切削原理的基本应用

1、第四章 切削原理的基本应用 第一节切 屑 控 制 第二节工件材料的切削加工性 第三节切削液的选用 第四节已加工表面质量 第五节刀具几何参数的合理选择 第六节切削用量的合理选择 第七节现代切削新技术简介 第一节切 屑 控 制 一、切屑形状的分类 二、切屑的流向和折断 三、断屑措施 一、切屑形状的分类 表4-1切屑形状的分类 1带状切屑1 1长1 2短1 3乱 2管状切屑2 1长2 2短2 3缠乱 3盘旋状切屑3 1平3 2锥 表4-1切屑形状的分类 4环形螺旋切屑4 1长4 2短4 3缠乱 5锥形螺旋切屑5 1长5 2短5 3缠乱 6弧形切屑6 1连接6 2松散 7单元切屑 8针形切屑 二、切屑

2、的流向和折断 1.切屑的流向 2.切屑的折断 1.切屑的流向 图4-1流屑角 图4-2刃倾角对切屑流向的影响 a)-b)+ 2.切屑的折断 图4-3切屑折断原理 a)切屑受力后卷曲b)影响卷曲半径参数c)断屑槽尺寸 三、断屑措施 1.作出断屑槽 2.改变切削用量 3.其他断屑方法 1.作出断屑槽 图4-4断屑槽型式 a)折线型b)直线圆弧型c)全圆弧型 表4-2断屑槽宽度(单位：mm) 进给量 f/mm 背吃刀量 /mm 断屑槽宽 低碳钢、中碳钢合金钢、工具钢 0205 0305 0306 13 25 36 3235 3540 4550 2830 3032 3235 图4-5断屑槽位置及刃倾角

3、作用 a)外倾式b)平行式c)内斜式 2.改变切削用量 3.其他断屑方法 (1) 固定附加断屑挡块在刀具前刀面上固定着可调距离和角度的挡块， 能达到稳定断屑，但其不足之处是减小了出屑空间且易被切屑阻塞。 (2) 采用间断切削采用断续切削或振动切削方式，获得断屑或使切削厚 度周期性变化和切屑截面积变化，致使狭小截面处应力集中，强度减弱， 达到断屑目的。 (3) 切削刃上开分屑槽这是较为常见的方法。 第二节工件材料的切削加工性 一、切削加工性指标 二、常用材料切削加工性简述 三、改善材料切削加工性途径 一、切削加工性指标 1.加工材料的性能指标 2.相对加工性指标 3.刀具寿命指标 1.加工材料的

4、性能指标 表4-3工件材料切削加工性分级表 切削加 工性 易切削较易切削较难切削难切削 等级代号0123456789 硬 度 HB W 5050 1 00 10 0 1 50 15 0 2 00 20 0 2 50 25 0 3 00 30 0 3 50 35 0 4 00 40 0 4 80 48 0 6 35 63 5 HR C 14 2 4 8 2 4 8 3 2 3 3 2 3 3 8 1 3 8 1 4 3 43 5 0 50 6 0 60 抗拉强度 /GPa 0 1 96 0 1 96 0 4 41 0 4 41 0 5 88 0 5 88 0 7 84 0 7 84 0 9 8

5、0 9 8 1 1 76 1 1 76 1 3 72 1 3 72 1 5 68 1 5 68 1 7 64 1 7 64 1 9 6 1 9 6 2 4 5 2 4 5 表4-3工件材料切削加工性分级表 伸长率 100 1010 1 5 15 2 0 20 2 5 25 3 0 30 3 5 35 4 0 40 5 0 50 6 0 60 1 00 10 0 冲击韧度 /kJ 19 6 19 6 3 92 39 2 5 88 58 8 7 84 78 4 9 80 98 0 1 372 13 72 1 764 17 64 1 962 19 62 2 450 24 50 2 940 29 40

