金屬切削條件的合理選擇.ppt課件

1、 金屬切削及機床基本知識 2.3 切削條件的合理選擇 重慶大學(xué) 第三節(jié) 選擇合理的切削條件刀具材料刀具幾何參數(shù)切削用量切削液 切削條件:2.3.1 工件材料的切削加工性1.切削加工性的概念和衡量指標 切削加工性是指工件材料被切削加工的難易程度。 2.3.1 工件材料的切削加工性1.切削加工性的概念和衡量指標標準一 用刀具壽命來衡量 在相同的切削條件下，使用同一型號（最好是同一把）刀具，在同一磨鈍標準（例如VB=0.3mm）下，切削兩種不同的工件材料，刀具壽命高的比壽命低的切削加工性好。2.3.1 工件材料的切削加工性1.切削加工性的概念和衡量指標標準二 用切削速度來衡量 在刀具壽命相同的條件下

2、，允許切削速度高的工件材料，其切削加工性能好。2.3.1 工件材料的切削加工性標準二 用切削速度來衡量 為了統(tǒng)一標準，取正火狀態(tài)下的45鋼作基準材料，刀具壽命為60min，這時的切削速度為基準（寫作 (Vc60)j ），而將其它材料的(Vc60)與其相比，這個比值Kr稱為相對加工性：請看表2-82.3.1 工件材料的切削加工性標準三 用已加工表面的表面質(zhì)量來衡量 精加工時，常以已加工表面質(zhì)量作為衡量切削加工性的指標，容易獲得良好已加工表面質(zhì)量的，其加工性就好，反之就差。 2.工件材料的物理機械性能對切削加工性的影響1)硬度和強度Kr VBb、HBFc2.工件材料的物理機械性能對切削加工性的影響

3、1)硬度和強度2)塑性和韌性h 塑性刀具與切屑越容易產(chǎn)生粘結(jié)RaKr VBFc同時韌性Kr Fc2.工件材料的物理機械性能對切削加工性的影響1)硬度和強度2)塑性和韌性3)導(dǎo)熱系數(shù)工件材料的導(dǎo)熱性Q散失KrVB3.改善切削加工性的途徑1）熱處理方法例如：高碳鋼 低碳鋼3.改善切削加工性的途徑1)熱處理方法2)調(diào)整材料的化學(xué)成分 適當加入：硫S、磷P、鉛Pb、鈣Ca2.3.2 刀具材料1.對刀具材料的要求(1)高的硬度和耐磨性；(2)足夠的強度和韌性；(3)高的耐熱性（指高溫下保持硬度、耐磨性、強度和韌性的性能)(4)良好的冷加工工藝性、熱加工（熱處理、表面處理、鍛造、鑄造等）工藝性；(5)經(jīng)濟

4、性。 2.3.2 刀具材料常用的刀具材料有：碳素工具鋼 切削金屬的性能較差，切削刃合金工具鋼 鋒利，可加工木材、橡膠、塑料。高速鋼 生產(chǎn)中用的最多、硬質(zhì)合金 最廣。 陶瓷 強度低、脆性大，成本高，金剛石 僅用于某些有限的場合。立方氮化硼 2.3.2 刀具材料2.高速鋼 高速鋼是一種合金工具鋼，具有一定的硬度（63 HRC 70 HRC）和耐磨性，有較高的耐熱性，在切削溫度高達500600時尚能切削。 1.高速鋼 高速鋼是強度和韌性最好的刀具材料：抗拉強度：為一般硬質(zhì)合金的23倍， 為陶瓷的56倍；沖擊韌性：較硬質(zhì)合金和陶瓷高幾十倍； 適于加工從有色金屬到高溫合金的范圍廣泛的金屬材料。1.高速鋼

