第一篇-第六章 金属切削加工中的实际应用.ppt

1、第六章 金属切削加工中的实际应用,第一节 刀具合理几何参数的选择第二节 切削液的选择第三节 切削用量的优选第四节 工件材料的切削加工性,第一节 刀具合理几何参数的选择,前角的作用,直接影响刀具的锋利程度与切屑变形程度,刀具锋利,切屑变形程度,F、 ,前角,直接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,直接影响切屑的形状和断屑效果,前角,切屑变形程度,易断屑,刀具几何参数的选择包括：一是刀具角度参数的选择； 二是刀具刃型尺寸参数的选择。,4.直接影响以已加工表面质量,高速钢的合理前角比Y合金的大。,对于不同的刀具材料和工件材料，T 随0 的变化趋势为驼峰形。,加工塑材的合理

2、前角比脆材的大。,选择原则,工件材料：,脆性材料：O小，塑性材料：O大,刀具材料：,刀具的b 较大，则O可选大值,加工条件：,粗加工时：O小，精加工时：O大,工艺系统刚性差或机床功率小的：O大,自动化加工或成形刀具：O小,0选择总原则：,“锐字当先、锐中求固”,前面的刃型：,多用于精加工用刀具、成形刀具,硬质合金刀具切削高强度、高硬度材料,常用于粗加工或精加工塑性材料的刀具,多用于硬质合金刀具或断续切削,负前角双面型可减少重磨次数,后角的作用,影响刀具的锋利程度,减少摩擦，刀具锋利,切削力,后角,影响切削刃的强度和刀头强度,后角,刀刃及刀头强度,易崩刃,楔角,3.影响切削刃寿命,VB 一定,磨

3、损体积 寿命,后角,图3-35 后角大小对刀具磨损体积的影响,选择原则,工件材料：,刀具材料：,刀具的b 较大，则O可选大值,加工条件：,粗加工时：O小，精加工时：O大,工件的b 较大，则O可选小值,工艺系统刚性差：O小,后角一般取正，但也有特例，如右图。沿切削刃磨出负后角的窄棱面，称为消振棱。消振棱可降低切削加工中的振动，熨压作用，强化切削刃，提高刀具耐用度 。,消振棱,主偏角、副偏角的作用,影响残留面积的高度,、,Rmax,主偏角影响三个切削分力的大小和比例关系,主偏角、副偏角的选择,4. 主偏角影响切屑层的形状,在f、ap相同的情况下：,bD ,刀刃工作长度,单位负荷,主、副偏角影响刀尖

4、强度,选择原则,工件材料：, ,工艺系统刚性：,刚性好，则取小值。,根据加工表面精度,HB ,r、r选择总原则：,在不产生振动的条件下，取小值。,刃倾角的作用,1. 影响切屑的流向： s = 0，切屑沿主切削刃垂直方向流出 ； s 0，切屑流向待加工面，不划伤已加工表面； s 0，切屑流向已加工面，不影响工人操作。,2. 影响刀尖的强度： s 0，刀尖强度高，改善散热条件，提高T。,3. 影响刀尖的切入点与平稳：,4. 影响切削分力比值：,s 0 Fp变形振动加工表面质量,一般情况下： 粗加工时：s=0-5o； 精加工时：s=0+5o； 断续切削：S 0（保护刀尖）； 工艺系统刚性不足，则s

5、0； 加工高强度钢、淬硬钢或强力切削时，为提高刀头强度取s =-30o-10o 。,s选择总原则：,一、切削液分类,水溶液,特点：（1） 冷却效果最好； （2） 透明，可直接观察切削区情况。,缺点：（1） 润滑性最差； （2） 易导致金属生锈。,第二节、切削液的选择,2. 乳化液（水基切削液）,乳化油加水溶液稀释而成，乳化油中主要成分是矿物油和乳化剂，乳化剂作用便于矿物油和水的混合。,特点： 可提高切削液性能，润滑性优于水溶液。,3. 切削油（油基切削液）,分类：（1） 矿物油：油性一般，不能有效防止生锈； （2） 动、植物油：油性最好，价格贵，易变质； （3）复合油：矿物油加添加剂。,冷却：

