金屬切削原理課題五金屬切削條件合理選擇

金屬切削原理課題五金屬切削條件合理選擇第一頁(yè)，共40頁(yè)。機(jī)械制造工藝與裝備

模塊一金屬切削原理課題五金屬切削條件的合理選擇第二頁(yè)，共40頁(yè)。知識(shí)點(diǎn)刀具材料刀具幾何角度的選擇切削用量的選擇切削液選擇技能點(diǎn)選擇正確的刀具材料合理選擇刀具幾何角度選擇合適的切削用量選擇合適的切削液課題五金屬切削條件的合理選擇第三頁(yè)，共40頁(yè)。一、任務(wù)引入圖1-25為減速器輸出軸零件圖，工件毛坯為鍛件，批量生產(chǎn)。試選擇加工刀具材料、切削液、外圓車(chē)刀的幾何參數(shù)及切削用量。技術(shù)要求1.未注圓角R12.調(diào)質(zhì)處理28-32HRC3.保留中心孔4.材料45圖1-25輸出軸第四頁(yè)，共40頁(yè)。二.任務(wù)分析金屬切削加工不僅要滿(mǎn)足質(zhì)量要求，而且還盡可能地體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性，所以在切削加工過(guò)程中，必須根據(jù)工件材料及其加工精度和表面質(zhì)量要求，合理選擇刀具材料及刀具幾何參數(shù)，合理選擇切削用量和切削液。以確保加工順利的前提下，既保證加工質(zhì)量，又能提高生產(chǎn)效率、降低加工成本。第五頁(yè)，共40頁(yè)。1.刀具材料應(yīng)具備的性能（1）高的硬度和耐磨性（2）足夠的強(qiáng)度和韌性（3）高的耐熱性與化學(xué)穩(wěn)定性（4）有鍛造、焊接、熱處理、磨削加工等良好的工藝性（5）導(dǎo)熱性好，有利于切削熱傳導(dǎo)，降低切削區(qū)溫度，延長(zhǎng)刀具壽命，便于刀具的制造，資源豐富，價(jià)格低廉。

(一)刀具材料的選擇三.相關(guān)知識(shí)第六頁(yè)，共40頁(yè)。

2.常用刀具材料工具鋼包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼。硬質(zhì)合金有鎢鈷類(lèi)硬質(zhì)合金、鎢鈦鈷類(lèi)硬質(zhì)合金和鎢鈦鉭（鈮）類(lèi)硬質(zhì)合金。陶瓷超硬刀具材料推廣使用新型刀具材料如涂層刀具、陶瓷刀具、天然金剛石、聚晶金剛石、立方氮化硼等。

第七頁(yè)，共40頁(yè)。第八頁(yè)，共40頁(yè)。碳素工具鋼（carbontoolsteel）

：含碳量較高的優(yōu)質(zhì)鋼(含碳量為0.7%～1.2%，如T10A等)，淬火后硬度較高、價(jià)廉，但耐熱性較差。合金工具鋼（alloytoolsteel）

：在碳素工具鋼中加入少量的Cr、W、Mn、Si等元素而形成的。(如9SiCr等)，可適當(dāng)減少熱處理變形和提高耐熱性。由于這兩種刀具材料的耐熱性較低，常用來(lái)制造一些切削速度不高的手工工具，如銼刀、鋸條、鉸刀、絲錐、板牙等，較少用于制造其它刀具。（1）碳素工具鋼和合金工具鋼第九頁(yè)，共40頁(yè)。（2）高速鋼高速鋼（highspeedsteel）是一種加入較多鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金鋼。熱處理后硬度可達(dá)62～66HRC,抗彎強(qiáng)度約3.3GPa，有較高的熱穩(wěn)定性、耐磨性、耐熱性。切削溫度在500～650°C時(shí)仍能進(jìn)行切削。適合于制造結(jié)構(gòu)和刃型復(fù)雜的刀具，如成形車(chē)刀、銑刀、鉆頭、插齒刀、剃齒刀、螺紋刀具和拉刀等。第十頁(yè)，共40頁(yè)。按用途可分為：通用高速鋼和高性能高速鋼。按制造工藝可分為:

熔煉高速鋼、粉末冶金高速鋼和表面涂層高速鋼。按基本化學(xué)成份可分為:

鎢系和鉬系。

1）高速鋼的分類(lèi)

第十一頁(yè)，共40頁(yè)。2）常用高速鋼的牌號(hào)與性能通用型高速鋼W18Cr4V(18-4-1)由于鎢價(jià)高，熱塑性差，碳化物分布不均勻等原因，目前國(guó)內(nèi)外已很少采用。高性能高速鋼

