第二章+金屬切削過程及其控制

第2章金屬切削過程及其控制刀具磨損與刀具使用壽命工件材料的切削加工性切削條件的合理選擇切削熱與切削溫度磨削原理金屬切削過程切削力

2.1金屬切削過程第2章金屬切削過程及其控制機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)

切屑的形成與切離過程，是切削層受到刀具前刀面的擠壓而產(chǎn)生以滑移為主的塑性變形過程。FABOM45°a）正擠壓FABOM45°b）偏擠壓OMFc）切削正擠壓：金屬材料受擠壓時，最大剪應(yīng)力方向與作用力方向約成45°偏擠壓：金屬材料一部分受擠壓時，OB線以下金屬由于母體阻礙，不能沿AB線滑移，而只能沿OM線滑移切削：與偏擠壓情況類似。彈性變形→剪切應(yīng)力增大，達(dá)到屈服點(diǎn)→產(chǎn)生塑性變形，沿OM線滑移→剪切應(yīng)力與滑移量繼續(xù)增大，達(dá)到斷裂強(qiáng)度→切屑與母體脫離。圖金屬擠壓與切削比較2.1.1金屬切削過程的基本特征

擠壓與切削2.1.1金屬切削過程的基本特征

圖金屬切削變形過程示意金屬切削變形過程的基本模型金屬切削過程就是工件的被切金屬層在刀具前刀面的推擠下，沿著剪切面（滑移面）產(chǎn)生剪切滑移變形并轉(zhuǎn)變?yōu)榍行嫉倪^程。金屬切削變形過程大量的實驗和理論分析證明，塑性金屬切削過程中切屑的形成過程就是切削層金屬的變形過程。右圖是用顯微鏡直接觀察低速直角自由切削工件得到的金屬切削過程中的滑移線和流線示意圖。流線表示被切削金屬的某一點(diǎn)在切削過程中流動的軌跡。圖金屬切削過程中的滑移線和流線示意圖2.1.1金屬切削過程的基本特征

第Ⅰ變形區(qū)：即剪切變形區(qū)，金屬剪切滑移，成為切屑。金屬切削過程的塑性變形主要集中于此區(qū)域。圖切削部位三個變形區(qū)ⅠⅢⅡ

第Ⅲ變形區(qū)：已加工面受到后刀面擠壓與摩擦，產(chǎn)生變形。此區(qū)變形是造成已加工面加工硬化和殘余應(yīng)力的主要原因。三個變形區(qū)分析

第Ⅱ變形區(qū)：靠近前刀面處，切屑排出時受前刀面擠壓與摩擦。此變形區(qū)的變形是造成前刀面磨損和產(chǎn)生積屑瘤的主要原因。2.1.1金屬切削過程的基本特征

切削層經(jīng)塑性變形后，厚度增加，長度縮小，寬度基本不變?？捎闷浔硎厩邢鲗幼兊淖冃纬潭?。2.1.2切削變形程度的表示方法

◆厚度變形系數(shù)◆長度變形系數(shù)變形系數(shù)圖變形系數(shù)的計算當(dāng)γ0=0～30°，Λh

≥1.5時，Λh與ε相近

ε主要反映第Ⅰ變形區(qū)的變形，Λh還包含了第Ⅱ變形區(qū)的影響。ΔyΔsOMφγ0圖相對滑移系數(shù)（2-4）相對滑移（剪應(yīng)變）2.1.2切削變形程度的表示方法

2.1.2切削變形程度的表示方法

剪切角圖剪切角與剪切面積的關(guān)系實驗證明，剪切角的大小和切削力的大小有直接聯(lián)系。對于同一工件材料，用同樣的刀具，切削同樣大小的切削層，如剪切角越大，剪切面積越小即變形程度越小，切削比較省力。顯然，剪切角能反映變形程度，但因測量比較麻煩而用得較少。圖作用在切屑上的力作用在切屑上的力圖直角自由切削時力與角度的關(guān)系2.1.3前刀面擠壓與摩擦

2.1.3前刀面擠壓與摩擦

剪切角的計算圖直角自由切削時力與角度的關(guān)系根據(jù)材料力學(xué)平面應(yīng)力狀態(tài)理論，主應(yīng)力方向與最大剪應(yīng)力方向的夾角應(yīng)為45o，故有合力的方向即為主應(yīng)力方向，的方向就是最大剪應(yīng)力方向。它們二者間的夾角為：

