金属工艺学 第11章 金属切削加工的基础知识.ppt

金属工艺学金属工艺学课件课件金属切削原理与刀具金属切削原理与刀具金属切削原理与刀具金属切削原理与刀具Principle of Metal CuttingPrinciple of Metal Cutting and Cutting Tools and Cutting Tools第第11 11章章 金属切削加工的基础知识金属切削加工的基础知识金属工艺学金属工艺学课件课件主要内容主要内容q切削运动切削运动q切削要素切削要素q刀具材料刀具材料q刀具几何参数刀具几何参数金属工艺学金属工艺学课件课件什么叫做金属切削加工什么叫做金属切削加工？q金属切削加工金属切削加工 在在机机床床上上，用用金金属属切切削削刀刀具具，通通过过刀刀具具与与工工件件之之间间的的相相对对运运动动，从从工工件件上上切切除除多多余余的的金金属属，从从而而获获得得在在形形状状、尺尺寸寸精精度度、表表面面质质量量上都符合预定要求的加工工艺。上都符合预定要求的加工工艺。q切削加工工艺系统切削加工工艺系统机床、夹具、刀具、工件机床、夹具、刀具、工件q金属切削加工方法金属切削加工方法 车车、铣铣、铇铇、钻钻、磨磨、镗镗、拉拉、插插、铰铰、扩扩、刮等。刮等。金属工艺学金属工艺学课件课件 金属工艺学金属工艺学课件课件11-1 切削运动和切削要素切削运动和切削要素q切削运动切削运动q切削三要素切削三要素 金属工艺学金属工艺学课件课件一、切削运动一、切削运动q切削运动切削运动加工过程中工件与刀具间的相加工过程中工件与刀具间的相对运动，从而切除多余金属，使工件获得所对运动，从而切除多余金属，使工件获得所需要求的形状和精度需要求的形状和精度q切削运动包括切削运动包括主运动主运动和和进给运动进给运动金属工艺学金属工艺学课件课件1 1、主运动、主运动q主运动：主运动：主运主运动动是切下切屑所需要的最是切下切屑所需要的最基本的运基本的运动动。它可以是旋。它可以是旋转转运运动动，也可以是，也可以是直直线线运运动动。它可由工件完成，也可由刀具完。它可由工件完成，也可由刀具完成成 q主运动的特点：主运动的特点：速度最高、消耗功率速度最高、消耗功率最大。最大。q注意：注意：任何切削任何切削过过程必程必须须有一个，也只有有一个，也只有一个主运一个主运动动。金属工艺学金属工艺学课件课件2 2、进给运动、进给运动q进给运动：进给运动：进给进给运运动动是使金属是使金属层层不不断投入切屑，从而加工出完整表面所断投入切屑，从而加工出完整表面所需要的运需要的运动动。q进给运动的特点：进给运动的特点：速度速度较低较低、消耗功、消耗功率率较小较小。q注意：注意：进给进给运运动动可能有一个或几个。可能有一个或几个。运运动动形式有平移的、旋形式有平移的、旋转转的，有的，有连续连续的、的、间间歇的。歇的。金属工艺学金属工艺学课件课件3 3、切削运动图例、切削运动图例金属工艺学金属工艺学课件课件二、切削要素二、切削要素q切削要素包括切削要素包括切削速度切削速度、进给量进给量和背吃刀量（切削深度）。和背吃刀量（切削深度）。金属工艺学金属工艺学课件课件1.车削中的工件表面车削中的工件表面 dwapdmVA VB VC vf待加工 已加工过渡待待加加工工表表面面即即将将被被切除金属层的表面切除金属层的表面过渡表面过渡表面主切主切削刃正对的表面削刃正对的表面已已加加工工表表面面切切除除多多余余金金属属后后形形成成的的表面表面金属工艺学金属工艺学课件课件1.切削速度切削速度V切削速度切削速度指切削刃上某指切削刃上某点相对于工件的瞬时速度点相对于工件的瞬时速度注意注意计算切削速度时，以计算切削速度时，以最大切削最大切削速度速度为准为准金属工艺学金属工艺学课件课件例题例题(例题例题)主轴转速2000min-1、车削直径50，求此时的切削速度？答：答：=3.14、D=50、n=2000代入公式V=(Dn)1000=(3.14502000)1000=314(m/min)切削速度为314m/min金属工艺学金属工艺学课件课件2.