6、使切削热传导、对流和汽化，降低切削区温度； 润滑：切削液渗透到刀具与切屑、工件表面之间形成润滑 膜，它具有物理吸附和化学吸附作用； 清洗：一定压力和流量冲走细屑或磨粒； 防锈：在切削液中添加防锈剂，起防锈作用。,二、切削液的作用,为改善切削液性能而加入的化学物质称为添加剂,三、切削液的添加剂,“油性”添加剂,起渗透和润滑作用，降低油与金属的界面张力，在界面上形成物理吸附膜。,特点：主要减少摩擦，其易破裂；高速钢刀具中采用。,2. “极压”添加剂,在界面上形成化学薄膜。,特点：其强度好，抗大的温度与摩擦；允许高速切削，适用于难加工材料。,3. “抗泡沫”添加剂,由于防锈添加剂、乳化剂等表面活性剂

7、加入，这些物质混入空气而形成泡沫的可能性增大。泡沫过多，会降低切削液的效果。,特点：有效防止泡沫形成，在磨削液中添加适量抗泡沫剂 。,4. “防霉”添加剂,由于细菌繁殖，乳化液长期使用后，易变质发臭。加入防霉添加剂，即可起到杀菌和抑制细菌繁殖的效果。,特点：对皮肤有刺激，引起红斑、发痒等，所以一般不用 。,5. “防锈”添加剂,使机床、刀具、工件不受腐蚀。其在金属表面上优先吸附形成保护膜，或与金属表面化合形成钝化膜，保护金属表面不与腐蚀介质接触，因而起到防锈作用 。,6. 乳化剂（表面活性剂）,表面活性剂作用：使油和水能较好的混合。 乳化剂分子结构：极性基团和非极性基团两个部分组成。极性基因是

8、亲水的，叫做亲水基团，可溶于水；非极性基团是亲油的，叫做亲油基团，可溶于油 。,乳化机理：加入油和水中，能定向地排列吸附在油水两相界面上，极性端朝水，非极性端朝油，把油和水连接起来，降低油水的界面张力 。,四、选择切削液应考虑因素,刀具材料：,（1） 高速钢耐热性差，耐磨性差加切削液（一般情况下）；,（2） 硬质合金耐热性，耐磨性好不加切削液（除加工难加工材料）； 若加则需连续、均匀浇注，否则刀具产生热裂。,2. 工件材料：,（1） 加工塑性材料加切削液（降低温度，较少磨损）；,（2） 加工脆性材料不加切削液；,（3） 加工难加工材料加切削液（极压性能好）。,3. 刀具类型：,（1） 半封闭式

9、或封闭式刀具加切削液；,（2） 复杂（成形）、齿轮刀具加切削液（润滑性能好）。,4. 加工工艺：,（1） 粗加工加工余量大切削力、温度大加冷却性切削液；,（2） 精加工切削余量小切削力、温度小加润滑性好切削液。,切削液的种类及选用,第三节 切削用量的优选,总原则：,选择合理的切削用量，要综合考虑生产率、加工质量和加工成本； 粗加工中选择切削用量时，应首先选择尽可能大的背吃刀量ap，其次在工艺条件允许下选择较大的进给量f ，最后根据合理的刀具使用寿命，用计算法或查表法确定切削速度vc 。这样使vc、f 、ap 的乘积最大，以获得最大的生产效率 ； 精加工时，主要按表面粗糙度和加工精度要求确定切削

10、用量。应选用较小的进给量和背吃刀量，并尽可能选用较高的切削速度。,一、背吃刀量ap的选择,原则：背吃刀量应根据工件的加工余量确定 。,加工余量： 与上道工序的粗糙度、变质层、形状精度、位置精度等有关； 与本道工序的误差有关。,注意： 应尽量用一次走刀就切除全部粗加工余量 ； 当加工余量过大或工艺系统刚性过差时，可分二次走刀。第一次走刀的背吃刀量，一般为总加工余量的2334 ； 应尽量使背吃刀量大于硬皮层的厚度，以保护刀尖 ； 半精、精加工的切削余量较小，其背吃刀量通常都是一次走刀切除全部余量 。,二、进给量f的选择,原则：一般按照表面粗糙度要求、根据切削速度等条件来选择合理的进给量。, 粗加工

