第四章 切削基本理論應用

第四章切削基本理論的應用第一節(jié)切屑控制一、切屑形狀的分類2.按工件材料、刀具幾何形狀和切削用量常見切屑形狀有帶狀屑、C形屑、崩碎屑、螺卷屑、長緊卷屑、發(fā)條狀卷屑、寶塔狀卷屑等。帶狀屑連綿不斷，易纏繞在工件或刀具上，造成劃傷工件表面或打壞刀刃，甚至傷害操作人員。故一般應避免形成帶狀屑。但在某些情況下(如加工盲孔)，為了使切屑順利地排出，希望形成帶狀屑或長緊卷屑。C形屑是一種較好的屑形，不會傷工件表面或打刀刃，也不易傷人。多數(shù)是使它碰撞在刀具后刀面或工件表面上而折斷，但這樣會影響切削過程的平穩(wěn)性，也會影響工件已加工表面粗糙度。因此，精加工時希望形成長螺卷屑。在重型車床上，因切屑又厚又寬，為安全起見，希望形成發(fā)條狀屑，并使其在工件加工表面上頂斷，靠自重墜落。

在自動機床或自動線上，排屑及清除對加工的連續(xù)性很重要，故希望形成不纏繞工件和刀具且易清除的寶塔狀卷屑。崩碎屑（見圖1c)：在車削鑄鐵、脆黃銅、鑄青銅等脆性材料時，極易形成針狀或碎片狀的崩碎屑，既易飛濺傷人、又易研損機床。若采用卷屑措施，則可使切屑連成短卷狀?？傊?，切削加工的具體條件不同，希望得到切屑的形狀也不同，但不論什么形狀的切屑，都要斷屑可靠

二、切屑的流向和折斷1.切屑的流向影響流向的主要參數(shù)：刃傾角、主偏角、前角刃傾角控制切屑流向，影響加工質(zhì)量－λs使切屑流向已加工表面＋λs使切屑流向待加工表面主偏角主偏角變小切屑寬度增加，厚度變小。同時切屑流向也會改變。切削深度和刀尖半徑當深度與刀尖半徑比較小時，刀尖部分為主要切削部分，并將產(chǎn)生螺旋狀切屑。另外進給量也會影響到切屑的橫斷面形狀和切屑流向2.切屑的折斷

切削過程中所形成的切屑，由于經(jīng)過了比較大的塑性變形，它的硬度將會有所提高，而塑性和韌性則顯著降低，這種現(xiàn)象叫冷作硬化。經(jīng)過冷作硬化以后，切屑變得硬而脆，當它受到交變的彎曲或沖擊載荷時就容易折斷。切屑所經(jīng)受的塑性變形越大，硬脆現(xiàn)象越顯著，折斷也就越容易。在切削難斷屑的高強度、高塑性、高韌性的材料時，應當設(shè)法增大切屑的變形，以降低它的塑性和韌性，便于達到斷屑的目的。

切屑的變形可以由兩部分組成：第一部分是切削過程中所形成的，稱之為基本變形。用平前刀面車刀自由切削時所測得的切屑變形，比較接近于基本變形的數(shù)值。影響基本變形的主要因素有刀具前角、負倒棱、切削速度三項。前角越小，負倒棱越寬、切削速度越低，則切屑的變形越大，越有利于斷屑。所以，減小前角、加寬負倒棱，降低切削速度可作為促進斷屑的措施。第二部分是切屑在流動和卷曲過程中所受的變形，稱之為附加變形。因為在大多數(shù)情況下，僅有切削過程中的基本變形還不能使切屑折斷，必須再增加一次附加變形，才能達到硬化和折斷的目的。迫使切屑經(jīng)受附加變形的最簡便的方法，就是在前刀面上磨出（或壓制出）一定形狀的斷屑槽，迫使切屑流入斷屑槽時再卷曲變形。切屑經(jīng)受附加的再卷曲變形以后，進一步硬化和脆化，當它碰撞到工件或后刀面上時，就很容易被折斷了。A自斷屑B撞擊刀具斷屑C撞擊工件斷屑三、斷屑措施

為使切削過程正常進行和保證已加工表面質(zhì)量，應使切屑卷曲和折斷。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。斷屑是對已變形的切屑再附加一次變形，常需有斷屑裝置※切屑處理的必要條件a)要使斷屑順暢而且不影響正常的切削。b)控制切屑的體積使切屑在處理、保管、搬運時更容易。c)切屑要在不纏繞工件、車刀或造成附屬裝置(自動送料機等)發(fā)生故障的情況下排出。

切屑的卷曲斷屑的產(chǎn)生不同刀具對切屑長度還有不同要求。例如一般粗車鋼料的最大切屑長度為100mm左右；精車則應稍長。要避免過于細碎的切屑，因為它容易嵌入機床導軌和刀具裝置的一些重要部位（如基準面），這樣不僅需要附加防護裝置，還給清除切屑帶來一定的困難。

切屑的上向卷曲由于切屑厚度方向上的流速差所引起的切屑卷曲．被稱為上向卷曲切屑的側(cè)向卷曲由于切屑寬度方向上的流速差所引起的切屑卷曲，被稱為側(cè)向卷曲

切屑折斷的機理．按折斷方式的不同有兩種，即碰斷和甩斷。前者包括碰后刀面的折斷、碰工件加工表面的折斷以及碰工件待加工表面的折斷。后者在折斷時，并不撞擊任何障礙物，而是由于動力學的原因，當螺旋形的切屑達到一定的臨界長度時，整個切屑突然開始旋轉(zhuǎn)，振幅快速增加，最后由于彎曲應力使切屑折斷采取以下措施對切屑實施控制。1.采用斷屑槽通過設(shè)置斷屑槽對流動中的切屑施加一定的約束力，使切屑應變增大，切屑卷曲半徑減小。折線形直線圓弧形全圓弧形斷屑槽截面形狀

l、直線圓弧型斷屑槽由一段直線和一段圓弧連接而成。直線部分構(gòu)成刀具的前刀面，槽底圓弧半徑Rn的大小對切屑的卷曲和變形有一定的影響。Rn小，則切屑卷曲半徑小，而切屑變形大；Rn大，則切屑卷曲半徑大，而切屑變形小。在中等切深下(切深ap=2～6mm)，一般可選RBn=(0.4～0.7)LBn2、直線型斷屑槽由兩段直線相交而成，其槽底角為180°-δBn（δBn稱為斷屑臺楔角），槽底角（180°-δBn）代替了圓弧Rn的作用。槽底角小，則切屑的卷曲半徑小，切屑變形大；槽底角大，則切屑的卷曲半徑大，切屑變形小。在中等切深下，斷屑臺楔角一般選用60°～70°。

直線型和直線圓弧型斷屑槽適合于切削碳素鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼等。一般取前角γo=5~15；當切削紫銅和不銹鋼等高塑性材料時前角取γo=25~30。當前角太大時，直線型和直線圓弧型斷屑槽的切削刃強度太低，易崩刃，斷屑槽也太深，排屑不暢，此時應采用全圓弧型斷屑槽。

3、全圓弧型斷屑槽（見圖5c）的主要參數(shù)槽寬B、槽底圓弧半徑Rn和前角γ。之間的關(guān)系為：

當切削紫銅、不銹鋼等高塑性材料時，常選用全圓弧型斷屑槽。因為加工高塑性材料時，刀具前角選得比較大（γ0=25°-30°）同樣大的前角，全圓弧斷屑槽刀具的切削刃比較堅固，另外槽也較淺，便于流屑，故比較實用斷屑槽的寬度

斷屑槽寬度LBn與進給量f、切削深度ap有關(guān)，當進給量f增大時，切削厚度增大，斷屑槽的寬度應相應加寬；切削深度大,槽也應適當加寬。圖a是槽寬與進給量基本適應，切屑經(jīng)卷曲變形后碰撞折斷成C形；圖b是槽不夠?qū)?，切屑卷曲半徑小，變形大，碰撞后折斷成短C形或形成崩碎小片；圖c則是槽太窄了，切屑擠成小卷堵塞在槽中很難流出來，造成憋屑甚至會打壞切削刃；圖d、e則是槽太寬了，切屑卷曲半徑太大，變形不夠．不易折斷．有時甚至不流經(jīng)槽底而自由形成帶狀屑。斷屑槽的寬度與所選的ap和f有關(guān)，一般來說，ap和f大，LBn也應該大。切削中碳鋼時LBn=10f切削合金鋼時LBn=7f通常直線圓弧型rBn=（0.3~0.7）LBn塑性大取上限，塑性小取下限斷屑槽的寬度LBn也應與切削深度ap相適應。一般也可以粗略地依據(jù)ap來選擇槽寬LBn，當ap大時，LBn也應當大些；而ap小，則LBn應適當減小。因為當切深大而槽太窄時，切屑寬，不易在槽中卷曲，這樣，切屑往往不流入槽底而自行形成帶狀屑；當切深小而槽太寬時，切屑窄，流動比較自由，變形不夠充分，也不易折斷。

