第三节-金属切削参数的选择及优化课件

第三节金属切削参数的机械制造工程——第一章第三节机械制造工程——第一章11．切削加工性的概念及衡量指标一、工件材料的切削加工性切削加工性是指工件材料被切削加工的难易程度切削加工性的标志方法：考虑生产和刀具耐用度的标志方法考虑已加工表面质量的标志方法考虑安全生产和工作稳定性的标志方法1．切削加工性的概念及衡量指标一、工件材料的切削加工性切削加2通常用来衡量材料切削加工性的指标为一定耐用度下的切削速度vT含义是：当刀具耐用度为T时，切削某种材料所允许的切削速度vT通常用来衡量材料切削加工性的指标为一定耐用度下的切削速度vT3通常以强度σb＝0.637GPa的45钢的v60作为基准，写作(v60)j；而把其它各种材料的v60同它相比，这个比值Kv称为相对加工性，即Kv＝v60/(v60)j当Kv>1时，表示该材料比45钢易切削当Kv<1时，表示该材料比45钢难切削通常以强度σb＝0.637GPa的45钢的v60作为基准，写4金属材料的物理力学性能硬度：常温硬度高、高温硬度高、硬质点多，切削加工性差强度：常温强度、高温强度越大，磨损越快，切削加工性差塑性、冲击韧性过大或过小，均使其切削加工性变差导热系数大，切削加工性好，但加工尺寸精度会发生变化2．影响切削加工性的因素金属材料的物理力学性能2．影响切削加工性的因素5材料的化学成分Cr、Ni、V、Mo、W、Mn等提高钢的强度和硬度，使其切削加工性差Si、Al与氧化合后使刀具磨损加快合金元素降低导热系数Pb、P、S等降低塑性（发生热脆、冷脆现象）碳的石墨化使切削加工性变好（硬度下降、润滑性变好）Fe4C3使硬度增加，磨损加快材料的化学成分6金相组织钢的金相组织：铁素体、奥氏体易粘结；珠光体加工性好；索氏体、马氏体硬度、强度高，加工性差铸铁的金相组织：灰口铁、白口铁、麻口铁、球墨铸铁性能各异金相组织73．改善难加工材料的切削加工性的途径调整材料的化学成分合理选择材料的供应状态通过适当热处理选用易切削钢合理选择刀具材料、刀具几何参数、切削用量采用新的切削加工技术3．改善难加工材料的切削加工性的途径81．切削液的功用冷却作用：通过传导、对流、汽化带走热量润滑作用：产生润滑膜，减小摩擦系数清洗作用：清除细碎切屑和磨粒等防锈作用：（依靠加入添加剂）由此：改善切削条件、减少刀具磨损、提高切削速度、提高已加工表面质量、改善切削加工性二、切削液1．切削液的功用冷却作用：通过传导、对流、汽化带走热量二、切92．切削液的种类切削液的种类切削液水溶液乳化剂切削油固态润滑剂（用于切削钛合金等）2．切削液的种类切削液的种类103．切削液中常用的添加剂为了改善切削液的性能所加入的化学物质，称为添加剂切削液中常用的添加剂油性添加剂：动植物脂、脂肪酸、胺类、脂类、醇类极压添加剂：含硫、磷、氯、硼等的化合物乳化剂：矿物油和水乳化形成稳定乳化液的物质3．切削液中常用的添加剂为了改善切削液的性能所加入的化学物质114．切削液的合理使用切削液的合理选择根据工件材料、工艺要求、工种特点等通过查工艺手册合理选用特别应注意：硬质合金、陶瓷刀具，切削铸铁、青铜一般不用切削液；切削镁、铝、铝合金不用水溶液；切削铅，切削液不能含氯；精密机床不能使用含硫的切削液等。4．切削液的合理使用切削液的合理选择特别应注意：12

