第2章金屬切削原理與刀具(三)

1、 黃 微機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容：次序次序本章主要本章主要教學(xué)結(jié)構(gòu)教學(xué)結(jié)構(gòu)課時(shí)分配課時(shí)分配第一次第一次第一節(jié)、刀具的結(jié)構(gòu)第一節(jié)、刀具的結(jié)構(gòu)2 2學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)第二次第二次第一節(jié)、刀具的結(jié)構(gòu)第一節(jié)、刀具的結(jié)構(gòu)第二節(jié)、刀具的材料第二節(jié)、刀具的材料2 2學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)一、車刀幾何角度測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、車刀幾何角度測(cè)量2 2學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)第三次第三次第三節(jié)、金屬切削過程及其物理現(xiàn)象第三節(jié)、金屬切削過程及其物理現(xiàn)象第四節(jié)、切削力與切削功率第四節(jié)、切削力與切削功率2 2學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)第四次第四次第六節(jié)、刀具磨損與刀具壽命第六節(jié)、刀具磨損與刀具壽命2 2學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)第五次第五次第七節(jié)、切削用量的選擇及工件材料第七節(jié)、切削用量的

2、選擇及工件材料的加工性的加工性2 2學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)一、刀具的磨損形態(tài)及其原因一、刀具的磨損形態(tài)及其原因（一）前刀面磨損（一）前刀面磨損切削塑性材料，切削塑性材料，v 和和ac較大時(shí)，在較大時(shí)，在前刀面上形成月牙洼磨損，以最大深度前刀面上形成月牙洼磨損，以最大深度KT 表示。表示。（二）后刀面磨損（二）后刀面磨損切削鑄鐵或切削鑄鐵或ac較小時(shí)的塑性材較小時(shí)的塑性材料時(shí)，常發(fā)生這種磨損。料時(shí)，常發(fā)生這種磨損。后刀面磨損帶不均勻，最大值后刀面磨損帶不均勻，最大值為為VBmax；中間部位磨損較均；中間部位磨損較均勻，平均磨損寬度以勻，平均磨損寬度以VB表示。表示。圖圖2-38 后刀面磨損后刀面磨損（三）邊界

3、磨損（三）邊界磨損 切削鋼料時(shí)，主、副切削鋼料時(shí)，主、副切削切削刃與工件待加工表面或已加工表面接觸刃與工件待加工表面或已加工表面接觸處磨出溝紋，稱為邊界磨損。最大值為處磨出溝紋，稱為邊界磨損。最大值為VC和和VN。邊界磨損是加。邊界磨損是加工硬化層、硬質(zhì)點(diǎn)、較大的應(yīng)力和溫度梯度所造成。工硬化層、硬質(zhì)點(diǎn)、較大的應(yīng)力和溫度梯度所造成。二、刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)二、刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)2-41（二）刀具磨損標(biāo)準(zhǔn)（二）刀具磨損標(biāo)準(zhǔn)P42（一）刀具壽命（一）刀具壽命T刀具刃磨后，開始使用至達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止的實(shí)際切削時(shí)間。刀具刃磨后，開始使用至達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止的實(shí)際切削時(shí)間。（兩次刃磨之間所經(jīng)歷的實(shí)際切

4、削時(shí)間）（兩次刃磨之間所經(jīng)歷的實(shí)際切削時(shí)間） 刀具總壽命：刀具總壽命：刀具從開始使用到報(bào)廢為止的總切削時(shí)間。刀具從開始使用到報(bào)廢為止的總切削時(shí)間。 重磨：刀具總壽命刀具壽命重磨：刀具總壽命刀具壽命刃磨次數(shù)刃磨次數(shù) 經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得類似關(guān)系式：經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得類似關(guān)系式： f T n =C1 ap T p =C2綜合可得到綜合可得到切削用量與刀具使用壽命的關(guān)系式：切削用量與刀具使用壽命的關(guān)系式：T = CT v1/m f 1/n ap1/p令令x =1/m，y =1/n，z =1/p，則，則 T = CT v x f y apz*用用YT5車削車削b=0.637GPa碳鋼時(shí)，碳鋼時(shí)， T = CT v 5

