量也等）碳化物的、含碳量也比较高的一种比较高的一种合金工具钢合金工具钢，具有一定，具有一定的硬度（的硬度（63 63 HRC HRC 70 HRC70 HRC）和耐磨性，和耐磨性，有较高的耐热性，在切削温度高达有较高的耐热性，在

9、切削温度高达500500600600时尚能切削。时尚能切削。 1.1.高速钢高速钢 高速钢是刀具材料中强度和韧性最好的材料：高速钢是刀具材料中强度和韧性最好的材料：抗拉强度：抗拉强度：3000-4000Mpa.3000-4000Mpa. 是一般硬质合金的是一般硬质合金的2 23 3倍倍, ,陶瓷的陶瓷的5 56 6倍；倍；冲击韧性：冲击韧性：300-400KJ/m300-400KJ/m2 2 较硬质合金和陶瓷高几十倍；较硬质合金和陶瓷高几十倍；硬度：硬度：（63HRC63HRC70HRC70HRC）；）；热硬性：热硬性：在切削温度高达在切削温度高达500500600600时尚能切削。时尚能切削

10、。 适于加工从有色金属到高温合金的范围广泛的金属材适于加工从有色金属到高温合金的范围广泛的金属材料。料。1.1.高速钢高速钢 高速钢的冷加工工艺性特别好，在热处理高速钢的冷加工工艺性特别好，在热处理前，高速钢可以象一般中碳钢一样的进行各前，高速钢可以象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种加工；热处理后，高速钢刀具可以磨出锋利的切削刃。利的切削刃。 在钻头、丝锥、拉刀、齿轮刀具、在钻头、丝锥、拉刀、齿轮刀具、成形刀具等复杂刀具制造中，高速钢仍成形刀具等复杂刀具制造中，高速钢仍占主导地位。占主导地位。1 1） 2） 3 3）粉末冶金高速钢：）粉末冶金高速钢： 4 4）高速

11、钢涂层（）高速钢涂层（TiCTiC或或TiNTiN涂层）：涂层）：2.2.硬质合金硬质合金金属碳化物金属碳化物 WC WC、TiCTiC、 + + TaC TaC NbC NbC 金属粘结剂金属粘结剂 Co Co、Ni Ni 粉末粉末冶金冶金硬质合金硬质合金2.2.硬质合金硬质合金硬度硬度 硬质合金的硬度为硬质合金的硬度为89 89 HRA HRA 93 HRA;93 HRA; 高速钢的硬度为高速钢的硬度为83 83 HRA HRA 86.6 HRA;86.6 HRA;耐热性耐热性 硬质合金在硬质合金在800100080010000 0C C时仍能切削时仍能切削; ; 高速钢在高速钢在5006

12、005006000 0C C时能切削时能切削; ;2.2.硬质合金硬质合金切削速度切削速度 在刀具寿命相同的条件下，硬质合金的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切削速度比高速钢的可提高2 21010倍，可达倍，可达100100 m m / / minmin以上。以上。2.2.硬质合金硬质合金强度和韧性强度和韧性 抗弯强度抗弯强度 冲击韧度冲击韧度硬质合金硬质合金 1500Mpa 30KJ/m1500Mpa 30KJ/m2 2高速钢高速钢 4000Mpa 350KJ/m4000Mpa 350KJ/m2 2 2.2.硬质合金硬质合金冷加工性和热加工性较差冷加工性和热加工性较

13、差 主要用于制造如车刀、刨刀、主要用于制造如车刀、刨刀、铣刀、深孔钻、铰刀等简单刀具。铣刀、深孔钻、铰刀等简单刀具。 2.2.硬质合金硬质合金 硬质合金由于具有高硬度、高耐热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，而且性和高耐磨性，加工性能优良，而且生生产成本较低，产成本较低，所以，使用极其广泛。所以，使用极其广泛。P50 表2-102.2.硬质合金硬质合金1)1) 钨钴类硬质合金钨钴类硬质合金 化学成分：化学成分：Wc+CoWc+Co 国标代号国标代号YGYG，ISOISO标准代号标准代号K K类类。 2.2.硬质合金硬质合金1)1) 钨钴类硬质合金钨钴类硬质合金 YGYG

14、应用：应用： 主要主要用于加工铸铁，也适用于加工用于加工铸铁，也适用于加工有色金属和非金属材料。有色金属和非金属材料。 此外，此外，K K类硬质合金还适用于加工类硬质合金还适用于加工钛合金和不锈钢。钛合金和不锈钢。2.2.硬质合金硬质合金1)1) 钨钴类硬质合金钨钴类硬质合金 粗加工宜选用：粗加工宜选用：YG8(K30)YG8(K30) 精加工宜选用：精加工宜选用：YG3(K01)YG3(K01) ? ?2.2.硬质合金硬质合金2 2) )钨钛钴类硬质合金钨钛钴类硬质合金 化学成分：化学成分：WCWCTiC TiC + Co+ Co 国标代号国标代号YTYT，ISOISO标准代号标准代号P P

