第一篇-第六章 金属切削加工中的实际应用

第六章金属切削加工中的实际应用第一节、切削液冷却：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：冲走细屑或磨粒；

防锈：在切削液中添加防锈剂，起防锈作用。一、切削液的作用二、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。2.乳化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。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。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

。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

。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、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.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。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。切削液的种类及选用

序号名称组成主要用途1水溶液以硝酸钠、碳酸纳等溶与于水的溶液，用100～200倍的水稀释而成磨削2乳化液①矿物油很少，主要为表面活性剂的乳化油，用40～80倍的水稀释而成，冷却和清洗性能好车削、钻孔②以矿物油为主，少量表面活性剂的乳化油，用10～20倍的水稀释而成，冷却和润滑性能好车削、攻螺纹③在乳化液中加入极压添加剂高速车削、钻孔3切削油①矿物油（L—AN15或L—AN32全损耗系统用油）单独使用滚齿、插齿②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③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，涂于刀具表面攻螺纹第二节刀具合理几何参数的选择一、前角的作用直接影响刀具的锋利程度刀具锋利↗切屑变形程度↙切削力↙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↗易断屑选择原则工件材料：脆性材料：γO小，塑性材料：γO大刀具材料：刀具的σb较大，则γO可选大值加工条件：粗加工时：γO小，精加工时：γO大γ0选择总原则：“锐字当先、锐中求固”二、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↙选择原则工件材料：刀具材料：刀具的σb较大，则αO可选大值加工条件：粗加工时：αO小，精加工时：αO大工件的σb较大，则αO可选小值

后角通常α0=5-12°，即一般取正，但也有特例，如右图。沿切削刃磨出负后角的窄棱面，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。消振棱三、主偏角、副偏角的作用影响残留面积的高度Кγ、Кγ’↗Rmax↗影响三个切削分力的大小和比例关系三、主偏角、副偏角的作用主偏角影响切屑层的形状在f、ap相同的情况下：Кγ↙bD↗刀刃工作长度↗单位负荷↙选择原则工件材料：Кγ↙工艺系统刚性：刚性好，则Кγ取小值。加工条件：粗加工时：Кγ取大值，

精加工时：Кγ，Кγ’取小值。HB↗Кr、Кr’选择总原则：在不产生振动的条件下，取小值。四、刃倾角的作用影响切屑的流向：

λs=0，切屑沿主切削刃垂直方向流出

；

λs>0，切屑流向待加工面，不划伤已加工表面；

λs<0，切屑流向已加工面，不影响工人操作。影响刀尖的强度：

λs<0，刀尖强度高，改善散热条件，提高T。一般情况下：粗加工时：λs=0~-5o；精加工时：λs=0~+5o；工艺系统刚性不足，则λs>0；加工高强度钢、淬硬钢或强力切削时，为提高刀头强度取λs

=-30o～-10o

。

λs选择总原则：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；

一般，粗加工时，由于要尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。应优先选择大的背吃刀量，其次选择较大的进给量。最后根据刀具耐用度，确定合适的切削速度；精加工时，由于要保证工件的加工质量，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。一、背吃刀量ap的选择原则：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2／3—3／4；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。二、进给量f的选择粗加工时，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。精加工取小的进给量。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。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。vT：优点：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,θ↙δ,ak↗切削加工性↙断屑难，粘屑严重在不同的条件下，切削加工性要用不同的指标来衡量。(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)切削力或切削温度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、表示切削加工性的指标相对加工性：Kr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,σb↗（3）↙F,θ↗δ↗（2）↙粘屑严重T↙（1）↙ak↗（4）↙断屑困难含碳量对切削加工性的影响碳素钢：HB

↗Kr↙F,θ↗δ,ak↙Kr↗Ra↙Wc

↗低碳钢(Wc<0.25%)：HB

↙

Kr↗F,θ↙δ,ak↗Kr↙Ra↗中碳钢(0.25%<Wc<0.6%)：HB，δ，ak均适中，

Kr最好高碳钢(Wc>0.6%)：Kr↙Kr↙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↙↙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。第五节砂轮的特性与选择一、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。二、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）：二、砂轮的特性与选择2.粒度：指磨料颗粒的大小。磨粒（>40μm）：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（<40μm）：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。二、砂轮的特性与选择3.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V<35m/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。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。二、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θ↗，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）