斷屑槽與主切削刃的傾斜角

斷屑槽與主切削刃的傾斜方式常用的有外斜式、平行式、和內(nèi)斜式三種

a）外傾式b）平行式c）內(nèi)斜式

槽向：a)外斜式→粗加工b)平行式→粗加工c)內(nèi)斜式→半精、精加工1、外斜式外斜式的斷屑槽，前寬后窄，前深后淺。外斜式斷屑槽的切屑卷曲變形大，如圖所示，在靠近工件外圓表面A處的切削速度最高而槽窄，切屑最先受阻而卷曲，且卷曲半徑小，變形大；而在刀尖B處，切削速度低而槽寬，切屑最后以較大卷曲半徑卷曲，這就會產(chǎn)生一個力，使切屑翻轉(zhuǎn)到后刀面或待加工表面上，經(jīng)碰撞后折斷而形成C形屑。這種形式的斷屑槽。在中等切深時斷屑范圍較寬，斷屑效果穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)中應用較為廣泛。傾斜角τ的數(shù)值主要按工件材料確定，一般切削中碳鋼時，取τ=8°-10°切削合金鋼時，為增大切屑變形，取τ=10°-15°。但在大切深時，由于靠近工件外圓表面A處（見圖）斷屑槽寬度太小，切屑容易阻塞，甚至切屑打壞切削刃，所以一般多改用平行式。2、平行式（見圖l0b)：平行式斷屑槽的切屑變形不如外斜式大，切屑大多是碰在工件加工表面上折斷。切屑中碳鋼時，平行式斷屑槽的斷屑效果與外斜式基本相仿，但進給量應略加大一些，以增大切屑的附加卷曲變形。

3、內(nèi)斜式（見圖10c）：內(nèi)斜式斷屑槽（見圖12）在工件外圓表面A處最寬．而在刀尖B處最窄。所以切屑常常是在B處先卷曲成小卷，而在A處則卷成大卷。當主切削刃的刃傾角取成3°-5°時，切屑容易形成連續(xù)的長緊卷屑。內(nèi)斜式斷屑槽與主切削刃的傾斜角一般取τ=8°-10°，內(nèi)斜式斷屑槽形成長緊卷屑的切削用量范圍相當窄，所以它在生產(chǎn)中應用不如外斜式和平行式普遍，主要是應用于精車或半精車。斷屑槽設(shè)計為了適用不同的切削用量范圍。硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片上壓制有多種形狀及不同尺寸的斷屑槽，便于選用，這樣既經(jīng)濟又簡便。這種方法是切削加工中應首選的方法，也是應用最廣泛的方法斷屑槽設(shè)計改變刀具角度

由前面所述的切屑折斷原理可知，減小刀具前角；增大主偏角；在主切削刃上磨出負倒棱；；加大進給量以及改變主切削刃形狀等都能促使切屑折斷。但是，采取這些方法斷屑，常會帶來一些不良后果，如生產(chǎn)率下降，工件表面質(zhì)量惡化、切削力增大等，這種方法，在自動線上很少采用，有時只作為斷屑的輔助手段。

調(diào)整切削用量

降低切削速度、提高進給量f使切削厚度增大，對斷屑有利；但增大f會增大加工表面粗糙度。適當?shù)亟档颓邢魉俣仁骨邢髯冃卧龃?，也有利于斷屑，但這會降低材料切除效率。須根據(jù)實際條件適當選擇切削用量。切削參數(shù)與斷屑的關(guān)系斷屑與進給量、倒棱寬度的關(guān)系其它斷屑方法（1）固定附加斷屑擋塊

斷屑器有固定式和可調(diào)節(jié)式兩種。圖13為車刀上的可調(diào)節(jié)式斷屑器。在車刀前刀面上裝一個擋屑板1，切屑沿刀具的前面流出時，因受擋屑板1所阻而彎曲折斷。斷屑器的參數(shù)Ln和α可按需要設(shè)計和調(diào)整，以保證在給定的切削條件下，斷屑穩(wěn)定可靠。松開螺釘3,在彈簧4的作用下，可使擋屑板1和壓板2一起抬起，便于擋屑板調(diào)整和刀片的快速轉(zhuǎn)位與更換。這種斷屑器常用于大、中型機床的刀具上。其它斷屑方法（2）利用斷屑裝置

斷屑裝置類型很多，一般可分為機械式，液壓式和電氣式等，斷屑裝置成本高，但斷屑是穩(wěn)定可靠的，一般只用于自動線上。圖14為用于車刀上的帶有切斷器的斷屑裝置示意圖。車削時，切屑通過導屑通道2流出，被不斷旋轉(zhuǎn)的盤形切斷器3強行割斷，被割斷后的切屑則從排屑道6排出。切斷器是由傳動軸4帶動的。圖中1為車刀。其它斷屑方法（3）在工件表面上的預先開槽按工件直徑大小不同，預先在被加工表面上沿工件軸向開出一條或數(shù)條溝槽，其深度略小于切削深度，使切出的切屑形成薄弱截面，從而折斷。這樣，既保證了可靠的斷屑，又不影響工件已加工表面的粗糙度。即使加工韌性較大的材料時，斷屑效果也很好。例如在精鏜韌性較大的工件材料(如40Cr等)時，在用其他方法很難斷屑時，則可在被加工表面上拉削出縱向溝槽，再進行鏜削。采用這種方法能顯出其獨特的優(yōu)點。AmeriChip的激光輔助切屑控制系統(tǒng)是一個獨立裝置，它利用一束激光在工件材料表面刻劃出一道窄槽，當該處材料被加工時，就會以細小切屑的形態(tài)被切離而不會形成長帶狀切屑。這道激光刻劃的窄槽實際上消除了與切屑有關(guān)的所有麻煩。在刻槽過程中，電容高度傳感器可以測出工件形狀或材料厚度的任何變化，使激光頭系統(tǒng)始終保持聚焦高度，可對刻槽深度進行連續(xù)調(diào)整?？滩蹖挾韧ǔＴO(shè)定為0．25mm，它可使刀具產(chǎn)生在時間和距離上都極為短暫的斷續(xù)切削，但已足以確保產(chǎn)生的切屑均為細小切屑。在工件上刻槽使得以較高速度切削工件和無需使用冷卻液成為可能。激光輔助切屑控制技術(shù)其它斷屑方法（4）切削刃上開分屑槽此外，采用切削液可以降低切屑的塑性和韌性，也有利于斷屑。提高切削液壓力更能促使切屑折斷，孔加工中，有時就采用這種方法

其它斷屑方法（5）此外，采用切削液可以降低切屑的塑性和韌性，也有利于斷屑。提高切削液壓力更能促使切屑折斷，孔加工中，有時就采用這種方法

在以高速鋼刀具為主導的年代，由于進給率和切削速度都比較低，因此只要澆注的冷卻液能使溫度降低到足以保持刀具切削刃完好就足夠了。但在如今，隨著機床技術(shù)的進步和硬質(zhì)合金刀具的使用，加工參數(shù)有了大幅度提高，如果仍按傳統(tǒng)方式對溫度高達1000oC的切削區(qū)澆注切削液，切削液就會立即蒸發(fā)，從而形成一個高壓蒸汽區(qū)，它會有效阻止低壓冷卻液的流動，使其無法到達切削刃。為了解決這一問題，人們?yōu)楝F(xiàn)代機床開發(fā)了高壓冷卻液系統(tǒng)。在金屬切削加工中，切削液具有雙重作用：潤滑和沖刷切屑。無論加工要求使用油基切削液還是水基切削液，其在加工中的功能都是在切削刃與工件之間形成一個液壓層(它有助于將切削熱從刀尖傳導到切屑中)，然后促使已被加熱的切屑從切削區(qū)加速排出。在加工時，此刀柄利用小噴嘴噴出的高壓切削液，可以穿透由切削加工形成的熱影響區(qū)，達到更快速、更有效地冷卻切削刀片和優(yōu)化切屑控制的目的。噴嘴可在切削刀片的上表面與從工件上被切除的切屑下表面之間形成一個水楔，從而有助于減少刀片磨損，并可將切屑分斷為更小的碎屑，以利于從切削區(qū)更快地排出。雖然在粗加工中，切屑控制的重要性比在精加工時稍遜一籌，但通過刀柄精確使用切削液，可以降低切削溫度，從而能采用更高的切削速度，或進一步延長刀具壽命。另一方面，在精加工中，由于切深量和進給量較小，因此更容易出現(xiàn)切屑控制問題。此外，隨著越來越多的加工車間采用無人值守或少人值守的自動化加工方式，利用此刀柄消除“鳥巢”狀切屑的形成也是一項重要優(yōu)勢。第二節(jié)工件材料的切削加工性材料的切削加工性(machinability)是指在一定條件下對某種材料進行切削加工的難易程度。切削加工性的概念具有相對性。所謂某種材料切削加工性好壞，是相對于另一種材料而言的。一般在討論鋼料的切削加工性時，習慣地以碳素結(jié)構(gòu)鋼45為基準。如稱高強度鋼比較難加工，就是相對于45鋼而言的。

