第一篇第六章 金屬切削加工中的實際應用

第一篇第六章金屬切削加工中的實際應用第一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四第一節(jié)刀具合理幾何參數(shù)的選擇前角的作用直接影響刀具的鋒利程度與切屑變形程度刀具鋒利↗切屑變形程度↙F、θ

↙前角↗直接影響切削刃的強度和刀頭強度前角↗刀刃及刀頭強度↙易崩刃楔角↙直接影響切屑的形狀和斷屑效果前角↙切屑變形程度↗易斷屑刀具幾何參數(shù)的選擇包括：一是刀具角度參數(shù)的選擇；二是刀具刃型尺寸參數(shù)的選擇。前角的選擇4.直接影響以已加工表面質(zhì)量第二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四高速鋼的合理前角比Y合金的大。對于不同的刀具材料和工件材料，T隨γ0

的變化趨勢為駝峰形。加工塑材的合理前角比脆材的大。第三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四選擇原則工件材料：脆性材料：γO小，塑性材料：γO大刀具材料：刀具的σb較大，則γO可選大值加工條件：粗加工時：γO小，精加工時：γO大工藝系統(tǒng)剛性差或機床功率小的：γO大自動化加工或成形刀具：γO小第四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四γ0選擇總原則：“銳字當先、銳中求固”第五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四前面的刃型：多用于精加工用刀具、成形刀具硬質(zhì)合金刀具切削高強度、高硬度材料常用于粗加工或精加工塑性材料的刀具多用于硬質(zhì)合金刀具或斷續(xù)切削負前角雙面型可減少重磨次數(shù)第六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四后角的作用影響刀具的鋒利程度減少摩擦，刀具鋒利↗切削力↙后角↗影響切削刃的強度和刀頭強度后角↗刀刃及刀頭強度↙易崩刃楔角↙3.影響切削刃壽命VB一定,磨損體積↗→壽命↗后角↗圖3-35后角大小對刀具磨損體積的影響后角的選擇第七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四選擇原則工件材料：刀具材料：刀具的σb較大，則αO可選大值加工條件：粗加工時：αO小，精加工時：αO大工件的σb較大，則αO可選小值工藝系統(tǒng)剛性差：αO小第八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四

后角一般取正，但也有特例，如右圖。沿切削刃磨出負后角的窄棱面，稱為消振棱。消振棱可降低切削加工中的振動，熨壓作用，強化切削刃，提高刀具耐用度。消振棱第九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四主偏角、副偏角的作用影響殘留面積的高度Кγ、Кγ’↗Rmax↗主偏角影響三個切削分力的大小和比例關(guān)系主偏角、副偏角的選擇第十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四4.主偏角影響切屑層的形狀在f、ap相同的情況下：Кγ↙bD↗刀刃工作長度↗單位負荷↙主、副偏角影響刀尖強度第十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四選擇原則工件材料：Кγ↙工藝系統(tǒng)剛性：剛性好，則Кγ取小值。根據(jù)加工表面精度HB↗第十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四Кr、Кr’選擇總原則：在不產(chǎn)生振動的條件下，取小值。第十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四刃傾角的作用1.影響切屑的流向：

λs=0，切屑沿主切削刃垂直方向流出

；

λs>0，切屑流向待加工面，不劃傷已加工表面；

λs<0，切屑流向已加工面，不影響工人操作。2.影響刀尖的強度：

λs<0，刀尖強度高，改善散熱條件，提高T。刃傾角的選擇3.影響刀尖的切入點與平穩(wěn)：4.影響切削分力比值：λs<0

→Fp↑→變形↑振動↑→加工表面質(zhì)量↓第十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四一般情況下：粗加工時：λs=0~-5o；精加工時：λs=0~+5o；斷續(xù)切削：λS＜0（保護刀尖）；工藝系統(tǒng)剛性不足，則λs>0；加工高強度鋼、淬硬鋼或強力切削時，為提高刀頭強度取λs