6、 3 920 热导率 /Wm 41 8 6 8 2 9 3 0 8 29 3 0 8 1 6 7 4 7 16 7 4 7 8 3 7 4 8 3 7 4 6 2 8 0 6 2 8 0 4 1 8 7 4 1 8 7 3 3 5 3 3 5 2 5 1 2 2 5 1 2 1 6 7 5 1 6 7 5 8 3 7 0 2.实际粗糙度 (1) 积屑瘤和鳞刺影响图4-8a为加工表面上产生的均匀残留面积的纵向 痕迹；图4-8b是粘附在切削刃上的积屑瘤进行切削情况；图4-8c为高低不 平的积屑瘤顶端切入加工表面后使已加工表面粗糙不平。 (2) 刀具磨损影响图4-10a是当刀具后面磨损或刀尖处产生微

7、崩时，它对 加工表面摩擦使已加工表面上形成不均匀的划痕；图4-10b为刃磨切削刃 口留下的毛刺、微小裂口或细微崩刃，这些缺陷均会复映在已加工表面上 形成较均匀沟痕。 (3) 振动影响切削时工艺系统的振动，不仅会明显加大工件的表面粗糙 度，严重时会影响机床精度和损坏刀具。 图4-8积屑瘤影响表面粗糙度 a)不存在积屑瘤b)积屑瘤切入加工表面c)积屑瘤对粗糙度影响 图4-9鳞刺 a)鳞刺分布b)鳞刺突出的形态 加工条件：工件材料45钢、切削速度=32m/min 图4-10刀具后面磨损和切削刃微崩对表面粗糙度影响 a)刀具后面磨损影响b)崩刃复映影响 图4-11已加工表面上振纹 a)切削力波动图形b

8、)纵向振纹 三、影响表面粗糙度的因素 (一) 切削用量影响 (二) 刀具几何参数影响 (三) 刀具材料的影响 (四) 切削液的影响 (一) 切削用量影响 1.切削速度vc 2.进给量f 1.切削速度vc 图4-12切削速度对表面粗糙度影响 a)切削速度对表面粗糙度的影响曲线b)不同切削速度时的表面粗糙度波形 2.进给量f (二) 刀具几何参数影响 1.前角o 2.后角o 3.主偏角r、副偏角r和刀尖圆弧半径r 1.前角o 图4-13前角对表面粗糙度影响 2.后角o 3.主偏角r、副偏角r和刀尖圆弧半径r 图4-14副偏角和刀尖圆弧半径对表面粗糙度Ra影响 a)-Ra曲线b)-Ra曲线 图4-1

9、5在前角、主偏角和副偏角 不同组合时，对表面粗糙度 Ra波形的影响 加工条件：工件45钢、刀具P10(YT15)、=8、=0.2mm、f=0.1mm/r、=0.5 mm、=150m/min (三) 刀具材料的影响 (四) 切削液的影响 图4-16干切削和使用切削液对表面粗糙度的影响 a)干切削b)使用切削液 第五节刀具几何参数的合理选择 一、前角o的选择 二、后角o的选择 三、副后角o的选择 四、主偏角r的选择 五、副偏角r的选择 六、刃倾角s的选择 七、刀尖修磨形式 八、刃口修磨形式 一、前角o的选择 (一) 前角的作用 (二) 前角的选择原则 1.根据被加工材料选择 2.根据加工要求选择

10、3.根据刀具材料选择 1.根据被加工材料选择 表4-5硬质合金刀具的前角推荐值 工 件 材 料 碳钢/GPa40Cr调质 40Cr 不锈钢高锰钢钛和 钛合金 044 5 055 8 0784098 前 角 25 30 15 20 12151013 18 10 15 15 30 3- 3 51 0 工 件 材 料 淬硬钢灰铸铁铜铝 及 铝 合 金 3 8 41 H R C 44 47HRC 50 52HRC 5 4 58 H R C 60 65HRC 220 HBW 220 HBW 纯铜黄铜青铜 表4-5硬质合金刀具的前角推荐值 前 角 0 -3-5-7 -1012825 30 15 25 51

