第3章金属切削原理与刀具第3节.ppt

1、2020/9/22,1,第3章 金属切削原理与刀具,本章要点 金属切削刀具 金属切削的基本规律 金属切削基本规律的应用 刀具磨损与刀具寿命 切削用量的选择,2,3.1 刀具磨损与刀具寿命 一、刀具磨损的形态1正常磨损 二、刀具磨损的形态2非正常磨损（刀具破损） 三、刀具磨损的原因 四、刀具磨损过程 五、刀具寿命（耐用度）及其经验公式 1.刀具寿命定义 2.刀具寿命（耐用度）经验公式 3.影响刀具寿命的因素 4.刀具寿命的选择,第三节 金属切削基本规律的应用,3,3.2 切削用量的选择 一、影响切削变形因素 二、切削用量对切削加工的影响 三、切削用量制定的步骤传统方法 四、提高切削用量的途径 五

2、、改善切削加工性的途径,第三节 金属切削基本规律的应用,4,3.1刀具磨损与刀具寿命,一、刀具磨损的形态1正常磨损 1.前刀面磨损 2.后刀面磨损 3.边界磨损,5,1.前刀面磨损(月牙洼磨损),形成条件：切削塑性材料时，如果切削速度和切削厚度较大，切屑与前面完全是新鲜表面相互接触和摩擦，化学活性很高，反应剧烈，在接触面很大，切削液难以渗入。前刀面在高温高压由于切屑的作用形成月牙洼。,形式：前刀面磨出月牙洼，月牙洼的位置发生在刀具前刀面上切削温度最高的地方。 影响：削弱刀刃强度，降低加工质量。,6,1.前刀面磨损(月牙洼磨损),影响：削弱刀刃强度，降低加工质量。 月牙洼和切削刃之间有一条小棱边

3、。在磨损过程中，月牙洼的宽度、深度不断增大，当月牙洼扩展到使棱边很窄时，切削刃的强度大为削弱，极易导致崩刃。,2020/9/22,7,2.后刀面磨损,形成条件：在切削速度较低、切削厚度较小的情况下切削塑性材料或加工脆性材料时，主要发生后刀面磨损。 形式：由于加工表面和刀具后刀面间存在着强烈的摩擦，在后刀面上毗邻切削刃的地方很快被磨出后角为零的小棱面，这就是后刀面磨损。 影响：切削力, 切削温度, 产生振动，降低加工质量。,2020/9/22,8,3.边界磨损,形成条件：切削钢料，或加工铸、锻等外表皮粗糙的工件时，常在主切削刃靠近工件外表皮处以及副切削刃靠近刀尖处的后刀面上，磨出较深的沟纹，这就

4、是边界磨损。,9,刀具磨损的形态,10,二、刀具磨损的形态2非正常磨损（刀具破损） 刀具破损的主要形式：脆性破损和塑性破损。脆性破损：裂纹、崩刃、破碎等，塑性破损：卷刃（刀刃塑性变形）。 用陶瓷、超硬刀具材料制成的刀具进行断续切削，或者加工高硬度材料时，刀具的脆性破损就更加严重。,3.1 刀具磨损与刀具寿命,11,12,三、刀具磨损的原因 刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜表面；前、后刀面上的接触压力很大，有时超过被切材料的屈服强度；接触面的温度也很高，如硬质合金加工钢料时可达8001000。因此，刀具磨损是机械的、热的和化学的三种作用的综合结果。,3.1 刀具磨损与刀具寿命,2020/9

5、/22,13,14,温度对磨损的影响,磨粒磨损 粘结磨损 扩散磨损 化学磨损,在低速(低温)区以磨粒磨损和粘结磨损为主； 在高速(高温)区以扩散磨损和化学磨损为主。,15,四、刀具磨损过程,3.1 刀具磨损与刀具寿命,16,17,硬质合金车刀的典型磨损曲线,YD05-30CrMnSiA；go=4，ao=8，kr=45，ls=-4；vc=150m/min，f=0.2mm.r，asp=0.5mm,18,五、刀具寿命（耐用度）及其经验公式 1.定义 （1）刀具寿命：刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准（刀具磨损到不能继续使用的限度，常取后刀面最大允许磨损量VB）为止的切削时间称为刀具寿命（耐

