第四章切削基本规律应用

第四章切削基本规律的应用

在了解掌握前一章切削过程基本规律的基础上，进一步介绍如断屑、切削液、材料加工性、已加工表面粗糙度、刀具几何参数及切削用量选择等应用性内容。通过本章内容的学习，可以为我们利用切削理论分析解决切削加工中产生的有关工艺技术问题打下初步基础。第一节断屑切屑形状与分类（GB/T16461-1996）√×√√√××××××断屑原因与屑形状×××√√√√切削过程中产生变形。切屑在流动过程中受阻碍物相碰，切屑卷曲半径加大。弯曲应力加大。弯曲应力超过材料强度极限而折断。断屑过程切屑流动过程中碰到待加工表面而折断。切屑流动过程中碰到加工表面而折断。切屑流动过程中碰到刀具后面而折断。切屑自由流出，长到一定程度靠自身重量甩断。断屑主要措施磨制断屑槽全圆弧型折线型直线圆弧型适合加工碳钢、合金钢、工具钢、不锈钢。适合塑性大的金属和重型刀具。断屑槽形式断屑槽尺寸进给量f/（mm/r）背吃刀量ap（mm）断屑槽宽度LBn（mm）低碳钢、中碳钢合金钢、工具钢0.3~0.50.3~0.50.3~0.61~32~53~63.2~3.53.5~4.04.5~5.02.8~3.03.0~3.23.2~3.5断屑槽宽度LBn可转位刀片的断屑槽可转位刀片在制造时均有不同形状和尺寸参数的断屑槽，起到良好的断屑效果。Vc=130m/min精车钢断屑范围Vc=205m/min精车钢断屑范围改变刀具角度切屑流出时碰撞待加工表面形成“C”形屑或“6”形屑。切屑流出时碰撞已加工表面形成“C”形屑或短螺旋形屑。第二节工件材料的切削加工性工件材料切削加工性：工件材料被切削的难易程度工件材料切削加工性指标加工材料性能指标根据工件材料的物理、化学和力学性能评价切削加工性，并划分其切削加工性等级（表4-2）根据表（4-2）切削加工等级为“4·3·2·2·4”，属于较易切削材料。根据表（4-2）切削加工等级为“4·5·9·9·8”，属于难切削材料。根据表（4-2）切削加工等级为“5·2·6·9·8”，属于难切削材料。相对加工性指标

Kr＞1较45钢易切，Kr＜1较45钢难切。40Cr、60Mn:Kr=0.5~0.651Cr18Ni9Ti、α相钛合金、高锰钢:Kr=0.5~0.15镍基高温合金、β相钛合金:Kr＜0.15改善材料切削加工性途径进行适当热处理在性能及工艺要求许可范围内适当热处理以改善切削加工性低碳钢→硬度低、塑性大→不好切正火→降低韧性、提高硬度→切削加工性↑高碳钢→硬度高、塑性低→不好切退火→降低硬度→切削加工性↑合理选用刀具材料工件材料与刀具材料要匹配合理选用刀具几何参数切削场合与刀具几何参数要匹配高硬度、带冲击→以提高刀具强度为原则高塑性、高韧性、粘屑→以减少切削力、切削温度、易断屑为原则第三节切削液切削液的作用冷却、润滑、排屑和清洗、防锈切削液的种类及其应用水基切削液水溶液----软水+防锈添加剂冷却为主乳化液----乳化油（矿物油、脂肪酸+乳化剂）+水乳化油↑→润滑作用↑、冷却作用↓合成切削液----水+防锈添加剂、表面活性剂环保，综合性能好油基切削液润滑为主切削油----矿物油、动植物油、复合油极压切削油----矿物油、乳化液+极压添加剂（CI、S、P）通过渗透形成润滑膜→润滑润滑膜为物理膜容易被破坏通过化学反应形成润滑膜→润滑润滑膜为化学膜，耐高温、高压氯化切削油----化学膜熔点600℃、切削温度350℃适合加工合金钢、高锰钢等难加工材料硫化切削油----化学膜熔点1100℃、切削温度750℃适合加工不锈钢、耐热钢磷化切削油----比含氯、硫的切削液冷却、润滑性能更好以上几种复合使用效果更佳第四节已加工表面粗糙度表面粗糙度的形成刀具几何形状形成的表面粗糙度积屑瘤的影响鳞刺的影响刀具磨损的影响刀具刃磨质量的影响振动的影响表面粗糙度刀具几何形状形成的表面粗糙度积屑瘤的影响鳞刺的影响刀具磨损的影响刀具刃磨质量的影响振动的影响表面粗糙度振纹微小崩刃和缺口的复映后刀面磨损带的挤压和划伤影响表面粗糙度的因素切削速度主要通过积屑瘤影响表面粗糙度。进给量、主偏角、副偏角、刀尖圆弧半径前角刀具材料高速钢刃磨水平优于硬质合金相同条件下高速钢刀具的粗糙度低于硬质合金陶瓷、立方氮化硼、金刚石刀具超高速精加工时，可以得到较低的表面粗糙度合理选择切削液可以得到较低的表面粗糙度第五节刀具几何参数选择前角的选择前角的作用影响刀具的锋利程度刀具锋利↗切屑变形程度↙切削力↙前角↗影响切削刃的强度和刀头强度前角↗刀刃及刀头强度↙易崩刃楔角↙影响切屑的形状和断屑效果前角↙切屑变形程度↗易断屑“锐字当先、锐中求固”工件材料脆性材料：刀具材料若刀具的σb、αk较大加工条件：粗加工时：前角的选择高速钢硬质合金陶瓷具体选择时查阅相关参考资料（表4-4）γo小塑性材料：γo大“锐字当先、锐中求固”γo可选大值γo小精加工时：γo大＞＞后角的选择后角的作用后角的主要作用是减少后刀面与加工工件之间的摩擦和磨损。后角过大，会削弱切削刃和刀头的强度。通常αo=5°~