高性能高速鋼是指在通用型高速鋼中增加碳、釩、鈷或鋁等合金元素，使其常溫硬度可達(dá)67～70HRC，抗氧化能力、耐磨性與熱穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。可以用于加工不銹鋼、高溫合金、耐熱鋼和高強(qiáng)度鋼等難加工材料。典型牌號(hào)有M42。粉末冶金高速鋼

粉末冶金高速鋼是用高壓氬氣或純氮?dú)忪F化熔融的高速鋼鋼水而得到細(xì)小的高速鋼粉末，然后再熱壓鍛軋制成。適用于制造精密刀具、大尺寸(滾刀、插齒刀)刀具、復(fù)雜成形刀具、拉刀等。第十二頁(yè)，共40頁(yè)。硬質(zhì)合金（carbides）是由高硬度和高熔點(diǎn)的金屬碳化物(碳化鎢WC、碳化鈦TiC、碳化鉭TaC、碳化鈮NbC等)和金屬粘結(jié)劑(Co、Mo、Ni等)用粉末冶金工藝制成。硬質(zhì)合金刀具常溫硬度為89～93HRA，化學(xué)穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性好，耐磨性好，耐熱性達(dá)800～1000°C。硬質(zhì)合金刀具允許的切削速度比高速鋼刀具高5～10倍。但強(qiáng)度、韌度均較高速鋼低，工藝性也不如高速鋼。常制成各種型式的刀片，焊接或機(jī)械夾固在車(chē)刀、刨刀、端銑刀等的刀柄(刀體)上使用。（3）硬質(zhì)合金第十三頁(yè)，共40頁(yè)。鎢鈷類(lèi)（WC+Co）；YG,屬K類(lèi)鎢鈦鈷類(lèi)（WC+TiC+Co）；YT,屬P類(lèi)鎢鈦鉭（鈮）類(lèi)硬質(zhì)合金（WC+TiC+TaC+（NbC）+Co）

:YW，屬M(fèi)類(lèi)1）硬質(zhì)合金的分類(lèi)第十四頁(yè)，共40頁(yè)。2）常用硬質(zhì)合金的牌號(hào)及其性能K(YG)（鎢鈷類(lèi)）類(lèi)硬質(zhì)合金：有較好的韌性、磨削性、導(dǎo)熱性，適合加工短切屑的金屬或非金屬材料，如淬硬鋼、鑄鐵、銅鋁合金、塑料等。其代號(hào)有K01、K10、K20、K30、K40等，數(shù)字越大，耐磨性越低而韌度越高。精加工可用K01；半精加工可用K10，K20；粗加工選用K30。第十五頁(yè)，共40頁(yè)。P類(lèi)（YT）（鎢鈦鈷類(lèi)）硬質(zhì)合金：

以WC為基體,添加TiC，用Co作粘結(jié)劑燒結(jié)而成。合金中TiC含量提高，Co含量就低，其硬度、耐磨性和耐熱性進(jìn)一步提高，但抗彎強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、特別是沖擊韌性明顯下降，適合于精加工。適合加工長(zhǎng)切屑的黑色金屬，如鋼、鑄鋼等。其代號(hào)有P01、P10、P20、P30、P40、P50等，數(shù)字越大，耐磨性越低而韌度越高。精加工可用P01；半精加工選用P10、P20；粗加工選用P30。

第十六頁(yè)，共40頁(yè)。M類(lèi)（YW）（鎢鈦鉭（鈮）類(lèi)）：在YT(P)類(lèi)硬質(zhì)合金中加入TaC或NbC，可提高抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性、抗氧化能力、耐磨性和高溫硬度等，既適用于加工脆性材料，又適用于加工塑性材料。適合加工長(zhǎng)(短)切屑的金屬材料，如鋼、鑄鋼、不銹鋼等難切削材料等。其代號(hào)有M10、M20、M30、M40等，數(shù)字越大，耐磨性越低而韌度越高。精加工可用M10；半精加工可用M20；粗加工選用M30。