=-30o～-10o。λs選擇總原則：第十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四一、切削液分類水溶液特點：（1）冷卻效果最好；（2）透明，可直接觀察切削區(qū)情況。缺點：（1）潤滑性最差；（2）易導致金屬生銹。第二節(jié)、切削液的選擇第十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四2.乳化液（水基切削液）乳化油加水溶液稀釋而成，乳化油中主要成分是礦物油和乳化劑，乳化劑作用便于礦物油和水的混合。特點：可提高切削液性能，潤滑性優(yōu)于水溶液。3.切削油（油基切削液）分類：（1）礦物油：油性一般，不能有效防止生銹；（2）動、植物油：油性最好，價格貴，易變質(zhì)；（3）復合油：礦物油加添加劑。第十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四冷卻：使切削熱傳導、對流和汽化，降低切削區(qū)溫度；

潤滑：切削液滲透到刀具與切屑、工件表面之間形成潤滑膜，它具有物理吸附和化學吸附作用；清洗：一定壓力和流量沖走細屑或磨粒；

防銹：在切削液中添加防銹劑，起防銹作用。二、切削液的作用第十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四為改善切削液性能而加入的化學物質(zhì)稱為添加劑三、切削液的添加劑“油性”添加劑起滲透和潤滑作用，降低油與金屬的界面張力，在界面上形成物理吸附膜。特點：主要減少摩擦，其易破裂；高速鋼刀具中采用。2.“極壓”添加劑在界面上形成化學薄膜。特點：其強度好，抗大的溫度與摩擦；允許高速切削，適用于難加工材料。第十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四3.“抗泡沫”添加劑由于防銹添加劑、乳化劑等表面活性劑加入，這些物質(zhì)混入空氣而形成泡沫的可能性增大。泡沫過多，會降低切削液的效果。特點：有效防止泡沫形成，在磨削液中添加適量抗泡沫劑

。4.“防霉”添加劑由于細菌繁殖，乳化液長期使用后，易變質(zhì)發(fā)臭。加入防霉添加劑，即可起到殺菌和抑制細菌繁殖的效果。特點：對皮膚有刺激，引起紅斑、發(fā)癢等，所以一般不用

。第二十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四5.“防銹”添加劑使機床、刀具、工件不受腐蝕。其在金屬表面上優(yōu)先吸附形成保護膜，或與金屬表面化合形成鈍化膜，保護金屬表面不與腐蝕介質(zhì)接觸，因而起到防銹作用

。6.乳化劑（表面活性劑）表面活性劑作用：使油和水能較好的混合。乳化劑分子結(jié)構(gòu)：極性基團和非極性基團兩個部分組成。極性基因是親水的，叫做親水基團，可溶于水；非極性基團是親油的，叫做親油基團，可溶于油。乳化機理：加入油和水中，能定向地排列吸附在油水兩相界面上，極性端朝水，非極性端朝油，把油和水連接起來，降低油—水的界面張力

。第二十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四四、選擇切削液應考慮因素刀具材料：（1）高速鋼耐熱性差，耐磨性差——加切削液（一般情況下）；（2）硬質(zhì)合金耐熱性，耐磨性好——不加切削液（除加工難加工材料）；——若加則需連續(xù)、均勻澆注，否則刀具產(chǎn)生熱裂。2.工件材料：（1）加工塑性材料——加切削液（降低溫度，較少磨損）；（2）加工脆性材料——不加切削液；（3）加工難加工材料——加切削液（極壓性能好）。第二十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四3.刀具類型：（1）半封閉式或封閉式刀具——加切削液；（2）復雜（成形）、齒輪刀具——加切削液（潤滑性能好）。4.加工工藝：（1）粗加工——加工余量大——切削力、溫度大——加冷卻性切削液；（2）精加工——切削余量小——切削力、溫度小——加潤滑性好切削液。第二十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四切削液的種類及選用