进给量进给量 f工件或刀具每转一圈，进工件或刀具每转一圈，进给方向的位移给方向的位移表示参数表示参数 f=f=V Vf f/n/n金属工艺学金属工艺学课件课件3.切削深度切削深度apq已加工表面与待加工已加工表面与待加工表面的垂直距离表面的垂直距离q对于车削外圆，对于车削外圆，ss0 0，a ap p=(dw-dm)/2=(dw-dm)/2 金属工艺学金属工艺学课件课件例题例题车外圆时工件加工前直径为车外圆时工件加工前直径为62mm，加工后直径为加工后直径为56mm，工件转速为工件转速为4r/s，刀具每秒钟沿工件轴向移刀具每秒钟沿工件轴向移2mm，工件加工长度为工件加工长度为110mm，切入长度为切入长度为2mm，求，求v、f、ap。解：解：v=dn/1000=624/1000=0.779 m/sf=vf/n=2/4=0.5 mm/rt=(l+l1+l2)/vf=(110+2+0)/2=56 sap=(dw-dm)/2=(62-56)/2=3 mm金属工艺学金属工艺学课件课件2.切削层尺寸平面要素切削层尺寸平面要素（1 1）切削层公称厚度）切削层公称厚度 在切削层尺寸平面上垂直于切削在切削层尺寸平面上垂直于切削 刃方向所测得的切削层尺寸。刃方向所测得的切削层尺寸。用符号用符号“h hD D”表示表示.（2 2）切削）切削层层公称公称宽宽度度 指在切削指在切削层层尺寸平面内，沿切削尺寸平面内，沿切削刃方向所刃方向所测测得的切削得的切削层层尺寸。用尺寸。用“b bD D”表示，表示，单单位位mmmm。（3 3）切削层公称横截面积）切削层公称横截面积 在给定瞬间，切削层在切削在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面内的实际横截面积。用层尺寸平面内的实际横截面积。用“A AD D”表示。它等于切表示。它等于切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积；也等于切削深度削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积；也等于切削深度与进给量的乘积。与进给量的乘积。金属工艺学金属工艺学课件课件切削层切削层 工件（刀具）每转一圈工件（刀具）每转一圈,刀具切刀具切削刃从工件上切削下来转化为切削刃从工件上切削下来转化为切屑的金属层屑的金属层,称为称为切削层切削层Fig 1-18金属工艺学金属工艺学课件课件11-2 金属切削刀具金属切削刀具q刀具材料刀具材料 q刀具坐标系刀具坐标系 q切削要素的投影图切削要素的投影图q标注角度标注角度 q工作角度工作角度金属工艺学金属工艺学课件课件11.2.1刀具材料1、刀具材料应具备的基本性能刀具材料应具备的基本性能 刀具材料的硬度应高于被加工材料的硬度刀具材料的硬度应高于被加工材料的硬度 一般应在一般应在HRC60以上。以上。刀具材料应具有较强的耐磨性刀具材料应具有较强的耐磨性 刀具材料的硬度越高，刀具的耐磨性就越好；材刀具材料的硬度越高，刀具的耐磨性就越好；材料中含碳化物越多料中含碳化物越多,晶粒越细，则刀具越耐磨；晶粒越细，则刀具越耐磨；刀具材料应具有足够大的强度和韧性刀具材料应具有足够大的强度和韧性 一般用抗弯强度和冲击值来衡量。一般用抗弯强度和冲击值来衡量。应具有高的耐热性应具有高的耐热性 耐热性是指刀具材料在高温下保持材料硬度的耐热性是指刀具材料在高温下保持材料硬度的能力，可用高温硬度表示。能力，可用高温硬度表示。应具有良好的工艺性能应具有良好的工艺性能 包括：焊接性能、磨削加工性能和热处理能力包括：焊接性能、磨削加工性能和热处理能力金属工艺学金属工艺学课件课件2、刀具材料及用途 高速钢是一种加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。有较高的热稳定性，较高的强度、韧性、硬度和耐磨性；其制造工艺简单，容易磨成锋利的切削刃，可锻造，这对于一些形状复杂的工具，如钻头、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等尤为重要，是制造这些刀具的主要材料。