第十七頁(yè)，共40頁(yè)。（4）涂層刀具材料通過(guò)氣相沉積或其它技術(shù)方法，在韌牲較好的刀具基體上，涂覆一層耐磨性好的難熔金屬化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韌性。常用的涂層(coated)材料有TiC、TiN、Al203及其復(fù)合材料等,涂層厚度隨刀具材料不同而異。1）TiC涂層硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削時(shí)能產(chǎn)生氧化鈦膜，減小摩擦及刀具磨損。2）TiN涂層在高溫時(shí)能產(chǎn)生氧化膜，與鐵基材料摩擦系數(shù)較小，抗粘結(jié)性能好，并能有效降低切削溫度。第十八頁(yè)，共40頁(yè)。3）TiC—TiN復(fù)合涂層第一層涂TiC，與刀具基體粘牢不易脫落。第二層涂TiN,減少表面層與工件間的摩擦。4）TiC-Al203復(fù)合涂層第一層涂TiC,與刀具基體粘牢不易脫落。第二層涂Al203可使刀具表面具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性能。目前單涂層刀片已很少應(yīng)用，大多采用TiC-TiN復(fù)合涂層或TiC-Al2O3-TiN三復(fù)合涂層。第十九頁(yè)，共40頁(yè)。（5）其它刀具材料1）陶瓷刀具材料以氧化鋁或以氮化硅為基體再添加少量金屬，在高溫下燒結(jié)而成的一種刀具材料。其優(yōu)點(diǎn)是硬度高，耐磨性、耐高溫性能好，有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性，與金屬的親合力小、抗粘結(jié)和抗擴(kuò)散能力強(qiáng)；其缺點(diǎn)是脆性大、抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性差，易崩刃，所以使用范圍受到限制；可用于鋼、鑄鐵類(lèi)零件的車(chē)削、銑削加工。第二十頁(yè)，共40頁(yè)。2）金剛石刀具材料

碳的同素異形體，在高溫、高壓下由石墨轉(zhuǎn)化而成，是目前人工制造出的最堅(jiān)硬物質(zhì)。由于硬度極高，耐磨性好，切削刃口鋒利，刃部表面摩擦系數(shù)較小，不易產(chǎn)生粘結(jié)或積屑瘤，可用于加工硬質(zhì)合金、陶瓷等硬度達(dá)65～70HRC的材料。加工高硬度的非金屬材料，如石材、壓縮木材、玻璃等，還可加工有色金屬，如鋁硅合金材料以及復(fù)合難加工材料的精加工或超精加工缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性差，強(qiáng)度低、脆性大，對(duì)振動(dòng)敏感，只宜微量切削，與鐵有強(qiáng)烈的化學(xué)親合力，不能用于加工鋼材。第二十一頁(yè)，共40頁(yè)。3）立方氮化硼立方氮化硼（CBN）是一種人工合成的新型刀具材料，它由六方氮化硼在高溫、高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)化而成。它有很高的硬度及耐磨性，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)惰性大，與鐵系金屬在1300℃時(shí)不易起化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)熱性好，摩擦系數(shù)低。因此可用于高溫合金、冷硬鑄鐵、淬硬鋼等難加工材料的加工。第二十二頁(yè)，共40頁(yè)。應(yīng)當(dāng)指出，加工一般材料大量使用的仍是普通高速鋼及硬質(zhì)合金，只有在加工難加工材料時(shí)，才考慮選用新牌號(hào)合金或高性能高速鋼，在加工高硬度材料或精密加工時(shí)，才考慮選用超硬材料。第二十三頁(yè)，共40頁(yè)。(二)刀具角度的選擇1.前角γO（1）功用γO

刀刃鋒利，切屑變形切削力和切削功率刀刃和刀尖強(qiáng)度，散熱體積刀具壽命第二十四頁(yè)，共40頁(yè)。γo1Prγo2前角與金屬變形的關(guān)系第二十五頁(yè)，共40頁(yè)。（2）選擇取決于：工件材料、刀具材料及加工要求。工件材料強(qiáng)度、硬度較低時(shí)，應(yīng)取較大前角，反之應(yīng)取較小的前角。加工塑性材料時(shí)，應(yīng)取較大前角，加工脆性材料時(shí)，應(yīng)取較小的前角。刀具材料韌性好（高速鋼），取較大前角，反之（硬質(zhì)合金）取較小前角。粗加工時(shí)，取較小前角，精加工時(shí)，取較大前角。第二十六頁(yè)，共40頁(yè)。后刀面與工件的摩擦αo，αo

2.后角αo

（1）功用后刀面的磨損率（2）選擇取決于：加工要求、工件材料及工藝系統(tǒng)剛度。粗加工或工件材料較硬，后角取較小值；工件材料越軟、塑性越大，后角越大；工藝系統(tǒng)剛度較差時(shí)，適當(dāng)減小后角；第二十七頁(yè)，共40頁(yè)。3.主偏角Kr

和副偏角Kr′

（1）功用Kr和Kr′

刀刃強(qiáng)度表面粗糙度背向力FP殘留面積高度，散熱條件刀具壽命，工件易變形（2）選擇工藝系統(tǒng)剛性較好時(shí)，主偏角取較小值；反之取較大值。副偏角大小取決于表面粗糙度（5o?15o)，粗加工時(shí)取大值，精加工取小值。第二十八頁(yè)，共40頁(yè)。kr1Kr’kr2FpFf主偏角Kr與背向力的關(guān)系第二十九頁(yè)，共40頁(yè)。4.刃傾角λs