15、类类。 YT YT应用：应用： 在中高切削速度下加工在中高切削速度下加工钢料钢料。2.2.硬质合金硬质合金2 2) )钨钛钴类硬质合金钨钛钴类硬质合金（注意）（注意）不能加工含钛的不锈钢（如不能加工含钛的不锈钢（如1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti）和钛）和钛合金；合金；不能加工加工淬火钢、高强度钢和高温合金；不能加工加工淬火钢、高强度钢和高温合金；不能在低速下切削钢。不能在低速下切削钢。 宜采用韧性较好的宜采用韧性较好的YGYG类硬质合金。类硬质合金。2.2.硬质合金硬质合金2 2) )钨钛钴类硬质合金钨钛钴类硬质合金 粗加工选用：粗加工选用：YT5(P30)YT5(P30) 精加工选

16、用：精加工选用：YT30(P01)YT30(P01)? ?2.2.硬质合金硬质合金3)3)钨钛钽（铌）钴类硬质合金钨钛钽（铌）钴类硬质合金 化学成分：化学成分：WC+TiC+WC+TiC+TaC(NbC)TaC(NbC)+Co+Co 国标代号国标代号YWYW，ISOISO标准代号标准代号M M类类。 2.2.硬质合金硬质合金3)3)钨钛钽（铌）钴类硬质合金钨钛钽（铌）钴类硬质合金 YWYW类硬质合金兼有类硬质合金兼有YGYG类和类和YTYT类的优点，类的优点，具有硬度高、耐热性好和强度高、韧性具有硬度高、耐热性好和强度高、韧性好的特点，既可加工钢材好的特点，既可加工钢材，也可加工铸也可加工铸铁

17、和有色金属，故被称为铁和有色金属，故被称为通用硬质合金。通用硬质合金。2.2.硬质合金硬质合金3)3)钨钛钽（铌）钴类硬质合金钨钛钽（铌）钴类硬质合金 YWYW类硬质合金成本高，使用受限。类硬质合金成本高，使用受限。 YW YW应用：应用： 主要用于加工耐热钢、高锰钢、不主要用于加工耐热钢、高锰钢、不锈钢等难加工材料。锈钢等难加工材料。 2.2.硬质合金硬质合金3)3)钨钛钽（铌）钴类硬质合金钨钛钽（铌）钴类硬质合金 YW2(M20)YW2(M20)适用于：粗加工适用于：粗加工 YW1(M10) YW1(M10)适用于：精加工适用于：精加工2.2.硬质合金硬质合金4)4) 碳化钛基硬质合金碳化

18、钛基硬质合金化学成分：化学成分：TiCTiC（主要成分）（主要成分）+Ni+Ni、MoMo国标代号国标代号YNYN，ISOISO标准代号标准代号P P类类 2.2.硬质合金硬质合金4)4) 碳化钛基硬质合金碳化钛基硬质合金 特点：硬度更高特点：硬度更高 TiCTiC基硬质合金的硬度已经达到基硬质合金的硬度已经达到93 93 HRAHRA，接近陶瓷的水平。接近陶瓷的水平。 因此，因此，TiCTiC基硬质合金的刀具寿命比基硬质合金的刀具寿命比WCWC基硬质合金高。基硬质合金高。 2.2.硬质合金硬质合金4)4) 碳化钛基硬质合金碳化钛基硬质合金 YNYN应用：应用： TiC TiC基硬质合金可加工

19、钢，也可加工铸铁。基硬质合金可加工钢，也可加工铸铁。 但是，但是，TiCTiC基硬质合金的抗弯强度和韧性基硬质合金的抗弯强度和韧性不如不如WCWC基硬质合金，因此不适于重载荷切削基硬质合金，因此不适于重载荷切削及断续切削，及断续切削，只适用于精加工。只适用于精加工。2. 2. 硬质合金硬质合金5)5) 涂层硬质合金涂层硬质合金n涂层硬质合金是采用化学气相沉积（涂层硬质合金是采用化学气相沉积（CVDCVD）法或物理）法或物理气相沉积（气相沉积（PVDPVD）法，在高韧性的硬质合金基体表面）法，在高韧性的硬质合金基体表面上涂覆上涂覆5 58m8m的一层耐磨性很高的金属化合物，涂的一层耐磨性很高的金

