第二章 第六节 切削条件合理选择

1、 切削条件对以下因素产生影响切削条件对以下因素产生影响n生产率生产率n加工质量加工质量n生产成本生产成本切削条件涉及以下几方面切削条件涉及以下几方面n工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性n刀具的切削性能刀具的切削性能刀具切削部分的材料刀具切削部分的材料合理的刀具几何参数合理的刀具几何参数n切削液切削液n刀具耐用度和切削用量的合理选择刀具耐用度和切削用量的合理选择6-1 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性n可加工性可加工性 n可加工性的可加工性的刀具耐用度指标刀具耐用度指标n材料可加工性的改善材料可加工性的改善 n难加工材料难加工材料一一. 材料的切削加工性材料的切削加工性n定义：定义

2、：一定条件下工件材料切削加一定条件下工件材料切削加工的难易程度工的难易程度n材料可加工性的衡量：材料可加工性的衡量：刀具耐用度、刀具耐用度、已加工表面的完整性、切屑的控制已加工表面的完整性、切屑的控制n通常使用刀具耐用度作为衡量切削通常使用刀具耐用度作为衡量切削加工性的指标加工性的指标二二. 衡量切削加工性的指标衡量切削加工性的指标n绝对指标绝对指标vT：刀具的耐用度为：刀具的耐用度为T分钟时，某种分钟时，某种材料加工时允许的切削速度。材料加工时允许的切削速度。vT越大，材料的越大，材料的可加工性越好。可加工性越好。n相对指标相对指标Kr：以抗拉强度的：以抗拉强度的45钢的钢的V60为基为基准

3、（准（V60），把其它材料的），把其它材料的 V60与之相比。与之相比。6060vvKr三三.材料切削加工性的改善材料切削加工性的改善改善途径改善途径n调整化学成分，发展易切钢调整化学成分，发展易切钢n进行合适的热处理进行合适的热处理n改变工艺方法，如低碳钢冷拉降低塑性改变工艺方法，如低碳钢冷拉降低塑性n改变切削条件，如选择合适的刀具材料，改变切削条件，如选择合适的刀具材料，几何参数，切削用量与切削液等几何参数，切削用量与切削液等四四. 难加工材料难加工材料高强度钢、不锈钢、高温合金、钛合金等高强度钢、不锈钢、高温合金、钛合金等1.材料硬度高（高温硬度高）；材料硬度高（高温硬度高）；2.加工硬

4、化大；加工硬化大；3.有高硬度的硬质点；有高硬度的硬质点；4.导热性差，切削温度高；导热性差，切削温度高；5.强度大，特别是高温强度大；强度大，特别是高温强度大；6.化学活性大；化学活性大；7.弹性变形大弹性变形大 6-2 刀具切削性能刀具切削性能提高刀具切削性能的措施：设计设计合理，合理，制造制造质量高；质量高；合理合理选材选材；合理的合理的几何参数几何参数 1刀具切削部分的材料刀具切削部分的材料1. 刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能n强度和韧性强度和韧性n硬度和耐磨性硬度和耐磨性n耐热性耐热性n其他性能其他性能(1) 强度和韧性强度和韧性n强度强度:抗弯强度抗弯强度b(GPa或者或

5、者Kg/mm2)n韧性：韧性：冲击韧性冲击韧性ak(KJ/m2或者或者Kg/cm2)(2) 硬度和耐磨性硬度和耐磨性n影响耐磨性的因素：硬度；硬质点性质影响耐磨性的因素：硬度；硬质点性质数量和分布；显微组织；抗粘结性数量和分布；显微组织；抗粘结性工具钢工具钢HRC6065高速钢高速钢HRC 6070硬质合金硬质合金HRA8994陶瓷陶瓷HRA9195立方氮化硼立方氮化硼(CBN)HV80009000金刚石金刚石HV1000(3) 耐热性耐热性(红硬性红硬性)n高温下保持高硬度的能力，通常采用刀具材料硬高温下保持高硬度的能力，通常采用刀具材料硬度显著降低时的温度表示度显著降低时的温度表示工具钢工

6、具钢200250高速钢高速钢550600硬质合金硬质合金8001000 陶瓷陶瓷1200立方氮化硼立方氮化硼(CBN)14001500金刚石金刚石700以下以下(4) 其他性能其他性能n良好的导热性良好的导热性n抗粘附性抗粘附性高温高压下刀具与工件材料在接触面处抵抗熔高温高压下刀具与工件材料在接触面处抵抗熔结的能力结的能力n工艺性工艺性热处理性能，可加工性，刃磨性能热处理性能，可加工性，刃磨性能2. 刀具材料的种类及其选用刀具材料的种类及其选用 n高速钢高速钢n硬质合金硬质合金n陶瓷陶瓷n金刚石金刚石n立方氮化硼立方氮化硼(1) 高速钢高速钢(HHS)n高速钢高速钢HHS：W、Mo和和Cr含较