序號名稱組成主要用途1水溶液以硝酸鈉、碳酸納等溶與于水的溶液，用100～200倍的水稀釋而成磨削2乳化液①礦物油很少，主要為表面活性劑的乳化油，用40～80倍的水稀釋而成，冷卻和清洗性能好車削、鉆孔②以礦物油為主，少量表面活性劑的乳化油，用10～20倍的水稀釋而成，冷卻和潤滑性能好車削、攻螺紋③在乳化液中加入極壓添加劑高速車削、鉆孔3切削油①礦物油（L—AN15或L—AN32全損耗系統(tǒng)用油）單獨使用滾齒、插齒②礦物油加植物油或動物油形成混合油，潤滑性能好精密螺紋車削③礦物油或混合油中加入極壓添加劑形成極壓油高速滾齒、插齒、車螺紋等4其它液態(tài)的二氧化碳主要用于冷卻二硫化鉬+硬脂酸+石蠟—做成蠟筆，涂于刀具表面攻螺紋第二十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四第三節(jié)切削用量的優(yōu)選總原則：選擇合理的切削用量，要綜合考慮生產(chǎn)率、加工質(zhì)量和加工成本；

粗加工中選擇切削用量時，應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vc。這樣使vc、f、ap的乘積最大，以獲得最大的生產(chǎn)效率；精加工時，主要按表面粗糙度和加工精度要求確定切削用量。應選用較小的進給量和背吃刀量，并盡可能選用較高的切削速度。第二十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四一、背吃刀量ap的選擇原則：背吃刀量應根據(jù)工件的加工余量確定。加工余量：與上道工序的粗糙度、變質(zhì)層、形狀精度、位置精度等有關(guān)；與本道工序的誤差有關(guān)。注意：應盡量用一次走刀就切除全部粗加工余量；當加工余量過大或工藝系統(tǒng)剛性過差時，可分二次走刀。第一次走刀的背吃刀量，一般為總加工余量的2／3—3／4；應盡量使背吃刀量大于硬皮層的厚度，以保護刀尖；半精、精加工的切削余量較小，其背吃刀量通常都是一次走刀切除全部余量。第二十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四二、進給量f的選擇原則：一般按照表面粗糙度要求、根據(jù)切削速度等條件來選擇合理的進給量。◆

粗加工時根據(jù)工藝系統(tǒng)強度和剛度條件確定(計算或查表)在工藝系統(tǒng)剛度和強度良好的情況下，盡量選擇大的進給量◆

精加工時根據(jù)加工表面粗糙度要求確定(計算或查表)第二十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四三、切削速度vc的選擇原則：在背吃刀量和進給量選定以后，可在保證刀具合理耐用度的條件下，確定合適的切削速度