20、属化合物，涂层可采用单涂层，也可采用双涂层或多涂层。层可采用单涂层，也可采用双涂层或多涂层。n涂层硬质合金比基体硬质合金具有更高的硬度和耐磨涂层硬质合金比基体硬质合金具有更高的硬度和耐磨性，低的摩擦系数和高的耐热性，切削力和切削温度性，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要低，因此均比未涂层刀片要低，因此, ,刀具寿命可以提高好几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，因而倍，涂层刀片可用于加工不同材料，通用性广，因而可大大简化刀具的管理。可大大简化刀具的管理。2 2 硬质合金硬质合金5)5) 涂层硬质合金涂层硬质合金n最常见的三种涂层材料是氮化钛最常

21、见的三种涂层材料是氮化钛 (TiN)(TiN)、碳氮化钛、碳氮化钛(TiCN)(TiCN)和氮铝化钛和氮铝化钛 (TiAlN)(TiAlN)。n氮化钛涂层刀具氮化钛涂层刀具(TiN)(TiN)n2020世纪世纪8080年代出现的氮化钛涂层应用最广泛，年代出现的氮化钛涂层应用最广泛， TiNTiN涂涂层在所有涂层刀具中占有层在所有涂层刀具中占有8080，其涂层颜色为金黄色，其涂层颜色为金黄色，容易辨认。容易辨认。n氮化钛涂层可增加表面硬度和耐磨性，降低摩擦系数，氮化钛涂层可增加表面硬度和耐磨性，降低摩擦系数，减少积屑瘤的产生，延长刀具寿命。减少积屑瘤的产生，延长刀具寿命。n氮化钛涂层刀具适合于加

22、工低合金钢和不锈钢。氮化钛涂层刀具适合于加工低合金钢和不锈钢。2. 2. 硬质合金硬质合金5)5) 涂层硬质合金涂层硬质合金n碳氮化钛涂层碳氮化钛涂层(TiCN)(TiCN)n碳氮化钛涂层表面为灰色，硬度比氮化钛涂层碳氮化钛涂层表面为灰色，硬度比氮化钛涂层要高，耐磨性更好。与氮化钛涂层相比，碳氮要高，耐磨性更好。与氮化钛涂层相比，碳氮化钛涂层刀具能在更大的进给速度及切削速度化钛涂层刀具能在更大的进给速度及切削速度下加工下加工( (分别比氮化钛涂层高出分别比氮化钛涂层高出4040和和6060) )，工件材料去除率更高。工件材料去除率更高。n碳氮化钛涂层刀具可以加工各种工件材料，碳氮化钛涂层刀具可

23、以加工各种工件材料，很很适合于用作丝锥的涂层，用于干攻螺纹。适合于用作丝锥的涂层，用于干攻螺纹。2.2.硬质合金硬质合金5)5) 涂层硬质合金涂层硬质合金n氮铝化钛涂层氮铝化钛涂层(TiAlN)(TiAlN)n氮铝化钛涂层呈现灰色或黑色，在高热应力条件下，氮铝化钛涂层呈现灰色或黑色，在高热应力条件下，TiAlNTiAlN涂层刀具比其他涂层更有优势，如在干铣削及涂层刀具比其他涂层更有优势，如在干铣削及小直径孔的深孔钻削切削液难以到达的部位。小直径孔的深孔钻削切削液难以到达的部位。nTiAlNTiAlN的高温硬度比的高温硬度比TiNTiN更硬，且具有较高的热稳定性更硬，且具有较高的热稳定性和抗化学

24、磨损性能。和抗化学磨损性能。TiAlNTiAlN是最常用的隔热涂层，并是最常用的隔热涂层，并特别适用于高速干切削。特别适用于高速干切削。n氮铝化钛适合加工淬硬钢、钛合金、镍合金、铸铁和氮铝化钛适合加工淬硬钢、钛合金、镍合金、铸铁和高硅铝合金等。高硅铝合金等。3.3.超硬刀具材料超硬刀具材料 （1 1） 陶瓷陶瓷n按化学成分的不同，目前生产中常用的刀具陶按化学成分的不同，目前生产中常用的刀具陶瓷可分为瓷可分为nAl2O3Al2O3基陶瓷基陶瓷nSi3N4Si3N4基陶瓷基陶瓷3.3.超硬刀具材料超硬刀具材料 （1 1） 陶瓷陶瓷 特点特点: :n有很高的硬度（有很高的硬度（91 HRA 91 H

