机械制造基础ch03切削条件选择jg课件

1、本章基本要求： 了解金属切削加工技术经济指标 会正确选择刀具材料及几何参数 掌握切削用量的选择原则及方法，会正确选择 了解切削液的种类、作用 了解工件材料切削加工性的概念第三章 金属切削条件的合理选择本章主要内容： 刀具材料与结构的选择 刀具几何参数的选择 切削用量的选择 切削液的选用 工件材料的切削加工性第三章 金属切削条件的合理选择技术经济效果E 就是在实现技术方案时，输出的使用价值V(也称效益)与输入的劳动耗费C之间的比值。 第一节 切削加工主要技术经济指标 第一节 切削加工主要技术经济指标 使用价值一定，劳动耗费最小；或劳动耗费一定，使用价值最大。 切削加工的主要技术经济指标包括产品质

2、量，生产率，经济性三个方面。 最优的技术经济效果：一、生产率 第一节 切削加工主要技术经济指标基本时间辅助时间其它时间二、经济性 第一节 切削加工主要技术经济指标工时成本刀具成本 1、高的硬度和耐磨性 2、足够的强度和韧性 3、高的耐热性(红硬性)与化学稳定性 4、较好的工艺性第二节 刀具的选择一、刀具材料的选择（一）刀具材料应具备的基本性能 a、碳素工具钢 b、合金工具钢 c、高速钢 d、硬质合金 e、陶瓷材料 f、人造金刚石 g、立方氮化硼 h、涂层刀具（二）常用刀具材料 高速钢是以钨、铬、钒、钼和钴为主要合金元素的高合金工具钢，又称锋钢或风钢。高速钢强度、韧性和工艺性能均较好，主要用于中

3、、低速切削的各种刀具、形状复杂刀具和小型刀具制造中。 按基本化学成分：钨系和钨钼系高速钢按切削性能分：普通高速钢和高性能高速钢按制造方法分：熔炼高速钢和粉末冶金高速钢 W18Cr4V 1、高速钢(1)K类(YG) WC+Co 常用牌号有YG3、YG6、YG8等（加工铸铁）2、硬质合金 硬质合金由高硬度、高熔点的金属碳化物和金属粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。(2)P类(YT) WC+TiC+Co 常用牌号有YT5、YT15、YT30等（加工钢件）(3)M类(YW)（有少量TaC或NbC） 有“通用硬质合金”之称。GB/T 18376.1-2001硬质合金牌号第1部分: 切削工具用硬质合金牌号二、

4、刀具角度的选择内容：刀具角度 刀刃形状 刀面形式 原则：粗加工：提高生产率，保证刀具耐用度 精加工：保证加工质量 合理的刀具角度：在保证加工质量的前提下，能够充分发挥刀具的切削性能，获得最高的刀具耐用度，从而达到提高切削效率或降低生产成本的目的。 （一）前角的作用和选择 选择原则:锐字当先，锐中求固（1）根据刀具切削部分材料选（2）根据工件材料选（3）根据加工要求选 通常硬质合金车刀的前角在-5 +20范围选取，高速钢刀具的前角应比硬质合金大5 10，而陶瓷刀具的前角一般取-5-15。 1、加工塑性材料（如钢） 加工脆性材料（如铸铁） 2、刀具材料的强度及韧性 3、工件材料的强度或硬度 工件材

5、料的强度或硬度 4、粗加工和断续切削前角 ；精加工前角 。 前角的选择图3-1 负倒棱车刀 后角作用： 减小刀具后面与工件表面之间的摩擦， 并配合前角调整切削刃的锋利与强固。 （二）后角的作用和选择选择原则： 在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，取小值。工件材料的强度或硬度 ，后角工件材料塑性、韧性 ，后角工艺系统刚性 ，后角粗加工时，后角 ；精加工时， 后角有尺寸精度要求的刀具，后角车刀的副后角一般等于其主后角切断、切槽刀的副后角，受刀头强度和重磨后尺寸限制，只能取得很小。 后角选择：图3-3 消振棱车刀a.影响刀具耐用度(刀尖强度,散热)；b.影响切削分力的变化；c.影响已加工表面粗糙度；

6、主偏角：主要考虑工艺系统的刚性，在不产生振动的条件下取小值。副偏角：主要根据表面粗糙度要求选择，通常较小。（三）主偏角和副偏角的作用和选择原则 2、选择原则1、主要作用表3-1 主偏角和副偏角选择参考值加工情况主偏角Kr副偏角Kr粗车,无中间切入工艺系统刚性好45，60，755 10工艺系统刚性差65，75，9010 15车削细长轴，薄壁件90，936 10精车，无中间切入工艺系统刚性好450 5工艺系统刚性差65，750 5车削冷硬铸铁，淬火钢10 304 10从工件中间切入45 6030 45切断刀、切槽刀60 901 2图3-4 三种常用车刀主偏角的形式a）45弯刀b）尖头刀c）90偏刀