粘結(jié)區(qū)：高溫高壓使切屑底層軟化，粘嵌在前刀面高低不平的凹坑中，形成長度為lfi的粘接區(qū)。切屑的粘接層與上層金屬之間產(chǎn)生相對滑移，其間的摩擦屬于內(nèi)摩擦。2.1.3前刀面擠壓與摩擦

圖切屑與前刀面的摩擦

在高溫高壓作用下，切屑底層與前刀面發(fā)生沾接，切屑與前刀面之間既有外摩擦，也有內(nèi)摩擦。

滑動區(qū)：切屑在脫離前刀面之前，與前刀面只在一些突出點(diǎn)接觸，切屑與前刀面之間的摩擦屬于外摩擦。lfolfi前刀面上摩擦令為前刀面上的平均摩擦系數(shù)，則-內(nèi)摩擦部分的接觸面積；

-內(nèi)摩擦部分的平均正應(yīng)力；

-工件材料剪切屈服強(qiáng)度。2.1.3前刀面擠壓與摩擦前刀面上摩擦2.1.4積屑瘤的形成與控制

積屑瘤成因◆

一定溫度、壓力作用下，切屑底層與前刀面發(fā)生粘接◆粘接金屬嚴(yán)重塑性變形，產(chǎn)生加工硬化滯留—粘接—長大積屑瘤形成過程切屑刀具圖積屑瘤積屑瘤2.1.4積屑瘤的形成與控制

積屑瘤對切削過程的影響積屑瘤的控制◆增大前角◆增大切削厚度◆增大已加工表面粗糙度◆影響刀具使用壽命

◆粗加工時，積屑瘤可以代替刀具進(jìn)行切削，保護(hù)了刀具，減小了切削變形?！艟庸r應(yīng)避免或減小積屑瘤。圖積屑瘤前角和伸出量

圖積屑瘤高度與切削速度關(guān)系

2.1.5影響切削變形的因素1.工件材料2.刀具前角3.切削速度4.切削厚度2.1.6切屑的種類與控制切屑的基本類型帶狀切屑擠裂切屑單元切屑崩碎切屑切屑形態(tài)照片2.1.6切屑的種類與控制形成條件影響名稱簡圖形態(tài)變形帶狀，底面光滑，背面呈毛茸狀節(jié)狀，底面光滑有裂紋，背面呈鋸齒狀粒狀不規(guī)則塊狀顆粒剪切滑移尚未達(dá)到斷裂程度局部剪切應(yīng)力達(dá)到斷裂強(qiáng)度剪切應(yīng)力完全達(dá)到斷裂強(qiáng)度未經(jīng)塑性變形即被擠裂加工塑性材料，切削速度較高，進(jìn)給量較小，刀具前角較大加工塑性材料，切削速度較低，進(jìn)給量較大，刀具前角較小工件材料硬度較高，韌性較低，切削速度較低加工硬脆材料，刀具前角較小切削過程平穩(wěn)，表面粗糙度小，妨礙切削工作，應(yīng)設(shè)法斷屑切削過程欠平穩(wěn)，表面粗糙度欠佳切削力波動較大，切削過程不平穩(wěn)，表面粗糙度不佳切削力波動大，有沖擊，表面粗糙度惡劣，易崩刀帶狀切屑擠裂切屑單元切屑崩碎切屑表切屑類型及形成條件切屑控制為使切削過程正常進(jìn)行和保證已加工表面質(zhì)量，應(yīng)使切屑卷曲和折斷。切屑的卷曲是切屑基本變形或經(jīng)過卷屑槽使之產(chǎn)生附加變形的結(jié)果（圖a）圖a切屑的卷曲圖b斷屑的產(chǎn)生斷屑是對已變形的切屑再附加一次變形（常需有斷屑裝置，圖b）

2.1.6切屑的種類與控制機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)2.2切削力第2章金屬切削過程及其控制2.2.1切削力和切削功率