25、RA 95 HRA95 HRA）和耐磨性，）和耐磨性，因而刀具寿命高；因而刀具寿命高；n有很高的耐热性（有很高的耐热性（12001200）；）；n有良好的抗粘结性和化学稳定性，陶瓷刀具抗有良好的抗粘结性和化学稳定性，陶瓷刀具抗粘结、抗扩散、抗氧化磨损的能力强；粘结、抗扩散、抗氧化磨损的能力强；n有较低的摩擦系数，不易产生积屑瘤，故加工有较低的摩擦系数，不易产生积屑瘤，故加工表面粗糙度小。表面粗糙度小。3. 3. 超硬刀具材料超硬刀具材料（1 1）陶瓷）陶瓷n总之，陶瓷刀具有硬度高、化学稳定性和抗粘接性好、总之，陶瓷刀具有硬度高、化学稳定性和抗粘接性好、摩擦系数低等优点，是价格相对便宜的干切削刀

26、具材摩擦系数低等优点，是价格相对便宜的干切削刀具材料。料。n陶瓷刀具可加工钢，也可加工铸铁，对于高硬度材料陶瓷刀具可加工钢，也可加工铸铁，对于高硬度材料（冷硬铸铁和淬硬钢）大件及高精度零件的加工特别（冷硬铸铁和淬硬钢）大件及高精度零件的加工特别有效，可用于铣削也可用于车削。有效，可用于铣削也可用于车削。n目前，常用目前，常用Si3N4Si3N4基陶瓷刀片高速干切削灰铸铁和球基陶瓷刀片高速干切削灰铸铁和球墨铸铁；常用墨铸铁；常用Al2O3Al2O3基陶瓷刀片高速干切削淬硬钢和基陶瓷刀片高速干切削淬硬钢和冷硬铸铁。冷硬铸铁。3. 3. 超硬刀具材料超硬刀具材料 （2 2） 金刚石金刚石n金刚石刀具

27、有三种：金刚石刀具有三种：n天然单晶金刚石天然单晶金刚石n整体人造聚晶金刚石整体人造聚晶金刚石(PCD)(PCD)n金刚石复合刀片金刚石复合刀片3 3 超硬刀具材料超硬刀具材料 (2) (2) 金刚石金刚石n金刚石刀具的特点金刚石刀具的特点: :n有极高的硬度（有极高的硬度（10000 HV10000 HV）和耐磨性，是目前）和耐磨性，是目前已知的最硬物质已知的最硬物质n刀具切削刃非常锋利，适合于极精密的加工；刀具切削刃非常锋利，适合于极精密的加工；n具有很高的导热系数和很低的线膨胀系数，故具有很高的导热系数和很低的线膨胀系数，故加工质量好。加工质量好。3. 3. 超硬刀具材料超硬刀具材料 (

28、2) (2) 金刚石金刚石n金刚石可用于加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金刚石可用于加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等高硬度的材料，金刚石主要用金及耐磨塑料等高硬度的材料，金刚石主要用于磨具及磨料，用作刀具时多用于有色金属及于磨具及磨料，用作刀具时多用于有色金属及合金的高速精细车削及镗孔。合金的高速精细车削及镗孔。n金刚石的主要缺点是耐热性差，切削温度超过金刚石的主要缺点是耐热性差，切削温度超过700700800800时，它就会碳化而失去硬度。时，它就会碳化而失去硬度。n此外，金刚石不适合于加工钢铁材料，因为它此外，金刚石不适合于加工钢铁材料，因为它与铁有很强的亲合作用，刀具极易损坏。与铁

29、有很强的亲合作用，刀具极易损坏。3. 3. 超硬刀具材料超硬刀具材料 (3) (3) 立方氮化硼立方氮化硼n立方氮化硼刀具有两种：立方氮化硼刀具有两种：n整体聚晶立方氮化硼整体聚晶立方氮化硼(PCBN)(PCBN) n立方氮化硼复合刀片立方氮化硼复合刀片(CBN)(CBN) 3. 3. 超硬刀具材料超硬刀具材料 (3) (3)立方氮化硼立方氮化硼n立方氮化硼刀具的特点立方氮化硼刀具的特点: :n有很高的硬度（有很高的硬度（8000 HV 8000 HV 9000 HV9000 HV）和耐磨）和耐磨性，因而刀具寿命很高；性，因而刀具寿命很高；n有很高的耐热性，耐热温度可达有很高的耐热性，耐热温度