5、 高速鋼的冷加工工藝性特別好，在熱處理前，高速鋼可以象一般中碳鋼一樣的進行各種加工；熱處理后，高速鋼刀具可以磨出鋒利的切削刃。 在鉆頭、絲錐、拉刀、齒輪刀具、成形刀具等復(fù)雜刀具制造中，高速鋼仍占主導(dǎo)地位。1） 2） 3）粉末冶金高速鋼： 4）高速鋼涂層：2.硬質(zhì)合金金屬碳化物WC、TiC、 + TaC NbC 金屬粘結(jié)劑Co、Ni 粉末冶金硬質(zhì)合金2.硬質(zhì)合金硬度 硬質(zhì)合金的硬度為89 HRA 93 HRA; 高速鋼的硬度為83 HRA 86.6 HRA;耐熱性 硬質(zhì)合金在80010000C時仍能切削; 高速鋼在5006000C時能切削;2.硬質(zhì)合金切削速度 在刀具壽命相同的條件下，硬質(zhì)合金的

6、切削速度比高速鋼的可提高210倍，可達100m/min以上。2.硬質(zhì)合金強度和韌性 抗彎強度 沖擊韌度硬質(zhì)合金 1500Mpa 30KJ/m2高速鋼 4000Mpa 350KJ/m2 2.硬質(zhì)合金冷加工性和熱加工性較差 主要用于制造如車刀、刨刀、銑刀、深孔鉆、鉸刀等簡單刀具。 2.硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金由于具有高硬度、高耐熱性和高耐磨性，加工性能優(yōu)良，而且生產(chǎn)成本較低，所以，使用極其廣泛。P50 表2-102.硬質(zhì)合金1)鎢鈷類硬質(zhì)合金（Wc+Co） 國標代號YG，ISO標準代號K類。 2.硬質(zhì)合金1)鎢鈷類硬質(zhì)合金 YG類具有較高的抗彎強度和韌性，所以適用于加工鑄鐵，也適用于加工有色金屬和非金屬

7、材料。此外，K類硬質(zhì)合金還適用于加工鈦合金和不銹鋼。2.硬質(zhì)合金1)鎢鈷類硬質(zhì)合金（Wc+Co） 國標代號YG，ISO標準代號K類。 粗加工宜選用：YG8(K30) 精加工宜選用：YG3(K01) 2.硬質(zhì)合金2)鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金（WCTiC + Co） 國標代號YT，ISO標準代號P類。 YT類硬質(zhì)合金適用于在中高切削速度下加工鋼料。2.硬質(zhì)合金2)鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金（注意）不能加工含鈦的不銹鋼（如1Cr18Ni9Ti）和鈦合金；不能加工加工淬火鋼、高強度鋼和高溫合金；不能在低速下切削鋼。 宜采用韌性較好的YG類合金。2.硬質(zhì)合金2)鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金（WCTiC + Co） 國標代號YT，IS

8、O標準代號P類。 粗加工選用：YT5(P30) 精加工選用：YT30(P01)2.硬質(zhì)合金3)鎢鈦鉭（鈮）鈷類硬質(zhì)合金 （WCTiC + TaC(NbC) + Co） 國標代號YW，ISO標準代號M類。 2.硬質(zhì)合金3)鎢鈦鉭（鈮）鈷類硬質(zhì)合金 YW類硬質(zhì)合金兼有YG類和YT類的優(yōu)點，具有硬度高、耐熱性好和強度高、韌性好的特點，既可加工鋼材，也可加工鑄鐵和有色金屬，故被稱為通用硬質(zhì)合金。2.硬質(zhì)合金3)鎢鈦鉭（鈮）鈷類硬質(zhì)合金 YW類硬質(zhì)合金成本高，使用受限。 YW類硬質(zhì)合金主要用于耐熱鋼、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料。 2.硬質(zhì)合金3)鎢鈦鉭（鈮）鈷類硬質(zhì)合金 （WCTiC + TaC(NbC

