第3章-切削条件的选择

机械制造技术基础,机械制造技术基础,第三章切削条件的选择,本章主要内容：1、切削加工技术经济指标2、刀具材料与结构的选择3、刀具几何参数的选择4、切削用量的选择5、切削液的选用6、工件材料的切削加工性,第三章金属切削条件的合理选择,第三章切削条件的选择,本章基本要求：1、了解金属切削加工技术经济指标2、会正确选择刀具材料及几何参数3、掌握切削用量的选择原则及方法，会正确选择4、了解切削液的种类、作用5、了解工件材料切削加工性的概念,能获得最大的技术经济效益,优质高产低消耗（质量）（生产率）（经济性）,第三章金属切削条件的合理选择,技术经济效果E就是在实现技术方案时，输出的使用价值V(也称效益)与输入的劳动耗费C之间的比值。,第一节切削加工主要技术经济指标,第一节切削加工主要技术经济指标,使用价值一定，劳动耗费最小；或劳动耗费一定，使用价值最大。切削加工的主要技术经济指标包括产品质量，生产率，经济性三个方面。,最优的技术经济效果：,一、生产率,第一节切削加工主要技术经济指标,基本时间,辅助时间,其它时间,二、经济性,（工时成本）,（刀具成本）,第一节切削加工主要技术经济指标,第一节结束,1、高的硬度和耐磨性2、足够的强度和韧性3、高的耐热性(红硬性)与化学稳定性4、较好的工艺性,第二节刀具的选择,一、刀具材料的选择,（一）刀具材料应具备的基本性能,a、碳素工具钢b、合金工具钢c、高速钢d、硬质合金e、陶瓷材料f、人造金刚石g、立方氮化硼h、涂层刀具,（二）常用刀具材料,高速钢是以钨、铬、钒、钼和钴为主要合金元素的高合金工具钢，又称锋钢或风钢。高速钢强度、韧性和工艺性能均较好，主要用于中、低速切削的各种刀具、形状复杂刀具和小型刀具制造中。,按基本化学成分：钨系和钨钼系高速钢；按切削性能分：普通高速钢和高性能高速钢；按制造方法分：熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。,1、高速钢,(1)钨钴类(YG)WC+Co常用牌号有YG3、YG6、YG8等（加工铸铁）,2、硬质合金,由高硬度、高熔点的金属碳化物和金属粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。,(2)钨钛钴类(YT)WC+TiC+Co常用牌号有YT5、YT15、YT30等（加工钢件）,(3)钨钛钽(铌)钴类(YW)（有少量TaC或NbC）有“通用硬质合金”之称。,二、刀具角度的选择,内容：刀具角度刀刃形状刀面形式,原则：粗加工：提高生产率，保证刀具耐用度精加工：保证加工质量,合理的刀具角度：在保证加工质量的前提下，能够充分发挥刀具的切削性能，获得最高的刀具耐用度，从而达到提高切削效率或降低生产成本的目的。,（一）前角的作用和选择,选择原则:锐字当先，锐中求固（1）根据刀具切削部分材料选（2）根据工件材料选（3）根据加工要求选,通常硬质合金车刀的前角在-5+20范围选取，高速钢刀具的前角应比硬质合金大510，而陶瓷刀具的前角一般取-5-15。,1、加工塑性材料（如钢）加工脆性材料（如铸铁）2、刀具材料的强度及韧性3、工件材料的强度或硬度工件材料的强度或硬度4、粗加工和断续切削前角；精加工前角。,前角的选择,图3-1负倒棱车刀,后角作用：减小刀具后面与工件表面之间的摩擦，并配合前角调整切削刃的锋利与强固。,（二）后角的作用和选择,选择原则：在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，取小值。,工件材料的强度或硬度，后角工件材料塑性、韧性，后角工艺系统刚性，后角，消振棱F3-2粗加工时，后角；精加工时，后角有尺寸精度要求的刀具，后角车刀的副后角一般等于其主后角切断、切槽刀的副后角，受刀头强度和重磨后尺寸限制，只能取得很小。