30、可达1400140015001500；n有良好的化学稳定性；有良好的化学稳定性；n有良好的导热性和较低的摩擦系数。有良好的导热性和较低的摩擦系数。3. 3. 超硬刀具材料超硬刀具材料 (3) (3)立方氮化硼立方氮化硼n立方氮化硼不仅用于制造砂轮磨具，而且还制成车刀、立方氮化硼不仅用于制造砂轮磨具，而且还制成车刀、镗刀、端铣刀、铰刀等刀具，用于加工淬硬钢、硬铸镗刀、端铣刀、铰刀等刀具，用于加工淬硬钢、硬铸铁，高温合金及各种表面喷涂材料。铁，高温合金及各种表面喷涂材料。nCBNCBN含量低含量低(50(506565) )的的PCBNPCBN刀具主要用来高速干切刀具主要用来高速干切削精加工钢削精加

31、工钢(4565HRC),(4565HRC),而而CBNCBN含量高含量高(80(809090) )的的PCBNPCBN刀具用来高速干切削粗、半精加工镍铬铸铁，断刀具用来高速干切削粗、半精加工镍铬铸铁，断续加工淬硬钢、硬质合金、金属陶瓷、重合金等。续加工淬硬钢、硬质合金、金属陶瓷、重合金等。n立方氮化硼在高温下与水容易起化学反应，故一般宜立方氮化硼在高温下与水容易起化学反应，故一般宜干切削。干切削。小结小结n如上所述，现在使用的金属切削刀具材料种类很多，如上所述，现在使用的金属切削刀具材料种类很多，包括从切削速度最低、耐磨性能最差的高速钢到高速包括从切削速度最低、耐磨性能最差的高速钢到高速性能最

32、好的聚晶金刚石刀具。性能最好的聚晶金刚石刀具。n一般来说，性能较低的刀具，如高速钢和非涂层硬质一般来说，性能较低的刀具，如高速钢和非涂层硬质合金，在普通切削加工中应用面广，但高速性能不好。合金，在普通切削加工中应用面广，但高速性能不好。n目前，硬质合金刀具的应用量最大，占各种刀具销售目前，硬质合金刀具的应用量最大，占各种刀具销售额总量的额总量的8080。普通速度的金属切削。普通速度的金属切削90%90%采用硬质合采用硬质合金刀具。金刀具。小结小结n硬质合金具有比较好的抗冲击韧度，但是高速性能不硬质合金具有比较好的抗冲击韧度，但是高速性能不好。另外，高速切削刀具还要具有极高的热硬性和化好。另外，

33、高速切削刀具还要具有极高的热硬性和化学稳定性，这方面硬质合金也不能满足要求。学稳定性，这方面硬质合金也不能满足要求。小结小结nCBNCBN刀具耐热性极好，可以在高温下切削硬材料，但刀具耐热性极好，可以在高温下切削硬材料，但是价格昂贵，而且不能加工软金属材料。是价格昂贵，而且不能加工软金属材料。n陶瓷刀具有硬度高、化学稳定性和抗粘接性好、摩擦陶瓷刀具有硬度高、化学稳定性和抗粘接性好、摩擦系数低等优点，是价格相对便宜的干切削刀具材料。系数低等优点，是价格相对便宜的干切削刀具材料。n陶瓷刀具可加工钢，也可加工铸铁，对于高硬度材料陶瓷刀具可加工钢，也可加工铸铁，对于高硬度材料（冷硬铸铁和淬硬钢）大件及

34、高精度零件的加工特别（冷硬铸铁和淬硬钢）大件及高精度零件的加工特别有效，可用于高速干铣削也可用于高速干车削。有效，可用于高速干铣削也可用于高速干车削。2 2.3.3 .3.3 刀具几何参数的合理选择刀具几何参数的合理选择2 2.3.3 .3.3 刀具几何参数的合理选择刀具几何参数的合理选择1.1.前角的选择前角的选择1.1.前角的选择前角的选择1 1) )前角的功用前角的功用刀刃锋利刀刃锋利前角前角r ro o变形抗力变形抗力FcFcT T刀刃强度刀刃强度同时同时 崩刃崩刃Q散散T T1.1.前角的选择前角的选择2 2) )合理前角的选择合理前角的选择塑性材料塑性材料: : 宜选择较大的前角宜

35、选择较大的前角; ; 脆性材料脆性材料: : 宜选择较小前角。宜选择较小前角。取决于工件和刀具的材料取决于工件和刀具的材料1.1.前角的选择前角的选择2 2) )合理前角的选择合理前角的选择工件材料的强度或硬度较小时，宜选较大前角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。工件材料的强度或硬度特别大时，甚至可采用负前角。高速钢刀具的前角可比硬质合金刀具选得大一些。高速钢刀具的前角可比硬质合金刀具选得大一些。粗加工时，宜选用较小前角；粗加工时，宜选用较小前角；