切削力來源★3個變形區(qū)產(chǎn)生的彈、塑性變形抗力★

切屑、工件與刀具間摩擦力κrFcFFpFNFfFNFNfv切削合力和分力2.2.1切削力和切削功率

F切削合力Fc主切削力Fp吃刀抗力Ff進(jìn)給抗力切削力分解2.2.2切削力和切削功率

機(jī)床電機(jī)功率式中

——機(jī)床傳動效率，通常η=0.75～0.85切削功率式中

Fc

——主切削力（N）；

vc——主運(yùn)動速度（m/s）。2.2.2切削力的計算公式

切削力經(jīng)驗公式式中CFc,CFp,CFf

——與工件、刀具材料有關(guān)系數(shù)；

xFc,xFp,xFf

——切削深度ap對切削力影響指數(shù)；

yFc,yFp,yFf

——進(jìn)給量f對切削力影響指數(shù)；

zFc,zFp,zFf——進(jìn)給量f對切削力影響指數(shù)；

KFc,KFp,KFf

——考慮切削速度、刀具幾何參數(shù)、刀具磨損等因素影響的修正系數(shù)。2.2.2切削力的計算公式單位切削力

切除單位切削層面積的主切削力

各種工件材料的單位切削力可在有關(guān)手冊中查到。根據(jù)上式可得主切削力計算公式

——切削條件修正系數(shù)，可在有關(guān)手冊中查到。2.2.3影響切削力的因素

工件材料◆切削深度與切削力近似成正比；◆進(jìn)給量增加，切削力增加，但不成正比；◆切削速度對切削力影響復(fù)雜強(qiáng)度高加工硬化傾向大切削力大519283555100130

切削速度

v（m/min）

981784588主切削力Fc（N）圖切削速度對切削力的影響切削用量2.2.3影響切削力的因素

◆

前角γ0

增大，切削力減小（圖a）◆

主偏角κr

對主切削力影響不大，對吃刀抗力和進(jìn)給抗力影響顯著（κr

↑——Fp↓，F(xiàn)f↑，圖b）圖a前角對γ0切削力的影響前角γ0切削力Fγ0-Fcγ0–Fpγ0–Ff圖b主偏角κr對切削力的影響主偏角κr/°切削力/N3045607590κr

-Fcκr

–Ffκr

–Fp2006001000140018002200刀具幾何角度影響2.2.3影響切削力的因素

刀具幾何角度影響◆與主偏角相似，刃傾角λs對主切削力影響不大，對吃刀抗力和進(jìn)給抗力影響顯著（λs

↑——Fp↓，F(xiàn)f↑）◆

刀尖圓弧半徑rε

對主切削力影響不大，對吃刀抗力和進(jìn)給抗力影響顯著（rε

↑——Fp↑，F(xiàn)f↓）；其他因素影響◆

刀具材料：與工件材料之間的親和性影響其間的摩擦，而影響切削力；◆

切削液：有潤滑作用，使切削力降低；◆

后刀面磨損：使切削力增大，對吃刀抗力Fp的影響最為顯著；第2章金屬切削原理機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)

2.3

切削熱和切削溫度2.3.1切削熱的來源與傳導(dǎo)

切削熱來源★切削過程變形和摩擦所消耗功，絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢鳠崆邢鳠嵊汕行肌⒐ぜ?、刀具和周圍介質(zhì)（切削液、空氣)等傳散出去工件切屑刀具圖切削熱的產(chǎn)生與傳導(dǎo)切削熱傳導(dǎo)★主要來源

切削層變形、前刀面摩擦、后刀面摩擦產(chǎn)生的熱量2.3.2切削溫度的測量

自然熱電偶法工件和刀具材料不同，組成熱電偶兩極，切削時刀具與工件接觸處的高溫產(chǎn)生溫差電勢，通過電位差計測得切削區(qū)的平均溫度。利用紅外輻射原理，借助熱敏感元件，測量切削區(qū)溫度。可測量切削區(qū)側(cè)面溫度場。★用不同材料、相互絕緣金屬絲作熱電偶兩極。mV圖人工熱電偶工件刀具金屬絲小孔★

可測量刀具或工件指定點(diǎn)溫度，可測最高溫度及溫度分布場。人工熱電偶法紅外測溫法2.3.3切削溫度及分布

切削溫度分布★切削塑性材料——前刀面靠近刀尖處溫度最高?！?/p>

切削脆性材料——后刀面靠近刀尖處溫度最高。750℃刀具圖二維切削中的溫度分布工件材料：低碳易切鋼；刀具：o=30，o=7；切削用量：ap=0.6mm，

vc

=0.38m/s；切削條件：干切削，預(yù)熱611C2.3.4影響切削溫度的因素

切削用量的影響

式中θ——用自然熱電偶法測出的前刀面接觸區(qū)的平均溫度(C)；

Cθ——與工件、刀具材料和其它切削參數(shù)有關(guān)的切削溫度系數(shù)；

Zθ、Yθ、Xθ——vc、f、ap

的指數(shù)。

經(jīng)驗公式

刀具材料加工方法ＣθＺθＹθＸθ高速鋼車削140～1700.35～0.450.2～0.30.08～0.10銑削80鉆削150硬質(zhì)合金車削320f(mm/r)0.10.410.150.050.20.310.30.26表切削溫度的系數(shù)及指數(shù)2.3.4影響切削溫度的因素