11、 5 25 30 2.根据加工要求选择 3.根据刀具材料选择 表4-6不同刀具材料加工钢时前角值 刀具材料 碳钢/GPa 高速钢硬质合金陶瓷 0784 0784 25 20 1215 10 10 5 二、后角o的选择 1.根据加工精度选择 2.根据加工材料选择 图4-18后角重磨后 图4-18后角重磨后 对加工精度影响 三、副后角o的选择 四、主偏角r的选择 1.根据加工材料选择 2.根据加工工艺系统刚性选择 3.根据加工表面形状要求选择 图4-19主偏角与刀具寿命的关系 加工条件：工件材料Cr-Mo钢、刀具 P10(YT15)、=3mm、 f=0.2mm/r 五、副偏角r的选择 六、刃倾角s

12、的选择 1.根据加工要求选择 2.根据加工条件选择 六、刃倾角s的选择 表4-7主偏角、副偏角选用值 适用范围 加工条件 加工系 统刚性差 的台阶轴、 细长轴、 多刀车、 仿形车 加工系 统刚性较 差，粗车， 强力车削 加工系 统刚性较 好，可中 间切入， 加工外圆、 端面、倒 角 加工系 统刚性足 够的碎硬 钢、冷硬 铸铁 加工 不锈钢 加工 高锰钢 加工 钛合金 主偏角/ （） 副偏角/ （） 7593 106 6070 1510 45 45 1030 105 4575 815 2545 1020 3045 1015 七、刀尖修磨形式 1.修圆刀尖 2.倒角刀尖 3.倒角带修光刃 图4-2

13、0刀尖修磨形式 a)修圆刀尖b)倒角刀尖c)倒角带修光刃 1.修圆刀尖 图4-21刀尖圆弧半径对刀具寿命与刀具磨损的关系 a)刀尖圆弧半径与刀具寿命关系 b) 刀尖圆弧半径与刀具磨损关系 2.倒角刀尖 3.倒角带修光刃 图4-22刃口修磨几种形式 a)锋刃(未修磨)b)刃口修圆c)刃口负倒棱d)刃口平棱e)负后角倒棱 八、刃口修磨形式 图4-23刃口修磨对刀具寿命的影响曲线 加工条件：工件Ni-Co-Mo钢、280HBW 刀具P10(YT15)=200m/min、 =1.5mm、f=0.33mm/r 第六节切削用量的合理选择 1.选择背吃刀量ap 2.选择进给量f 2.加工耐热钢及其合金时，不

14、采用大于1.0mm/r的进给量。 3.加工淬硬钢时，表内进给量应乘系数K=0.8(当材料硬度为4456HRC时) 及K=0.5(当材料硬度为5762HRC时)。 3.选择切削速度vc 4.机床功率检验 1.选择背吃刀量ap 2.选择进给量f 表4-8硬质合金车刀粗车外圆时的进给量 工件材料车刀刀杆 尺寸 BH /(mmm m) 工件直径 /mm 背吃刀量/mm 3355881212以上 进给量f/mm 表4-8硬质合金车刀粗车外圆时的进给量 碳素结构 钢和 合金结构 钢 162520 40 60 100 400 03 04 04 05 05 07 06 09 08 12 03 04 04 06

15、 05 07 07 10 03 05 05 06 06 08 04 05 05 06 2030 2525 20 40 60 100 600 03 04 04 05 06 07 08 10 12 14 03 04 05 07 07 09 10 12 04 06 05 07 08 10 04 07 06 09 04 06 2.加工耐热钢及其合金时，不采用大于1.0mm/r的进 给量。 3.加工淬硬钢时，表内进给量应乘系数K=0.8(当材料 硬度为4456HRC时)及K=0.5(当材料硬度为5762 HRC时)。 表4-9不同刀尖圆弧半径时的最大进给量 刀尖圆弧半 径/mm 0408121624 最