5、f 2.25 ap0.75第七節(jié)第七節(jié) 切削用量的選擇及工件材料的加工性切削用量的選擇及工件材料的加工性一、切削用量的選擇一、切削用量的選擇1、對(duì)加工質(zhì)量的影響；背吃刀量、對(duì)加工質(zhì)量的影響；背吃刀量ap、進(jìn)給量、進(jìn)給量f進(jìn)給量增大使殘留面積增大，使進(jìn)給量增大使殘留面積增大，使切削速度切削速度 v增大，增大，2、對(duì)基本時(shí)間的影響見、對(duì)基本時(shí)間的影響見P44 p46p46圖圖2-452-45，以車削為例，基本工藝時(shí)間：，以車削為例，基本工藝時(shí)間： 式中：式中：dwdw一毛坯直徑一毛坯直徑mmmm； L L一車刀行程長(zhǎng)度，包括工件長(zhǎng)度，切入一車刀行程長(zhǎng)度，包括工件長(zhǎng)度，切入長(zhǎng)度，切出長(zhǎng)度；長(zhǎng)度，切出

6、長(zhǎng)度； I I一走刀次數(shù)；一走刀次數(shù)； h h一毛坯加工余量。一毛坯加工余量。 顯然，切削用量三要素顯然，切削用量三要素apap、f f、v v對(duì)基本工藝時(shí)間對(duì)基本工藝時(shí)間有影響。有影響。pwpmafvdhLafnhLifnLt10003、對(duì)刀具壽命和輔助時(shí)間的影響、對(duì)刀具壽命和輔助時(shí)間的影響 精加工時(shí)，以保證零件的加工精度和表面質(zhì)量為主。精加工時(shí)，以保證零件的加工精度和表面質(zhì)量為主。并希望獲得較高的并希望獲得較高的 精加工時(shí)，多采用較小的精加工時(shí)，多采用較小的 1、切削速度的確定、切削速度的確定 根據(jù)已經(jīng)選定的背吃刀量根據(jù)已經(jīng)選定的背吃刀量ap 、進(jìn)給量、進(jìn)給量f及刀具壽及刀具壽命命T，切削

7、速度，切削速度v可按下式計(jì)算求得可按下式計(jì)算求得 式中各系數(shù)和指數(shù)可查閱切削用量手冊(cè)。切削速度式中各系數(shù)和指數(shù)可查閱切削用量手冊(cè)。切削速度值也可查表選定。值也可查表選定。v = Cv T m apxv f yv Kv* 2、背吃刀量背吃刀量ap的選擇的選擇（以車削為例）（以車削為例）粗加工時(shí)，粗加工時(shí)， ap由加工余量和工藝系統(tǒng)的剛度決定。由加工余量和工藝系統(tǒng)的剛度決定。半精加工時(shí)，半精加工時(shí)，ap可取可取0.50.52 2 mm mm。精加工時(shí)，精加工時(shí)， ap取為取為0.10.10.40.4 mm mm。在加工余量過大情況下，粗加工可分幾次走刀。若在加工余量過大情況下，粗加工可分幾次走刀。

8、若分兩次走刀，第一次走刀的分兩次走刀，第一次走刀的ap取大些，可占全部余取大些，可占全部余量的量的2/32/33/43/4，而第二次走刀的，而第二次走刀的ap取小些，使精加取小些，使精加工工序具有較高的刀具壽命和加工質(zhì)量。工工序具有較高的刀具壽命和加工質(zhì)量。切削有氧化皮的鑄、鍛件或加工硬化嚴(yán)重的材料時(shí)，切削有氧化皮的鑄、鍛件或加工硬化嚴(yán)重的材料時(shí)，應(yīng)盡量使應(yīng)盡量使a ap p超過氧化皮或加工硬化層厚度，以避免超過氧化皮或加工硬化層厚度，以避免刀尖過早磨損，盡可能一次走刀切除全部加工余量。刀尖過早磨損，盡可能一次走刀切除全部加工余量。 *3、進(jìn)給量進(jìn)給量f 的選擇的選擇 粗加工時(shí)，粗加工時(shí)，f

