第一篇第六章 金属切削加工中的实际应用

1、第一篇第六章 金属切削加工中的实际应用第1页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六第一节 刀具合理几何参数的选择前角的作用直接影响刀具的锋利程度与切屑变形程度刀具锋利切屑变形程度F、 前角直接影响切削刃的强度和刀头强度前角刀刃及刀头强度易崩刃楔角直接影响切屑的形状和断屑效果前角切屑变形程度易断屑刀具几何参数的选择包括：一是刀具角度参数的选择； 二是刀具刃型尺寸参数的选择。前角的选择4.直接影响以已加工表面质量第2页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六高速钢的合理前角比Y合金的大。对于不同的刀具材料和工件材料，T 随0 的变化趋势为驼峰形。加工塑材的合理前角

2、比脆材的大。第3页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六选择原则工件材料： 脆性材料：O小，塑性材料：O大 刀具材料： 刀具的b 较大，则O可选大值 加工条件：粗加工时：O小，精加工时：O大工艺系统刚性差或机床功率小的：O大自动化加工或成形刀具：O小第4页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六0选择总原则：“锐字当先、锐中求固”第5页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六前面的刃型：多用于精加工用刀具、成形刀具硬质合金刀具切削高强度、高硬度材料常用于粗加工或精加工塑性材料的刀具多用于硬质合金刀具或断续切削负前角双面型可减少重磨次数第6页，共

3、49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六后角的作用影响刀具的锋利程度减少摩擦，刀具锋利切削力后角影响切削刃的强度和刀头强度后角刀刃及刀头强度易崩刃楔角3.影响切削刃寿命VB 一定,磨损体积 寿命后角图3-35 后角大小对刀具磨损体积的影响后角的选择第7页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六选择原则工件材料： 刀具材料： 刀具的b 较大，则O可选大值 加工条件： 粗加工时：O小，精加工时：O大 工件的b 较大，则O可选小值 工艺系统刚性差：O小第8页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六 后角一般取正，但也有特例，如右图。沿切削刃磨出负后角的窄棱

4、面，称为消振棱。消振棱可降低切削加工中的振动，熨压作用，强化切削刃，提高刀具耐用度 。 消振棱第9页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六主偏角、副偏角的作用影响残留面积的高度、Rmax 主偏角影响三个切削分力的大小和比例关系主偏角、副偏角的选择第10页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六4. 主偏角影响切屑层的形状在f、ap相同的情况下：bD 刀刃工作长度单位负荷主、副偏角影响刀尖强度第11页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六选择原则工件材料： 工艺系统刚性：刚性好，则取小值。 根据加工表面精度HB 第12页，共49页，2022年，

5、5月20日，16点58分，星期六r、r选择总原则：在不产生振动的条件下，取小值。第13页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六刃倾角的作用1. 影响切屑的流向： s = 0，切屑沿主切削刃垂直方向流出 ； s 0，切屑流向待加工面，不划伤已加工表面； s 0，切屑流向已加工面，不影响工人操作。2. 影响刀尖的强度： s 0，刀尖强度高，改善散热条件，提高T。刃倾角的选择3. 影响刀尖的切入点与平稳：4. 影响切削分力比值：s 0；加工高强度钢、淬硬钢或强力切削时，为提高刀头强度取s =-30o-10o 。s选择总原则：第15页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，

6、星期六一、切削液分类水溶液特点：（1） 冷却效果最好； （2） 透明，可直接观察切削区情况。缺点：（1） 润滑性最差； （2） 易导致金属生锈。第二节、切削液的选择第16页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六2. 乳化液（水基切削液）乳化油加水溶液稀释而成，乳化油中主要成分是矿物油和乳化剂，乳化剂作用便于矿物油和水的混合。特点： 可提高切削液性能，润滑性优于水溶液。3. 切削油（油基切削液）分类：（1） 矿物油：油性一般，不能有效防止生锈； （2） 动、植物油：油性最好，价格贵，易变质； （3）复合油：矿物油加添加剂。第17页，共49页，2022年，5月20日，16点58分

