第一章金属切削参数的选择及优化

1、第三节 金属切削参数的选择及优化 切削加工性的标志方法： 保证高生产率的条件下，刀具寿命越高，材料切削加工性越好。 保证相同刀具寿命的条件下，允许的最大切削速度越高，材料切削加工性越好。 相同切削条件下，达到刀具磨钝标准时切除的金属体积越大，材料切削加工性越好。 工件材料的切削加工性工件材料被切削加工的难易程度。 （1）考虑生产和刀具寿命的标志方法 ；工件材料的切削加工性cvcvcvcvcv 在一定的条件下，以加工某种材料是否容易达到所要求的加工表面质量的各项指标来衡量。表面质量主要指工件表面的表面粗糙度。 （2）考虑已加工表面质量的标志方法 ；（3）考虑安全生产和工作稳定性的标志方法； PF

2、 在相同的切削条件下，单位切削力较小的材料，其切削加工性较好。而在自动化生产或深孔加工中，工件材料在切削加工中越容易断屑，其切削加工性越好。 综合三种标志方法，切削某种材料时，刀具寿命长，允许的切削速度高，表面质量容易保证，切削力小，易断屑，则这种材料的切削加工性好。常用的衡量材料切削加工性的指标：vT 材料的相对加工性衡量指标：Kv 以强度b =0.637GPa的45钢的v60作为基准，写作(v60 )j；而把其他各种材料的v60同它相比，这个比值Kv称为材料的相对加工性，即：工件材料的切削加工性 vT 当刀具寿命为T时，切削某种材料所允许的切削速度。T常取60min、30min、15min

3、，写作v60、v30、v15。 jvvvK)/(6060 当Kv1时，表示该材料比45钢容易切削； 当Kv3.0铜铝合金、铝镁合金2容易切削材料易削钢2.5-3.0退火15 Cr3较易削钢1.6-2.5正火30钢 4普通材料一般钢及铸铁1.0-1.645钢、灰铸铁、结构钢5稍难切削材料0.65-1.02Cr13调质、85钢轧制6难切削材料较难切削材料0.5-0.6545Cr调质、60Mn调质7难切削材料0.15-0.550CrV调质、相钛合金8很难切削材料0.15相钛合金、镍基高温合金工件材料的切削加工性 影响材料切削加工性的因素： 改善材料切削加工性的途径： （1）材料的硬度和强度； （2）

4、材料的塑性及韧性； 材料的塑性及韧性过大或过小，都将使材料的切削加工性能降低。 （3）材料的导热性。 采用热处理的方法改变材料的金相组织；调整材料的化学成分；选择加工性好的材料状态；采用合适的刀具材料；选择合理的刀具几何参数；制定合理的切削用量；选用恰当的切削液等。 切削液 使用切削液的目的： 实现提高刀具寿命、加工质量和生产效率，降低生产成本的目的： 改善刀具与工件及切屑间的摩擦状况； 降低切削温度和切削力； 减轻刀具磨损； 减小工件热变形。 润滑、冷却、清洗、防锈。 切削液的作用： 切削液的润滑机理： 通过在刀具与切屑、工件的接触面之间形成吸附薄膜而实现润滑。 切削液 切削液的种类： 水溶

5、液 在水中加入一定含量的油性、防锈等添加剂制成的透明液体。 乳化液 将乳化油用水稀释而成，不透明呈乳白色。 （乳化油由矿物油、乳化剂、防锈剂、油性 剂、极压剂、防腐剂等组成） 切削油 主要成分是矿物油，少数采用矿物油和动、植物油的复合油。 切削液 切削液的合理选择： 粗加工时，以冷却为主。高速钢刀具加工时，使用3%-5%的乳化液；硬质合金、陶瓷刀具加工时，一般不用切削液（数控机床上加工时需要，选用高浓度乳化液）。 切削钢料等塑性材料时，需要使用切削液。 切削铸铁等脆性材料时，一般不用切削液。 加工铜合金、铅合金、铝镁合金各有规定。 磨削时，注重冷却、清洗，选用普通乳化液。 钻孔、攻螺纹、铰孔、

6、拉削、齿轮加工时，选用极压切削油。 精加工时，注重润滑性能，选用极压切削油或高浓度乳化液。刀具几何参数的合理选择 在保证刀具具有足够强度和耐磨性的前提下，力求刀具锋利；而在提高切削刃锋利的同时，应保护刀刃和刀尖。 主要考虑刀具切削角度（前角0、后角0、主偏角Kr 、副偏角Kr、刃倾角s的合理选择。 前角0的选择： 前角0的大小决定切削刃的锋利程度和强固程度。前角应有一个合理值，即存在一个合理前角opt，此时刀具耐用度T最大。硬质合金的opt较小，而高速钢的opt较大。 后角0的选择： 后角 0增大，后刀面的磨损减小，刀具楔角减小，刀具变得锋利。与前角一样，存在一个合理后角opt。其选择依据为切