切削液的使用方法普遍使用浇注高压冷却喷雾冷却喷雾冷却法切削液的使用方法普遍使用浇注喷雾冷却法13

刀具的“合理”几何参数，是指在保证加工质量的前提下，能够获得最高刀具耐用度，从而能够达到提高切削效率、降低生产成本的目的的刀具几何参数三、刀具几何参数的合理选择刀具的“合理”几何参数，是指在保证加工质量的前提下，能够141．前角的选择前角的功用影响切削力和切削功率影响加工表面质量影响刀具耐用度影响断屑效果合理选择前角材料强度、硬度较低时，γo宜大塑性材料γo宜大；脆性材料γo宜小粗加工、断续切削、加工铸锻件，γo宜小刀具韧性好时γo宜大1．前角的选择前角的功用合理选择前角15特定要求选择前角：成形刀具、展成刀具γo宜小工艺系统刚性差、机床功率不足时γo宜大自动化机床、数控机床γo宜小特定要求选择前角：16后角的功用减少后刀面与工件表面的摩擦αo↗刃口锋利，T↗；但αo↗↗楔角↘，刃口强度↘，散热体积↘，T↘2．后角的选择后角的功用2．后角的选择17合理选择后角材料强度、硬度较高时，αo宜小塑性材料αo宜大；脆性材料αo宜小粗加工、断续切削、加工铸锻件，αo宜小；精加工、连续切削αo宜大工艺系统刚性差αo宜小定尺寸刀具αo宜小副后角的选择通常αo’=

αo需加强刀头强度时则αo’=1~2°合理选择后角183．主偏角及副偏角的选择主偏角及副偏角的功用影响表面粗糙度影响刀具耐用度：kr、kr‘小，则切削刃增长，散热好，T↗影响切削分力比例：kr↘

Ff↘,Fp↗影响排屑、断屑效果3．主偏角及副偏角的选择主偏角及副偏角的功用19合理选择主、副偏角材料强度、硬度高时，kr宜小工艺系统刚性好，kr、kr‘宜小；工艺系统差时，kr≥90°粗加工、半精加工，kr宜大精加工kr’宜小，且需kr’=0°的修光刃合理选择主、副偏角204．刃倾角的选择刃倾角的功用影响切屑流向增大刀具的实际前角影响刀具锋利性保护刀尖（取负刃倾角时）使切削平衡（常用负刃倾角）影响切削分力的比例4．刃倾角的选择刃倾角的功用影响刀具锋利性21合理选择刃倾角粗加工、有冲击载荷、断续切削时，取λs<0精加工λs>0（防切屑划伤已加工表面）材料强度、硬度高时，取λs<0工艺系统刚性不足时，取λs>0微量精车时，λs》0金刚石、立方氮化硼车刀，取λs<0合理选择刃倾角221．切削用量对生产率的影响由

P=1/tm

推出：P=A0apfv由此可知：ap、f、v中任一参数增加一倍，P即增加一倍。四、切削用量的合理选择2．切削用量对刀具耐用度的影响由

可知，ap、f、v

中任一参数↗

T↘1．切削用量对生产率的影响由P=1/tm推出：23ap

↗

F↗，工艺系统变形↗，振动↗，加工精度↘，表面粗糙度↗f

↗

F↗，表面粗糙度↗↗v

↗切削变形↘，F↘，表面粗糙度↘3．切削用量对加工质量的影响精加工时应取小的ap、f，而对v的选择应避免积屑瘤、鳞刺的影响（使用硬质合金刀具时，宜用高速切削，v>80m/min；使用高速钢刀具时，宜用低速切削，v=3~8m/min）。ap↗F↗，工艺系统变形↗，振动↗，加工精度↘，表面粗24通常根据工件材料、刀具材料、技术要求、工艺过程、工艺系统状态等，通过查工艺手册，或根据实际情况和实践经验予以确定4．切削用量的确定通常根据工件材料、刀具材料、技术要求、工艺过程、工艺系统状态25根据零件加工余量和粗、精加工要求，选定背吃刀量ap根据加工工艺系统允许的切削力，其中包括机床进给系统、工件刚度以及精加工时表面粗糙度要求，确定进给量根据刀具寿命，确定切削速度vc所选定的用量应该是机床功率允许的一组切削用量必须考虑到加工余量、刀具寿命、机床功率、表面粗糙度和工艺系统的刚度等因素

根据零件加工余量和粗、精加工要求，选定背吃刀量ap26背吃刀量ap的合理选择背吃刀量ap一般是根据加工余量来确定粗加工（表面粗糙度Ra50~12.5μm）时，尽可能一次走刀即切除全部余量，可取ap＝8~10mm半精加工（Ra6.3~3.2μm）时，取ap＝0.5~2mm精加工（Ra1.6～0.8μm）时，取ap＝0.1~0.4mm