7、含较高的合金工具钢，许用切削速高的合金工具钢，许用切削速度高于一般的合金工具钢。度高于一般的合金工具钢。nW、Mo溶于基体，提高红硬性；溶于基体，提高红硬性；W、Mo、Cr等形成高硬度的碳等形成高硬度的碳化物，提高硬度和耐磨性。化物，提高硬度和耐磨性。高速钢高速钢HHS的分类的分类钨系高速钢钨系高速钢工艺性好，通用性好；但硬工艺性好，通用性好；但硬度不高度不高W18Cr4VW18Cr4V钼系高速钢钼系高速钢韧性好、碳化物细小均匀；韧性好、碳化物细小均匀；但易脱碳，淬火温度范围窄但易脱碳，淬火温度范围窄W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2高钴高速钢高钴高速钢高温硬度高，基体强度高，高温硬度高

8、，基体强度高，耐磨性好；但价格昂贵。耐磨性好；但价格昂贵。W2Mo9Cr4VCo8W2Mo9Cr4VCo8高碳高钒高速钢高碳高钒高速钢高温硬度高，韧性好，耐磨高温硬度高，韧性好，耐磨性好；但价格昂贵，难刃磨。性好；但价格昂贵，难刃磨。W12Cr4V4MoW12Cr4V4Mo高钒含铝高速钢高钒含铝高速钢 耐磨性好，硬度高，可磨性耐磨性好，硬度高，可磨性差差W6Mo5Cr4V2AlW6Mo5Cr4V2Al稀土高速钢稀土高速钢晶粒细小，碳化物分布均匀，晶粒细小，碳化物分布均匀，韧性最好；但价格较贵。韧性最好；但价格较贵。W14Cr4VMnReW14Cr4VMnReHHS的选择的选择n根据工件材料的性

9、质：一般选择通用型，难根据工件材料的性质：一般选择通用型，难加工材料选高钴、高钒高速钢。加工材料选高钴、高钒高速钢。n根据工件的形状和刀具的类型：简单刀具可根据工件的形状和刀具的类型：简单刀具可选择高钒高速钢，复杂刀具可选择钨系、钼选择高钒高速钢，复杂刀具可选择钨系、钼系低钴高速钢（不可选高钒高速钢），钻头系低钴高速钢（不可选高钒高速钢），钻头选钼系高速钢。选钼系高速钢。n根据加工方式：断续加工选用韧性较好的钼根据加工方式：断续加工选用韧性较好的钼系高速钢和稀土高速钢。若选用高钴、高钒系高速钢和稀土高速钢。若选用高钴、高钒高速钢必须采用适当的热处理，提高其韧性高速钢必须采用适当的热处理，提高其

10、韧性(2) 硬质合金硬质合金n由高硬度高熔点的金属碳化物和金属粘结由高硬度高熔点的金属碳化物和金属粘结剂组成，经过粉末冶金方法制造的。剂组成，经过粉末冶金方法制造的。n金属碳化物有：金属碳化物有：WCWC、TiCTiC、TaCTaC、NbCNbC等，等，n金属粘结剂有：金属粘结剂有：CoCo、MoMo、NiNi等。等。n金属碳化物具有高硬度、高熔点、化学稳金属碳化物具有高硬度、高熔点、化学稳定、热稳定等特点，因而硬质合金的耐磨定、热稳定等特点，因而硬质合金的耐磨性和红硬性较好，刀具的耐用度较高。同性和红硬性较好，刀具的耐用度较高。同类硬质合金粘结剂含量越多刀具的韧性越类硬质合金粘结剂含量越多刀

11、具的韧性越好，但硬度越低。好，但硬度越低。硬质合金的选用硬质合金的选用钨钴类钨钴类钨钴钛类钨钴钛类通用类通用类符号符号YGYTYW成分成分WCCoWC、TiCCo WC、TiC、TaC(NbC)Co牌号牌号YG8YT14YW3硬度硬度/红硬性红硬性低低/低低高高/高高较高较高/高高强度和韧性强度和韧性大大小小大大导热性导热性大大小小抗氧化和粘结性抗氧化和粘结性低低高高高高工件材料工件材料脆性材料脆性材料塑性材料塑性材料塑性、脆性材料塑性、脆性材料均可均可刀具磨损刀具磨损后刀面磨损后刀面磨损前刀面磨损前刀面磨损前、后刀面磨损前、后刀面磨损切削力切削力重载、大切削力重载、大切削力(3) 陶瓷陶瓷n