根據(jù)不同的要求，可以用不同的指標來衡量材料的切削加工性。1.加工材料的性能指標

表4-3工件材料切削加工性分級表一、切削加工性指標硬度高的材料，切削時刀屑接觸長度小，切削力和切削熱集中在刀刃附近，刀具易磨損、壽命低，所以加工性不好。如高溫合金、耐熱鋼，由于高溫硬度高，高溫下切削時，刀具材料與工件材料的硬度比降低，使刀具磨損加快，加工性差。另外，硬質(zhì)點多和加工硬化嚴重的材料，加工性也差。并不是材料的硬度越低，越好加工。有些金屬如低碳鋼、純鐵、純銅等硬度雖低，但塑性很高，也不好加工。硬度適中(HBl60—200)的鋼材較好加工。此外，適當提高材料的硬度，有利于獲得較好的加工表面質(zhì)量。

強度高的材料，切削時力大、溫度高，刀具易磨損，加工性不好。如1Cr18Ni9Ti，常溫硬度不太高，但高溫(700度時)仍能保持較高強度，故加工性差。強度相近的同類材料，塑性越大，切削中塑性變形和摩擦越大，故切削力大、溫度高，刀具易磨損。在低速度切削時，還易產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺，使加工表面粗糙度增大，且斷屑也較困難，故加工性差。另外塑性太小的材料，切削時切削力、熱集中在刀刃附近，刀具易產(chǎn)生崩刃，加工性也較差。在碳素鋼中，低碳鋼的塑性過大，高碳鋼的塑性太小、硬度又高，故它們的加工性都不如硬度和塑性都適中的中碳鋼好。熱導率通過對切削溫度的影響而影響材料的加工性。導熱率大的材料，由切屑帶走和工件散出的熱量多，有利于降低切削溫度，使刀具磨損速率減慢，故加工性好。另外，韌性大，與刀具材料的化學親和性強的材料，其加工性也不好。材料的物理機械性能五項主要指標:

★硬度HB、抗拉強度σb、延伸率δ、沖擊韌性值ak、導熱系數(shù)

k以不銹鋼1Cr18Ni9Ti為例，它的切削加工性等級數(shù)字編碼排列如下：

綜合分析：（1）這種鋼硬度和強度分別為4級、3級，屬于較易切削范圍。（2）塑性和韌性均為8級，容易產(chǎn)生冷焊現(xiàn)象，切削變形、加工硬化和切削力都大、切削溫度高，斷屑困難。（3）導熱性能為8級，因此導熱性能差，所以刀具材料要選用耐熱性能好的硬質(zhì)合金。一般認為，工件材料的物理、力學性能越高，越難加工，切削加工性越差。伸長率、沖擊韌性越大，加工性越差熱導率越大、加工性越好2.相對加工性指標(以切削速度vT衡量加工性)在刀具使用壽命T相同的情況下，切削速度vT較高的材料，則其加工性較好。如將壽命T定為60min，則vT可寫作v60。一般以正火狀態(tài)45鋼（σb=0.637GPa）的v60為基準，寫作（v60）j，然后把其它各種材料的v60于之相比，這個比值Kr，稱為相對加工性，即：Kr＝V60／(V60)j常用工件材料的相對加工性可分為八級Kr大于1的材料，其加工性比45鋼好,例如有色金屬Kr＞3；Kr小于1者，加工性比45鋼差,例如高錳鋼、鈦合金Kr≤0.65

,均屬難加工材料。Kr僅反應不同工件材料對刀具壽命的影響程度，并未反應表面粗糙度和斷屑問題，僅對選擇切削速度有指導意義。若以某材料的Kr乘以45鋼的切削速度就得到該材料的許用切削速度。vT和Kr是最常用的加工性衡量指標，在不同的加工條件下都使用。一、切削加工性指標加工性等級名稱及種類相對加工性Kr典型材料1很容易切削材料一般有色金屬>3.05-5-5銅鉛合金,9-4鋁銅合金,鋁鎂合金2容易切削材料易切削鋼2.50～3.00退火15Cr,σb=0.37～0.441GPa自動機鋼,σb=0.393～0.491GPa3較易切削鋼1.60～2.50正火30鋼σb=0.441～0.549GPa4普通材料一般鋼及鑄鐵1.00～1.6045鋼,灰鑄鐵5稍難切削材料0.65～1.002Cr13調(diào)質(zhì),σb=0.834GPa85鋼σb=0.883GPa6難切削材料較難切削材料0.50～0.6565Mn調(diào)質(zhì),σb=1.03GPa

45Cr調(diào)質(zhì),σb=0.932～0.981GPa7難切削材料0.15～0.5050CrV調(diào)質(zhì),1Cr18Ni9Ti,某些鈦合金8很難切削材料<0.15某些鈦合金,鑄造鎳基高溫合金3．刀具壽命指標在相同切削條件下加工不同材料時，若在一定切削速度下刀具壽命T較長或一定壽命下所允許的切削速度vc較高的材料，則其加工性較好；反之，其加工性較差。4.以切削力或切削溫度衡量加工性在相同切削條件下加工不同材料時，凡切削力大、切削溫度高的材料加工性差；反之加工性好。切削力大，則消耗功率多。在粗加工或機床剛性、動力不足時，可用切削力作為衡量加工性指標。5.以加工表面質(zhì)量衡量加工性

切削加工時，凡容易獲得好的加工表面質(zhì)量(含表面粗糙度、加工硬化程度和表面殘余應力等)的材料，其切削加工性較好，反之較差。精加工時，常以此作為衡量加工性的指標。6.以斷屑性能衡量加工性

切削加工時，凡切屑易于控制或斷屑性能良好的材料加工性較好，反之則較差。在自動機床或自動線上，常以此為衡量加工性指標。二、常用材料切削加工性簡述（一）鑄鐵鑄鐵中化學元素對切削加工性的影響，主要取決于這些元素對碳的石墨化作用。鑄鐵中的碳元素以兩種形式存在：Fe3C與游離石墨。石墨具有潤滑作用，鑄鐵中的石墨愈多，愈容易切削，因此，鑄鐵中如含有Si、Al、Ni、Cu、Ti等促進石墨化的因素，能改善其加工性；而含有Cr、Mn、V、Mo、Co、S、P等阻礙石墨化的元素，則會使切削加工性變差。Fe3C的存在會加快刀具的磨損。但石墨易脫落，使已加工表面粗糙。切削鑄鐵時形成崩碎切屑，造成切屑與前刀面的接觸長度非常短，使切削力、切削熱集中在刃區(qū)，最高溫度在靠近切削刃的后刀面上。

減小前角，降低切削速度。（二）碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素鋼的強度、硬度隨含碳量的增加而提高，而塑性、韌性則隨含碳量的增加而降低。低碳鋼的塑性、韌性較高，高碳鋼的硬度及強度較高，這都給切削加工帶來一定的困難。中碳鋼的硬度、強度、塑性及韌性居于高碳鋼與低碳鋼之間，所以切削加工比較容易。低碳鋼(<0.25%)：性軟而韌。粗加工時不易斷屑而影響操作過程，精加工時因切屑脫離母體時使已加工表面發(fā)生嚴重撕扯而產(chǎn)生大量細裂紋（鱗刺），又因易形成積屑瘤而嚴重影響精加工質(zhì)量，故切削加工性較差；可通過正火處理使晶粒細化、硬度增加、韌度下降，便于切削加工。中碳鋼（0.3%～0.6%）：有較好的綜合性能，其切削加工性較好；高碳鋼（0.6%～0.8%）：切削加工性次于中碳鋼；（>0.8%）：性硬而脆，切削時刀具易磨損，故其切削加工性不好?？赏ㄟ^球化退火來改善其切削加工性。（三）合金結(jié)構(gòu)鋼合金元素對切削加工性的影響在金屬中加入合金元素，一般將提高材料的力學性能，并改變材料的物理性能，從而提高了金屬的反切削能力。故一般降低切削加工性，硅、鉻、鎳、釩、鉬、鎢、鎘等合金元素的加入均會降低材料的可切削加工性。硫、硒、鉛等合金元素的加入可改善材料的可切削加工性。（四）鋁、鎂等非鐵合金

硬度較低，且導熱性好，故具有良好的切削加工性。一般不使用切削液。鋁合金：乳化液和煤油鎂合金：嚴禁使用水劑和油劑，宜于自然空冷和采用壓縮空氣冷卻。（五）純金屬的加工