背吃刀量ap的合理选择27进给量的合理选择粗加工时，对表面质量没有太高的要求，而切削力往往较大，合理的应是工艺系统刚度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，一般取较小值进给量的合理选择28切削速度ν的合理选择（一般原则是）粗车时，ap、均较大，故v宜取较小值；精车时ap、均较小，所以v宜取较大值工件材料强度、硬度较高时，应选较小的v值；反之，宜选较大的v值。材料加工性较差时，选较小的v值；反之，选较大的v值。在同等条件下，易切钢的v高于普通碳钢的v；加工灰铸铁的v低于碳钢的v；加工铝铜合金的v高于加工钢的v刀具材料的性能越好，v也选得越高切削速度ν的合理选择（一般原则是）29在选择v时，还应注意以下几点：精加工时，应尽量避开容易产生积屑瘤和鳞刺的速度值域断续切削时，为减小冲击和热应力，应适当降低v在易发生振动的工艺状况下，v应避开自激振动的临界速度加工大件、细长件、薄壁件及带硬皮的工件时，应选用较低的vv被确定之后，还应校验切削功率和机床功率在选择v时，还应注意以下几点：305．切削用量的优化指在一定的预定目标及约束条件下，选择最佳的切削用量常用的优化目标函数有：最低的加工成本、最高的生产率、最大利润6．切削数据库

（从略）5．切削用量的优化31返回返回32第三节金属切削参数的机械制造工程——第一章第三节机械制造工程——第一章331．切削加工性的概念及衡量指标一、工件材料的切削加工性切削加工性是指工件材料被切削加工的难易程度切削加工性的标志方法：考虑生产和刀具耐用度的标志方法考虑已加工表面质量的标志方法考虑安全生产和工作稳定性的标志方法1．切削加工性的概念及衡量指标一、工件材料的切削加工性切削加34通常用来衡量材料切削加工性的指标为一定耐用度下的切削速度vT含义是：当刀具耐用度为T时，切削某种材料所允许的切削速度vT通常用来衡量材料切削加工性的指标为一定耐用度下的切削速度vT35通常以强度σb＝0.637GPa的45钢的v60作为基准，写作(v60)j；而把其它各种材料的v60同它相比，这个比值Kv称为相对加工性，即Kv＝v60/(v60)j当Kv>1时，表示该材料比45钢易切削当Kv<1时，表示该材料比45钢难切削通常以强度σb＝0.637GPa的45钢的v60作为基准，写36金属材料的物理力学性能硬度：常温硬度高、高温硬度高、硬质点多，切削加工性差强度：常温强度、高温强度越大，磨损越快，切削加工性差塑性、冲击韧性过大或过小，均使其切削加工性变差导热系数大，切削加工性好，但加工尺寸精度会发生变化2．影响切削加工性的因素金属材料的物理力学性能2．影响切削加工性的因素37材料的化学成分Cr、Ni、V、Mo、W、Mn等提高钢的强度和硬度，使其切削加工性差Si、Al与氧化合后使刀具磨损加快合金元素降低导热系数Pb、P、S等降低塑性（发生热脆、冷脆现象）碳的石墨化使切削加工性变好（硬度下降、润滑性变好）Fe4C3使硬度增加，磨损加快材料的化学成分38金相组织钢的金相组织：铁素体、奥氏体易粘结；珠光体加工性好；索氏体、马氏体硬度、强度高，加工性差铸铁的金相组织：灰口铁、白口铁、麻口铁、球墨铸铁性能各异金相组织393．改善难加工材料的切削加工性的途径调整材料的化学成分合理选择材料的供应状态通过适当热处理选用易切削钢合理选择刀具材料、刀具几何参数、切削用量采用新的切削加工技术3．改善难加工材料的切削加工性的途径401．切削液的功用冷却作用：通过传导、对流、汽化带走热量润滑作用：产生润滑膜，减小摩擦系数清洗作用：清除细碎切屑和磨粒等防锈作用：（依靠加入添加剂）由此：改善切削条件、减少刀具磨损、提高切削速度、提高已加工表面质量、改善切削加工性二、切削液1．切削液的功用冷却作用：通过传导、对流、汽化带走热量二、切412．切削液的种类切削液的种类切削液水溶液乳化剂切削油固态润滑剂（用于切削钛合金等）2．切削液的种类切削液的种类423．切削液中常用的添加剂为了改善切削液的性能所加入的化学物质，称为添加剂切削液中常用的添加剂油性添加剂：动植物脂、脂肪酸、胺类、脂类、醇类极压添加剂：含硫、磷、氯、硼等的化合物乳化剂：矿物油和水乳化形成稳定乳化液的物质3．切削液中常用的添加剂为了改善切削液的性能所加入的化学物质434．切削液的合理使用切削液的合理选择根据工件材料、工艺要求、工种特点等通过查工艺手册合理选用特别应注意：硬质合金、陶瓷刀具，切削铸铁、青铜一般不用切削液；切削镁、铝、铝合金不用水溶液；切削铅，切削液不能含氯；精密机床不能使用含硫的切削液等。4．切削液的合理使用切削液的合理选择特别应注意：44

