第2章金属切削原理与刀具(三)

1、 黄 微机械制造技术基础教学内容：教学内容：次序次序本章主要本章主要教学结构教学结构课时分配课时分配第一次第一次第一节、刀具的结构第一节、刀具的结构2 2学时学时第二次第二次第一节、刀具的结构第一节、刀具的结构第二节、刀具的材料第二节、刀具的材料2 2学时学时实验一、车刀几何角度测量实验一、车刀几何角度测量2 2学时学时第三次第三次第三节、金属切削过程及其物理现象第三节、金属切削过程及其物理现象第四节、切削力与切削功率第四节、切削力与切削功率2 2学时学时第四次第四次第六节、刀具磨损与刀具寿命第六节、刀具磨损与刀具寿命2 2学时学时第五次第五次第七节、切削用量的选择及工件材料第七节、切削用量的

2、选择及工件材料的加工性的加工性2 2学时学时一、刀具的磨损形态及其原因一、刀具的磨损形态及其原因（一）前刀面磨损（一）前刀面磨损切削塑性材料，切削塑性材料，v 和和ac较大时，在较大时，在前刀面上形成月牙洼磨损，以最大深度前刀面上形成月牙洼磨损，以最大深度KT 表示。表示。（二）后刀面磨损（二）后刀面磨损切削铸铁或切削铸铁或ac较小时的塑性材较小时的塑性材料时，常发生这种磨损。料时，常发生这种磨损。后刀面磨损带不均匀，最大值后刀面磨损带不均匀，最大值为为VBmax；中间部位磨损较均；中间部位磨损较均匀，平均磨损宽度以匀，平均磨损宽度以VB表示。表示。图图2-38 后刀面磨损后刀面磨损（三）边界

3、磨损（三）边界磨损 切削钢料时，主、副切削钢料时，主、副切削切削刃与工件待加工表面或已加工表面接触刃与工件待加工表面或已加工表面接触处磨出沟纹，称为边界磨损。最大值为处磨出沟纹，称为边界磨损。最大值为VC和和VN。边界磨损是加。边界磨损是加工硬化层、硬质点、较大的应力和温度梯度所造成。工硬化层、硬质点、较大的应力和温度梯度所造成。二、刀具磨损过程及磨钝标准二、刀具磨损过程及磨钝标准2-41（二）刀具磨损标准（二）刀具磨损标准P42（一）刀具寿命（一）刀具寿命T刀具刃磨后，开始使用至达到磨钝标准为止的实际切削时间。刀具刃磨后，开始使用至达到磨钝标准为止的实际切削时间。（两次刃磨之间所经历的实际切

4、削时间）（两次刃磨之间所经历的实际切削时间） 刀具总寿命：刀具总寿命：刀具从开始使用到报废为止的总切削时间。刀具从开始使用到报废为止的总切削时间。 重磨：刀具总寿命刀具寿命重磨：刀具总寿命刀具寿命刃磨次数刃磨次数 经过实验得类似关系式：经过实验得类似关系式： f T n =C1 ap T p =C2综合可得到综合可得到切削用量与刀具使用寿命的关系式：切削用量与刀具使用寿命的关系式：T = CT v1/m f 1/n ap1/p令令x =1/m，y =1/n，z =1/p，则，则 T = CT v x f y apz*用用YT5车削车削b=0.637GPa碳钢时，碳钢时， T = CT v 5

5、f 2.25 ap0.75第七节第七节 切削用量的选择及工件材料的加工性切削用量的选择及工件材料的加工性一、切削用量的选择一、切削用量的选择1、对加工质量的影响；背吃刀量、对加工质量的影响；背吃刀量ap、进给量、进给量f进给量增大使残留面积增大，使进给量增大使残留面积增大，使切削速度切削速度 v增大，增大，2、对基本时间的影响见、对基本时间的影响见P44 p46p46图图2-452-45，以车削为例，基本工艺时间：，以车削为例，基本工艺时间： 式中：式中：dwdw一毛坯直径一毛坯直径mmmm； L L一车刀行程长度，包括工件长度，切入一车刀行程长度，包括工件长度，切入长度，切出长度；长度，切出