刀具幾何參數(shù)的影響

前角o↑→切削溫度↓主偏角r↓→切削溫度↓負(fù)倒棱及刀尖圓弧半徑對切削溫度影響很小

工件材料的影響

工件材料機(jī)械性能↑→切削溫度↑工件材料導(dǎo)熱性↑→切削溫度↓vc（m/min）圖切削速度、工件材料對切削溫度的影響1—GH1312—1Cr18Ni9Ti3—45鋼(正火)4—HT200刀具材料：YT15；YG8刀具幾何參數(shù)：o=15，o=6~8，r=75，1=-10，s=0，b=0.1mm，r=0.2mm切削用量：ap=3mm，f=0.1mm/rθ（℃）103050709011013040060080010001243

刀具磨損的影響

冷卻液的影響

2.4刀具磨損與刀具壽命第2章金屬切削過程及其控制機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)2.4.1刀具磨損形態(tài)

形式：月牙洼形成條件：加工塑性材料，vc大，hD大影響：削弱刀刃強(qiáng)度，降低加工質(zhì)量形式：后角=0的磨損面（參數(shù)——VB，VBmax）形成條件：加工塑性材料,vc

較小,hD

較?。患庸ご嘈圆牧嫌绊懀呵邢髁Α?切削溫度↑,產(chǎn)生振動，降低加工質(zhì)量前刀面磨損圖刀具的磨損形態(tài)

后刀面磨損前、后刀面磨損◆磨料磨損——各種切速下均存在——低速情況下刀具磨損的主要原因◆

粘結(jié)磨損（冷焊）——刀具材料與工件材料親和力大——刀具材料與工件材料硬度比小——中等偏低切速粘結(jié)磨損加劇◆

擴(kuò)散磨損——高溫下發(fā)生◆

氧化磨損——高溫情況下，在切削刃工作邊界發(fā)生熱電磨損2.4.2刀具磨損原因

刀具磨損原因2.4.3刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)

圖刀具磨損過程初期磨損后刀面磨損量VB正常磨損急劇磨損切削時間刀具磨損過程3個階段常取后刀面最大允許磨損量VB磨鈍標(biāo)準(zhǔn)刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用，這個磨損限度稱為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。國際標(biāo)準(zhǔn)ISO統(tǒng)一規(guī)定以1/2背吃刀量處后刀面上測量的磨損帶寬度作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。磨鈍標(biāo)準(zhǔn)制訂磨鈍標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)考慮以下因素：◆工藝系統(tǒng)剛性◆工件材料◆

加工精度和表面質(zhì)量◆工件尺寸圖后刀面的磨損2.4.3刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)

2.4.4刀具壽命刀具壽命（耐用度）概念◆刀具從切削開始至磨鈍標(biāo)準(zhǔn)的切削時間，用T表示?！舻毒呖倝勖话研碌稄耐度肭邢鏖_始至報廢為止的總切削時間，其間包括多次重磨。式中CT、m、n、p為與工件、刀具材料等有關(guān)的常數(shù)。可見vc

的影響最顯著；f次之；ap

影響最小。用硬質(zhì)合金刀具切削碳鋼（σb=0.75GPa）時，有：刀具壽命（耐用度）經(jīng)驗公式（2-25）（2-27）2.4.4刀具壽命

圖不同刀具材料的耐用度比較硬質(zhì)合金（VB=0.4mm）陶瓷刀具（VB=0.4mm）高速鋼刀具耐用度T（min）1235681020304060800600500400300200100806050切削速度v（m/min）不同刀具材料壽命（耐用度）比較刀具破損的防止

合理選擇刀具材料的牌號。選擇合理的刀具角度。合理選擇切削用量，保證焊接和刃磨質(zhì)量，盡可能保證工藝系統(tǒng)具有較好的剛性，盡量使刀具不承受或少承受突變性載荷。刀具破損的主要形式