切削液的使用方法普遍使用浇注高压冷却喷雾冷却喷雾冷却法切削液的使用方法普遍使用浇注喷雾冷却法45

刀具的“合理”几何参数，是指在保证加工质量的前提下，能够获得最高刀具耐用度，从而能够达到提高切削效率、降低生产成本的目的的刀具几何参数三、刀具几何参数的合理选择刀具的“合理”几何参数，是指在保证加工质量的前提下，能够461．前角的选择前角的功用影响切削力和切削功率影响加工表面质量影响刀具耐用度影响断屑效果合理选择前角材料强度、硬度较低时，γo宜大塑性材料γo宜大；脆性材料γo宜小粗加工、断续切削、加工铸锻件，γo宜小刀具韧性好时γo宜大1．前角的选择前角的功用合理选择前角47特定要求选择前角：成形刀具、展成刀具γo宜小工艺系统刚性差、机床功率不足时γo宜大自动化机床、数控机床γo宜小特定要求选择前角：48后角的功用减少后刀面与工件表面的摩擦αo↗刃口锋利，T↗；但αo↗↗楔角↘，刃口强度↘，散热体积↘，T↘2．后角的选择后角的功用2．后角的选择49合理选择后角材料强度、硬度较高时，αo宜小塑性材料αo宜大；脆性材料αo宜小粗加工、断续切削、加工铸锻件，αo宜小；精加工、连续切削αo宜大工艺系统刚性差αo宜小定尺寸刀具αo宜小副后角的选择通常αo’=

αo需加强刀头强度时则αo’=1~2°合理选择后角503．主偏角及副偏角的选择主偏角及副偏角的功用影响表面粗糙度影响刀具耐用度：kr、kr‘小，则切削刃增长，散热好，T↗影响切削分力比例：kr↘

Ff↘,Fp↗影响排屑、断屑效果3．主偏角及副偏角的选择主偏角及副偏角的功用51合理选择主、副偏角材料强度、硬度高时，kr宜小工艺系统刚性好，kr、kr‘宜小；工艺系统差时，kr≥90°粗加工、半精加工，kr宜大精加工kr’宜小，且需kr’=0°的修光刃合理选择主、副偏角524．刃倾角的选择刃倾角的功用影响切屑流向增大刀具的实际前角影响刀具锋利性保护刀尖（取负刃倾角时）使切削平衡（常用负刃倾角）影响切削分力的比例4．刃倾角的选择刃倾角的功用影响刀具锋利性53合理选择刃倾角粗加工、有冲击载荷、断续切削时，取λs<0精加工λs>0（防切屑划伤已加工表面）材料强度、硬度高时，取λs<0工艺系统刚性不足时，取λs>0微量精车时，λs》0金刚石、立方氮化硼车刀，取λs<0合理选择刃倾角541．切削用量对生产率的影响由

P=1/tm

推出：P=A0apfv由此可知：ap、f、v中任一参数增加一倍，P即增加一倍。四、切削用量的合理选择2．切削用量对刀具耐用度的影响由

可知，ap、f、v

中任一参数↗

T↘1．切削用量对生产率的影响由P=1/tm推出：55ap

↗

F↗，工艺系统变形↗，振动↗，加工精度↘，表面粗糙度↗f

↗

F↗，表面粗糙度↗↗v

↗切削变形↘，F↘，表面粗糙度↘3．切削用量对加工质量的影响精加工时应取小的ap、f，而对v的选择应避免积屑瘤、鳞刺的影响（使用硬质合金刀具时，宜用高速切削，v>80m/min；使用高速钢刀具时，宜用低速切削，v=3~8m/min）。ap↗F↗，工艺系统变形↗，振动↗，加工精度↘，表面粗56通常根据工件材料、刀具材料、技术要求、工艺过程、工艺系统状态等，通过查工艺手册，或根据实际情况和实践经验予以确定4．切削用量的确定通常根据工件材料、刀具材料、技术要求、工艺过程、工艺系统状态57根据零件加工余量和粗、精加工要求，选定背吃刀量ap根据加工工艺系统允许的切削力，其中包括机床进给系统、工件刚度以及精加工时表面粗糙度要求，确定进给量根据刀具寿命，确定切削速度vc所选定的用量应该是机床功率允许的一组切削用量必须考虑到加工余量、