12、以为以为AlAl2 2O O3 3或或SiSi3 3N N4 4为主要成分，添加少为主要成分，添加少量粘结剂高温烧结而成的一种微晶显微量粘结剂高温烧结而成的一种微晶显微组织的刀具材料。组织的刀具材料。n特点：硬度很高、耐磨性好、耐热性高、特点：硬度很高、耐磨性好、耐热性高、化学稳定、摩擦系数低、强度和韧性差，化学稳定、摩擦系数低、强度和韧性差，脆性大，易崩刃，刃磨困难。脆性大，易崩刃，刃磨困难。n用途：主要用于精加工和半精加工，大用途：主要用于精加工和半精加工，大件零件和高精度零件加工。件零件和高精度零件加工。(4) 金刚石金刚石n天然，天然，PVDPVD、CVDCVD。n特点：硬度最高、耐磨

13、性好、摩擦系特点：硬度最高、耐磨性好、摩擦系数最低、导热系数最大、强度和韧性数最低、导热系数最大、强度和韧性不高，热稳定性差，刃磨困难，和铁不高，热稳定性差，刃磨困难，和铁和钛有很强的化学亲和力。和钛有很强的化学亲和力。n用途：主要用于有色金属及其合金、用途：主要用于有色金属及其合金、非金属材料的半精加工、精加工和超非金属材料的半精加工、精加工和超精加工。不由于加工黑色金属、钛及精加工。不由于加工黑色金属、钛及其合金。其合金。(5) 立方氮化硼立方氮化硼 n由较软的六方氮化硼经过高温高压法由较软的六方氮化硼经过高温高压法转化而成。转化而成。n特点：硬度很高、耐磨性好、耐热性特点：硬度很高、耐磨

14、性好、耐热性高、化学稳定、摩擦系数低。可直接高、化学稳定、摩擦系数低。可直接加工淬火钢、铸铁、高温合金等，可加工淬火钢、铸铁、高温合金等，可以使工件产生残余压应力。以使工件产生残余压应力。二二. 合理的刀具几何参数合理的刀具几何参数n前角n后角n主偏角n刃倾角1. 前角的功用及选择前角的功用及选择前前角角的的功功用用影响切削区的变形程度：影响切削区的变形程度：前角前角 前刀面的挤压前刀面的挤压 塑性变形塑性变形 切切削在前刀面的摩擦阻力削在前刀面的摩擦阻力 切削力切削力 切削热切削热。影响切削刃与刀头的强度、受力性影响切削刃与刀头的强度、受力性质、散热条件：质、散热条件：前角前角 切削刃与切削

15、刃与刀头的强度刀头的强度 力的方向变化，散力的方向变化，散热条件变坏，刀具易磨损，易崩刃。热条件变坏，刀具易磨损，易崩刃。不同材料的刀尖受力点不同材料的刀尖受力点不同前角的刀尖受力情况不同前角的刀尖受力情况2. 前角选择前角选择前前角角选选择择工件工件材料材料塑性塑性选较大的前角选较大的前角脆性脆性选较小的前角选较小的前角强度强度(硬度硬度)高高选较小的前角选较小的前角强度强度(硬度硬度)低低选较大的前角选较大的前角刀具刀具材料材料强度高韧性好强度高韧性好选较大的前角选较大的前角强度低脆性大强度低脆性大选较小的前角选较小的前角3. 后角功用及选择后角功用及选择后后角角功功用用.减小后刀面与工件

16、的接触面积，减小减小后刀面与工件的接触面积，减小后刀面磨损后刀面磨损影响刀尖圆弧半径：后角影响刀尖圆弧半径：后角，尖圆弧半，尖圆弧半径径，刀具越锋利，刀具越锋利影响切削刃强度、散热体积：后角影响切削刃强度、散热体积：后角，切削刃强度切削刃强度，散热条件变坏，散热条件变坏在同样的在同样的VB下影响刀具的耐用度：下影响刀具的耐用度：VB不变，后角不变，后角，刀具切削的金属体积增，刀具切削的金属体积增加，刀具耐用度加，刀具耐用度。后角后角选择选择精加工精加工选较大的后角选较大的后角粗加工粗加工选较小的后角选较小的后角4. 主偏角功用和选择主偏角功用和选择n主偏角的功用主偏角的功用1.影响切削分力影响

17、切削分力Fx、Fy比例：比例：主偏角主偏角，Fy，系统，系统刚度较高刚度较高2.影响切削刃的工作长度和切削厚度：影响切削刃的工作长度和切削厚度：在进给量和在进给量和切深不变时，主偏角切深不变时，主偏角，切削刃的工作长度，切削刃的工作长度，切，切削厚度削厚度，单位长度切削刃负载，单位长度切削刃负载，刀具耐用度，刀具耐用度。3.影响残余面积和散热条件：影响残余面积和散热条件：主偏角主偏角，刀尖圆弧，刀尖圆弧半径半径，残余面积，残余面积，散热条件改善。，散热条件改善。主偏角的选择主偏角的选择n工件材料强度高的工件材料选较小的主工件材料强度高的工件材料选较小的主偏角。偏角。n工艺系统刚度工艺系统刚度较