16、大推荐进 给量f/(mm/r) 02503 5 0407051007131018 表4-10不同表面粗糙度和刀尖圆弧半径时的进给量f(单位：mm/r) 2.5 12.5 6.3 2.5 4.9 6.3 4.0 4.9 2.5 4.0 1.6 2.5 1.0 1.6 0.40.270.250.220.200.150.10 0.80.510.430.370.320.280.220.13 1.20.690.560.490.410.360.290.18 1.60.880.680.570.470.390.310.20 3.选择切削速度vc 表4-11国产焊接和机夹可转位车刀切削用量选用参考表 工件材料热

17、处理状态刀具材料032m m f008 03mm/r 26mm f03 06mm/r 610mm f061m m/r /(m/min) 碳素钢正火YT15 YT30 YT5R YC35 YC45 160130110908060 调质1301009070 合金钢正火YT30 YT5R YM10 13011090707050 调质YW1 YW2 Y W3 YC45 1108070506040 表4-11国产焊接和机夹可转位车刀切削用量选用参考表 工件材料热处理状态刀具材料032m m f008 03mm/r 26mm f03 06mm/r 610mm f061m m/r /(m/min) 不锈钢正

18、火YG8 YG6A Y G8N YW3 YM051 YM10 807070606050 淬火钢45HRCYT510 YM05 1 YM052 40HRC 5030 60HRC 3020 高锰钢(=13%)YT5R YW3 YC35 YS30 Y M052 30202010 表4-11国产焊接和机夹可转位车刀切削用量选用参考表 高温 合金 (GH135)YM051 YM0 52 YD15 50 (K14)YS2T YD154030 钛合金YS2T YD1511mm f01 03mm/r 20mm f01 03mm/r 30mm f01 03mm/r 653649284426 灰铸铁(190HBW

19、)YG8 YG8N1209080607050 (190225HB W) YG3X YG6X YG6A 1108070506040 冷硬铸铁45HRCYG6X YG8M YM053 YD15 YS2 Y DS15 36mmf01503mm/r 1517 4.机床功率检验 表4-12瑞典SANDVIK数控刀具切削用量推荐表 加工材料加工条 件 刀片几 何槽形 刀片牌 号 对应IS O牌号 正前角 型 主要切 削性能 背吃刀 量 /mm 刀尖圆 弧半径 /mm 进给量 f/mm 切削速 度 /mmi 表4-12瑞典SANDVIK数控刀具切削用量推荐表 低 合 金 钢 260HB W 粗 加 工 适用

20、于 断 续切削 有 锻造硬 皮 PR槽形 GC4025 牌号 ISOP25 正前角 有增强 棱边 耐磨性 高 10 40 1203325 08025350 半精加 工 能有微 振 PM槽形 GC4025 牌号 ISOP25 能确保 断屑 耐磨性 良好 10 40 0802375 04014410 精 加 工 轻负荷 小背吃 刀 量、小 进给 PF槽形 GC4015 牌号 ISOP15 刃口锋 利 断屑好 01 17 0401530 02008545 表4-12瑞典SANDVIK数控刀具切削用量推荐表 奥 氏 体 不 锈 钢 180HB W 粗 加 工 在不良 条件 下加工 断 续切削、 有 锻造硬 皮 MR槽形 GC2025 牌号 ISOM25 高强度 正前角 切削刃 强度高 10 40 1203190 08025200 半精加 工 切削力 小 切削稳 定 MM槽 形 GC2025 牌号 ISOM25 耐磨性 较好 韧性较 好 0330802215 04014235 精 加 工 精度高 公差小 MF槽形 GC2015 牌号 ISOM15 耐磨性 高 01 17 0401280 02007285 表4-12瑞典