7、削厚度hD或进给量f 的大小。刀具几何参数的合理选择 刀具合理前角opt的选择原则： 工件材料的强度、硬度大时，选择较小前角； 工件材料的塑性大时，选择较大前角； 精加工时，选择较大前角； 加工脆性材料时，选择较小前角； 刀具材料的强度和韧性较高时，选择较大前角； 粗加工时，选择较小前角； 加工高强度钢断续切削时，为防止脆性刀具材料的破损，选择负前角； 工艺系统刚性差，机床功率不足时，选择较大前角。 刀具几何参数的合理选择 刀具合理后角opt的选择原则： 工件材料较软，塑性较大，已加工表面容易产生硬化时，选择较大后角； 工件材料强度或硬度较高时，选择较小后角； 精加工时，选择较大后角； 工艺系

8、统刚度较差时，选择较小后角； 径向尺寸精度要求较高时，选择较小后角； 粗加工或刀具承受冲击载荷时，选择较小后角 刀具材料的强度和韧性较高时，选择较大后角。 刀具几何参数的合理选择 主偏角Kr的选择 减小主偏角，将增加刀尖强度，减小工件表面残留面积高度，使径向切削分力增大，增加工件挠度，并影响断屑效果。 粗加工、半精加工、工艺系统刚性较差时，选择较大的主偏角 ； 工件材料很硬时，选择较小的主偏角； 考虑到一刀多用，选择通用性较好的车刀，如Kr =45或Kr =90等。 根据工件已加工表面形状选择主偏角; 如加工阶梯轴时，选Kr =92；需45倒角时，选Kr=45。主偏角Kr的选择原则：刀具几何参

9、数的合理选择 副偏角Kr的选择： 粗加工时，一般选取Kr =5-10； 精加工时，一般选取Kr =10-15。 刃倾角s的选择：刃倾角s =0时，切屑沿主剖面方向流出； 刃倾角s 0时，切屑流向待加工表面。 s =0 -s +s切削用量的合理选择 “合理”的切削用量能够充分发挥刀具和机床的性能，保证加工质量、高生产率、低加工成本下的切削用量。 1、切削用量对生产率的影响 生产率P与背吃刀量ap、进给量f、切削速度v的计算关系如下： P=A0apfv，公式中系数A0为一常数。 可知，ap、f、v增加一倍，生产率将增加一倍。 2、切削用量对刀具寿命T的影响 ap、f、v任一参数增大，刀具寿命T都将

10、下降，其中v影响最大，f次之，ap最小。 考虑T来选择切削用量时，首先选择较大的ap，其次选择较大的f，最后，根据既定的T值确定合理的v。切削用量的合理选择 3、切削用量对加工质量的影响 ap增大，工件加工精度下降，表面粗糙度增大； f 增大，表面粗糙度增大； v增大，切削变形、切削力、表面粗糙度均减小。 因此，精加工应采用小的ap、 f 。为避免积屑瘤的影响，可采用硬质合金刀具进行高速切削（v80m/min），或采用高速钢刀具进行低速切削（v=3-8m/min）。切削用量的合理选择（1）背吃刀量ap的合理选择 一般根据加工余量来确定背吃刀量ap 。 半精加工（Ra6.3-3.2m ）时，ap

11、 = 0.52mm。 精加工（Ra1.6-0.8m ）时，ap = 0.10.4mm。 粗加工（表面粗糙度Ra50-12.5m ）时，一次走刀尽可能切除全部余量。在中等功率机床上，ap =810mm。如果余量太大或不均匀、工艺系统刚性不足、断续切削时，可分几次走刀。 4、切削用量的确定 切削用量的合理选择 （2）进给量f 的合理选择 粗加工时，合理的进给量为工艺系统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。但不宜过小，因切削深度过薄，刀尖处应力集中，散热不良，使刀具磨损加快，反而使表面粗糙度增大。 （3）切削速度v的合理选择 粗车时，ap、f 均较大，故v较小； 精车时，ap、f 均较小，故v较大； 工件材料强度、硬度较高时，v较小，反之，选较高的v； 刀具材料的性能越好，v越高。 切削用量的确定、切削用量的优化 优化在一定的预定目标及约束条