6、用度）。 （2）刀具总寿命：一把新刀从投入切削开始至报废为止的总切削时间，其间包括多次重磨。,3.1 刀具磨损与刀具寿命,19,2.刀具寿命（耐用度）经验公式 式中CT 、m、n、p 为与工件、刀具材料等有关的常数。,五、刀具寿命（耐用度）及其经验公式,20,刀具寿命经验公式的应用,用硬质合金刀具切削碳钢（= 0.763GP a）时，有 可知：v 的影响最显著；f 次之；ap 影响最小。,21,3.影响刀具寿命的因素 1）切削用量 2）工件材料 3）刀具几何角度 4）刀具材料,五、刀具寿命（耐用度）及其经验公式,22,23,不同刀具材料的耐用度比较,合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。 最高

7、生产率刀具寿命：单位时间生产最高数量产品或加工每个零件所消耗的生产时间为最少。 最低成本刀具寿命：以每件产品（或工序）的加工费用最低为原则。 多采用最低成本刀具寿命。,五、刀具寿命（耐用度）及其经验公式,4.刀具寿命的选择,25,式中to 、 tm 、 ta 、 tc 分别为工序时间、基本时间、辅助时间和换刀时间；T 为刀具寿命。令f，ap为常数，有：,使工序时间最短的刀具寿命。以车削为例，工序时间：,将上式代入式（4-1），对T求导，并令其为0，可得到 最大生产率刀具寿命为：,又：,式（4-1）,26,式中 C0 工序成本； Cm 机时费； Ct 刀具费用,使工序成本最小的刀具寿命。以车削为

8、例，工序成本为：,仍令f，ap为常数，采用相同 方法，可得到经济寿命为,27,28,切削用量选择原则： 能达到零件的质量要求 在工艺系统强度和刚性允许下 充分利用机床功率和发挥刀具切削性能的前提下 选取一组最大的切削用量,3.2 切削用量的选择,29,一、影响切削变形因素,1.工件材料 2.刀具前角 3.切削用量,3.2 切削用量的选择,30,二、切削用量对切削加工的影响,31,二、切削用量对切削加工的影响,合理选择切削用量，应该： 首先选择一个尽量大的背吃刀量ap， 其次选择一个大的进给量f。 最后根据已确定的ap和f，并在刀具寿命和机床功率允许条件下选择一个合理的切削速度Vc。,3.2 切

9、削用量的选择,32,三、切削用量制定的步骤传统方法,1.背吃刀量ap的选择 背吃刀量的选择：根据加工余量确定 粗加工（Ra5012.5） 810mm 半精加工（Ra6.33.2） 0.52mm 精加工（Ra1.60.8） 0.10.4mm,3.2 切削用量的选择,33,三、切削用量制定的步骤传统方法,2.进给量f的选择 粗加工时，进给量f的选择主要受切削力的限制； 半精加工和精加工时，进给量的选择主要受加工表面质量的限制。,3.2 切削用量的选择,3.切削速度Vc的确定 ：当背吃刀量aP与进给量f选定后，即可按下式计算切削速度v：,切削速度确定之后，即可算出机床转速n： n1000v/dw r

10、s 式中 dw工件未加工前的直径。 所选定的转速应根据机床说明书最后确定(取较低而相近的机床转速n)，最后应根据选定的转速来计算出实际切削速度。,三、切削用量制定的步骤传统方法,公式（31）,在选择切削速度时，还应注意考虑以下几点 (1)精加工时应尽量避免积屑瘤和鳞刺的产生区域； (2)断续切削时，宜适当降低切削速度，以减小冲击和热应力； (3)加工大型、细长、薄壁工件时，应选用较低的切削速度； (4)在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振动的临界速度； (5)加工带外皮的工件时，应适当降低切削速度,36,三、切削用量制定的步骤传统方法,4.校验机床功率(仅对粗加工),首先根据所选定的切削

