第3章_金属切削基本条件的合理选择

第三章选择合理的切削条件 刀具材料刀具几何参数切削用量切削液 第一节刀具材料 1 对刀具材料的要求 1 高的硬度和耐磨性 2 足够的强度和韧性 3 高的耐热性 指高温下保持硬度 耐磨性 强度和韧性的性能 4 良好的冷加工工艺性 热加工 热处理 表面处理 锻造 铸造等 工艺性 5 经济性 第一节刀具材料 常用的刀具材料有 碳素工具钢切削金属的性能较差 切削刃合金工具钢锋利 可加工木材 橡胶 塑料 高速钢生产中用的最多 硬质合金最广 陶瓷强度低 脆性大 成本高 金刚石仅用于某些有限的场合 立方氮化硼 第一节刀具材料 2 高速钢高速钢是一种合金工具钢 具有一定的硬度 63HRC 70HRC 和耐磨性 有较高的耐热性 在切削温度高达500 600 时尚能切削 2 高速钢 高速钢是强度和韧性最好的刀具材料 适于加工从有色金属到高温合金的范围广泛的金属材料 2 高速钢 高速钢的冷加工工艺性特别好 在热处理前 高速钢可以象一般中碳钢一样的进行各种加工 热处理后 高速钢刀具可以磨出锋利的切削刃 2 高速钢 正是由于高速钢具有足够的强度 硬度 耐热性和耐磨性 具有特别好的冷加工工艺性 磨削加工工艺性和较好的热加工工艺性 所以 在钻头 丝锥 拉刀 齿轮刀具 成形刀具等复杂刀具制造中 高速钢仍占主导地位 2 高速钢 1 通用高速钢 典型牌号 W18Cr4VW6Mo5Cr4V2 2 高速钢 2 高性能高速钢 高性能高速钢是在通用高速钢的成分中 增加碳含量形成高碳高速钢 增加碳化钒含量形成高钒高速钢 或者添加钴 铝等元素形成钴高速钢 铝高速钢 目的是为了提高高速钢的耐热性和耐磨性 3 硬质合金 硬质合金是由高硬度的难熔金属碳化物 如WC TiC TaC NbC等 和金属粘结剂 如Co Ni等 用粉末冶金方法制成的一种刀具材料 3 硬质合金 硬质合金的硬度 耐磨性 耐热性都很高 常用硬质合金的硬度为89HRA 93HRA 比高速钢 83HRA 86 6HRA 高得多 在800 1000 时还能切削 所以硬质合金的耐热性能比高速钢好 3 硬质合金 在刀具寿命相同的条件下 硬质合金的切削速度比高速钢的可提高2 10倍 可达100m min以上 3 硬质合金 但硬质合金的强度和韧性比高速钢差得多 使用时要注意 硬质合金刀具不能承受大的振动和冲击 也不能承受大的热冲击 3 硬质合金 硬质合金的冷加工性和热加工性都很差 硬质合金由于具有高硬度 高耐热性和高耐磨性 加工性能优良 而且生产成本较低 所以 使用极其广泛 主要用于制造如车刀 刨刀 铣刀 深孔钻 铰刀等简单刀具 3 硬质合金 1 钨钴类硬质合金 钨钴类硬质合金的国标代号是YG 相当于ISO标准的K类 Wc Co 3 硬质合金 1 钨钴类硬质合金 YG类具有较高的抗弯强度和韧性 所以适用于加工铸铁 也适用于加工有色金属和非金属材料 此外 YG类硬质合金还适用于加工钛合金和不锈钢 3 硬质合金 2 钨钛钴类硬质合金 钨钛钴类硬质合金的代号为YT 相当于ISO标准的P类 WC TiC Co YT类硬质合金适用于在中高切削速度下加工钢料 3 硬质合金 3 钨钛钽 铌 钴类硬质合金 钨钛钽 铌 钴类硬质合金的代号为YW 相当于ISO标准的M类 WC TiC TaC NbC Co 3 硬质合金 3 钨钛钽 铌 钴类硬质合金 YW类硬质合金兼有YG类和YT类的优点 具有硬度高 耐热性好和强度高 韧性好的特点 既可加工钢材 也可加工铸铁和有色金属 故被称为通用硬质合金 3 硬质合金 3 钨钛钽 铌 钴类硬质合金 YW类硬质合金主要用于耐热钢 高锰钢 不锈钢等难加工材料 YW1适用于精加工 YW2适用于粗加工 YW类硬质合金成本高 使用受限 3 硬质合金 4 碳化钛基硬质合金 碳化钛基硬质合金的国标代号为YN 以TiC为主要成分 以Ni Mo作为粘结剂 3 硬质合金 4 碳化钛基硬质合金 TiC基硬质合金的特点是硬度更高 TiC基硬质合金的硬度已经达到93HRA 接近陶瓷的水平 因而 TiC基硬质合金的刀具寿命比WC基硬质合金高 3 硬质合金 4 碳化钛基硬质合金 TiC基硬质合金可加工钢 也可加工铸铁 但是 TiC基硬质合金的抗弯强度和韧性不如WC基硬质合金 因此不适于重载荷切削及断续切削 只适用于精加工 4 其他刀具材料 1 陶瓷 2 金刚石 3 立方氮化硼 第二节刀具几何参数的合理选择 1 前角的选择 1 