6、长度； I I一走刀次数；一走刀次数； h h一毛坯加工余量。一毛坯加工余量。 显然，切削用量三要素显然，切削用量三要素apap、f f、v v对基本工艺时间对基本工艺时间有影响。有影响。pwpmafvdhLafnhLifnLt10003、对刀具寿命和辅助时间的影响、对刀具寿命和辅助时间的影响 精加工时，以保证零件的加工精度和表面质量为主。精加工时，以保证零件的加工精度和表面质量为主。并希望获得较高的并希望获得较高的 精加工时，多采用较小的精加工时，多采用较小的 1、切削速度的确定、切削速度的确定 根据已经选定的背吃刀量根据已经选定的背吃刀量ap 、进给量、进给量f及刀具寿及刀具寿命命T，切削

7、速度，切削速度v可按下式计算求得可按下式计算求得 式中各系数和指数可查阅切削用量手册。切削速度式中各系数和指数可查阅切削用量手册。切削速度值也可查表选定。值也可查表选定。v = Cv T m apxv f yv Kv* 2、背吃刀量背吃刀量ap的选择的选择（以车削为例）（以车削为例）粗加工时，粗加工时， ap由加工余量和工艺系统的刚度决定。由加工余量和工艺系统的刚度决定。半精加工时，半精加工时，ap可取可取0.50.52 2 mm mm。精加工时，精加工时， ap取为取为0.10.10.40.4 mm mm。在加工余量过大情况下，粗加工可分几次走刀。若在加工余量过大情况下，粗加工可分几次走刀。

8、若分两次走刀，第一次走刀的分两次走刀，第一次走刀的ap取大些，可占全部余取大些，可占全部余量的量的2/32/33/43/4，而第二次走刀的，而第二次走刀的ap取小些，使精加取小些，使精加工工序具有较高的刀具寿命和加工质量。工工序具有较高的刀具寿命和加工质量。切削有氧化皮的铸、锻件或加工硬化严重的材料时，切削有氧化皮的铸、锻件或加工硬化严重的材料时，应尽量使应尽量使a ap p超过氧化皮或加工硬化层厚度，以避免超过氧化皮或加工硬化层厚度，以避免刀尖过早磨损，尽可能一次走刀切除全部加工余量。刀尖过早磨损，尽可能一次走刀切除全部加工余量。 *3、进给量进给量f 的选择的选择 粗加工时，粗加工时，f

9、的大小主要受机床进给机构、刀具的强的大小主要受机床进给机构、刀具的强度与刚性、工件的装夹刚度等因素的限制。度与刚性、工件的装夹刚度等因素的限制。粗加工粗加工时根据工件材料、车刀刀杆尺寸、工件直径及以确时根据工件材料、车刀刀杆尺寸、工件直径及以确定的背吃刀量来选择定的背吃刀量来选择f 。精加工时，精加工时，f 的大小主要受加工精度和表面粗糙度的的大小主要受加工精度和表面粗糙度的限制。限制。在半精加工和精加工时，则按表面粗糙度要在半精加工和精加工时，则按表面粗糙度要求，根据工件材料、刀尖圆弧半径、切削速度选择求，根据工件材料、刀尖圆弧半径、切削速度选择f 。* * * *选择切削速度的一般原则是：

10、选择切削速度的一般原则是：1 1）粗车时，）粗车时，ap和和f 均较大，故选择较低的切削速度均较大，故选择较低的切削速度v； 精车时，精车时，ap和和f 均较小，故选择较高的切削速度均较小，故选择较高的切削速度v。2 2）工件材料强度、硬度高时，应选较低的切削速度）工件材料强度、硬度高时，应选较低的切削速度v； 反之，选较高的切削速度反之，选较高的切削速度v 。3 3）精加工时应尽量避免积屑瘤产生的区域；精加工时应尽量避免积屑瘤产生的区域；4）断续切削时为减小冲击，宜适当降低）断续切削时为减小冲击，宜适当降低v ；5）加工大件、细长件和薄壁件或加工带黑皮工件时，）加工大件、细长件和薄壁件或加工

11、带黑皮工件时，应选较低的应选较低的 v。 二、工件材料的切削加工性二、工件材料的切削加工性1.1.以一定的刀具寿命以一定的刀具寿命T T下的切削速度下的切削速度v vT T和相对加工和相对加工性性KrKr来衡量；来衡量；2.以切削力或切削温度来衡量以切削力或切削温度来衡量3.以已加工表面质量来衡量以已加工表面质量来衡量 精加工，精加工，Ra小；加工硬化轻、残余应力小，小；加工硬化轻、残余应力小，4.以断屑性能来衡量切削加工性以断屑性能来衡量切削加工性 自动机床、自动线等，断屑性能是主要指标。自动机床、自动线等，断屑性能是主要指标。工件材料的切削加工性的概念工件材料的切削加工性的概念常见的衡量指