12°后角的选择工件材料加工条件粗加工时：αo小；精加工时：αo大塑性金属：αo较大；脆性金属：αo较小“锐字当先、锐中求固”主、副偏角的选择主偏角的作用主、副偏角影响切削分力大小、刀头强度、传散热面积、表面粗糙度。主、副偏角的选择工艺系统刚度允许、不发生振动的前提下，越小越好。刃倾角的选择刃倾角的作用刃倾角影响刀尖的强度及切屑的流向。刃倾角的选择粗加工：较小刃倾角（0~-5o

）；精加工：较大刃倾角（0~+5o

）断续切削、有冲击振动：小刃倾角（-10~-45o

）副后角的选择一般刀具：αo’=αo；切槽刀、切断刀、三面刃铣刀αo’=1~2o刀尖修磨形状及参数修圆刀尖修磨刀尖可以提高刀尖强度、有利热量传散、减少残留面积倒角刀尖倒角带修光刃刃口修磨形状及参数锋刃：锋利但强度低精加工、韧性高易粘结材料的切削修圆刃口：提高刀刃强度可转位刀片上普遍使用负倒棱刃口：正前角刀具提高刀刃强度可转位刀片上普遍使用平棱刃口：作用与负倒棱刃口相近。后面倒棱刃口：棱起阻尼作用，抑制振动。第六节切削用量选择切削用量选择原则对切削温度的影响对刀具磨损的影响选择顺序：首先选择尽可能大的背吃刀量，其次是进给量，最后根据刀具使用寿命计算切削速度。切削用量选择背吃刀量ap尽量一次吃刀切除完余量若余量多、有硬皮，可分几次切除进给量f粗加工：在满足工艺系统刚度和强度以及机床进给系统强度的条件下选择尽可能大的进给量。实际选择时，查有关技术手册（表4-7）精加工：根据表面粗糙度要求选择进给量实际选择时，查有关技术手册（表4-8）切削速度vc

实际选择时，可以查有关技术手册（表4-9；表4-10）机床功率检验

第七节切削新技术简介超高速切削概述

1931年德国切削物理学家C.J.Salomom在“超高速切削原理”一文中给出了著名的“Salomom曲线”——对应于一定的工件材料存在一个临界切削速度，此点切削温度最高，超过该临界值，切削速度增加，切削温度反而下降。

Salomom的理论与实验结果，引发了人们极大的兴趣，并由此产生了“超高速切削（HSC）”的概念。尚无统一定义，一般认为超高速加工是指采用超硬材料的刀具，通过极大地提高切削速度和进给速度，来提高材料切除率、加工精度和加工表面质量的现代加工技术。以切削速度和进给速度界定：超高速加工的切削速度和进给速度为普通切削的5～10倍。以主轴转速界定：超高速加工的主轴转速≥10000r/min。超高速加工定义超高速加工的切削速度范围超高速加工切削速度范围因不同的工件材料而异。◎车削：700-7000m/min◎铣削：300-6000m/min◎钻削：200-1100m/min◎磨削：3000-18000m/min超高速加工切削速度范围随加工方法不同也有所不同。◎铝合金：1500-7500m/min◎铜合金：3000-4500m/min◎铸铁：750-5500m/min◎钢：1000m/min以上

加工效率高：进给量较常规切削提高5-10倍，材料去除率可提高3-6倍

切削力小：较常规切削至少降低30%，径向力降低更明显。有利于减小工件受力变形，适于加工薄壁件和细长件

切削热小：加工过程迅速，95%以上切削热被切屑带走，工件积聚热量极少，温升低，适合于加工熔点低、易氧化和易于产生热变形的零件

加工精度高：刀具激振频率远离工艺系统固有频率，不易产生振动；又切削力小、热变形小、残余应力小，易于保证加工精度和表面质量

工序集约化：可获得高的加工精度和低的表面粗糙度，并在一定条件下，可对硬表面进行加工，从而可使工序集约化。这对于模具加工具有特别意义超高速加工的特点

航空航天：

◎带有大量薄壁、细筋的大型轻合金整体构件加工，材料去除率达100-180cm3/min。

◎镍合金、钛合金加工，切削速度达200-1000m/min

汽车工业：超高速加工的应用

◎采用超高速数控机床和超高速加工中心组成超高速柔性生产线，实现多品种、中小批量的高效生产

模具制造：

◎超高速铣削代替传统的电火花成形加工，效率提高3-5倍

仪器仪表：

◎精密光学零件加工。超高速加工虽具有众多的优点，但由于技术复杂，且对于相关技术要求较高，使其应用受到限制。

与超高速加工密切相关的技术主要有：◎超高速加工刀具与磨具制造技术；◎超高速主轴单元制造技术；◎超高速进给单元制造技术；◎超高速加工在线检测与控制技术；◎其他：如超高速加工毛坯制造技术，干切技术，超高速加工的排屑技术、安全防护技术等。此外超高速切削与磨削机理的研究，对于超高速切削的发展也具有重要意义。超高速加工的技术条件精密和超精密切削概述精密切削：精度1~0.1um；表面粗糙度Ra0.1~0.02um超精密切削：精度小于0.1um；表面粗糙度小于Ra0.01um在航天