7、图3-5 过渡刃与修光刃 （四）刃倾角的作用和选择1、主要作用2、选择原则a）+s b）s=0 c）-s图3-6 刃倾角对刀尖强度的影响（k r90刨刀) 图3-7 刃倾角对排屑方向的影响（四）刃倾角的作用和选择1、主要作用a.影响切削刃的锋利性 s0 b.影响刀头强度和散热条件c.影响切入切出的平稳性d.影响切削分力的大小和方向 e.影响排屑方向2、选择原则兼顾各种因素合理选择。s()0 +5+5 +100 -5-5 -10-10 -15-10 -45应用范围精车钢车细长轴精车有色金属粗车钢和灰铸铁粗车余量不均匀钢断续车削钢和灰铸铁带冲击切削淬硬钢表3-2 刃倾角的选择 刀具各角度之间是互相

8、联系互相影响的。孤立地选择某一角度并不能得到所希望的合理值。应综合考虑各种影响（刀具材料、结构；工件材料、结构、尺寸，切削条件等）合理选择。注意： 在中等刚性车床上，加工热轧和锻制的中碳钢用的大切深强力切削车刀。 刀具材料为YT15（P10）； 适用的切削速度vc50m/min60m/min 背吃刀量ap15mm20mm 进给量 f 0.25mm/r0.4mm/r。 （五）车刀几何参数选用综合举例 75大切深强力切削车刀特点：（1）较大的前角（2）较大的主偏角（3）负刃倾角（4）磨制双重后角（5）过渡刃和修光刃 （6）负倒棱 （7）磨制断屑槽 图3-8 75大切深强力切削车刀 切刀、孔加工刀具

9、、拉刀、铣刀、螺纹刀具、齿 轮刀具、磨具、数控机床用刀具和自动线刀具等。 单刃（单齿）刀具和多刃（多齿）刀具 一般通用刀具和复杂刀具 定尺寸刀具和非定尺寸刀具 整体式刀具 装配式刀具 复合刀具 三、刀具类型及结构的选择（一）刀具类型1、整体式2、焊接式3、机夹式（二）刀具结构图3-8 车刀的结构形式 a) 整体式车刀b) 焊接式车刀 d) 机夹可转位式车刀c) 机夹重磨式数控车刀三、刀具类型及结构的选择（一）刀具类型可转位车刀的组成1-刀片 2-刀垫3-卡簧 4-杠杆5-弹簧 6-螺钉7-刀柄图3-9 常见夹紧机构 杠杆式楔钩式楔销式上压式偏心式螺销上压式压孔式各种形状的刀片（三）刀片形式数控

10、可转位刀片数控刀片 PCVD涂层刀片由10位字符串组成（GB2076-2007）可转位刀片的代码： T N U M 16 04 08 R A4 第三节 切削用量的选择为了取得最大的技术经济效益，应根据具体的加工条件，确定切削用量三要素（ap、f、vc）合理的组合。合理的切削用量合理的切削用量：指充分利用刀具的切削性能和机床性能（功率、扭矩等），在保证加工质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。 （一）加工质量一、选择切削用量时应考虑的因素（二）切削加工生产率影响程度相同高速，低进给（三）刀具耐用度通常：x y z 即：影响程度大小：vc f ap硬质合金车刀车中碳钢时：二、选择切

11、削用量的原则a.粗加工时，主要考虑生产率和刀具耐用度 ap f vc b.精加工时，主要考虑加工质量 ap f vc选择原则：首先根据加工余量选尽可能大的ap，其次根据工艺系统的强度、刚度及表面粗糙度要求等选尽可能大的f，再根据合理刀具耐用度选择选vc(转速n),最后校核机床功率。主要受加工余量的限制一次走刀尽量切完三、切削用量参数值的确定主要受切削力（粗加工）、表面粗糙度（精加工）的限制1、背吃刀量的选择2、进给量的选择多次走刀时，应尽量将第一次走刀的背吃刀量取大些，一般为总加工余量的2/33/4。 3、切削速度的选择 主要受刀具耐用度、机床功率的限制。背吃刀量和进给量选定后，可根据合理的刀

12、具耐用度计算或查表确定切削速度。切削速度确定之后，机床转速为： 计算出的转速n应按机床转速系列最后确定。选择切削速度时，还应考虑：1、精加工时，应尽量避免积屑瘤和鳞刺产生的区域。2、断续切削时，为减小冲击和热应力，宜适当降低切削速度。3、在易发生振动的情况下，避开自激振动的临界速度。4、加工大件、细长件、薄壁件以及带硬皮的工件时，应选用较低的切削速度。5、工件材料强度、硬度较高时，应选较低的切削速度。机床功率校核：1、采用切削性能更好的新型刀具材料 2、改善工件材料的加工性3、改进刀具结构和选用合理刀具几何参数4、提高刀具的制造刃磨质量5、采用性能优良的切削液和高效率的冷却方法四、提高切削用量