11、用量，计算出切削功率P： PF v 10-3 kw 然后根据机床说明书，查出机床电动机功率PE,校验下列条件是否满足： PPEm 式中 m 机床传动效率 如不能满足上式，要进行分析，适当减小所选的切削用量。,公式（32）,37,已知条件：工件材料为45钢（热轧），b=0.637GPa。毛坯尺寸50350mm，加工要求为外圆车削至44mm，Ra3.2m，加工长度300mm。CA6140卧车。刀具为焊接式硬质合金外圆车刀，刀片材料为YT15，刀杆截面尺寸为16mm25mm；几何参数为o=15，o=8，r=75，r=10，s=6，r=1mm，b1=0.3mm,o1=-10。 试确定车削外圆的切削用量

12、？,解：因表面粗糙度有一定要求，所以分粗车、半精车两个工步加工。 1.粗车工步： （1）确定背吃刀量ap 单边余量共3mm，粗车选ap1=2.5mm;半精车选ap2=0.5mm； （2）确定进给量：从表1-7查得f=0.40.5mm/r，按实际说明书查得f=0.51mm/r；,（3）确定切削速度 由表3-6查得或由公式（3-1）计算，由表查得： v=90m/min， 再由（3-2）求出机床主轴转速： n=1000v/dw=1000X90/3.14X50=573r/min 按机床说明书选取实际机床的主轴转速为560r/min，所以实际转速为： Vc= dwn/1000=87.9m/min （4）

13、校验机床功率（略） 最终选配的粗车切削用量为Vc=87.9mmin，f=0.51mm/r，ap=2.5mm。,2.半精车工步： （1）确定背吃刀量ap=0.5mm； （2）确定进给量：根据表面粗糙Ra3.2m,r=1mm，从表3-4查得f=0.30.35,按说明书实际进给量确定 f=0.3mm/r； （3）确定切削速度： 从表3-6选取：Vc=130m/min，再计算机床转速：,按机床说明书选取实际机床的主轴转速为900r/min，所以实际转速为： Vc= dwn/1000=127.2m/min （4）校验机床功率（略） 最终选配的半精车切削用量为： ap=0.5mm，f=0.3mm/r， V

14、c =127.2m/min。,42,四、提高切削用量的途径 1.采用切削性能更好的新型刀具材料； 在ap=1mm，f=0.18mm/r的条件下，车削 350400HBS的高强度钢时， 普通高速钢车刀：c15m/min， 硬质合金车刀：c76m/min， 涂层硬质合金车刀：c =130m/min， 陶瓷刀具：c335m/min。,3.2 切削用量的选择,43,四、提高切削用量的途径 2.改善工件材料加工性； 在ap=4mm，f=0.4 mm/r的条件下，用硬质合金刀具车削70225HBS的中碳钢时，选择c=100m/min， 而加工同样硬度的易切钢时，选择c125m/min。,3.2 切削用量的

15、选择,44,四、提高切削用量的途径 3.改善冷却润滑条件；采用含有极压添加剂的切削液以及喷雾冷却法等。 4.改进刀具结构，提高刀具制造质量。 可转位车刀可比焊接式车刀提高切削速度1530%左右，良好的断屑装置也是提高切削效率的有效方法。 金刚石砂轮代替碳化硅砂轮刃磨硬质合金刀具，刃磨后不会出现裂纹和烧伤，刀具寿命可提高50-100%。,3.2 切削用量的选择,五、改善切削加工性的途径,一、改善材料切削加工性的途径 1.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,2.进行适当的热处理 低、中碳钢宜选正火处理，均匀组织，调整硬度塑性； 高碳钢宜用球化退火,降低硬度,均匀组织,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； 不锈钢常要进行调质处理，降低