7、，星期六冷却：使切削热传导、对流和汽化，降低切削区温度； 润滑：切削液渗透到刀具与切屑、工件表面之间形成润滑 膜，它具有物理吸附和化学吸附作用；清洗：一定压力和流量冲走细屑或磨粒； 防锈：在切削液中添加防锈剂，起防锈作用。二、切削液的作用第18页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六为改善切削液性能而加入的化学物质称为添加剂三、切削液的添加剂“油性”添加剂起渗透和润滑作用，降低油与金属的界面张力，在界面上形成物理吸附膜。特点：主要减少摩擦，其易破裂；高速钢刀具中采用。2. “极压”添加剂在界面上形成化学薄膜。特点：其强度好，抗大的温度与摩擦；允许高速切削，适用于难加工材料。第

8、19页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六3. “抗泡沫”添加剂由于防锈添加剂、乳化剂等表面活性剂加入，这些物质混入空气而形成泡沫的可能性增大。泡沫过多，会降低切削液的效果。特点：有效防止泡沫形成，在磨削液中添加适量抗泡沫剂 。4. “防霉”添加剂由于细菌繁殖，乳化液长期使用后，易变质发臭。加入防霉添加剂，即可起到杀菌和抑制细菌繁殖的效果。特点：对皮肤有刺激，引起红斑、发痒等，所以一般不用 。第20页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六5. “防锈”添加剂使机床、刀具、工件不受腐蚀。其在金属表面上优先吸附形成保护膜，或与金属表面化合形成钝化膜，保护金属表

9、面不与腐蚀介质接触，因而起到防锈作用 。6. 乳化剂（表面活性剂）表面活性剂作用：使油和水能较好的混合。乳化剂分子结构：极性基团和非极性基团两个部分组成。极性基因是亲水的，叫做亲水基团，可溶于水；非极性基团是亲油的，叫做亲油基团，可溶于油 。乳化机理：加入油和水中，能定向地排列吸附在油水两相界面上，极性端朝水，非极性端朝油，把油和水连接起来，降低油水的界面张力 。第21页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六四、选择切削液应考虑因素刀具材料：（1） 高速钢耐热性差，耐磨性差加切削液（一般情况下）；（2） 硬质合金耐热性，耐磨性好不加切削液（除加工难加工材料）； 若加则需连续、

10、均匀浇注，否则刀具产生热裂。2. 工件材料：（1） 加工塑性材料加切削液（降低温度，较少磨损）；（2） 加工脆性材料不加切削液；（3） 加工难加工材料加切削液（极压性能好）。第22页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六3. 刀具类型：（1） 半封闭式或封闭式刀具加切削液；（2） 复杂（成形）、齿轮刀具加切削液（润滑性能好）。4. 加工工艺：（1） 粗加工加工余量大切削力、温度大加冷却性切削液；（2） 精加工切削余量小切削力、温度小加润滑性好切削液。第23页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六切削液的种类及选用 序号 名称 组成 主要用途 1 水溶液 以硝

11、酸钠、碳酸纳等溶与于水的溶液，用 100200倍的水稀释而成 磨削 2 乳化液 矿物油很少，主要为表面活性剂的乳化油，用 4080倍的水稀释而成，冷却和清洗性能好 车削、钻孔 以 矿物油为主，少量表面活性剂的乳化油，用 1020倍的水稀释而成，冷却和润滑性能好 车削、攻螺纹 在乳化液中加入极压添加剂 高速车削、钻孔 3 切削油 矿物油（ LAN15或LAN32全损耗系统用油）单独使用 滚齿、插齿 矿物油加植物油或动物油形成混合油，润滑性能好 精密螺纹车削 矿物油或混合油中加入极压添加剂形成极压油 高速滚齿、插齿、车螺纹等 4 其它 液态的二氧化碳 主要用于冷却 二硫化钼 +硬脂酸+石蜡做成蜡笔

12、，涂于刀具表面 攻螺纹 第24页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六第三节 切削用量的优选总原则：选择合理的切削用量，要综合考虑生产率、加工质量和加工成本； 粗加工中选择切削用量时，应首先选择尽可能大的背吃刀量ap，其次在工艺条件允许下选择较大的进给量f ，最后根据合理的刀具使用寿命，用计算法或查表法确定切削速度vc 。这样使vc、f 、ap 的乘积最大，以获得最大的生产效率 ；精加工时，主要按表面粗糙度和加工精度要求确定切削用量。应选用较小的进给量和背吃刀量，并尽可能选用较高的切削速度。第25页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六一、背吃刀量ap的选择