9、) + Co） 國標代號YW，ISO標準代號M類。 YW2(M20)適用于：粗加工 YW1(M10)適用于：精加工2.硬質(zhì)合金4)碳化鈦基硬質(zhì)合金 TiC（主要成分）+Ni、Mo 國標代號YN， ISO標準代號P類 2.硬質(zhì)合金4)碳化鈦基硬質(zhì)合金 特點：硬度更高。 TiC基硬質(zhì)合金的硬度已經(jīng)達到93 HRA，接近陶瓷的水平。 因此，TiC基硬質(zhì)合金的刀具壽命比WC基硬質(zhì)合金高。 2.硬質(zhì)合金4)碳化鈦基硬質(zhì)合金 TiC基硬質(zhì)合金可加工鋼，也可加工鑄鐵。 但是，TiC基硬質(zhì)合金的抗彎強度和韌性不如WC基硬質(zhì)合金，因此不適于重載荷切削及斷續(xù)切削，只適用于精加工。2.硬質(zhì)合金5)涂層硬質(zhì)合金 3.

10、其他刀具材料 1)陶瓷陶瓷的主要特點:有很高的硬度（91 HRA 95 HRA）和耐磨性，因而刀具壽命高；有很高的耐熱性（1200）；有良好的抗粘結(jié)性和化學(xué)穩(wěn)定性，陶瓷刀具抗粘結(jié)、抗擴散、抗氧化磨損的能力強；有較低的摩擦系數(shù)，不易產(chǎn)生積屑瘤，故加工表面粗糙度??；主要用于加工高硬度材料（冷硬鑄鐵和淬硬鋼）。3.其他刀具材料2)金剛石 金剛石刀具的特點:有極高的硬度（10000 HV）和耐磨性，是目前已知的最硬物質(zhì)；刀具切削刃非常鋒利，適合于極精密的加工；具有很高的導(dǎo)熱系數(shù)和很低的線膨脹系數(shù)，故加工質(zhì)量好；主要用于加工硬質(zhì)合金、陶瓷、高硅鋁合金及耐磨塑料等。 3.其他刀具材料 3)立方氮化硼立方氮

11、化硼刀具的特點:有很高的硬度（8000 HV 9000 HV）和耐磨性，因而刀具壽命很高；有很高的耐熱性，耐熱溫度可達14001500有良好的化學(xué)穩(wěn)定性；有良好的導(dǎo)熱性和較低的摩擦系數(shù)；主要用于加工淬硬鋼、硬鑄鐵，高溫合金及各種表面噴涂材料。2.3.3 刀具幾何參數(shù)的合理選擇1.前角的選擇1)前角的功用刀刃鋒利前角ro變形抗力FcT刀刃強度同時 崩刃Q散T1.前角的選擇2)合理前角的選擇塑性材料: 宜選擇較大的前角; 脆性材料: 宜選擇較小前角。取決于工件和刀具的材料1.前角的選擇2)合理前角的選擇工件材料的強度或硬度較小時，宜選較大前角; 工件材料的硬度或強度較高時，宜選較小前角。 工件材料

12、的強度或硬度特別大時，甚至可采用負前角。高速鋼刀具的前角可比硬質(zhì)合金刀具選得大一些。粗加工時，宜選用較小前角； 精加工時，宜選用較大前角。2.后角的選擇1)后角的功用摩擦后角aoT刀刃強度同時 崩刃Q散T2.后角的選擇2）后角的選擇當hD很小時，宜選用較大后角； 當hD很大時，后角宜小。工件材料強度或硬度較高時，宜取較小后角； 工件塑性較大時，宜取較大后角。工藝系統(tǒng)剛性差，應(yīng)適當減小后角。 對于尺寸精度要求高的刀具，宜取較小后角。取決于切削層厚度hD3.主偏角的選擇1)主偏角功用rkrQ散熱面積Ra同時振動T3.主偏角的選擇2)主偏角的選擇取決于工藝系統(tǒng)剛度的大小3.主偏角的選擇2)主偏角的選