。注意：粗加工時，背吃刀量和進給量都較大，切削速度受刀具耐用度和機床功率的限制，一般較低；精加工時，背吃刀量和進給量都取得較小，切削速度主要受加工質(zhì)量和刀具耐用度的限制，一般較高；選擇切削速度時，還應考慮工件材料的強度和硬度以及切削加工性等因素。第二十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四vT：優(yōu)點：耐用度高，一般不需磨刀；缺點：加工精度差，成本高、產(chǎn)量低。vo：優(yōu)點：加工精度最好，成本下降，產(chǎn)量提高；缺點：耐用度下降，磨刀次數(shù)提高。vc：優(yōu)點：成本最低，產(chǎn)量提高；缺點：精度下降，耐用度下降，磨刀次數(shù)提高。vp：優(yōu)點：產(chǎn)量最高；缺點：成本提高，精度下降，磨刀次數(shù)提高。不合理精密加工時選擇vo普通工程上選擇vc生產(chǎn)任務(wù)緊急時選擇vp第二十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四第四節(jié)工件材料的切削加工性“指對某種材料進行切削加工，以達到預定技術(shù)要求的難易程度”工件材料切削加工性具有一定的相對性；HB↙切削加工性↗F,θ↙δ,ak↗切削加工性↙斷屑難，粘屑嚴重在不同的條件下，切削加工性要用不同的指標來衡量。第三十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四(1)刀具耐用度和Kr指標在正常切削速度下的T或在相同T下所允許的切削速度相對切削加工性Kr=V60/（V60）j在一般加工下通用(2)加工表面質(zhì)量指標易獲得好的表面質(zhì)量的材料其切削加工性較好；反之較差。精加工時，常用此項指標來衡量切削加工性好壞。(3)切削力或切削功率指標在相同的切削條件下，凡切削力小的材料，其切削加工性好；反之較差。在粗加工時，常用此項指標來衡量。(4)切屑控制或斷屑難易程度所形成的切屑是否容易清洗，易切削加工性好；反之較差。在加工中的自動線，常用此項指標來衡量。一、表示切削加工性的指標第三十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四相對加工性：Kr第三十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四二、影響材料切削加工性的因素金屬材料物理力學性能對切削加工性的影響HB,σb↗（3）↙F,θ↗δ↗（2）↙粘屑嚴重T↙（1）↙ak↗（4）↙斷屑困難導熱性差θ↗T↙（1）↙第三十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四含碳量對切削加工性的影響碳素鋼：HB