11、时根据工艺系统强度和刚度条件确定(计算或查表) 在工艺系统刚度和强度良好的情况下，尽量选择大的进给量 精加工时根据加工表面粗糙度要求确定(计算或查表),三、切削速度vc的选择,原则：在背吃刀量和进给量选定以后，可在保证刀具合理耐用度的条件下，确定合适的切削速度 。,注意： 粗加工时，背吃刀量和进给量都较大，切削速度受刀具耐用度和机床功率的限制，一般较低 ； 精加工时，背吃刀量和进给量都取得较小，切削速度主要受加工质量和刀具耐用度的限制，一般较高 ； 选择切削速度时，还应考虑工件材料的强度和硬度以及切削加工性等因素 。,vT： 优点：耐用度高，一般不需磨刀； 缺点：加工精度差，成本高、产量低。,

12、vo：优点：加工精度最好，成本下降，产量提高； 缺点：耐用度下降，磨刀次数提高。,vc：优点：成本最低，产量提高； 缺点：精度下降，耐用度下降，磨刀次数提高。,vp：优点：产量最高； 缺点：成本提高，精度下降，磨刀次数提高。,不合理,精密加工时选择vo,普通工程上选择vc,生产任务紧急时选择vp,第四节 工件材料的切削加工性,“指对某种材料进行切削加工，以达到预定技术要求的难易程度”,工件材料切削加工性具有一定的相对性；,HB,切削加工性,F, ak ,切削加工性,断屑难，粘屑严重,在不同的条件下，切削加工性要用不同的指标来衡量。,(1)刀具耐用度和Kr指标 在正常切削速度下的T或在相同T下所

13、允许的切削速度 相对切削加工性Kr= V60/（ V60 ）j 在一般加工下通用 (2)加工表面质量指标 易获得好的表面质量的材料其切削加工性较好；反之较差。 精加工时，常用此项指标来衡量切削加工性好坏。 (3)切削力或切削功率指标 在相同的切削条件下，凡切削力小的材料，其切削加工性好；反之较差。 在粗加工时，常用此项指标来衡量。 (4)切屑控制或断屑难易程度 所形成的切屑是否容易清洗，易切削加工性好；反之较差。 在加工中的自动线，常用此项指标来衡量。,一、表示切削加工性的指标,相对加工性：Kr,二、影响材料切削加工性的因素,金属材料物理力学性能对切削加工性的影响,HB, b ,（3）,F,（

14、2）,粘屑严重,T,（1）,ak ,（4）,断屑困难,导热性差,T,（1）,含碳量对切削加工性的影响,碳素钢：,HB ,Kr ,F,ak ,Kr,Ra ,Wc ,低碳钢(Wc0.25%)：,HB ,Kr ,F, ak ,Kr ,Ra ,中碳钢(0.25%Wc0.6%)：,HB， ，ak均适中， Kr最好,高碳钢(Wc0.6%)：,Kr ,Kr ,铸铁：,以游离石墨形式存在,Kr ,HB ,以碳化铁形式存在,Kr ,HB ,C在铸铁中的存在形式,白口铁全部以化合态形式存在,Kr ,HB ,灰口铁大部或全部以片状石墨形式存在,Kr ,HB ,三、改善材料切削加工性的主要途径,适当的热处理是改善切削

15、加工性的重要途径； 调整材料的化学成分； 满足使用要求前提下，选择切削加工性能较好的工件材料； 选用合适的刀具材料，确定合理的刀具角度和切削用量，加工方法和加工顺序。,第五节 磨削加工,一、磨削运动：,主运动：砂轮的旋转。,周向进给运动：工件的旋转。,纵向进给运动：工件相对于砂轮的纵向运动。,切入运动：指砂轮径向切入工件的运动，又称横向进给运动。,磨平面、磨孔、研磨、珩磨等。,二、磨削加工概述,磨削是一种适用于粗加工到超精加工的高效率加工方法。 尺寸精度可达IT5IT6。 表面粗糙度能达到Ra1.250.01m。 除能磨削普通材料外，尤其适用于一般刀具难以切削的高硬度材料的加工。, 磨粒切削刃