刀具的脆性破損（崩刃、碎斷、剝落、裂紋破損）刀具的塑性破損

2.4.5刀具破損

2.5工件材料的切削加工性第2章金屬切削過程及其控制機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)工件材料的切削加工性是指材料在一定條件下被切削加工成合格零件的難易程度。材料切削加工性的概念考慮生產(chǎn)率和耐用度的表示方法

1）一定生產(chǎn)率條件下，加工這種材料時刀具耐用度；

2）一定刀具耐用度前提下，加工這種材料所允許的切削速度；

3）相同的切削條件下，刀具達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)時所能切除工件材料的體積?？紤]已加工表面質(zhì)量的表示方法考慮切削力或切削功率的表示方法考慮是否易于斷屑的表示方法材料切削加工性的不同表示方法2.5.1材料切削加工性概念和指標(biāo)

材料切削加工性的概念材料切削加工性指標(biāo)通常用vcT表示，vcT是指耐用度為T秒（或分）時，切削某種材料所允許的切削速度。vcT越高，表示材料的切削加工性越好。通常取T＝3600秒（60分），vcT寫作vc3600（vc60）；對于一些特別難加工的材料，也可取T＝1800秒（30分），vcT寫作vc1800（vc30）。如果以45鋼的vc3600（vc60）作為基準(zhǔn)，寫作（vc3600）j

；而把其它各種材料的vc3600（vc60）同它相比，這個比值Kr稱為材料的相對加工性。即：2.5.1材料切削加工性概念和指標(biāo)

加工性等級表材料相對加工性等級材料名稱及種類相對加工性Kr代表性材料1很易切削材料一般有色金屬＞3.0銅鋁合金，鋁銅合金，鋁鎂合金2容易切削材料易切削鋼2.5～3退火l5Cr，σb＝0.373～o.441GPa自動機(jī)鋼，σb＝0.393～0.491GPa3較易切削鋼1.6～2.5正火30鋼，σb＝0.441～0.549GPa4普通材料一般鋼、鑄鐵1.0～1.645鋼，灰鑄鐵5稍難切削材料0.65～1.02Crl3，調(diào)質(zhì)σb＝0.834GPa85，鋼σb＝0.883GPa6難加工材料較難切削材料0.5～0.6545Cr，調(diào)質(zhì)σb＝1.03GPa65Mn，調(diào)質(zhì)σb＝0.932～0.9817難切削材料0.15～0.550CrV,調(diào)質(zhì)；1Crl8Ni9Ti,鈦合金8很難切削材料＜0.15某些鈦合金，鑄造鎳基高溫合金2.5.1材料切削加工性概念和指標(biāo)

2.5.2材料性能對切削加工性影響

工件材料韌性對切削加工性的影響材料力學(xué)性能對切削加工性的影響◆工件材料硬度的影響1）工件材料常溫硬度對切削加工性影響：工件材料硬度越高，切削力越大，切削溫度越高，刀具磨損越快。2）工件材料高溫硬度的影響：工件材料高溫硬度越高，加工性越差。這是因為切削溫度對切削過程的有利影響（軟化）對高溫硬度高的材料不起作用。3）金屬材料中硬質(zhì)點(diǎn)對加工性的影響：金屬中硬質(zhì)點(diǎn)越多，形狀越尖銳、分布越廣，則材料的加工性越差。4）材料的加工硬化對切削加工性的影響：加工硬化性越嚴(yán)重，切削加工性越差。2.5.2材料性能對切削加工性影響

工件材料韌性對切削加工性的影響強(qiáng)度越高的材料，產(chǎn)生的切削力越大，切削時消耗的功率越多，切削溫度亦越高，刀具容易磨損。因此，在一般情況下，加工性隨工件材料強(qiáng)度提高而降低?！?/p>

工件材料強(qiáng)度的影響◆工件材料塑性的影響材料塑性大，切削加工性差：①切削力大；②刀具容易產(chǎn)生粘結(jié)和擴(kuò)散磨損；③低速切削時易出現(xiàn)刀瘤與鱗刺；④斷屑困難。但材料塑性太小時，切屑與前刀面的接觸變得很短，切削力、切削熱集中在切削刃附近，使刀具磨損嚴(yán)重，故切削性也差。工件材料韌性對切削加工性的影響◆工件材料韌性的影響韌性大的材料，切削加工性較差：在斷裂前吸收的能量多，切削功率消耗多；且斷屑困難?！艄ぜ牧蠌椥阅Ａ康挠绊懖牧系膹椥阅Ａ縀是衡量材料剛度（抵抗彈性變形的性能）的指標(biāo)，E值越大，材料剛度越大，切削加工性越差?！锊牧系那邢骷庸ば允巧鲜鲞@些機(jī)械性能（硬度、強(qiáng)度、塑性、韌性、彈性模量等）綜合影響的結(jié)果。100圖碳鋼硬度與可切削性的關(guān)系0100200300400500255075可切削性布氏硬度（HB）2.5.2材料性能對切削加工性影響