36、 精加工时，宜选用较大前角。精加工时，宜选用较大前角。2.2.后角的选择后角的选择1 1) )后角的功用后角的功用摩擦摩擦后角后角a ao oT T刀刃强度刀刃强度同时同时 崩刃崩刃Q散散T T2.2.后角的选择后角的选择2 2）后角的选择）后角的选择当当hD很小时，宜选用较大后角；很小时，宜选用较大后角； 当当hD很大时，后角宜小。很大时，后角宜小。工件材料强度或硬度较高时，宜取较小后角；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。工件塑性较大时，宜取较大后角。工艺系统刚性差，应适当减小后角。工艺系统刚性差，应适当减小后角。 对于尺寸精度要求高的刀具，宜取较小后角

37、。对于尺寸精度要求高的刀具，宜取较小后角。取决于切削层厚度取决于切削层厚度hD3.3.主偏角的选择主偏角的选择1 1) )主偏角功用主偏角功用r rk krQ散热面积散热面积RaRa同时同时rPDFFcos振动振动T T3.3.主偏角的选择主偏角的选择2 2) )主偏角的选择主偏角的选择取决于工艺系统取决于工艺系统刚度的大小刚度的大小4.4.刃倾角的选择刃倾角的选择1 1) )刃倾角功用刃倾角功用控制切屑控制切屑流出的方向流出的方向 问 精 加 工问 精 加 工时时, ,刃倾角取刃倾角取正还是负正还是负? ?4.4.刃倾角的选择刃倾角的选择1 1) )刃倾角功用刃倾角功用控制切屑流控制切屑流出

38、出 的方向的方向影响刀头的强影响刀头的强度度图2-56 刃倾角对切削刃冲击位置的影响4.4.刃倾角的选择刃倾角的选择1 1) )刃倾角功用刃倾角功用控制切屑流出控制切屑流出 的方向的方向影响刀头的强度影响刀头的强度影响刀刃的锋影响刀刃的锋 利程度利程度刀刃锋利刀刃锋利s s4.4.刃倾角的选择刃倾角的选择1 1) )刃倾角功用刃倾角功用控制切屑流出控制切屑流出 的方向的方向影响刀头的强度影响刀头的强度影响刀刃的锋影响刀刃的锋 利程度利程度影响轴向力和影响轴向力和 径向力的大小径向力的大小刃倾角刃倾角l ls s 对切削力的影响对切削力的影响l ls s背前角背前角g gp p侧前角侧前角g g

39、f fFpFpFfFf4. 刃倾角的选择刃倾角的选择2 2) )刃倾角的选择刃倾角的选择P P115115在加工一般钢料和铸铁时：在加工一般钢料和铸铁时：在无冲击的情况下粗车，在无冲击的情况下粗车，ss 取取 值为值为 0 0 -5-5；精车时，精车时，ss 取值为取值为 0 0 +5+5；在有冲击负荷时，在有冲击负荷时，ss可取可取 为为-5-5 -15-15；冲击特别大时，冲击特别大时，ss可取可取 -30-30 -45-45。2.3.4 2.3.4 切削液的作用和选择切削液的作用和选择1.1.切削液的作用切削液的作用1 1) )冷却作用冷却作用2 2) )润滑作用润滑作用3 3) )清洗

40、作用清洗作用 2.2.切削液的种类切削液的种类1)1)水溶液水溶液以水为主加入防锈剂以水为主加入防锈剂或表面活性剂和油性添加剂。或表面活性剂和油性添加剂。( (水水+ +防锈剂防锈剂+ +油性剂油性剂) )2)2)乳化液乳化液由矿物油、乳化剂及由矿物油、乳化剂及其它添加剂配制的乳化油和其它添加剂配制的乳化油和90%-90%-95%95%的水稀释而成。的水稀释而成。( (乳化油乳化油+ +水（水（ 90%90% 95%95%）3)3)切削油切削油主要成分是矿物油，主要成分是矿物油，少数采用植物油或复合油。少数采用植物油或复合油。（矿物油（或动、植物油）（矿物油（或动、植物油） 冷却作用冷却作用

41、润滑作用润滑作用 1 1) )水溶液水溶液 强强 弱弱 2 2) )乳化液乳化液 3 3) )切削油切削油 弱弱 强强2.2.切削液的种类切削液的种类3.3.切削液的选用切削液的选用 (1)(1) 按加工性质选用：按加工性质选用： 1)1)粗加工时，应选用以冷却为主的水溶液或粗加工时，应选用以冷却为主的水溶液或乳化液；乳化液； 2)2)精加工时，应选用润滑为主的极压切削油精加工时，应选用润滑为主的极压切削油或高浓度的极压乳化液。或高浓度的极压乳化液。 3)3)钻削、铰削、拉削和深孔加工时，应选用钻削、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粘度较小的极压水溶液、极