13、擇4.刃傾角的選擇1)刃傾角功用控制切屑流出 的方向 問精加工時,刃傾角取正還是負?4.刃傾角的選擇1)刃傾角功用控制切屑流出 的方向影響刀頭的強度圖2-56 刃傾角對切削刃沖擊位置的影響4.刃傾角的選擇1)刃傾角功用控制切屑流出 的方向影響刀頭的強度影響刀刃的鋒 利程度刀刃鋒利s4.刃傾角的選擇1)刃傾角功用控制切屑流出 的方向影響刀頭的強度影響刀刃的鋒 利程度影響軸向力和 徑向力的大小4.刃傾角的選擇1)刃傾角功用控制切屑流出的方向影響刀頭的強度影響刀刃的鋒利程度影響軸向力和徑向力的大小刃傾角ls 對切削力的影響lss背前角gp側(cè)前角gfFpFf4. 刃傾角的選擇2)刃傾角的選擇P115在

14、加工一般鋼料和鑄鐵時：在無沖擊的情況下粗車，s取值為0-5；精車時，s取值為0+5；在有沖擊負荷時，s可取為-5 -15；沖擊特別大時，s可取-30-45。2.3.4 切削液的作用和選擇1.切削液的作用1)冷卻作用2)潤滑作用3)清洗作用 1)水溶液 水+防銹劑+油性劑2)乳化液 乳化油+水（ 90% 95%）3)切削油 礦物油（或動、植物油）2.切削液的種類 冷卻作用 潤滑作用 1)水溶液 強 弱 2)乳化液 3)切削油 弱 強2.切削液的種類3.切削液的選用 (1)按加工性質(zhì)選用： 1)粗加工時，應(yīng)選用以冷卻為主的水溶液或乳化液； 2)精加工時，應(yīng)選用潤滑為主的極壓切削油或高濃度的極壓乳化

15、液。 3)鉆削、鉸削、拉削和深孔加工時，應(yīng)選用粘度較小的極壓水溶液、極壓乳化液和極壓切削油，并應(yīng)加大流量和壓力。3.切削液的選用(2)按刀具材料選用： 1)高速鋼刀具 粗加工用極壓水溶液或極壓乳化液; 精加工用極壓乳化液或極壓切削油。 2)硬質(zhì)合金刀具切削，一般不使用切削液； 3)使用立方氮化硼刀具或砂輪時，不宜使用水質(zhì)切削液。3.切削液的選用 (3)按工件材料選用： 1)鑄鐵、黃銅及硬鋁等脆性材料一般不加切削液。 2)切削有色金屬和銅合金時，不宜采用含硫的切削液，以免腐蝕工件。 3)切削鎂合金時，不能用油質(zhì)切削液，以免燃燒起火。2.3.5 切削用量的合理選擇 什么是合理的切削用量？ 在保證加

16、工質(zhì)量的前提下，充分利用刀具和機床的性能，能獲得高的生產(chǎn)率和低的加工成本的切削用量。 1.切削用量選擇的原則 (1)asp、f、vc對切削生產(chǎn)率的影響 材料切除率 Q=1000vcaspf （mm3/s） (2)asp、f、vc對表面粗糙度（加工質(zhì)量）的影響 表面粗糙度 1)進給量f影響最大 f 對表面粗糙度的影響r=0r很大(2)asp、f、vc對表面粗糙度的影響 表面粗糙度 1)進給量f影響最大 2)切削速度vc次之(2)asp、f、vc對表面粗糙度的影響 表面粗糙度 1)進給量f影響最大 2)切削速度vc次之 3)被吃刀量asp影響最小(3)asp、f、vc對刀具壽命的影響 刀具壽命：

17、在機床、刀具、工件的強度以及工藝系統(tǒng)剛性允許的條件下： 1）首先選擇盡可能大的背吃刀量asp; 2）其次選擇在加工條件和加工要求限制下允許的進給量f; 3）最后再按刀具壽命的要求確定一個合適的切削速度vc。切削用量選擇的原則 (1)刀具的經(jīng)濟壽命TC（min）： 按工序加工成本最低的原則確定的刀具壽命。 (2)刀具的最高生產(chǎn)率壽命TP（min）： 按工序加工時間最少的原則確定的刀具壽命。 2.刀具壽命的確定 2.刀具壽命的確定 刀具壽命高 速 鋼硬 質(zhì) 合 金陶 瓷經(jīng) 濟壽 命最高生產(chǎn)率 壽 命tct換刀一次所需要的時間，單位：min；M單位時間內(nèi)的全廠費用分攤，包括所有人員的工資、廠房與設(shè)備