常用的純金屬如紫銅、純鋁、純鐵等，其硬度、強度都較低，導熱系數(shù)大，對切削加工有利；但其塑性很高，切屑變形大，刀—屑接觸長度大并容易發(fā)生冷焊，生成積屑瘤，因此切削力較大，不容易獲得好的已加工表面質(zhì)量，斷屑困難。此外，它們的線膨脹系數(shù)較大，精加工時不易控制工件的加工精度。

（六）難加工金屬材料的切削加工性

難加工的原因一般是以下幾個方面：

①高硬度；②高強度；③高塑性和高韌性；④低塑性和高脆性；⑤低導熱性；⑥有大量微觀硬質(zhì)點或硬夾雜物；⑦化學性質(zhì)活潑。

這些特性一般都能使切削過程中的切削力加大，切削溫度升高，刀具磨損加劇，刀具使用壽命縮短；有時還將使已加工表面質(zhì)量惡化，切屑難以控制；最終則使加工效率和加工質(zhì)量降低，加工成本提高。難加工材料包括難切金屬材料和難切非金屬材料兩大類。難切金屬材料：高錳鋼、高強度鋼、不銹鋼、高溫合金、鈦合金、高熔點金屬及其合金、噴涂(焊)材料等。難切非金屬材料：陶瓷

1.高強度、超高強度鋼的切削加工性

一般，σs＞1GPa或σb＞1.1GPa的結(jié)構(gòu)鋼，稱為高強度鋼；σs＞1.2GPa或σb＞1.5GPa稱為超高強度鋼。

與普通碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，高強度鋼、超高強度鋼的強度高，導熱系數(shù)偏低，故切削力大，切削溫度高，刀具磨損快，刀具使用壽命短，斷屑稍難。根據(jù)以上特點，必須采用耐熱耐磨性強的刀具材料。一般采用YT類硬質(zhì)合金，最好是添加鉭、鈮的牌號。刀具前角應較小，例如車削35CrMnSiA時，取γo＝-4~0o。在工藝系統(tǒng)剛性允許的情況下，應采用較小的主偏角kr和較大的刀尖圓弧半徑rε，刃口負倒棱。切削用量，尤其是切削速度，應比加工中碳正火鋼時適當降低(低40%)，進給量適當增大。盡可能采用切削液與斷屑措施以改善切削條件。高強度鋼、超高強度鋼的半精加工、精加工和部分粗加工常在調(diào)質(zhì)或退火狀態(tài)下進行。調(diào)質(zhì)(淬火、高溫回火)后的金相組織為索氏體或托氏體，硬度達HRC35~55。2.不銹鋼不銹鋼按金相組織分，有鐵素體、馬氏體、奧氏體三種。鐵素體、馬氏體不銹鋼的成分以鉻為主，經(jīng)常在淬火—回火或退火狀態(tài)下使用，綜合機械性能適中，切削加工一般不太難。奧氏體不銹鋼的成分以鉻、鎳等元素為主，淬火后呈奧氏體組織，切削加工性比較差。不銹鋼的塑性大（切除一定體積的不銹鋼1Cr18Ni9Ti所消耗的能量比切除相同體積的低碳鋼約高50%，并且大部分能量轉(zhuǎn)化為熱能，使切削溫度升高）

加工硬化很嚴重（奧氏體不銹鋼強度一般為δb=539Mpa，但在室溫冷加工時，由于加工硬化和形變會誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變，使強度提高至δb=1568Mpa，這樣就大大增加了切削時的摩擦、磨損和切削力，易使刀具磨損，并影響工件的表面粗糙度）；

導熱系數(shù)小，高溫硬度高，切削溫度高；鋼中碳化物(TiC等)又易與刀具發(fā)生冷焊，故刀具磨損快，使用壽命降低，特別是在斷續(xù)切削時，刀具極易產(chǎn)生磨損和粘結(jié)破損。

加工不銹鋼時，宜采用YG類(最好添加鉭、鈮，如YG6A)或YW類硬質(zhì)合金；較大前角、負刃傾角加倒棱，大刀尖半徑；較大背吃刀量與中等切削速度。3.高錳鋼的切削加工性

高錳鋼的典型牌號有Mnl3、40Mnl8Cr3、50Mnl8Cr4等，錳質(zhì)量分數(shù)11%~14%。高錳鋼金相組織為均勻的奧氏體。它的原始硬度雖不甚高，但其塑性和韌性特別高(分別為45鋼的4倍和8倍)，加工硬化特別嚴重（深度達0.3mm，硬度提高3倍）。切削過程中，工件表面上還會形成高硬度的氧化層。它的導熱系數(shù)很小，切削溫度很高，切削力約比加工45鋼時增大60％。高錳鋼比高強度鋼更難加工。

加工高錳鋼，應選用硬度高、有一定韌性、導熱系數(shù)較大、高溫性能好的刀具材料（硬質(zhì)合金）。粗加工時，可采用YG類或YW類硬質(zhì)合金；精加工時，可采用YTl4、YG6X等合金。從提高切削刃強度和散熱條件出發(fā)，前角應選小值。但為使切屑變形不致過大，前角又不宜過小。一般，取γ。＝-5~5o。減小主副偏角，負刃傾角，負倒棱。切削速度應較低（30m/min），進給量和背吃刀量均不能過小，以免切削刃或刀尖在上一道工序形成的硬化層中劃過而加速刀具的磨損。

4.鈦合金的切削加工性

密度?。s為4.5）,比鋼約小一倍。強度極限高，可達σb=0.981~1.37GPa耐熱性好，在高達537℃時仍有足夠的抗拉強度和抗蠕變強度。

耐腐蝕性能好。

在550℃以下，鈦表面形成致密的氧化膜；對大氣、海水及其蒸氣以及一些酸、堿、鹽介質(zhì)有高的抗蝕能力。鈦在地殼中分布廣。含量僅次于鋁、鐵和鎂，占結(jié)構(gòu)金屬的第四位。塑性變形小刀尖受力大，刀具粘結(jié)擴、散磨損嚴重高溫易于和O、N形成氧化層，深度0.1~0.15mm

鈦合金的切削加工性也很差，刀具磨損快，刀具耐用度低，其原因為:(1)加工鈦合金時，剪切角很大，刀屑接觸長度短；(2)導熱系數(shù)極??；(3)已加工表面經(jīng)常出現(xiàn)硬而脆的外皮；（4)彈性模量小，已加工表面回彈量大，加劇了對后刀面的摩擦。

1）不宜選用

YT（P）類硬質(zhì)合金和TiC、TiN涂層的刀片；適合選用親和力小導熱性能好的、強度高的細晶粒YG（K）類硬質(zhì)合金。例如YG3X；YG6X。

2）適當?shù)牡毒呓嵌龋呵敖切?，后角大較大刀尖半徑，刃磨鋒利；選用較低的切削速度（<100m/min)，中等偏小的進給量，較大的背吃刀量，以使切削刃在冷硬層下切削。

改善加工性途徑：5.其它難加工材料加工性特點簡介高溫合金★加工特點：①高溫強度高，加工硬化傾向大。

②導熱性差。導熱系數(shù)約為45鋼1/5~1/2，切削溫度高。

③刀具的粘結(jié)傾向大

④強化元素含量高。金屬碳化物、金屬間化合物等硬質(zhì)點，對刀具又強烈的擦傷作用，刀具使用壽命低。

淬火鋼硬度≥60HRC硬質(zhì)合金≥70HRC

冷硬鑄鐵的硬度極高，是其難加工的主要原因。它的塑性很低，刀—屑接觸長度很小，切削力和切削熱都集中在切削刃附近，因而切削刃很容易崩損。冷硬鑄鐵零件的結(jié)構(gòu)尺寸和加工余量一般都較大，毛坯精度低，因而就進一步加大了加工難度。在中低速時，易與刀具發(fā)生冷焊磨損在高速時，又使刀具發(fā)生劇烈的擴散磨損三、改善材料切削加工性的途徑

（一）調(diào)整化學成分材料的化學成分對其力學性能和金相組織有重要影響。在滿足要求的條件下，通過調(diào)整工件材料的化學成分，可使其切削加工性得以改善。目前，生產(chǎn)上使用的易切鋼就是在鋼中加入適量的易切削元素S、P、Pb等制成的。這些元素在鋼中可起到一定的潤滑作用并增加材料的熱脆性。

三、改善材料切削加工性的途徑（二)對工件材料進行適當?shù)臒崽幚?/p>

通過熱處理工藝方法，改變鋼鐵材料中的金相組織是改善材料加工性的另一重要途徑。通過熱處理來改變金相組織，達到降低硬度、增加脆性、減少偏析、細化晶粒等的不同要求來改善加工性。鋼的金相組織有：鐵素體、滲碳體、珠光體、索氏體、托氏體、奧氏體、馬氏體等。