42、压乳化液和极压切削油，并应加大流量和压力。削油，并应加大流量和压力。3.3.切削液的选用切削液的选用 (2)(2) 按刀具材料选用：按刀具材料选用： 1)1)高速钢刀具高速钢刀具 粗加工用极压水溶液或极压乳化液粗加工用极压水溶液或极压乳化液; ; 精加工用极压乳化液或极压切削油。精加工用极压乳化液或极压切削油。 2)2)硬质合金刀具切削，一般不使用切削液；硬质合金刀具切削，一般不使用切削液； 3)3)使用立方氮化硼刀具或砂轮时，不宜使用使用立方氮化硼刀具或砂轮时，不宜使用水质切削液。水质切削液。3.3.切削液的选用切削液的选用 (3)(3) 按工件材料选用：按工件材料选用： 1)1)铸铁、黄铜

43、及硬铝等脆性材料一般铸铁、黄铜及硬铝等脆性材料一般不加切削不加切削液液。 2)2)切削有色金属和铜合金时，不宜采用切削有色金属和铜合金时，不宜采用含硫含硫的的切削液，以免腐蚀工件。切削液，以免腐蚀工件。 3)3)切削镁合金时，不能用切削镁合金时，不能用油质切削液油质切削液，以免燃，以免燃烧起火。烧起火。2.3.5 2.3.5 切削用量的合理选择切削用量的合理选择 什么是合理的切削用量？什么是合理的切削用量？ 在在保证加工质量保证加工质量的前提下，充分利用刀的前提下，充分利用刀具和机床的性能，能获得具和机床的性能，能获得高的生产率高的生产率和和低的低的加工成本加工成本的切削用量。的切削用量。 1

44、.1.切削用量选择的原则切削用量选择的原则 (1)(1)a aspsp、f f、v vc c对切削生产率的影响对切削生产率的影响 材料切除率材料切除率 Q Q = = 10001000 v vc c a aspsp f f （mmmm3 3/s/s） (2)(2)a aspsp、f f、v vc c对表面粗糙度（加工质量）的影响对表面粗糙度（加工质量）的影响 表面粗糙度表面粗糙度 1)1)进给量进给量f f影响最大影响最大 f f 对表面粗糙度的影响对表面粗糙度的影响rrmaxctgctgfRrfRmax82r=0r很大(2)(2)a aspsp、f f、v vc c对表面粗糙度的影响对表面粗

45、糙度的影响 表面粗糙度表面粗糙度 1)1)进给量进给量f f影响最大影响最大 2)2)切削速度切削速度v vc c次之次之(2)a(2)aspsp、f f、v vc c对表面粗糙度的影响对表面粗糙度的影响 表面粗糙度表面粗糙度 1)1)进给量进给量f f影响最大影响最大 2)2)切削速度切削速度v vc c次之次之 3)3)被吃刀量被吃刀量a aspsp影响最小影响最小(3)(3)a aspsp、f f、v vc c对刀具寿命的影响对刀具寿命的影响 刀具寿命：刀具寿命：7502525TC.spcaTfv 在机床、刀具、工件的强度以及工艺系统刚在机床、刀具、工件的强度以及工艺系统刚性允许的条件下

46、：性允许的条件下： 1 1）首先选择尽可能大的背吃刀量）首先选择尽可能大的背吃刀量a aspsp ; ; 2 2）其次选择在加工条件和加工要求限制下允许）其次选择在加工条件和加工要求限制下允许的进给量的进给量f f; ; 3 3）最后再按刀具寿命的要求确定一个合适的切）最后再按刀具寿命的要求确定一个合适的切削速度削速度v vc c。切削用量选择的原则切削用量选择的原则 (1)(1)刀具的经济寿命刀具的经济寿命T TC C（minmin）：）： 按工序加工成本最低的原则确定的刀具寿命。按工序加工成本最低的原则确定的刀具寿命。 (2)(2)刀具的最高生产率寿命刀具的最高生产率寿命T TP P（mi

47、nmin）：）： 按工序加工时间最少的原则确定的刀具寿命。按工序加工时间最少的原则确定的刀具寿命。 2. 2.刀具寿命的确定刀具寿命的确定 2.2.刀具寿命的确定刀具寿命的确定 刀具寿命刀具寿命高高 速速 钢钢硬硬 质质 合合 金金陶陶 瓷瓷经经 济寿济寿 命命最高生产率最高生产率 寿寿 命命MCtTtctC7MCtTtctC4MCtTtctCctPtT7ctPtT4ctPtTtct 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Ct中，不计入M，单位：元/min；Ct 刀具费用,包括