13、原则：背吃刀量应根据工件的加工余量确定 。加工余量：与上道工序的粗糙度、变质层、形状精度、位置精度等有关；与本道工序的误差有关。注意：应尽量用一次走刀就切除全部粗加工余量 ；当加工余量过大或工艺系统刚性过差时，可分二次走刀。第一次走刀的背吃刀量，一般为总加工余量的2334 ；应尽量使背吃刀量大于硬皮层的厚度，以保护刀尖 ；半精、精加工的切削余量较小，其背吃刀量通常都是一次走刀切除全部余量 。第26页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六二、进给量f的选择原则：一般按照表面粗糙度要求、根据切削速度等条件来选择合理的进给量。 粗加工时根据工艺系统强度和刚度条件确定(计算或查表)

14、在工艺系统刚度和强度良好的情况下，尽量选择大的进给量 精加工时根据加工表面粗糙度要求确定(计算或查表)第27页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六三、切削速度vc的选择原则：在背吃刀量和进给量选定以后，可在保证刀具合理耐用度的条件下，确定合适的切削速度 。注意：粗加工时，背吃刀量和进给量都较大，切削速度受刀具耐用度和机床功率的限制，一般较低 ；精加工时，背吃刀量和进给量都取得较小，切削速度主要受加工质量和刀具耐用度的限制，一般较高 ；选择切削速度时，还应考虑工件材料的强度和硬度以及切削加工性等因素 。第28页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六vT：优点

15、：耐用度高，一般不需磨刀；缺点：加工精度差，成本高、产量低。vo：优点：加工精度最好，成本下降，产量提高； 缺点：耐用度下降，磨刀次数提高。vc：优点：成本最低，产量提高； 缺点：精度下降，耐用度下降，磨刀次数提高。vp：优点：产量最高； 缺点：成本提高，精度下降，磨刀次数提高。不合理精密加工时选择vo普通工程上选择vc生产任务紧急时选择vp第29页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六第四节 工件材料的切削加工性“指对某种材料进行切削加工，以达到预定技术要求的难易程度”工件材料切削加工性具有一定的相对性；HB切削加工性F, ak 切削加工性断屑难，粘屑严重在不同的条件下，切

16、削加工性要用不同的指标来衡量。第30页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六(1)刀具耐用度和Kr指标在正常切削速度下的T或在相同T下所允许的切削速度相对切削加工性Kr= V60/（ V60 ）j在一般加工下通用(2)加工表面质量指标易获得好的表面质量的材料其切削加工性较好；反之较差。精加工时，常用此项指标来衡量切削加工性好坏。(3)切削力或切削功率指标在相同的切削条件下，凡切削力小的材料，其切削加工性好；反之较差。在粗加工时，常用此项指标来衡量。(4)切屑控制或断屑难易程度所形成的切屑是否容易清洗，易切削加工性好；反之较差。在加工中的自动线，常用此项指标来衡量。一、表示切削

17、加工性的指标第31页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六相对加工性：Kr第32页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六二、影响材料切削加工性的因素金属材料物理力学性能对切削加工性的影响HB, b （3）F,（2）粘屑严重T（1）ak （4）断屑困难导热性差T（1）第33页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六含碳量对切削加工性的影响碳素钢：HB Kr F,ak KrRa Wc 低碳钢(Wc0.25%)：HB Kr F, ak Kr Ra 中碳钢(0.25%Wc0.6%)：Kr Kr 第34页，共49页，2022年，5月20日，16点58分

18、，星期六铸铁：以游离石墨形式存在Kr HB 以碳化铁形式存在Kr HB C在铸铁中的存在形式白口铁全部以化合态形式存在Kr HB 灰口铁大部或全部以片状石墨形式存在Kr HB 第35页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六三、改善材料切削加工性的主要途径适当的热处理是改善切削加工性的重要途径；调整材料的化学成分；满足使用要求前提下，选择切削加工性能较好的工件材料；选用合适的刀具材料，确定合理的刀具角度和切削用量，加工方法和加工顺序。第36页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六第五节 磨削加工一、磨削运动：主运动：砂轮的旋转。周向进给运动：工件的旋转。纵向进