,后角选择：,图3-2消振棱车刀,a.影响刀具耐用度（刀尖强度，散热）；b.影响切削分力的变化；c.影响已加工表面粗糙度；,主偏角：主要考虑工艺系统的刚性，在不产生振动的条件下取小值。副偏角：主要根据表面粗糙度要求选择，通常较小。,（三）主偏角和副偏角的作用和选择,2、选择原则,1、主要作用,图3-3三种常用车刀主偏角的形式,a）45弯刀,b）尖头刀,c）90偏刀,图3-4过渡刃与修光刃,（四）刃倾角的作用和选择,1、主要作用,a.影响切削刃的锋利性s0b.影响刀头强度和散热条件c.影响切入切出的平稳性d.影响切削分力的大小和方向e.影响排屑方向,兼顾各种因素合理选择。,2、选择原则,a）+sb）s=0c）-s图3-5刃倾角对刀尖强度的影响（kr90刨刀),图3-6刃倾角对排屑方向的影响,刀具各角度之间是互相联系互相影响的。孤立地选择某一角度并不能得到所希望的合理值。应综合考虑各种影响（刀具材料、结构；工件材料、结构、尺寸，切削条件等）合理选择。,注意：,在中等刚性车床上，加工热轧和锻制的中碳钢用的大切深强力切削车刀。刀具材料为YT15（P10）；适用的切削速度vc50m/min60m/min背吃刀量ap15mm20mm进给量f0.25mm/r0.4mm/r。,（五）车刀几何参数选用综合举例,75大切深强力切削车刀,特点：（1）较大的前角（2）较大的主偏角（3）负刃倾角（4）磨制双重后角（5）过渡刃和修光刃（6）负倒棱（7）磨制断屑槽,切刀、孔加工刀具、拉刀、铣刀、螺纹刀具、齿轮刀具、磨具、数控机床用刀具和自动线刀具等。单刃（单齿）刀具和多刃（多齿）刀具一般通用刀具和复杂刀具定尺寸刀具和非定尺寸刀具整体式刀具装配式刀具复合刀具,三、刀具类型及结构的选择,（一）刀具类型,1、整体式2、焊接式3、机夹式a.机夹重磨式b.机夹可转位式,（二）刀具结构,图3-8车刀的结构形式,各种形状的刀片,可转位车刀的组成,1-刀片2-刀垫3-卡簧4-杠杆5-弹簧6-螺钉7-刀柄,常见夹紧机构,第二节结束,杠杆式,楔钩式,楔销式,上压式,偏心式,螺销上压式,压孔式,第三节切削用量的选择,为了取得最大的技术经济效益，应根据具体的加工条件，确定切削用量三要素（ap、f、vc）合理的组合。合理的切削用量,合理的切削用量：指充分利用刀具的切削性能和机床性能（功率、扭矩等），在保证加工质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。,（一）加工质量,一、选择切削用量时应考虑的因素,（二）切削加工生产率,影响程度相同,高速，低进给,（三）刀具耐用度,通常：xyz即：影响程度大小：vfap,硬质合金车刀车中炭钢时：,二、选择切削用量的原则,a.粗加工时，主要考虑生产率和刀具耐用度apfvc,b.精加工时，主要考虑加工质量apfvc,选择原则：首先根据加工余量选尽可能大的ap，其次根据工艺系统的强度、刚度及表面粗糙度要求等选尽可能大的f，再根据合理刀具耐用度选择选vc（转速n），最后校核机床功率。,主要受加工余量的限制一次走刀尽量切完,三、切削用量参数值的确定,主要受切削力（粗加工）、表面粗糙度（精加工）的限制,1、背吃刀量的选择,2、进给量的选择,多次走刀时，应尽量将第一次走刀的背吃刀量取大些，一般为总加工余量的2/33/4。,3、切削速度的选择,主要受刀具耐用度、机床功率的限制。背吃刀量和进给量选定后，可根据合理的刀具耐用度计算或查表确定切削速度。,切削速度确定之后，机床转速为：,计算出的转速n应按机床转速系列最后确定。,选择切削速度时，还应考虑：1、精加工时，应尽量避免积屑瘤和鳞刺产生的区域。2、断续切削时，为减小冲击和热应力，宜适当降低切削速度。