材料物理化學(xué)性能對切削加工性的影響如鎂合金易燃燒，鈦合金切屑易形成硬脆化合物等，不利于切削進(jìn)行?！艄ぜ牧蠈?dǎo)熱系數(shù)的影響工件材料導(dǎo)熱系數(shù)低，切削溫度高，刀具易磨損，切削加工性差。金屬材料導(dǎo)熱系數(shù)大小順序：純金屬、有色金屬、碳結(jié)構(gòu)鋼、鑄鐵、低合金結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、耐熱鋼、不銹鋼?！艄ぜ牧衔锢砘瘜W(xué)反應(yīng)的影響2.5.2材料性能對切削加工性影響

2.5.3常用金屬材料的切削加工性表工件材料加工性分級表切削加工易切削較易切削較難切圍難切削等級代號01234567899a9b硬度HB≤50＞50～100＞100～150＞150～200＞200～250＞250～300＞300～350＞350～400＞400～480＞480～635＞635

HRC

＞14～24.8＞24.8～32.3＞32.3～38.1＞38.1～43＞43～50＞50～60＞60

抗拉強(qiáng)度Σb（GPa）≤0.196＞0.196～0.441＞0.441～0.588＞0.588～0.784＞0.784～0.98＞0.98～1.176＞1.176～1.372＞1.372～l.568＞1.658～1.764＞1.764～1.96＞1.96～2.45＞2.45延伸率δ(％)≤10＞10～15＞15～20＞20～25＞25～30＞30～35＞35～40＞40～50＞50～60＞60～100＞100

沖擊值αk(kJ/m2)≤196＞196～392＞392～588＞588～784＞784～980＞980～1372＞1372～1764＞1764～1962＞1962～2450＞2450～2940＞2940～3920

導(dǎo)熱系數(shù)k(W/m·K)418.68～293.08＜293.08～167.47＜167.47～83.74＜83.47～62.80＜62.80～41.87＜41.87～33.5＜33.5～25.12＜25.12～16.75＜16.75～8.37＜8.37

常用金屬材料的切削加工性◆有色金屬有色金屬（如鋁及鋁合金，銅及銅合金等）通常屬于易切削材料?！翳T鐵鑄鐵的加工性一般較碳鋼好。比較各種鑄鐵加工性的好壞，主要取決于石墨的存在形式、基體組織狀態(tài)、金屬組織成分和熱處理的影響。例如：灰鑄鐵，可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵中，石墨分別呈片狀、團(tuán)絮狀和球狀，因此它們的強(qiáng)度依次提高，加工性隨之變差。，2.5.3常用金屬材料的切削加工性常用金屬材料的切削加工性◆碳素鋼普通碳素鋼的切削加工性主要取決于鋼中碳的含量。低碳鋼硬度低、塑性和韌性高，切削變形大，切削溫度高，斷屑困難，故加工性較差。高碳鋼的硬度高、塑性低、導(dǎo)熱性差，故切削力大，切削溫度高，刀具耐用度低，加工性也差。相對而言，中碳鋼的切削加工性較好。，在碳素鋼中加入一定合金元素，如Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti等，使鋼的機(jī)械性能提高，但加工性也隨著變差?！艉辖鸸ぞ咪?.5.3常用金屬材料的切削加工性2.5.4難切削材料，表難切削金屬材料的切削加工性比較（惡化順序1→2→3→4）影響切削加工性的因素難切削金屬材料（淬火或析出硬化狀態(tài)）高錳鋼高強(qiáng)度鋼不銹鋼高溫合金低合金高合金馬氏體時效鋼沉淀硬化型奧氏體型馬氏體型索氏體型鐵基鎳基鈷基鈦合金硬度1～23～42～341～31～22～3122～322高溫強(qiáng)度11221l～2112～3332微觀硬質(zhì)點(diǎn)1～212～3111112～3321與刀具親和性111112222334導(dǎo)熱性422233223～43～444加工硬化性4221232133～432粘附件21111～231133～421相對切削加工性0.2～0.40.2～0.50.2～0.450.1～0.250.3～0.40.5～0.60.5～0.70.6～0.80.15～0.30.8～0.20.05～0.150.25～0.382.5.5改善材料切削加工性的途徑◆調(diào)整材料的化學(xué)成分