↗Kr↙F,θ↗δ,ak

↙Kr↗Ra↙Wc

↗低碳鋼(Wc<0.25%)：HB

↙

Kr↗F,θ↙δ,

ak

↗Kr↙Ra↗中碳鋼(0.25%<Wc<0.6%)：HB，δ，ak均適中，

Kr最好高碳鋼(Wc>0.6%)：Kr↙Kr↙第三十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四鑄鐵：以游離石墨形式存在Kr↗HB↙以碳化鐵形式存在Kr↙HB↗C在鑄鐵中的存在形式白口鐵全部以化合態(tài)形式存在Kr↙↙HB↗↗灰口鐵大部或全部以片狀石墨形式存在Kr↗↗HB↙↙第三十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四三、改善材料切削加工性的主要途徑適當?shù)臒崽幚硎歉纳魄邢骷庸ば缘闹匾緩?；調(diào)整材料的化學成分；滿足使用要求前提下，選擇切削加工性能較好的工件材料；選用合適的刀具材料，確定合理的刀具角度和切削用量，加工方法和加工順序。第三十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四第五節(jié)磨削加工一、磨削運動：主運動：砂輪的旋轉(zhuǎn)。周向進給運動：工件的旋轉(zhuǎn)?？v向進給運動：工件相對于砂輪的縱向運動。切入運動：指砂輪徑向切入工件的運動，又稱橫向進給運動。磨平面、磨孔、研磨、珩磨等。第三十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四二、磨削加工概述磨削是一種適用于粗加工到超精加工的高效率加工方法。尺寸精度可達IT5～IT6。表面粗糙度能達到Ra1.25～0.01μm。除能磨削普通材料外，尤其適用于一般刀具難以切削的高硬度材料的加工。磨削加工★磨粒切削刃幾何形狀不確定,其頂部的錐角通常為90°～120°。★磨粒及切削刃隨機分布，磨粒的間距和高低參差不齊。在磨削過程中磨粒會產(chǎn)生磨損、鈍化、碎裂和脫落。磨削特點★磨削厚度小(＜幾μm)，磨削速度高,磨削點瞬時溫度高(達1000℃以上)。第三十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四三、砂輪的特性與選擇磨料（常用主要有氧化物系和碳化物系兩大類）：第三十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四三、砂輪的特性與選擇2.粒度：指磨料顆粒的大小。磨粒（>40μm）：用篩選法分類。它的粒度號以該顆粒能通過哪一號篩網(wǎng)的網(wǎng)號來表示，如46#粒度。微粉（<40μm）：用顯微測量法分類。它的粒度號以粉末顆粒最大直徑來表示，如W20。選擇：粗磨時選粗磨料，精磨時選較細的磨料。軟金屬選粗磨料，硬金屬選較細的磨料。第四十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四三、砂輪的特性與選擇3.結(jié)合劑：用來粘結(jié)磨料的物質(zhì)，其性能決定著砂輪的強度、抗沖擊性、耐熱性以及抗腐蝕能力。陶瓷結(jié)合劑：（V）樹脂結(jié)合劑：（B）橡膠結(jié)合劑：（R）金屬結(jié)合劑：（J）性能：耐熱、耐腐蝕性好，氣孔率大，但較脆，彈性差。適用范圍：適用于通用砂輪、成形磨削砂輪。一般V<35m/s。性能：強度高，彈性好，耐熱性差(<300℃)，氣孔率小。適用范圍：適用于高速磨削，速度達50m/s以上。可制成薄片砂輪，用于切口、開槽。性能：強度與彈性均高于陶瓷和樹脂結(jié)合劑，但耐熱性差(<150℃)。適用范圍：多用于切斷、開槽、拋光用砂輪以及無心磨床的導輪。速度高達65m/s。性能：強度最高，導熱性好，但自銳性差。常見的是青銅結(jié)合劑。適用范圍：主要用于金剛石砂輪及電解磨削用砂輪。磨削硬質(zhì)合金、玻璃、陶瓷等。第四十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四三、砂輪的特性與選擇4.砂輪的硬度：是指砂輪工作時，磨料在磨削力作用下，從砂輪上脫落的難易程度，又稱自銳性。選擇：1、磨削較硬的金屬，選用軟砂輪。反之，則選用硬砂輪。2、工件導熱性差，選用軟砂輪。反之，則選用硬砂輪。3、內(nèi)圓磨時切削液難進入切削區(qū)，使θ↗，選用軟砂輪。4、精磨、成形磨選用較硬的砂輪，以保證精度和表面質(zhì)量。HB↗（不易脫落）形狀精度保持好自銳性↙θ↗第四十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四三、砂輪的特性與選擇組織：指組成砂輪的磨粒、結(jié)合劑、氣孔三部分體積的比例關(guān)系。表示方法：氣孔率和磨粒率。注意：工廠中一般以磨粒率表示組織號。第四十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四三、砂輪的特性與選擇組織號↙形狀精度保持好磨料%↗能承受大的磨削力氣孔%↙砂輪緊密↗容屑能力小，造成糊塞選擇：1、磨削較硬的金屬，磨削力大，組織號小；2、精磨、成形磨形狀精度要好，組織號?。?、粗磨余量大，磨屑多，容屑能力要好，組織號大；4、內(nèi)圓磨時切削液難進入切削區(qū)難清洗，要求氣孔多，組織號大；5、平面磨砂輪與工件的接觸長度達，要求容屑好、氣孔多，組織號大。第四十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四

磨屑形成過程★彈性變形：磨粒在工件表面滑擦而過，不能切入工件★塑性變形：磨粒切入工件,材料向兩邊隆起，工件表面出現(xiàn)刻痕（犁溝），但無磨屑產(chǎn)生★切削：磨削深度、磨削點溫度和應力達到一定數(shù)值,形成磨屑，沿磨粒前刀面流出具體到每個磨粒，不一定三個階段均有。圖3-40磨屑形成過程a）平面示意圖b）截面示意圖三個階段：四、磨削機理第四十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期四圖3-41磨削過程的三個階段磨削力的特征單位磨削力值很大三項分力中徑向力最大,

Fp/Fc=1.5～3磨削力隨不同的磨削階段而變化初磨階段：工藝系統(tǒng)剛性愈差，此階段愈長。

穩(wěn)定階段：光磨階段：工件的精度和表面質(zhì)量在逐漸