鐵素體、奧氏體的塑性和韌性很高，切削加工性較差；滲碳體、索氏體、托氏體、馬氏體具有較高的硬度和抗拉強度，切削加工性也較差；珠光體的硬度、強度和塑性都比較適中，其切削加工性良好。三、改善材料切削加工性的途徑（二)對工件材料進行適當?shù)臒崽幚?/p>

★灰鑄鐵退火（珠光體分解為鐵素鐵和石墨，使硬度降低）★鎳基高溫合金淬火（使組織中金屬化合物轉(zhuǎn)變?yōu)楣倘荏w能便于切削）★對鐵基高溫合金退火、回火處理

★高碳鋼和工具鋼球化退火（滲碳體呈片狀分布時硬度較高，刀具磨損較嚴重，而呈球狀分布時硬度較低切削加工性較好。）★熱軋狀態(tài)的中碳鋼正火★低碳鋼正火(降低塑性，提高硬度)或冷拔狀態(tài)★中碳鋼熱軋狀態(tài)★不銹鋼調(diào)質(zhì)(降低塑性)1.25粗車半精車正火滲碳淬火磨削精車下料鍛造退火粗加工調(diào)質(zhì)半精加工低溫退火精車低溫退火粗磨磁力探傷氮化磁力探傷半精磨油煮定性精磨油煮定性超精磨油煮定性研配坐標鏜床主軸要求:調(diào)質(zhì)硬度HB240~280,表面硬度HV900~1100,氮化深0.5mm（三)合理選用刀具材料

根據(jù)加工材料性能和加工要求，應選擇與之匹配的刀具材料。例如，切削不銹鋼、高溫合金和鈦合金時，若選用P（YT）類硬質(zhì)合金刀具，則工件與刀具中鈦元素易產(chǎn)生親合作用而降低刀具切削性能，故一般應選用K（YG）類硬質(zhì)合金刀具。新開發(fā)的超細顆粒并添加稀金屬TaC的硬質(zhì)合金K10（YS8、YS10）牌號，用于切削高錳鋼、淬火鋼（60HRC以上）和高硬度鑄鐵等具有良好切削效果。此外，Al2O3基陶瓷刀具切削冷硬鑄鐵，Si3N4基陶瓷刀具高速車、銑鑄鐵、淬硬鋼，PCBN刀具高速銑削模具鋼，金剛石刀具高速精密切削非鐵材料和高硬非金屬材料均具有高的刀具壽命。（四）其他措施合理選擇刀具幾何參數(shù)

合理選擇刀具幾何參數(shù)能達到較經(jīng)濟地改善材料加工性，例如，切削高硬度、硬化嚴重或帶沖擊性工件用的刀具，以提高強度為原則，適當選取較小前角γo、主偏角kr、刃傾角λs、較大的刀尖圓弧半徑rε和磨制刃口負倒棱等。

為了對難加工材料進行切削加工，除了提高常規(guī)切削水平外，近年來，發(fā)展了多種非常規(guī)的新切削方法，在一定的條件下可用于難加工材料的加工，能提高加工效率和加工質(zhì)量。有的方法比較成熟，有的尚處于研究階段，簡介如下，以擴展視野和共同開拓。

難加工材料切削技術(shù)的新發(fā)展1.加熱切削法用等離子弧對靠近刀尖將要被切除的工件材料進行加熱，使其硬度、強度降低，從而改善了切削條件?？梢暂^大幅度地降低切削力。用等離子加熱切削法對高硬度、高強度的金屬材料進行粗加工是有效的。2.低溫切削法用液氮(-180℃)或液體CO2(-76℃)為切削液，可降低切削區(qū)溫度。在加工高強度鋼、耐磨鑄鐵、不銹鋼、鈦合金時均有效果。3.振動切削法用不同形式的振動發(fā)生器，使刀具發(fā)生強迫振動。振動切削可使刀—屑間摩擦系數(shù)和切削力大為降低，變形系數(shù)及切削溫度亦下降。4.真空中切削在真空中切削鈦合金能避免鈦與空氣中元素化合而產(chǎn)生對切削不利的硬脆材料，因而有好的效果。而在真空中切鋼無益。5.在惰性氣體保護下切削對化學性質(zhì)活潑的金屬(如鈦合金)的切削區(qū)，噴射惰性氣體(如氬氣)，使切削區(qū)材料與空氣隔離。因而被加工材料不與空氣中元素化合而生成不利于加工的化合物，從而改善了被加工材料的加工性。6.絕緣切削在切削過程中，工件、刀具、機床若成回路，則產(chǎn)生熱電勢、熱電流，使刀具磨損加劇。如將工件、刀具與機床絕緣，切斷電流，則刀具壽命有所提高。7.超高速切削在常規(guī)切削時，提高切削速度，將使刀具壽命降低。而當切削速度提高到一個臨界值，切削溫度就達到最高值，然后溫度將隨速度繼續(xù)提高而降低，切削力也下降，零件表面質(zhì)量好，仍能保持一定的刀具壽命。這就是超高速切削的理論基礎(chǔ)。美國、德國、日本在這方面有很多研究，用硬質(zhì)合金和陶瓷刀具切削鋼、鑄鐵、鈦合金、鋁合金，切削速度達3000—8000m／min，刀具壽命尚能保持在正常水平。還有人用更高的切速(槍彈速度)進行過試驗。第三節(jié)切削液的選用一、切削液的作用（1）冷卻作用

切削液的冷卻作用主要靠熱傳導帶走大量的熱來降低切削溫度，冷卻性能取決于它有導熱系數(shù)、比熱容、汽化熱、汽化速度、流量、流速等。水溶液的冷卻性能最好，切削油較差。（2）潤滑作用

切削液的潤滑作用是通過切削液的滲透作用到達切削區(qū)后，在刀具、工件、切屑界面上形成吸附膜實現(xiàn)的。金屬切削時切屑、工件與刀具界面的摩擦可分為干摩擦、液體潤滑摩擦和邊界潤滑摩擦三類。加入切削液后，切屑、工件與刀面之間形成完全的潤滑油膜，金屬直接接觸面積很小或近于零，形成液體潤滑。但很多情況下，由于切屑、工件與刀具界面承受很大載荷、較高的溫度，液體油膜大部分被破壞，造成部分金屬直接接觸，部分吸附膜仍存在潤滑作用，這種狀態(tài)稱之為邊界潤滑摩擦。金屬切削中的潤滑大都屬于邊界潤滑狀態(tài)。邊界潤滑狀態(tài)下，切削液的潤滑性能與其滲透性、成膜能力以及形成吸附膜的強度有關(guān)。（3）排屑和洗滌作用

切削液具有沖刷切削中產(chǎn)生的碎屑（如磨削）的作用。清洗性能的好壞，與切削液的滲透性、流動性和使用的壓力有關(guān)。（4）防銹作用

切削液應具有一定的防銹作用，以減少工件、機床、刀具的腐蝕。防銹作用的好壞，取決于切削液本身的性能和加入的防銹添加劑的性質(zhì)。在傳統(tǒng)的潤滑理論中，把潤滑分為液體潤滑和邊界潤滑。作相對運動的兩個金屬表面完全被潤滑油膜隔開，沒有金屬的直接接觸，這種潤滑狀態(tài)叫做液體潤滑；隨著載荷的增加，金屬表面之間的油膜厚度逐漸減薄，當載荷增至一定程度，連續(xù)的油膜被金屬表面的峰頂破壞，局部產(chǎn)生金屬表面之間的直接接觸，這種潤滑狀態(tài)叫做邊界潤滑。在邊界潤滑中，當金屬表面只承受中等負荷時，如有一種添加劑能被吸附在金屬表面上或與金屬表面劇烈磨損，這種添加劑稱為抗磨添加劑。當金屬表面承受很高的負荷時，大量的金屬表面直接接觸，產(chǎn)生大量的熱，而抗磨劑形成的膜也被破壞，不再起保護金屬表面的作用，如有一種添加劑能與金屬表面起化學反應生成化學反應膜，起潤滑作用，防止金屬表面擦傷，甚至熔焊，通常把這種最苛刻的邊界潤滑叫做極壓潤滑，而這種添加劑稱為極壓添加劑。而油性劑的作用主要是降低摩擦系數(shù)，減少摩擦阻力，以節(jié)約動力能源，同時在較低負荷情況下，也有顯著降低磨損的效果。但這一般只能用在負荷壓力較輕和沖擊振動較小的情況下，也就是摩擦部位溫度不高于100℃，一般金屬皂則脫附而失去油性作用，應采用極壓劑來解決這一問題。2.切削液的種類及應用