19、给运动：工件相对于砂轮的纵向运动。切入运动：指砂轮径向切入工件的运动，又称横向进给运动。磨平面、磨孔、研磨、珩磨等。第37页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六二、磨削加工概述磨削是一种适用于粗加工到超精加工的高效率加工方法。尺寸精度可达IT5IT6。表面粗糙度能达到Ra1.250.01m。除能磨削普通材料外，尤其适用于一般刀具难以切削的高硬度材料的加工。磨削加工 磨粒切削刃几何形状不确定,其顶部的锥角通常为90120。 磨粒及切削刃随机分布，磨粒的间距和高低参差不齐。在磨削过程中磨粒会产生磨损、钝化、碎裂和脱落。磨削特点 磨削厚度小(几m)，磨削速度高,磨削点瞬时温度高(

20、达1000以上)。第38页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六三、砂轮的特性与选择磨料（常用主要有氧化物系和碳化物系两大类）：第39页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六三、砂轮的特性与选择2. 粒度：指磨料颗粒的大小。磨粒（40m）：用筛选法分类。它的粒度号以该颗粒能通过哪一号筛网的网号来表示，如46#粒度。微粉（40m）：用显微测量法分类。它的粒度号以粉末颗粒最大直径来表示，如W20。选择：粗磨时选粗磨料，精磨时选较细的磨料。软金属选粗磨料，硬金属选较细的磨料。第40页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六三、砂轮的特性与选择3.

21、结合剂：用来粘结磨料的物质，其性能决定着砂轮的强度、抗冲击性、耐热性以及抗腐蚀能力。 陶瓷结合剂：（V） 树脂结合剂：（B） 橡胶结合剂：（R） 金属结合剂：（J）性能：耐热、耐腐蚀性好，气孔率大，但较脆，弹性差。适用范围：适用于通用砂轮、成形磨削砂轮。一般V35m/s。性能：强度高，弹性好，耐热性差(300)，气孔率小。适用范围：适用于高速磨削，速度达50m/s以上。可制成薄片砂轮，用于切口、开槽。性能：强度与弹性均高于陶瓷和树脂结合剂，但耐热性差(150)。适用范围：多用于切断、开槽、抛光用砂轮以及无心磨床的导轮。速度高达65m/s。性能：强度最高，导热性好，但自锐性差。常见的是青铜结合剂

22、。适用范围：主要用于金刚石砂轮及电解磨削用砂轮。磨削硬质合金、玻璃、陶瓷等。第41页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六三、砂轮的特性与选择4. 砂轮的硬度：是指砂轮工作时，磨料在磨削力作用下，从砂轮上脱落的难易程度，又称自锐性。选择：1、磨削较硬的金属，选用软砂轮。反之，则选用硬砂轮。2、工件导热性差，选用软砂轮。反之，则选用硬砂轮。3、内圆磨时切削液难进入切削区，使 ，选用软砂轮。4、精磨、成形磨选用较硬的砂轮，以保证精度和表面质量。HB（不易脱落）形状精度保持好自锐性 第42页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六三、砂轮的特性与选择组织：指组成砂轮

23、的磨粒、结合剂、气孔三部分体积的比例关系。表示方法：气孔率和磨粒率。注意：工厂中一般以磨粒率表示组织号。第43页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六三、砂轮的特性与选择组织号形状精度保持好磨料% 能承受大的磨削力气孔%砂轮紧密 容屑能力小，造成糊塞选择：1、磨削较硬的金属，磨削力大，组织号小；2、精磨、成形磨形状精度要好，组织号小；3、粗磨余量大，磨屑多，容屑能力要好，组织号大；4、内圆磨时切削液难进入切削区难清洗，要求气孔多，组织号大；5、平面磨砂轮与工件的接触长度达，要求容屑好、气孔多，组织号大。第44页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六 磨屑形成

24、过程 弹性变形：磨粒在工件表面滑擦而过，不能切入工件 塑性变形：磨粒切入工件,材料向两边隆起，工件表面出现刻痕（犁沟），但无磨屑产生 切削：磨削深度、磨削点温度和应力达到一定数值,形成磨屑，沿磨粒前刀面流出 具体到每个磨粒，不一定三个阶段均有。 图3-40 磨屑形成过程a）平面示意图 b）截面示意图三个阶段：四、磨削机理第45页，共49页，2022年，5月20日，16点58分，星期六图3-41 磨削过程的三个阶段磨削力的特征单位磨削力值很大三项分力中径向力最大, Fp/Fc=1.53磨削力随不同的磨削阶段而变化初磨阶段：工艺系统刚性愈差，此阶段愈长。 稳定阶段：光磨阶段：工件的精度和表面质量在逐渐提高。 四、磨削机理第46页，共49页，2022年，5月20