13、的途径工件材料：热轧45钢，b0.637GPa。毛坯直径dw=50mm，装夹在卡盘和顶尖中，装夹长度为lo350mm。 加工要求：车外圆至尺寸d=44mm，表面粗糙度为Ra3.2，加工长度lw300mm。试求：外圆车削的切削用量。 五、切削用量选择举例单边总余量：31、粗加工 余量2.52、精加工 余量0.5含有极性分子，能与金属表面形成牢固的吸附膜（物理吸附膜）。特点：润滑作用强，但不耐高温。用途：低速精加工第四节 正确选用切削液一、切削液的作用二、切削液的添加剂冷却，润滑，清洗，防锈（一）油性添加剂 极压添加剂是含硫、磷、氯、碘等的有机化合物。它们能在高温下与金属表面起化学反应，形成能耐较

14、高温度和压力的化学吸附膜，可避免金属界面直接接触，降低摩擦系数，保持良好的润滑条件。（二）极压添加剂（三）表面活性剂 表面活性剂即乳化剂，是一种有机化合物，它能使矿物油和水乳化形成稳定的乳化液。它们的乳化性能好，且具有一定的清洗、润滑及防锈性能。（四）防锈添加剂 防锈添加剂是一种极性很强的化合物，与金属表面有很强的附着力，能吸附在金属表面形成保护膜，或与金属表面化合成钝化膜，起到防锈作用。 三、切削液的种类（一）水溶液 水溶液主要成分是水，并在水中加入少量的防锈剂和乳化剂。它的冷却性能好，润滑性能差，呈透明状，便于操作者观察。 （二）乳化液 乳化油用水稀释而成。呈乳白色，故冷却性能好，并有一定

15、的润滑性能。低浓度的乳化液冷却效果较好，高浓度乳化液润滑效果较好。 （三）切削油 切削油主要是矿物油，动、植物油及它们的复合油。润滑性能好，但冷却性能差。在切削油中加入极压添加剂形成极压切削油可提高切削油在高温高压下的润滑性能。 1、根据刀具材料、加工要求选用切削液 2、根据工件材料选用切削液 3、根据加工性质选用切削液 四、切削液的选用五、切削液的使用方法1、浇注法 2、高压冷却法 3、喷雾冷却法 第五节 工件材料的切削加工性材料被切削加工的难易程度。工件材料的切削加工性：一、材料切削加工性的概念及衡量指标 衡量切削加工性的主要指标 相同切削速度下切削某种材料的刀具耐用度 相同耐用度下切削某

16、种材料所允许的切削速度（一）刀具耐用度或切削速度指标 v:当耐用度为T(min)时，切削某种材料所允许的最大切削速度。vT越高，材料的切削加工性越好。通常取T60min，vT写作v60； 材料的相对加工性Krv60/(v60)j 工件材料的相对加工性可分为八级。Kr值反映了不同材料对刀具磨损和耐用度的影响，对选择切削速度有指导意义。加工性等级材料名称及种类相对加工性Kr代表性材料1很容易切削材料一般有色金属3.0铝镁合金；QA19-42容易切削材料易切削钢2.5 3.015Cr，退火，b=373441MPa；自动机钢b=393491MPa3较易切削钢1.6 2.530钢，正火，b=441549

17、MPa4普通材料一般钢及铸铁1.0 1.645钢；灰铸铁5稍难切削材料0.65 1.02Cr13，调质，b=834MPa；85钢，b=883MPa6难切削材料较难切削材料0.5 0.6540Cr调质，b=1030MPa；65Mn，调质，b=932981MPa7难切削材料0.15 0.550CrVA，调质；1Cr18Ni9Ti；某些钛合金8很难切削材料 0.15某些钛合金；铸造镍基高温合金表3-11 材料切削加工性等级 （二）加工表面质量指标（三）切削力指标 一定的切削条件下能达到的已加工表面质量。一般用表面粗糙度Ra表示，容易获得较小Ra的材料其切削加工性就好。 精加工用此指标。 在相同切削条件下，使切削力（切削功率）增大、切削温度升高的材料，其切削加工性就差，反之加工性就好 系统刚性不足或机床功率不足时，常用此指标。 （四）切屑控制性能指标（断屑性能指标） 以所形成的切屑是否便于处理作为一项指标。 自动机床、数控机床或自动线等常用此指标。 比较钢、铸铁的切削加工性 一种工件材料很难在各方面都获得较好的切削加工性指标。在一般生产中，常以刀具一定耐用度下所允许的切削速度vT或相对加工性Kr作为衡量材料切削加工性的指标。 二、影响切削加工性的主要因素 1、硬度 工件材料的硬度越高，加工性越差。 2、强度