48、刃磨费用在内的，刀具寿命期间与刀具有关的费用， 单位：元。2.2.刀具寿命的确定刀具寿命的确定 常用刀具寿命的推荐值（单位：常用刀具寿命的推荐值（单位：min）刀刀 具具 类类 型型刀具寿命刀具寿命T可转位车刀可转位车刀10 15硬质合金车刀硬质合金车刀20 60高速钢车刀高速钢车刀30 90硬质合金端铣刀硬质合金端铣刀120 180高速钢钻头高速钢钻头80 120齿轮刀具齿轮刀具200 300(3)(3)刀具寿命的合理选择：刀具寿命的合理选择： 在制定工艺规程时，在制定工艺规程时，一般情况下，宜采用一般情况下，宜采用刀具的经济寿命刀具的经济寿命T TC C及其所允许的切削速度，及其所允许的切

49、削速度，只有在紧急的单件生产、市场紧缺或批量生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产中出现薄弱环节时，才采用最高生产率寿命命T TP P及其所允许的较高的切削速度。及其所允许的较高的切削速度。 3.3.切削用量的合理制定切削用量的合理制定( (重点）重点） (1)(1) 背吃刀量背吃刀量a aspsp和走刀次数的选择和走刀次数的选择 1)1)粗加工时，首先应将精加工的和半精加工的余量粗加工时，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。留下来，剩下的余量尽可能在一次走刀下切除。3.3.切削用量的合理制定切削用量的合理制定 在

50、下列情况下，粗车一般要分两次或几次走刀，且在下列情况下，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：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；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；走刀会引起系统较大的振动；断续切削，刀具受到很大冲击，以至容易造成打断续切削，刀具受到很大冲击，以至容易造成打刀。刀。3.3.切削用量的合理制定切削用量的合理制定 (1)(1) 背吃刀量背吃刀量a asp

51、sp和走刀次数的选择和走刀次数的选择 最常用的是最常用的是两次走刀两次走刀，第一次走刀切，第一次走刀切去余量的去余量的 ，第二次走刀切去剩下余，第二次走刀切去剩下余量的量的 。3243 3141 3.3.切削用量的合理制定切削用量的合理制定 (1)(1) 背吃刀量背吃刀量a aspsp和走刀次数的选择：和走刀次数的选择： 2)2)精加工时的最小背吃刀量的确定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：取决于刀具刃口的锋利程度：a aspminspminr rn n 对于刃口较锋利的高速钢刀具对于刃口较锋利的高速钢刀具不应小于不应小于0.0050.005mmmm； 对于刃口不太锋利的

52、硬质合金刀具，背吃刀对于刃口不太锋利的硬质合金刀具，背吃刀量要略大一点。量要略大一点。 3.3.切削用量的合理制定切削用量的合理制定(2)(2) 进给量进给量f f 的选择：的选择： 1)1)粗加工时，主要考虑工艺系统的承受能力。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：选择进给量的限制条件有： 机床进给机构的强度机床进给机构的强度; ; 车刀刀杆强度、刚度车刀刀杆强度、刚度; ; 刀片强度；刀片强度； 工件装夹刚度等。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。允许的进给量中选取最小

53、的一个。 3.3.切削用量的合理制定切削用量的合理制定 2)2)半精加工和精加工时，最大进给量主要受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。加工精度和表面粗糙度的限制。 当车刀的刀尖圆弧半径当车刀的刀尖圆弧半径r r 较大时，进给量可以选较大时，进给量可以选得大一些；得大一些； rfRmax823.3.切削用量的合理制定切削用量的合理制定 2)2)半精加工和精加工时，最大进给量主要受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。加工精度和表面粗糙度的限制。 当车刀具有副偏角很小的修光刃时，进给量可以选当车刀具有副偏角很小的修光刃时，进给量可以选得大一些；得大一些； rrmaxctgctgfR3.3.切削用量的合理制定切削用量的合理制定 2)2)半精加工和精加工时，最大进给量主要受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。加工精度和表面粗糙度的限制。 当切削速度较高时，进给量可以选得大一些。当切削速度较高时，进给量可以选得大一些。3.3.切削用量的合理制定切削用量的合理制定(3)(3) 切削速度切削速度v vc c的选择：的选择： 1)1)根据已确定的背吃刀量根据已确定的背吃刀量a aspsp、进给量进给量f f 以及刀具寿以及刀具寿命命T T，