12、标有：常见的衡量指标有： （一）工件（一）工件材料的切削加工性的概念材料的切削加工性的概念 1.1.切削速度切削速度vT的的含义：当刀具寿命为含义：当刀具寿命为T min时，切削某种材料时，切削某种材料所允许的最大切削速度。所允许的最大切削速度。 vT越高，材料的切削越高，材料的切削加工性越好。通常取，加工性越好。通常取，T T = = 6060 minmin， vT写作写作v60 ；难加工材料，；难加工材料，vT为为v15或或v30 ，表示表示T=15或或30min 。 工件材料的切削加工性是一个相对的概念。工件材料的切削加工性是一个相对的概念。2.2.相对相对加工性加工性Kr：以：以b=0

13、.637GPa，正火的，正火的45钢的钢的v60作为作为基准，写作基准，写作(v60 )j ，将某种材料的，将某种材料的v60与其相比的比值，即与其相比的比值，即 Kr v60 / (v60 )j Kr反映不同材料对刀具寿命的影响程度，不反映表面粗糙度反映不同材料对刀具寿命的影响程度，不反映表面粗糙度和断屑问题。对选择切削速度有指导意义。和断屑问题。对选择切削速度有指导意义。 Kr小于小于1Kr见见P46表表2-4 材料切削加工性等级材料切削加工性等级有色金属有色金属 普通铝及铝合金、铜及铜合金，强度硬度低，导热普通铝及铝合金、铜及铜合金，强度硬度低，导热性好，易切削。性好，易切削。铸铁铸铁

14、白口铸铁：白口铸铁：硬度高（硬度高（HBS600)HBS600)，难切削；，难切削； 灰口铸铁：灰口铸铁：硬度适中，强度塑性小，切削力较小，硬度适中，强度塑性小，切削力较小，崩碎切屑，切削力集中刀刃上且有波动，刀具磨损率崩碎切屑，切削力集中刀刃上且有波动，刀具磨损率较高，应采用低于加工钢的切削速度。较高，应采用低于加工钢的切削速度。 球墨铸铁、可锻铸铁球墨铸铁、可锻铸铁的强度塑性比灰铁高，切削的强度塑性比灰铁高，切削性良好性良好. . 工件材料切削加工性工件材料切削加工性 指材料被加工成合格零件指材料被加工成合格零件的难易程度，是一个相对的概念。的难易程度，是一个相对的概念。碳素结构钢切削加工

15、性取决于含碳量。碳素结构钢切削加工性取决于含碳量。 低碳钢硬度低，塑、韧性高，变形大，断屑难，低碳钢硬度低，塑、韧性高，变形大，断屑难，粘屑，加工表面粗糙，加工性较差；粘屑，加工表面粗糙，加工性较差； 高碳钢硬度高，塑性低，切削力大，温度高，刀高碳钢硬度高，塑性低，切削力大，温度高，刀具耐用度低，加工性差；具耐用度低，加工性差； 中碳钢性能适中，加工性良好。中碳钢性能适中，加工性良好。 合金结构钢强度、硬度提高，切削加工性变差。合金结构钢强度、硬度提高，切削加工性变差。 不锈钢断屑不好，不锈钢断屑不好，切削加工性不好。切削加工性不好。（二）改善（二）改善材料材料切削加工性的途径切削加工性的途径

16、P461.1.调整材料的化学成分调整材料的化学成分 钢中加硫、铅等元素；铸铁中增加石墨成分；钢中加硫、铅等元素；铸铁中增加石墨成分； 2.2.进行适当的热处理进行适当的热处理 低、中碳钢宜选正火处理，提高硬度，降低塑性；低、中碳钢宜选正火处理，提高硬度，降低塑性； 高碳钢宜用球化退火高碳钢宜用球化退火, ,降低硬度降低硬度, ,均匀组织均匀组织, ,改善加工性；改善加工性； 中碳以上的合金钢硬度较高，需退火以降低硬度；中碳以上的合金钢硬度较高，需退火以降低硬度； 不锈钢常要进行调质处理，降低塑性，以便加工；不锈钢常要进行调质处理，降低塑性，以便加工； 铸铁需进行退火处理，降低表皮硬度，消除内应力；铸铁需进行退火处理，降低表皮硬度，消除内应力； 白口铁白口铁900900多度退火可得可锻铸铁，容