在鋼中適當(dāng)添加一些元素，如硫、磷、鉛、鈣等，可使鋼的切削加工性得到顯著改善，這樣的鋼叫“易切鋼”。易切鋼加工時的切削力小，易斷屑，刀具使用壽命高，已加工表面質(zhì)量好。在鑄鐵中加入合金元素鋁、鎳、銅等能分解出石墨元素，使材料利于切削?！舨捎眠m當(dāng)?shù)臒崽幚矸椒ā舨捎眯碌那邢骷庸ぜ夹g(shù)

采用加熱切削、低溫切削、振動切削等新的方法，可以有效地解決一些難加工材料的切削問題。

2.6切削條件的合理選擇第2章金屬切削過程及其控制機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)2.6.1刀具幾何參數(shù)的選擇

刀具幾何參數(shù)包含四方面內(nèi)容：

幾何角度、刃形、刃面、刃口型式及參數(shù)

γ0↑→變形程度↓→F↓q↓→θ↓→T↑振動↓質(zhì)量↑

刀刃和刀頭強(qiáng)度↓散熱面積容熱體積↓斷屑困難在一定的條件下，存在一個合理值合理前角的選擇原則

粗加工、斷續(xù)切削、刀材強(qiáng)度韌性低、工材強(qiáng)度硬度高，選較小的前角；工材塑韌性大、系統(tǒng)剛性差，易振動或機(jī)床功率不足，選較大的前角；成形刀具、自動線刀具取小前角；

Aγ磨損增大前角，Aα磨損減小前角。前角的選擇α0↑→rn↓鋒利、lα↓摩擦F↓→

質(zhì)量↑

VB一定，磨損體積↑→T↑但NB↑

刀頭強(qiáng)度↓散熱體積↓重磨體積↑

在一定的條件下，存在一個合理值合理后角的選擇原則

粗加工、斷續(xù)切削、工材強(qiáng)度硬度高，選較小后角,已用大負(fù)前角應(yīng)↑α0

；精加工取較大后角，保證表面質(zhì)量；成形、復(fù)雜、尺寸刀具取小后角；系統(tǒng)剛性差，易振動，取較小后角；工材塑性大取較大后角，脆材↓α0

。2.6.1刀具幾何參數(shù)的選擇圖后角與磨損體積的關(guān)系后角的選擇2.6.1刀具幾何參數(shù)的選擇

κr↓→hD↓bD↑→單位刃長負(fù)荷↓→T↑

刀尖強(qiáng)度↑散熱體積↑，Ra↓

Fp↑→變形↑加工精度↓，易振動→Ra↑，T↓

在一定的條件下，存在一個合理值合理主偏角的選擇原則主要看系統(tǒng)剛性。若剛性好，不易變形和振動，κr取較小值；若剛性差（細(xì)長軸），κr取較大值（90°）；考慮工件形狀、切屑控制、減小沖擊等。車臺階軸，取90°；鏜盲孔＞90°；κr小切屑成長螺旋屑不易斷；較小κr，改善刀具切入條件，不易造成刀尖沖擊。主偏角的選擇