18、的折舊、 動力消耗等各項費用，但有關(guān)刀具刃磨的費用計入刀具費用Ct中，不計 入M，單位：元/min；Ct刀具費用,包括刃磨費用在內(nèi)的，刀具壽命期間與刀具有關(guān)的費用， 單位：元。2.刀具壽命的確定 常用刀具壽命的推薦值（單位：min）刀 具 類 型刀具壽命T可轉(zhuǎn)位車刀1015硬質(zhì)合金車刀2060高速鋼車刀3090硬質(zhì)合金端銑刀120180高速鋼鉆頭80120齒輪刀具200300(3)刀具壽命的合理選擇： 在制定工藝規(guī)程時，一般情況下，宜采用刀具的經(jīng)濟壽命TC及其所允許的切削速度，只有在緊急的單件生產(chǎn)、市場緊缺或批量生產(chǎn)中出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)時，才采用最高生產(chǎn)率壽命TP及其所允許的較高的切削速度。 3.切

19、削用量的合理制定(重點） (1)背吃刀量asp和走刀次數(shù)的選擇 1)粗加工時，首先應(yīng)將精加工的和半精加工的余量留下來，剩下的余量盡可能在一次走刀下切除。3.切削用量的合理制定 在下列情況下，粗車一般要分兩次或幾次走刀，且每次走刀的背吃刀量應(yīng)逐漸遞減：加工余量太大，一次走刀會使切削力過大，導(dǎo)致機床功率不足或刀具強度不夠；工藝系統(tǒng)剛性不足，或加工余量極不均勻，一次走刀會引起系統(tǒng)較大的振動；斷續(xù)切削，刀具受到很大沖擊，以至容易造成打刀。3.切削用量的合理制定 (1)背吃刀量asp和走刀次數(shù)的選擇 最常用的是兩次走刀，第一次走刀切去余量的 ，第二次走刀切去剩下余量的 。 3.切削用量的合理制定 (1)

20、背吃刀量asp和走刀次數(shù)的選擇： 2)精加工時的最小背吃刀量的確定 取決于刀具刃口的鋒利程度：aspminrn 對于刃口較鋒利的高速鋼刀具不應(yīng)小于0.005mm； 對于刃口不太鋒利的硬質(zhì)合金刀具，背吃刀量要略大一點。 3.切削用量的合理制定(2)進給量f的選擇： 1)粗加工時，主要考慮工藝系統(tǒng)的承受能力。 選擇進給量的限制條件有： 機床進給機構(gòu)的強度; 車刀刀桿強度、剛度; 刀片強度； 工件裝夾剛度等。 每個限制條件給出一個允許的進給量，在這幾個允許的進給量中選取最小的一個。 3.切削用量的合理制定 2)半精加工和精加工時，最大進給量主要受加工精度和表面粗糙度的限制。 當車刀的刀尖圓弧半徑r較大時，進給量可以選得大一些； 3.切削用量的合理制定 2)半精加工和精加工時，最大進給量主要受加工精度和表面粗糙度的限制。 當車刀具有副偏角很小的修光刃時，進給量可以選得大一些； 3.切削用量的合理制定 2)半精加工和精加工時，最大進給量主要受加工精度和表面粗糙度的限制。 當切削速度較高時，進給量可以選得大一些。3.切削用量的合理制定(3)切削速度vc的選擇： 1)根據(jù)已確定的背吃刀量asp、進給量f以及刀具壽命T，再按刀具壽命與切削用量關(guān)系式計算，得出的計算值。 注意：所選定的這個刀具壽命T，一般都在刀具的經(jīng)濟壽命Tc和最高生產(chǎn)率壽命Tp之間。 3.切削用量的合理