9、的大小主要受機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)、刀具的強(qiáng)的大小主要受機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)、刀具的強(qiáng)度與剛性、工件的裝夾剛度等因素的限制。度與剛性、工件的裝夾剛度等因素的限制。粗加工粗加工時(shí)根據(jù)工件材料、車刀刀桿尺寸、工件直徑及以確時(shí)根據(jù)工件材料、車刀刀桿尺寸、工件直徑及以確定的背吃刀量來選擇定的背吃刀量來選擇f 。精加工時(shí)，精加工時(shí)，f 的大小主要受加工精度和表面粗糙度的的大小主要受加工精度和表面粗糙度的限制。限制。在半精加工和精加工時(shí)，則按表面粗糙度要在半精加工和精加工時(shí)，則按表面粗糙度要求，根據(jù)工件材料、刀尖圓弧半徑、切削速度選擇求，根據(jù)工件材料、刀尖圓弧半徑、切削速度選擇f 。* * * *選擇切削速度的一般原則是：

10、選擇切削速度的一般原則是：1 1）粗車時(shí)，）粗車時(shí)，ap和和f 均較大，故選擇較低的切削速度均較大，故選擇較低的切削速度v； 精車時(shí)，精車時(shí)，ap和和f 均較小，故選擇較高的切削速度均較小，故選擇較高的切削速度v。2 2）工件材料強(qiáng)度、硬度高時(shí)，應(yīng)選較低的切削速度）工件材料強(qiáng)度、硬度高時(shí)，應(yīng)選較低的切削速度v； 反之，選較高的切削速度反之，選較高的切削速度v 。3 3）精加工時(shí)應(yīng)盡量避免積屑瘤產(chǎn)生的區(qū)域；精加工時(shí)應(yīng)盡量避免積屑瘤產(chǎn)生的區(qū)域；4）斷續(xù)切削時(shí)為減小沖擊，宜適當(dāng)降低）斷續(xù)切削時(shí)為減小沖擊，宜適當(dāng)降低v ；5）加工大件、細(xì)長(zhǎng)件和薄壁件或加工帶黑皮工件時(shí)，）加工大件、細(xì)長(zhǎng)件和薄壁件或加工

11、帶黑皮工件時(shí)，應(yīng)選較低的應(yīng)選較低的 v。 二、工件材料的切削加工性二、工件材料的切削加工性1.1.以一定的刀具壽命以一定的刀具壽命T T下的切削速度下的切削速度v vT T和相對(duì)加工和相對(duì)加工性性KrKr來衡量；來衡量；2.以切削力或切削溫度來衡量以切削力或切削溫度來衡量3.以已加工表面質(zhì)量來衡量以已加工表面質(zhì)量來衡量 精加工，精加工，Ra??；加工硬化輕、殘余應(yīng)力小，?。患庸び不p、殘余應(yīng)力小，4.以斷屑性能來衡量切削加工性以斷屑性能來衡量切削加工性 自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線等，斷屑性能是主要指標(biāo)。自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線等，斷屑性能是主要指標(biāo)。工件材料的切削加工性的概念工件材料的切削加工性的概念常見的衡量指

12、標(biāo)有：常見的衡量指標(biāo)有： （一）工件（一）工件材料的切削加工性的概念材料的切削加工性的概念 1.1.切削速度切削速度vT的的含義：當(dāng)?shù)毒邏勖鼮楹x：當(dāng)?shù)毒邏勖鼮門 min時(shí)，切削某種材料時(shí)，切削某種材料所允許的最大切削速度。所允許的最大切削速度。 vT越高，材料的切削越高，材料的切削加工性越好。通常取，加工性越好。通常取，T T = = 6060 minmin， vT寫作寫作v60 ；難加工材料，；難加工材料，vT為為v15或或v30 ，表示表示T=15或或30min 。 工件材料的切削加工性是一個(gè)相對(duì)的概念。工件材料的切削加工性是一個(gè)相對(duì)的概念。2.2.相對(duì)相對(duì)加工性加工性Kr：以：以b=0