常用的切削液可分為三大類：水溶性、油溶性、固體潤滑劑。（一）水溶性切削液

1.水溶液

水溶液的主要成分是水，冷卻性能好，配成液呈透明狀，便于操作者觀察。但單純的水容易使金屬生銹，且潤滑性能欠佳。因此，經(jīng)常在水溶液中加入一定的添加劑，使其既能保持冷卻性能又有良好的防銹性能和一定的潤滑性能。

2.乳化液

乳化液是將乳化油用水稀釋而成。乳化油是由礦物油、乳化劑及添加劑配成，用95—98％水稀釋后即成為乳白色或半透明狀的乳化液。乳化液具有良好的冷卻作用，但因為含水量大，所以潤滑、防銹性能均較差。為了提高其潤滑性能和防銹性能，可再加入一定量的油性、極壓添加劑和防銹添加劑，配制成極壓乳化液或防銹乳化液。乳化劑是一種表面活性劑，是使礦物油和水乳化形成穩(wěn)定乳化液的添加劑。表面活性劑是由親水極性基團和親油非極性基團兩部分組成。乳化劑加入油與水中，它能定向地排列并吸附在油水兩界面上，極性端向水，非極性端向油，把油和水連接起來，降低油—水的界面張力，使油以微小的顆粒穩(wěn)定地分散在水中，形成穩(wěn)定水包油乳化液，金屬切削時應用的就是這種水包油的乳化液。3.合成切削液由水溶性化合物組成，不含油，潤滑性稍差，冷卻性極佳，主要用于研磨加工。（二）油溶性切削液1.切削油

切削油的主要成分是礦物油，少數(shù)采用動植物油或復合油。純礦物油不能在摩擦界面上形成堅固的潤滑膜，潤滑效果一般。在實際使用中常常加入油性添加劑、極壓添加劑和防銹添加劑以提高其潤滑和防銹性能。動植物油有良好的油性，適于低速精加工，但是它們?nèi)菀鬃冑|(zhì)，因此最好不用或少用，而應盡量采用其他代用品，如含硫、氯等極壓添加劑的礦物油。2.極壓切削油

種類主要成分冷卻性潤滑性應用水溶液水+防銹劑+添加劑磨削常用乳化液礦物油+乳化劑+添加劑粗加工常用切削油礦物油+添加劑精加工常用（三）固體潤滑劑MoS2切削液的合理選用和使用方法1.切削液的合理選用（1）粗加工

粗加工切削用量大，產(chǎn)生大量的切削熱。這時主要是求降低切削溫度，應選用冷卻為主的切削液，如3%～5%乳化液。硬質(zhì)合金刀具耐熱性較好，一般不用切削液。如要使用切削液，一般用低濃度的乳化液或水溶液，且必需連續(xù)、充分地澆注，以免因冷熱不均產(chǎn)生很大的熱應力，而導致熱裂，損壞刀具。高速鋼刀具粗加工時，應選用以冷卻作用為主的切削液，主要目的是降低切削溫度低速切削宜選切削油，高速切削宜選乳化液或水溶液。切鑄鐵：一般不用切削液；鉸孔、攻絲時可加煤油切鎂合金：嚴禁使用乳化液，可用煤油或4%氟化鈉做切削液切削液的合理選用和使用方法1.切削液的合理選用（2）精加工

精加工對工件表面粗糙度和加工精度要求較高，因此選用的切削液應具有良好的潤滑性能。低速精加工鋼料（包括鉸削、拉削、螺紋加工、剃齒等），時可選用極壓切削油或高濃度極壓乳化液。精加工銅、鋁及其合金或鑄鐵時，可選用高濃度乳化液。因硫酸能腐蝕銅，在切削銅鋁料時不宜用含硫的切削液。（3）難加工材料的切削

加工難加工材料時，接觸面均處于高溫高壓邊界摩擦狀態(tài)。因此，宜選用極壓切削油或極壓乳化液。（4）磨削加工

其特點是溫度高同時產(chǎn)生大量的細屑、砂末。故應選用有良好冷卻清洗作用的切削液。常用有潤滑性能和防銹作用的乳化液和水溶液。切削液的合理選用（1）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；（2）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；（3）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；高強度鋼等難加工材料，宜用極壓切削油或乳化液（4）從加工方法考慮

鉆孔鉸孔、攻螺紋和拉削等，宜用極壓乳化液或切削油；成形刀具齒輪刀具等用極壓切削油；磨削宜用乳化液。2.切削液的使用方法常見的切削液使用方法有澆注法、高壓冷卻法和噴霧冷卻法：1）澆注法澆注法使用方便，應用廣泛，但流量慢、壓力低，較難直接進入刀刃最高溫度處，故效果較差。使用時應使切削液盡量接近切削區(qū)。當用不同刀具切削時，最好能根據(jù)刀具的形狀和切削刃的數(shù)目，相應地改變澆注口的形式和數(shù)目。2）高壓冷卻法深孔加工時，利用高壓的切削液，可以直接接近切削區(qū)起冷卻、潤滑作用，并將碎斷的切屑隨液流帶出孔外。高壓冷卻法還可用于高速鋼車刀進行難切削材料的車削，可顯著提高刀具耐用度。切削液可用一般乳化液也可用切削油。由于切削液的高速流動，改善了滲透性，易于達到切削區(qū)，提高了冷卻效果。缺點是飛濺嚴重，需加護罩。3）噴霧冷卻法噴霧冷卻法是以0.3～0.6MPa的壓縮空氣，通過噴霧裝置使切削液霧化、噴出，高速噴射到切削區(qū)。高速氣流帶著霧化成微小液滴的切削液，滲透到切削區(qū)，在高溫下迅速汽化，吸收大量熱，從而獲得良好的冷卻效果。第四節(jié)已加工表面質(zhì)量零件表面質(zhì)量表面粗糙度表面波度表面物理力學性能的變化表面微觀幾何形狀特征表面層冷作硬化表面層殘余應力表面層金相組織的變化表面質(zhì)量的含義（內(nèi)容）表面質(zhì)量對零件使用性能的影響零件表面質(zhì)量粗糙度太大、太小都不耐磨適度冷硬能提高耐磨性對疲勞強度的影響對耐磨性影響對耐腐蝕性能的影響對工作精度的影響粗糙度越大，疲勞強度越差適度冷硬、殘余壓應力能提高疲勞強度粗糙度越大、工作精度降低殘余應力越大，工作精度降低粗糙度越大，耐腐蝕性越差壓應力提高耐腐蝕性，拉應力反之則降低耐腐蝕性三、影響加工表面粗糙度的主要因素及其控制機械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可歸納為幾何因素和物理力學因素兩個方面。（一）切削加工表面粗糙度1、幾何因素刀尖圓弧半徑rε主偏角kr、副偏角kr′進給量fH=f/(cotκr+cotκr′)(4-2)H=f2/(8rε)(4-3)理論粗糙度的數(shù)值決定于殘留面積的高度。實際上，只有切削脆性材料或高速切削塑性材料時，已加工表面的粗糙度才比較接近理論組糙度，因為許多其他因素，如鱗刺、積屑瘤、振動、切削刃不平整、工件材料組織的缺陷等等的影響，使已加工表面難以接近理論粗糙度。

減小理論粗糙度，要減小f、Kr、Kr′或增大rε?！周囅?、刨削時殘留面積高度未經(jīng)修圓刀尖的車刀：經(jīng)過修圓的車刀：2、物理力學因素（1）工件材料的影響韌性材料：工件材料韌性愈好，金屬塑性變形愈大，加工表面愈粗糙。故對中碳鋼和低碳鋼材料的工件，為改善切削性能，減小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火或調(diào)質(zhì)處理。脆性材料：加工脆性材料時，其切削呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點，使表面粗糙。（2）切削速度的影響加工塑性材料時，切削速度對表面粗糙度的影響（對積屑瘤和鱗刺的影響）見如圖4-41所示。此外，切削速度越高，塑性變形越不充分，表面粗糙度值越小選擇低速寬刀精切和高速精切，可以得到較小的表面粗糙度。

（4）其它因素的影響

此外，合理使用冷卻潤滑液，適當增大刀具的前角，提高刀具的刃磨質(zhì)量等，均能有效地減小表面粗糙度值。（3）進給量的影響

減小進給量f固然可以減小表面粗糙度值，但進給量過小能造成嚴重的加工硬化，不能獲得高精度表面。同時進給量小生產(chǎn)率就比較低，因而一般不采用減小進給量的方法來獲得表面加工質(zhì)量。而是通過提高切削速度和選用較小的副偏角和磨出倒角刀尖或者修正刀尖來獲得加工塑性材料時切削速度對表面粗糙度的影響縱向振紋切削力波動圖1)前角γo增大前角γo，表面粗糙度降低。