（1）功用（2）選擇主要影響刀頭的強(qiáng)度、切削分力和切屑的流動(dòng)方向。加工一般鋼料和鑄鐵，無(wú)沖擊時(shí)：粗車(chē)λs

＝0o?－5o

，精車(chē)λs

＝0o

?+5o

；有沖擊時(shí)：λs

＝－5o

?－15o

；特別大時(shí)：λs

＝－30o

?－45o

。切削加工高強(qiáng)度鋼、冷硬鋼時(shí)：λs

＝－30o

?－45o

。第三十頁(yè)，共40頁(yè)。(三)刀具耐用度的選擇原則復(fù)雜的、高精度的、多刃的刀具耐用度應(yīng)選得比簡(jiǎn)單的、低精度的、單刃的刀具高。對(duì)于機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具，由于換刀時(shí)間短，為使切削刃始終處于鋒利狀態(tài)，刀具耐用度可選得低些。對(duì)于換刀、調(diào)刀比較復(fù)雜的數(shù)控刀具、自動(dòng)線刀具以及多刀加工時(shí)，刀具耐用度應(yīng)選得高些，以減少換刀次數(shù)，保證整機(jī)和整線的可靠工作。精加工刀具切削負(fù)荷小，刀具耐用度應(yīng)比粗加工刀具選得高些。大件加工時(shí)，為避免一次進(jìn)給中中途換刀，刀具耐用度應(yīng)選得高些。第三十一頁(yè)，共40頁(yè)。(四)切削用量的選擇1.選擇切削用量的原則合理切削用量是指使刀具的切削性能和機(jī)床的動(dòng)力性能得到充分發(fā)揮，并在保證加工質(zhì)量的前提下，獲得高生產(chǎn)率和低加工成本的切削用量。第三十二頁(yè)，共40頁(yè)。粗加工時(shí)，一次走刀盡可能切除全部余量，被吃刀量等于加工余量。半精加工時(shí)，被吃刀量取為0.5～2mm。精加工時(shí)，被吃刀量取為0.1～0.4mm（1）被吃刀量的選定2.被吃刀量、進(jìn)給量和切削速度的選定（2）進(jìn)給量的選定生產(chǎn)實(shí)際中多采用查表法確定進(jìn)給量。粗加工時(shí)，進(jìn)給量由機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度、刀具強(qiáng)度與剛性、工件的裝夾剛度決定。精加工時(shí)，進(jìn)給量由加工精度和表面粗糙度決定。第三十三頁(yè)，共40頁(yè)。（3）切削速度的選定在ap、f值選定后，根據(jù)合理的刀具耐用度或查表來(lái)選定車(chē)削速度。在生產(chǎn)中選擇切削速度的一般原則是：

1）粗車(chē)時(shí)，

ap、f較大，故選擇較低的v；精車(chē)時(shí)，ap

、f

均較小，故選擇較高的v。

2）工件材料強(qiáng)度、硬度高時(shí)，應(yīng)選較低的v。

3）切削合金鋼比切削中碳鋼切削速度應(yīng)降低20％～

30％；切削調(diào)質(zhì)狀態(tài)的鋼比正火、退火狀態(tài)鋼要降低20％～30％；切削有色金屬比切削中碳鋼的切削速度可提高100％～300％；第三十四頁(yè)，共40頁(yè)。（4）刀具材料的切削性能愈好，切削速度也選得愈高。（5）精加工時(shí)，應(yīng)盡量避開(kāi)積屑瘤和鱗刺產(chǎn)生的區(qū)域。（6）斷續(xù)切削及加工大件、細(xì)長(zhǎng)件和薄壁工件時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低切削速度。（7）在易發(fā)生振動(dòng)的情況下，切削速度應(yīng)避開(kāi)自激振動(dòng)的臨界速度。

第三十五頁(yè)，共40頁(yè)。3.粗、精加工選擇切削用量的原則

粗加工：首先選取盡可能大的被吃刀量；其次根據(jù)機(jī)床動(dòng)力和剛性限制條件或加工表面粗糙度的要求，選取盡可能大的進(jìn)給量；最后利用切削用量手冊(cè)選取或者用公式計(jì)算確定切削速度。

精加工：主要考慮加工質(zhì)量，常選用較小的背吃刀量和進(jìn)給量，較高的切削速度，只有在受到刀具等工藝條件限制不宜采用高速切削時(shí)才選用較低的切削速度。

第三十六頁(yè)，共40頁(yè)。(五)切削液選擇1.切削液的作用（1）切削液的冷卻作用（2）切削液