13、.637GPa，正火的，正火的45鋼的鋼的v60作為作為基準(zhǔn)，寫作基準(zhǔn)，寫作(v60 )j ，將某種材料的，將某種材料的v60與其相比的比值，即與其相比的比值，即 Kr v60 / (v60 )j Kr反映不同材料對(duì)刀具壽命的影響程度，不反映表面粗糙度反映不同材料對(duì)刀具壽命的影響程度，不反映表面粗糙度和斷屑問題。對(duì)選擇切削速度有指導(dǎo)意義。和斷屑問題。對(duì)選擇切削速度有指導(dǎo)意義。 Kr小于小于1Kr見見P46表表2-4 材料切削加工性等級(jí)材料切削加工性等級(jí)有色金屬有色金屬 普通鋁及鋁合金、銅及銅合金，強(qiáng)度硬度低，導(dǎo)熱普通鋁及鋁合金、銅及銅合金，強(qiáng)度硬度低，導(dǎo)熱性好，易切削。性好，易切削。鑄鐵鑄鐵

14、白口鑄鐵：白口鑄鐵：硬度高（硬度高（HBS600)HBS600)，難切削；，難切削； 灰口鑄鐵：灰口鑄鐵：硬度適中，強(qiáng)度塑性小，切削力較小，硬度適中，強(qiáng)度塑性小，切削力較小，崩碎切屑，切削力集中刀刃上且有波動(dòng)，刀具磨損率崩碎切屑，切削力集中刀刃上且有波動(dòng)，刀具磨損率較高，應(yīng)采用低于加工鋼的切削速度。較高，應(yīng)采用低于加工鋼的切削速度。 球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵的強(qiáng)度塑性比灰鐵高，切削的強(qiáng)度塑性比灰鐵高，切削性良好性良好. . 工件材料切削加工性工件材料切削加工性 指材料被加工成合格零件指材料被加工成合格零件的難易程度，是一個(gè)相對(duì)的概念。的難易程度，是一個(gè)相對(duì)的概念。碳素結(jié)構(gòu)鋼切削加工

15、性取決于含碳量。碳素結(jié)構(gòu)鋼切削加工性取決于含碳量。 低碳鋼硬度低，塑、韌性高，變形大，斷屑難，低碳鋼硬度低，塑、韌性高，變形大，斷屑難，粘屑，加工表面粗糙，加工性較差；粘屑，加工表面粗糙，加工性較差； 高碳鋼硬度高，塑性低，切削力大，溫度高，刀高碳鋼硬度高，塑性低，切削力大，溫度高，刀具耐用度低，加工性差；具耐用度低，加工性差； 中碳鋼性能適中，加工性良好。中碳鋼性能適中，加工性良好。 合金結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度、硬度提高，切削加工性變差。合金結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度、硬度提高，切削加工性變差。 不銹鋼斷屑不好，不銹鋼斷屑不好，切削加工性不好。切削加工性不好。（二）改善（二）改善材料材料切削加工性的途徑切削加工性的途徑

16、P461.1.調(diào)整材料的化學(xué)成分調(diào)整材料的化學(xué)成分 鋼中加硫、鉛等元素；鑄鐵中增加石墨成分；鋼中加硫、鉛等元素；鑄鐵中增加石墨成分； 2.2.進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚磉M(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?低、中碳鋼宜選正火處理，提高硬度，降低塑性；低、中碳鋼宜選正火處理，提高硬度，降低塑性； 高碳鋼宜用球化退火高碳鋼宜用球化退火, ,降低硬度降低硬度, ,均勻組織均勻組織, ,改善加工性；改善加工性； 中碳以上的合金鋼硬度較高，需退火以降低硬度；中碳以上的合金鋼硬度較高，需退火以降低硬度； 不銹鋼常要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，降低塑性，以便加工；不銹鋼常要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，降低塑性，以便加工； 鑄鐵需進(jìn)行退火處理，降低表皮硬度，消除內(nèi)應(yīng)力；鑄鐵需進(jìn)行退火處理，降低表皮硬度，消除內(nèi)應(yīng)力； 白口鐵白口鐵900900多度退火可得可鍛鑄鐵，容