2)后角后角大，摩擦小，表面粗糙度降低，精加工后角適當大。零后角擠壓光整加工。主偏角、副偏角和刀尖圓弧半徑

減小主副偏角、增大刀尖圓弧半徑，表面粗糙度降低

影響切削加工表面粗糙度的因素刀具幾何形狀刀具材料、刃磨質(zhì)量切削用量工件材料殘留面積↓→Ra↓前角↑→Ra↓后角↑→摩擦↓→Ra↓刃傾角會影響實際工作前角

v↑→Ra↓f↑→Ra↑ap對Ra影響不大，太小會打滑，劃傷已加工表面材料塑性↑→Ra↑同樣材料晶粒組織大↑→Ra↑，常用正火、調(diào)質(zhì)處理刀具材料強度↑→Ra↓刃磨質(zhì)量↑→Ra↓冷卻、潤滑↑→Ra↓影響切削加工表面粗糙度的因素

以硬質(zhì)合金車刀為例，來說明車刀實際前角和刃傾角s的關(guān)系，設(shè)γo=10，κr=45，s為切削刃上的任意一點至刀尖的距離。在一般情況下，刃傾角對前角的影響比較小，特別是在精加工時，由于切削深度小，所以實際前角的變化不大，一般切刃深度小于0.5mm時的實際前角變化通常在的范圍之內(nèi)但是在前角較小主偏角較小刃傾角絕對值較大時，實際前角的變化是比較大的。---車刀刃傾角對前角影響的研究何寧，黃田輝陜西理工學院第五節(jié)

刀具幾何參數(shù)的合理選擇一、前角γo的選擇

二、后角αo的選擇

三、副后角αo′的選擇

四、主偏角κr的選擇

五、副偏角κr′的選擇

六、刃傾角λs的選擇

七、刀尖修磨形式

八、刃口修磨形式

第五節(jié)

刀具幾何參數(shù)的合理選擇一、前角γo的選擇1.前角的主要功用1）增大前角能減小切屑的變形，減少切削力，降低切削溫度和動力消耗。2）增大前角能改善切屑對前刀面的摩擦，減少刀具磨損，提高刀具耐用度。3）增大前角能改善加工表面質(zhì)量，抑制積屑瘤與鱗刺的產(chǎn)生，減少切削振動。4）前角過大，將削弱刃口強度，減少散熱體積，影響刀片受力情況，容易造成崩刀。2.選擇原則前角既不能太大，也不宜太小，合理前角γo合理前角取決于工件材料、刀具材料及加工性質(zhì)。（1）刀具材料的抗彎強度較大、韌性較好時，應選用較大的前角.高速鋼刀具比硬質(zhì)合金刀具，允許選用較大的前角(約可增大5~10o)。陶瓷刀具的脆性更大，故前角應選擇得比硬質(zhì)合金還要小一些。要充分注意增加切削刃強度，常取負值(多在－4～－15范圍)以改善刀具受力時的應力狀態(tài)，并選負的刃傾角(取0～－10)與之配合以改善切入時承受沖擊的能力。立方氮化硼由于脆性更大，都采用負前角高速切削。

正火高碳鋼取o=10～l5。當加工高強度鋼、淬火鋼、冷硬鑄鐵等高硬度難加工材料時，宜取負前角。實驗證明，用正前角硬質(zhì)合金車刀加工高硬度淬火鋼時，切削刃幾乎一開始切削就會發(fā)生崩刃。

這是因為切削塑性大的材料時，增大前角能顯著減少切屑的變形，減少切削力與切削熱。加工脆性材料，為提高刀具刃口強度，合理前角要小一些。加工鋁及鋁合金取o=25～35，加工低碳鋼常取o=20～25，加工灰鑄鐵取o=5～15。工件材料的塑性越大時，合理前角的數(shù)值越大。塑性越小前角的合理數(shù)值就越小.（2）工件材料的強度、硬度低，可以取較大的甚至很大的前角；工件材料強度、硬度高，應取較小的前角；加工特別硬的工件(如淬硬鋼)時，前角很小甚至取負值。（3）具體加工條件粗加工時，切削深度、進給量比較大，為了減少切屑的變形，提高刀具耐用度，希望選取較大的前角，但考慮到毛坯形狀不規(guī)則，可能有表層硬皮，加工余量不均勻，為保證切削刃有足夠的強度，前角就要選得小些。精加工時，進給量小，為使刃口鋒利，以提高加工表面質(zhì)量，應取較大的前角。機床、工件、刀具的系統(tǒng)剛度也對選取前角有一定的影響，剛度差時為減小切削力，一般應選取較大的前角。在自動線上為了減小加工尺寸變化，使線上工作穩(wěn)定，合理前角應小一些。Aγ磨損增大前角，Aα磨損減小前角前角的合理數(shù)值不是孤立的，還和刀面形狀及刃區(qū)參數(shù)以及其他角度有關(guān)，特別是和刃傾角有密切關(guān)系。例如：帶負倒棱的刀具允許采用較大前角；大前角刀具常與負刃傾角相匹配來保證切削刃強度和抗沖擊能力。許多先進刀具就是在針對某種加工條件，善于靈活運用這些原則而產(chǎn)生的。采用負倒棱強化切削刃二、后角αo的選擇

1.后角的功用后角的主要功用是減小后刀面與加工表面之間的摩擦。

α0↑→rn↓鋒利、lα↓摩擦F↓→質(zhì)量↑

VB一定，磨損體積↑→T↑但NB↑

刀頭強度↓散熱體積↓重磨體積↑

在一定的條件下，存在一個合理值2.選擇原則刀具使用壽命最長的后角值為合理后角αopt合理后角取決于加工性質(zhì)及加工條件。（1）加工性質(zhì)粗加工、斷續(xù)切削為了提高刀具的強度合理后角應小一些，而精加工要減小刀具與工件的摩擦，合理后角要大一些（后角主要根據(jù)切削厚度選擇）；已用大負前角應↑α0；（2）工件材料切削脆性材料為增加刃口抗沖擊力，合理后角要小一些；切削塑性材料宜取較大的合理后角。（3）工藝系統(tǒng)剛度差，為減小系統(tǒng)的振動，合理后角應小一些；（4）成形刀具，重磨后要保證尺寸基本不變，合理后角應選小一些。車刀后角精加工一般8~12o粗加工6~8o3后刀面的型式(1)雙重后角為了保證刃口強度，減小刃磨后刀面的工作量，常在車刀后刀面上磨出雙重后角。(2)消振棱為了增加后刀面與工件加工表面之間的接觸面積，增加阻尼作用消除振動，可在后刀面上刃磨出一條有負后角的棱面，稱為消振棱。(3)刃帶，對一些定尺寸刀具，如拉刀、鉸刀等，為便于控制外徑尺寸，避免重磨后尺寸精度迅速變化，常在后刀面上刃磨出后角為零度的小棱邊，稱為刃帶。刀具上的刃帶起著使刀具穩(wěn)定、導向和消振的作用。三、副后角αo′的選擇副后角αo′的選擇，一般αο′=αο，切斷刀、切槽刀等例外

四、主偏角κr的選擇1.主偏角的功用（1）影響殘留面積的高度。當主切削刃的直線部分參與形成殘留面積時，減小κr，可提高加工表面光潔度。（2）影響切削層的尺寸和刀尖強度、斷屑的效果。在切削深度和進給量一定的情況下，隨著κr角的減小，切削厚度將減小，切削寬度增加，切削刃參加工作的長度增加，切削刃單位長度的負荷減輕，刀尖角增大，這就會提高刀尖強度，改善散熱條件，可提高刀具使用壽命。κr越大時，切削厚度越大，切削寬度越小，越容易斷屑。（3）影響各切削分力的比值。減小主偏角κr，則背向力增大，進給力減小。易于引起振動，工件變形，增大粗糙度，降低刀具壽命。所以在一定條件下存在一個合理值。2.主偏角的選擇原則根據(jù)工藝系統(tǒng)剛度、工件材料硬度和形狀（1）主要看系統(tǒng)剛性。在機床工藝系統(tǒng)剛度足夠的情況下，選用較小的主偏角，系統(tǒng)剛性不足時（細長軸），為減小切削的振動，應選大一些的主偏角；（2）加工強度大、硬度高的材料時，為求減小切削刃上的單位負荷、改善切削刃區(qū)的散熱條件，改善刀具切入條件，不易造成刀尖沖擊。應選小一些的主偏角；（3）加工條件粗、半精加工的刀具，因為其切削力大、振動大，對于抗沖擊性差的刀具材料（如硬質(zhì)合金），應選大的主偏角以減小振動；對用于單件小批量生產(chǎn)的刀具，為求一刀多用，一般κr=45°或90°；車削階梯軸時，選用κr=90o，車削細長軸時，選用κr=75o～90o；為增加通用性，車外圓、端面和倒角時，可選用κr=45o。鏜盲孔＞90°κr小切屑成長螺旋屑不易斷；副偏角的功用：形成已加工表面（粗加工一般10o~15o）選擇原則：（1）減小副偏角κr?，則可以顯著減少切削后的殘留面積，提高表面光潔度。且可增強刀尖強度。（2）精加工的副偏角κr?要比粗加工小，可以采用修光刃。（3）加工硬度、強度高的材料時，為提高刀尖強度，可以減小副偏角κr?。但κr?太小就會增加副后刀面同已加工表面之間的摩擦，從而可能引起振動。副偏角κr?的合理數(shù)值主要是根據(jù)工件加工表面光潔度和具體的加工情況而定的。一般取κr?=4o~6o。（4）切斷刀、槽銑刀等為了保證刀頭強度和重磨后寬度變化較小，只能取很小的副偏角κr?=1o~2o。五、副偏角κ'r的選擇