16、几何形状不确定,其顶部的锥角通常为90120。 磨粒及切削刃随机分布，磨粒的间距和高低参差不齐。在磨削过程中磨粒会产生磨损、钝化、碎裂和脱落。, 磨削厚度小(几m)，磨削速度高,磨削点瞬时温度高(达1000以上)。,三、砂轮的特性与选择,磨料（常用主要有氧化物系和碳化物系两大类）：,三、砂轮的特性与选择,2. 粒度：指磨料颗粒的大小。 磨粒（40m）：用筛选法分类。它的粒度号以该颗粒能通过哪一号筛网的网号来表示，如46#粒度。 微粉（40m）：用显微测量法分类。它的粒度号以粉末颗粒最大直径来表示，如W20。,选择： 粗磨时选粗磨料，精磨时选较细的磨料。 软金属选粗磨料，硬金属选较细的磨料。,三

17、、砂轮的特性与选择,3. 结合剂：用来粘结磨料的物质，其性能决定着砂轮的强度、抗冲击性、耐热性以及抗腐蚀能力。,陶瓷结合剂：（V）,树脂结合剂：（B）,橡胶结合剂：（R）,金属结合剂：（J）,性能： 耐热、耐腐蚀性好，气孔率大，但较脆，弹性差。,适用范围： 适用于通用砂轮、成形磨削砂轮。一般V35m/s。,性能： 强度高，弹性好，耐热性差(300)，气孔率小。,适用范围： 适用于高速磨削，速度达50m/s以上。可制成薄片砂轮，用于切口、开槽。,性能： 强度与弹性均高于陶瓷和树脂结合剂，但耐热性差(150)。,适用范围： 多用于切断、开槽、抛光用砂轮以及无心磨床的导轮。速度高达65m/s。,性能

18、： 强度最高，导热性好，但自锐性差。常见的是青铜结合剂。,适用范围： 主要用于金刚石砂轮及电解磨削用砂轮。磨削硬质合金、玻璃、陶瓷等。,三、砂轮的特性与选择,4. 砂轮的硬度：是指砂轮工作时，磨料在磨削力作用下，从砂轮上脱落的难易程度，又称自锐性。,选择： 1、磨削较硬的金属，选用软砂轮。反之，则选用硬砂轮。 2、工件导热性差，选用软砂轮。反之，则选用硬砂轮。 3、内圆磨时切削液难进入切削区，使 ，选用软砂轮。 4、精磨、成形磨选用较硬的砂轮，以保证精度和表面质量。,HB （不易脱落）,形状精度保持好,自锐性, ,三、砂轮的特性与选择,组织：指组成砂轮的磨粒、结合剂、气孔三部分体积的比例关系。

19、表示方法：气孔率和磨粒率。,注意：工厂中一般以磨粒率表示组织号。,三、砂轮的特性与选择,组织号,形状精度保持好,磨料% ,能承受大的磨削力,气孔%,砂轮紧密 ,容屑能力小，造成糊塞,选择： 1、磨削较硬的金属，磨削力大，组织号小； 2、精磨、成形磨形状精度要好，组织号小； 3、粗磨余量大，磨屑多，容屑能力要好，组织号大； 4、内圆磨时切削液难进入切削区难清洗，要求气孔多，组织号大； 5、平面磨砂轮与工件的接触长度达，要求容屑好、气孔多，组织号大。, 弹性变形：磨粒在工件表面滑擦而过，不能切入工件 塑性变形：磨粒切入工件,材料向两边隆起，工件表面出现刻痕（犁沟），但无磨屑产生 切削：磨削深度、磨削点温度和应力达到一定数值,形成磨屑，沿磨粒前刀面流出 具体到每个磨粒，不一定三个阶段均有。,图3-40 磨屑形成过程 a）平面示意图 b）截面示意图,三个阶段：,四、磨削机理,图3-41 磨削过程的三个阶段,单位磨削力值很大 三项分力中径向力最大, Fp/Fc=1.53 磨削力随不同的磨削阶段而变化,四、磨削机理,工件平均温度指磨削热传入工件而引起的工件温升,其影响工件的形状和尺寸精度。在精密