18、好，选较工艺系统刚度工艺系统刚度较好，选较小的主偏角；工艺系统刚度较差，选较小的主偏角；工艺系统刚度较差，选较大的主偏角大的主偏角n加工方式加工方式粗加工、半精加工，选较大的主偏角。粗加工、半精加工，选较大的主偏角。单件小批生产，选用主偏角为单件小批生产，选用主偏角为90的适用性的适用性好的刀具。好的刀具。5. 刃倾角的功用及选择刃倾角的功用及选择刃倾角的功用刃倾角的功用n控制切屑流出方向：刃倾角大于零，切屑朝控制切屑流出方向：刃倾角大于零，切屑朝操作者和床头方向流出，不会碰上已加工表操作者和床头方向流出，不会碰上已加工表面。刃倾角小于零，切屑朝工件已加工表面面。刃倾角小于零，切屑朝工件已加工

19、表面方向流出。方向流出。n影响刀尖的强度：刃倾角大于零，刀尖最高，影响刀尖的强度：刃倾角大于零，刀尖最高，切削时刀尖先于刀面和工件接触，有冲击时切削时刀尖先于刀面和工件接触，有冲击时易崩刃；刃倾角小于零，刀尖最低，切削时易崩刃；刃倾角小于零，刀尖最低，切削时刀面先于刀尖和工件接触，有利于保护刀尖。刀面先于刀尖和工件接触，有利于保护刀尖。n影响实际前角和实际刀尖圆弧半径：刃倾角影响实际前角和实际刀尖圆弧半径：刃倾角，实际前角实际前角，实际刀尖圆弧半径，实际刀尖圆弧半径，刀具锋利，刀具锋利，较大的刃倾角可以切削很薄的切削层，因而较大的刃倾角可以切削很薄的切削层，因而微量精加工时，常用较大的刃倾角。

20、微量精加工时，常用较大的刃倾角。刃倾角的选择刃倾角的选择工件工件材料材料强度强度(硬度硬度)高时，选较小的刃倾角，负刃倾角。高时，选较小的刃倾角，负刃倾角。加工加工情况情况一般钢材一般钢材和铸铁和铸铁精车：精车：05粗车：粗车：05一般冲击载荷一般冲击载荷:-5-15较大冲击载荷较大冲击载荷:-30-45微量精车、精微量精车、精铇、精镗铇、精镗4575强力切削强力切削-10-206-3 刀具耐用度和切削用量的刀具耐用度和切削用量的合理选择合理选择n刀具耐用度的合理选择刀具耐用度的合理选择n切削用量的制定切削用量的制定n切削过程的优化切削过程的优化一一. 刀具耐用度的合理选择原则刀具耐用度的合理

21、选择原则n刀具耐用度的选择依据刀具耐用度的选择依据最大生产率耐用度：依据单件工序工最大生产率耐用度：依据单件工序工时最低原则制定的刀具耐用度，时最低原则制定的刀具耐用度，t tp p。经济耐用度：依据单件工序成本最低经济耐用度：依据单件工序成本最低原则制定的刀具耐用度，原则制定的刀具耐用度，t tc c。1. 工序费用与刀具耐用度的关系工序费用与刀具耐用度的关系2.经济耐用度经济耐用度tc原则原则n单件工序费用加工费用换刀费用刀具使用成本辅助费用MtCttMtttMtCottmmtcmqt tm m：工序切削加工工时；：工序切削加工工时；qt tctct：一次换刀所需时间；：一次换刀所需时间；

22、qt totot：除换刀以外的辅助时间；：除换刀以外的辅助时间；qM M：单位时间内工：单位时间内工序分摊的企业费用；序分摊的企业费用；qC Ct t：刀具成本；：刀具成本；qt t：刀具耐用度：刀具耐用度经济耐用度经济耐用度tc计算计算n单件工序成本最低，令单件工序成本最低，令dC/dt=0n其中其中m是刀具耐用度是刀具耐用度VtmA中的指数，中的指数，tc对于的速度为经济切削速度对于的速度为经济切削速度vcMCtmmttctc1mcctAv 3. 最大生产率耐用度最大生产率耐用度tp原则原则otmctmwttttttn单件工序工时最低，令单件工序工时最低，令dtdtw w/dt/dt=0=0n其中其中m m是刀具耐用度是刀具耐用度VtVtm m