六、刃傾角λs的選擇

1.刃傾角的功用(1)控制切屑的流向（正λs切屑流向待加工表面，負λs切屑流向已加工表面）

(2)控制切削刃切入時首先與工件接觸的位置負的刃傾角使刀尖位于切削刃的最低點，切入工件時，首先是切削刃上離刀尖較遠的部分先接觸工件，這樣就可以起到保護刀尖的作用，增強了刃口的強度，有利于承受沖擊載荷。

(3)控制切削刃在切入與切出時的平穩(wěn)性斷續(xù)切削時，當刃傾角為零，切削刃與工件同時接觸，同時切離，會引起振動；若刃傾角不等于零則切削刃上各點逐漸切入工件和逐漸切離工件，故切削過程平穩(wěn)。(4)控制背向力與進給力的比值負值λs越大，背向力Fp越大，當工藝系統(tǒng)剛度較差時，容易引起振動。這是非自由切削刀具，限制選取過大λs的主要原因。(5)影響刀刃鋒利性.λs↑→γ0e↑、rn↓→↑鋒利性2刃傾角的選擇刃傾角λs的合理數(shù)值及其正負，主要是根據(jù)加工性質(zhì)來選取的。1）一般鋼材和灰鑄鐵:粗加工時為提高刀具強度和壽命，常取λs=0°～-5°；精加工時，為避免切屑流向已加工表面，一般取λs=0°～5°;加工有色金屬:為提高刀具的鋒利度，一般取λs=5°～10°;金剛石和立方氮化硼刀具:為提高抗沖擊能力，一般取λs=0°～-5°加工淬硬鋼:為提高刀尖的強度，一般取λs=-5°～-12°。2）當系統(tǒng)剛度不足時，為減小切削力盡量不用負刃傾角。3）對有沖擊載荷的加工,為避免刀尖受到?jīng)_擊，一般λs=-5°～-15°。4）微量極薄切削，取大正刃傾角。七、刀尖修磨形式

由公式：rε↑→表面粗糙度Rmax↓→刀頭強度↑→

散熱

→T↑→VB↓

切削力增加和影響斷屑1.修圓刀尖在一定的條件下，存在一個合理值.通常高速鋼車刀rε=0.5～5mm，硬質(zhì)合金車刀rε=0.5～2mm半精加工和精加工：rε=(2～3)f;難加工和斷續(xù)切削時：可適當加大。2.倒角刀尖適用場合：過渡刃的偏角κrε≈κr/2、長度bε≈（1/4～1/5）ap

這種過渡刃多用于粗加工或強力切削的車刀上。3.倒角帶修光刃適用場合：修光刃是在副切削刃靠近刀尖處磨出一小段κr’=0o的平行刀刃。其長度bε’≈（1.2～1.5）f，即bε’應略大于進給量f。但bε’過大易引起振動。車刀、刨刀和面銑刀的較大進給量半精加工。八、刃口修磨形式

a）鋒刃b）刃口修圓c）刃口負倒棱d）刃口平棱e）負后角倒棱前刀面型式

（1）正前角平面型

正前角平面型式的特點為：制造簡單，能獲得較鋒利的刃口，但強度低，傳熱能力差。一般用于精加工刀具、成形刀具、銑刀和加工脆性材料的刀具。

（2）正前角平面帶倒棱型

倒棱是在主切削刃刃口處磨出一條很窄的棱邊形成的。倒棱可以提高刀刃強度、增強散熱能力，從而提高刀具耐用度。此時，切屑仍沿前刀面而不沿倒棱流出。倒棱型式一般用于粗切鑄鍛件或斷續(xù)表面的加工。(3)正前角曲面帶倒棱型

這種型式是在正前角平面帶倒棱的基礎(chǔ)上，為了卷屑和增大前角，在前刀面上磨出一定的曲面而形成的，常用于粗加工或精加工塑性材料的刀具。前刀面型式

(4)負前角單面型

當磨損主要發(fā)生在后刀面時，可制成如圖所示的負前角單面型。此時刀片承受壓應力，具有好的刀刃強度。因此，常用于切削高硬度（強度）材料和淬火鋼材料。但負前角會增大切削力。

(5)負前角雙面型

當磨損同時發(fā)生在前、后兩個刀面時制成負前角雙面型，可使刀片的重磨次數(shù)增多。此時負前角的棱面應有足夠的寬度，以保證切屑沿該棱面流出。如右圖所示大切深強力車刀，刀具材料YT15，一般用于中等剛性車床上，加工熱軋和鍛制的中碳鋼。切削用量為：背吃刀量ap＝15～20㎜，進給量f＝0.25～0.4mm/r。試對該刀具的刀具幾何參數(shù)進行分析。分析題答：此刀具主要幾何參數(shù)及作用如下：（1）取較大前角，γO＝200～250，能減小切削變形，減小切削力和切削溫度。主切削刃采用負倒棱，br1＝0.5f，γO1＝－200～－250，提高切削刃強度，改善散熱條件。（2）后角值較小，αo＝4o～6o，而且磨制成雙重后角，主要是為提高刀具強度，提高刀具的刃磨效率和允許刃磨次數(shù)。（3）主偏角較大，κr＝70o，副偏角也較大，κrˊ＝15o，以降低切削力Fc和背向力Fp，避免產(chǎn)生振動。（4）刀尖形狀采用倒角刀尖加修光刃，倒角κrε＝45o，bε＝1～2mm，修光刃bε’

＝1.5f，主要是提高刀尖強度，增大散熱體積。修光刃目的是修光加工表面殘留面積，提高加工表面的質(zhì)量。（5）刃傾角取負值，λs＝－40～－60，提高刀具強度，避免刀尖受沖擊。

（一般大前角刀具通常選用負的刃傾角）1.增大前角對切削過程的影響是A有利于減小切削力B有利于減小切削溫度C有利于提高加工表面質(zhì)量D有利于提高刀具耐用度2.規(guī)定刀具磨損限度的原則是A硬質(zhì)合金刀具比高速鋼的大B硬質(zhì)合金刀具比高速鋼的小C加工鋼比加工鑄鐵大D加工鋼比加工鑄鐵小3切削液中加乳化劑的作用是A起冷卻潤滑作用B在金屬表面形成保護膜C抑制細菌繁殖D防止形成泡沫4.極壓添加劑是指A在切削液中添加的一種潤滑劑B在切削液中添加的維持潤滑膜強度的物質(zhì)C在切削液中添加的提高潤滑膜抗壓力的物質(zhì)D在切削液中添加的減少摩擦系數(shù)的物質(zhì)5.切削液中加入硫、磷、氯等有機化合物的主要作用是A提高切削液的冷卻效果B提高切削液的潤滑效果C提高切削液的防腐能力D提高切削液高溫高壓下潤滑能力6評定材料切削加工性最主要的指標是A切削溫度的高低B刀具耐用度的長短C可獲得的加工表面質(zhì)量的高低D材料是否容易斷屑7影響材料切削加工性的主要因素是A材料的化學成分B材料的熱處理狀態(tài)C材料的金相組織D材料的物理機械性能8高錳鋼難加工的主要原因是A強度高、硬度大B塑性、韌性高C加工硬化現(xiàn)象特別嚴重D導熱系數(shù)小9不銹鋼難加工的主要原因是A強度高、硬度大B塑性、韌性高C易粘刀，產(chǎn)生積屑瘤，不易斷屑D導熱系數(shù)小，切削溫度高10評定已加工表面質(zhì)量的最主要指標是A加工表面硬化的深淺B表面殘余應力及其分布C表面粗糙度的高低D表面是否有積屑瘤11降低已加工表面硬化層最有效的措施是A減小進給量B減少背吃刀量C提高切削速度D增大前、后角12刃傾角λs=―20°～―30°的車刀最宜用于A一般鋼件的粗加工B間斷切削加工C薄層切削精加工D要求增大前角的精加工13車削細長軸時刀具幾何角度選擇的特點是：A主偏角為90°B刃傾角為負C后角較大D刀尖圓弧較小14機床動力不足時切削用量選擇的次序是Aap→