前角的功用影响切屑区的变形程度影响切屑刃与刀头的强度影响切屑形态和断屑效果影响加工表面质量 1 前角的选择 2 合理前角的选择 a 刀具材料很硬 韧性不足 选择小的前角 b 工件材料越硬 强度越大 前角选得越小 甚至负前角 采用负倒棱的方法 c 加工脆性材料 为了避免崩刃 一般选用较小的前角 2 后角的选择 1 后角的功用2 后角的选择 3 刃倾角的选择 1 刃倾角功用 控制切屑流出的方向 影响刀头的强度 影响刀刃的锋利程度度 影响轴向力和径向力的大小 4 刃倾角的选择 2 刃倾角的选择 1 加工一般的钢料和灰铸铁 有冲击时选择小的或负的刃倾角 2 加工淬硬钢 高强度钢 高锰钢 取 s 20 30 3 工艺系统刚性不足时 尽量不要用负刃倾角 4 微量精车外圆 精车孔和精刨削平面时 取 s 45 75 第四节刀具耐用度的选择 有两种方法 根据单件工时最短的观点来确定耐用度 这种耐用度称为最大生产率耐用度tp根据工序成本最低的观点来确定的耐用度 称为经济耐用度tc 第五节切削用量的选择 1 制定切削用量的原则充分利用刀具和机床性能获得高的生产效率和低的加工成本保证加工质量 2 切削用量三要素的确定 进给量背吃刀量切屑速度 粗加工切削用量的选择对于粗加工 在保证刀具一定耐用度前提下 要尽可能提高在单位时间内的金属切除量 提高切削用量都能提高金属切削量 但是考虑到切削用量对刀具耐用度的影响程度 所以 在选择粗加工切削用量时 应优先选用大的背吃刀量 其次选较大的进给量 最后根据刀具耐用度选定一个合理的切削速度 这样选择可减少切削时间 提高生产率 背吃刀量应根据加工余量和加工系统的刚性确定 精加工切削用量的选择选择精加工或半精工切削用量的原则是在保证加工质量的前提下 兼顾必要的生产率 进给量根据工件表面粗糙度的要求来确定 精加工时切削速度的切削速度应避开积屑瘤区 一般硬质合车刀采用高速切削 背吃刀量的选定 粗加工 背吃刀量8 10mm半精加工 背吃刀量0 5 2mm精加工 背吃刀量0 1 0 4mm 进给量的选定 粗加工 根据工件材料 车刀刀杆的尺寸 工件直径及已确定的背吃刀量来选择进给量半精加工和精加工 按加工表面粗糙度的要求 根据工件材料 刀尖圆弧半径 切削速度来选择进给量 切削速度的选定 在背吃刀量和进给量的值选定后 根据合理的刀具耐用度计算或查表来确定切削速度 在生产中选择切削速度的一般原则是 粗车时 背吃刀量和进给量较大 故选择较低的切削速度 精车时 背吃刀量和进给量均较小 故选择较高的切削速度 工件材料强度 硬度较高时 应选择较低的切削速度 加工奥氏体不锈钢 钛合金和高温合金等难加工材料时 只能取较低的切削速度 刀具材料的切削性能越好 切削速度也选得越高精加工时 应尽量避开积屑瘤和鳞刺产生的速度区域断续切削时 为减少冲击和热应力 宜适当避开自激振动的临界速度加工大件 细长件和薄壁工件或加工带外皮的工件时 应适当降低切削速度 第六节切削液的选择 1 切削液的作用 冷却作用降低切削区域的温度 提高刀具耐用度和加工质量 润滑作用切削液渗入到切屑 刀具工件接触表面之间 形成润滑膜 减小切屑与前刀面 工件和后刀面之间的摩擦系数 减轻粘接现象 抑制积屑瘤的产生 提高刀具耐用度 降低表面粗糙度 清洗 排屑作用 精密加工 磨削 深孔加工 靠切削液来排屑 防锈作用 加入防锈填加剂 金属表面形成保护膜 防止金属和腐蚀介质接触 2 切削液的选用 基本上分为三类 水溶液 乳化液和切削油 水溶液 水 少量碳酸钠 亚硝酸钠 硼砂等电解质 与水中矿物质起化学反应 使水软化 增加水的渗透能力 增加水的汽化作用和冲刷屑末的清洗能力 也可以加入少量脂肪酸皂钠等表面活性剂及防锈剂亚硝酸钠等 使用范围 高速钢刀具粗加工钢料或普通磨削 乳化液 用乳化油加水稀释而成 未加极压添加剂时 用于温度不高和切削力不大的场合 也可用于有色金属加工 加入了极压添加剂时 用于温度高和切削力大的场合 如车削高强度合金钢 耐热钢和耐热合金等 特点 浓度大 则润滑性能好 浓度低 则冷却性能好 切削油 主要成分为矿物油或复合油 单独使用 铸铁件的攻丝和绞孔 加入油性极性添加剂和防锈剂 可以用于精加工钢料 如精加工齿轮 用高速钢刀具精加工螺纹 拉刀等 注意 高速切削时一般不采用切削液的原因 切削液与切削区接触时间短 能以发挥冷却润滑作用 切削液容易飞溅 不利于切削 刀具骤热骤冷易开裂 对于脆性材料 如铸铁 一般也不使用切削液 切屑粉末渗入机床