刃傾角的作用影響刀刃鋒利性.λs↑→γ0e↑、rn

↓→↑鋒利性

負(fù)刃傾角→刀頭強(qiáng)度↑散熱體積↑

負(fù)刃傾角→Fp↑→變形↑，易振動→Ra↑

正λs切屑流向待加工表面，負(fù)λs切屑流向已加工表面

在一定條件下，存在一合理值。2.6.1刀具幾何參數(shù)的選擇刃傾角的選擇2.6.1刀具幾何參數(shù)的選擇◆合理刃傾角的選擇

粗加工、有沖擊、刀材脆、工材強(qiáng)度硬度高，λs取負(fù)值；精加工、系統(tǒng)剛性差（細(xì)長軸），λs取正值；微量極薄切削，取大正刃傾角。2.6.2切削用量的合理選擇切削用量三要素、、均同Q保持線性關(guān)系，三者對機(jī)床切削效率的權(quán)重是完全相同的。從提高生產(chǎn)效率考慮，切削用量三要素、、中任一要素提高一倍，機(jī)床切削效率Q都提高一倍，但提高一倍與、一倍對刀具壽命帶來的影響卻是完全不相同的。在保持刀具壽命一定的情況下，提高背吃刀量比提高進(jìn)給量的生產(chǎn)效率高，比提高切削速度的生產(chǎn)效率更高。切削用量與生產(chǎn)率、刀具壽命的關(guān)系機(jī)床切削效率可以用單位時間內(nèi)切除的材料體積Q（mm3/min）表示：粗加工時，應(yīng)在保證必要的刀具使用壽命的前提下，以盡可能提高生產(chǎn)率和降低成本為目的。根據(jù)刀具使用壽命與切削用量的關(guān)系式，切削用量↑，

T

↓，其中速度v對T影響最大，進(jìn)給量f次之，背吃刀量ap影響最小。粗加工中選擇切削用量時，應(yīng)首先選擇盡可能大的背吃刀量ap，其次在工藝條件允許下選擇較大的進(jìn)給量f，最后根據(jù)合理的刀具使用壽命，用計算法或查表法確定切削速度v。這樣使v、f、ap的乘積最大，以獲得最大的生產(chǎn)率。精加工時則主要按表面粗糙度和加工精度要求確定切削用量。

2.6.2切削用量的合理選擇切削用量的選擇原則2.6.2切削用量的合理選擇切削用量的三要素的選用（以車削為例）

背吃刀量ap的選擇粗加工時，ap由加工余量和工藝系統(tǒng)的剛度決定，盡可能一次走刀切除全部加工余量。半精加工時，ap可取0.5～2mm。精加工時，ap取為0.1～0.4mm。在加工余量過大或系統(tǒng)剛性不足情況下，粗加工可分幾次走刀。若分兩次走刀，第一次走刀的ap取大些，可占全部余量的2/3～3/4，而第二次走刀的ap取小些，以使精加工工序具有較高的刀具壽命和加工質(zhì)量。切削有硬皮的鑄、鍛件或不銹鋼等加工硬化嚴(yán)重的材料時，應(yīng)盡量使ap超過硬皮或冷硬層厚度，以避免刀尖過早磨損。

2.6.2切削用量的合理選擇進(jìn)給量f的選擇粗加工時，f

的大小主要受機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度、刀具的強(qiáng)度與剛性、工件的裝夾剛度等因素的限制。精加工時，f的大小主要受加工精度和表面粗糙度的限制。生產(chǎn)實際中常根據(jù)經(jīng)驗或查表法確定f

。粗加工時根據(jù)工件材料、車刀刀桿尺寸、工件直徑及以確定的背吃刀量按表2-6來選擇f

。在半精加工和精加工時，則按加工表面粗糙度要求，根據(jù)工件材料、刀尖圓弧半徑、切削速度按表2-7來選擇f

。2.6.2切削用量的合理選擇切削速度的確定根據(jù)已經(jīng)選定的背吃刀量ap

、進(jìn)給量f及刀具使用壽命T，切削速度v可按下式計算求得

式中各系數(shù)和指數(shù)可查閱切削用量手冊。切削速度值也可查表來選定。切削用量選定后，還應(yīng)校核切削功率是否小于機(jī)床的許用功率。若切削功率超過了機(jī)床的許用功率，則應(yīng)首先降低切削速度。水溶液水＋添加劑冷卻粗加工

乳化液乳化油＋水切削油礦物油＋添加劑潤滑精加工冷卻↓摩擦↓熱的產(chǎn)生；將熱量帶走。本身導(dǎo)熱系數(shù)、比熱、汽化熱及流量、流速、冷卻方式等。潤滑切削液的滲透性、形成潤滑膜能力、潤滑膜強(qiáng)度排屑、清洗防銹防銹添加劑2.6.3切削液的選擇切削液的分類切削液的作用機(jī)理從加工要求考慮粗加工，選用水溶液或低濃度乳化液；精加工，選用極壓切削油或高濃度乳化液；從刀具材料考慮

高速鋼，需用切削液；Y合金等,可不用或充分連續(xù)用；從工件材料考慮

鋼等塑性材料，需用切削液；鑄鐵等脆材，可不用；高強(qiáng)度鋼等難加工材料