3、在易发生振动的情况下，避开自激振动的临界速度。4、加工大件、细长件、薄壁件以及带硬皮的工件时，应选用较低的切削速度。5、工件材料强度、硬度较高时，应选较低的切削速度。,机床功率校核：,1、采用切削性能更好的新型刀具材料2、改善工件材料的加工性3、改进刀具结构和选用合理刀具几何参数4、提高刀具的制造刃磨质量5、采用性能优良的切削液和高效率的冷却方法,四、提高切削用量的途径,工件材料：热轧45钢，b0.637GPa。毛坯直径dw=50mm，装夹在卡盘和顶尖中，装夹长度为lo350mm。加工要求：车外圆至尺寸d=44mm，表面粗糙度为Ra3.2，加工长度lw300mm。试求：外圆车削的切削用量。,五、切削用量选择举例,第三节结束,单边总余量：31、粗加工余量2.52、精加工余量0.5,含有极性分子，能与金属表面形成牢固的吸附膜（物理吸附膜）。特点：润滑作用强，但不耐高温。用途：低速精加工,第四节正确选用切削液,一、切削液的作用,二、切削液的添加剂,冷却，润滑，清洗，防锈,（一）油性添加剂,极压添加剂是含硫、磷、氯、碘等的有机化合物。它们能在高温下与金属表面起化学反应，形成能耐较高温度和压力的化学吸附膜，可避免金属界面直接接触，降低摩擦系数，保持良好的润滑条件。,（二）极压添加剂,（三）表面活性剂,表面活性剂即乳化剂，是一种有机化合物，它能使矿物油和水乳化形成稳定的乳化液。它们的乳化性能好，且具有一定的清洗、润滑及防锈性能。,（四）防锈添加剂防锈添加剂是一种极性很强的化合物，与金属表面有很强的附着力，能吸附在金属表面形成保护膜，或与金属表面化合成钝化膜，起到防锈作用。,三、切削液的种类,（一）水溶液水溶液主要成分是水，并在水中加入少量的防锈剂和乳化剂。它的冷却性能好，润滑性能差，呈透明状，便于操作者观察。,（二）乳化液乳化油用水稀释而成。呈乳白色，故冷却性能好，并有一定的润滑性能。低浓度的乳化液冷却效果较好，高浓度乳化液润滑效果较好。,（三）切削油切削油主要是矿物油，动、植物油及它们的复合油。润滑性能好，但冷却性能差。在切削油中加入极压添加剂形成极压切削油可提高切削油在高温高压下的润滑性能。,1、根据刀具材料、加工要求选用切削液2、根据工件材料选用切削液3、根据加工性质选用切削液,四、切削液的选用,第五节结束,五、切削液的使用方法,1、浇注法2、高压冷却法3、喷雾冷却法,第五节工件材料的切削加工性,材料被切削加工的难易程度。,工件材料的切削加工性：,一、材料切削加工性的概念及衡量指标,衡量切削加工性的主要指标,相同切削速度下切削某种材料的刀具耐用度相同耐用度下切削某种材料所允许的切削速度,（一）刀具耐用度或切削速度指标,v:当耐用度为T(min)时，切削某种材料所允许的最大切削速度。vT越高，材料的切削加工性越好。通常取T60min，vT写作v60；,材料的相对加工性,Krv60/(v60)j,工件材料的相对加工性可分为八级，表3-12。Kr值反映了不同材料对刀具磨损和耐用度的影响，对选择切削速度有指导意义。,（二）加工表面质量指标,（三）切削力指标,一定的切削条件下能达到的已加工表面质量。一般用表面粗糙度Ra表示，容易获得较小Ra的材料其切削加工性就好。精加工用此指标。,在相同切削条件下，使切削力（切削功率）增大、切削温度升高的材料，其切削加工性就差，反之加工性就好.系统刚性不足或机床功率不足时，常用此指标。,4、切屑控制性能指标（断屑性能控制指标）,以所形成的切屑是否便于处理作为一项指标。自动机床、数控机床或自动线等常用此指标。,比较钢、铸铁的切削加工性,一种工件材料很难在各方面都获得较好的切削加工性指标。在一般生产中，常以刀具一定耐用度下所允许的切削速度vT或相对加工性Kr作为衡量材料切削加工性的指标