高性能高速钢高性能高速钢：在普通高速钢材料中，加入一些合金元素，使其耐热性、耐磨性得以提高。耐用度较通用型高速钢高度较通用型高速钢高1.33倍。倍。适合适合于加工高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。于加工高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。典型牌号：典型牌号：高碳高速钢（如高碳高速钢（如9W18Cr4V）高钒高速钢高钒高速钢(W12Cr4V4Mo)钴高速钢（如钴高速钢（如W2Mo9Cr4VCo8）铝高速钢（铝高速钢（W6Mo5Cr4V2Al高速钢材料的高速钢材料的特点特点：具有较高的抗弯强度和韧性，抗冲击能力强，具有较高的抗弯强度和韧性，抗冲击能力强，但耐热性和耐磨性比硬质合金差但耐热性和耐磨性比硬质合金差用途用途：主要作为主要作为低速切削刀具低速切削刀具材料（麻花钻、拉刀、铣刀、齿轮刀材料（麻花钻、拉刀、铣刀、齿轮刀具等）具等）金属工艺学金属工艺学课件课件11.2.2 刀具切削部分构造要素：刀具切削部分构造要素：切屑流过的表面切屑流过的表面工件过渡表面相对的表面工件过渡表面相对的表面工件已加工表工件已加工表面相对的表面面相对的表面前前刀刀面面和和后后刀刀面相交的部分面相交的部分前刀面和副后刀前刀面和副后刀面相交的部分面相交的部分主切削刃和副主切削刃和副切削刃相切削刃相交的部分交的部分三面、两刃、一尖三面、两刃、一尖金属工艺学金属工艺学课件课件二二.刀具坐标系刀具坐标系q静止坐标系静止坐标系刀具制造测量时表明刀具角度形状刀具制造测量时表明刀具角度形状 q工作坐标系工作坐标系切削过程中反映有效的工作角度切削过程中反映有效的工作角度q主剖面坐标系（主剖面坐标系（Pr、Ps、Po）q法剖面坐标系法剖面坐标系（Pr、Ps、Pn）q进给切深剖面坐标系（进给切深剖面坐标系（Pf、Pp、Pr）金属工艺学金属工艺学课件课件1.刀具的静止坐标系刀具的静止坐标系Ps、Pr、P0 互相垂直，构成正交平面坐标互相垂直，构成正交平面坐标系系基面基面Pr 通过切削刃上某通过切削刃上某一选定点，垂直于切削速度一选定点，垂直于切削速度的平面的平面切削平面切削平面Ps过主切削过主切削刃选定点，与切削刃相切并刃选定点，与切削刃相切并垂直与基面垂直与基面正交平面正交平面Po通过切削通过切削刃上某一选定点，垂直于切刃上某一选定点，垂直于切削刃在基面上投影的平面。削刃在基面上投影的平面。金属工艺学金属工艺学课件课件2.车刀标注角度车刀标注角度金属工艺学金属工艺学课件课件金属切削原理与刀具金属切削原理与刀具金属切削原理与刀具金属切削原理与刀具Principle of Metal CuttingPrinciple of Metal Cutting and Cutting Tools and Cutting Tools第第11.311.3章章 金属切削加工过程中的物理金属切削加工过程中的物理现象现象金属工艺学金属工艺学课件课件11.311.3金属切削过程中的物理现象金属切削过程中的物理现象11.3.1金属的切削实质金属的切削实质 金属在切削过程中，会出现一系列物理现金属在切削过程中，会出现一系列物理现象，如金属变形、切削力、切削热、刀具磨损象，如金属变形、切削力、切削热、刀具磨损等物理现象。等物理现象。金属工艺学金属工艺学课件课件11.3.1切屑的形成过程及切屑种类1.切屑形成过程切屑形成过程切削层切削层的金属的金属弹性变形弹性变形塑性变形塑性变形挤裂挤裂切离切离切切屑屑切削层的金属切削层的金属受到刀具前刀受到刀具前刀面的推挤后产面的推挤后产生弹性变形生弹性变形随着切应力、切应变随着切应力、切应变逐渐增大，达到其屈逐渐增大，达到其屈服强度时，产生塑性服强度时，产生塑性变形而滑移变形而滑移刀具继续切入时，材刀具继续切入时，材料内部的应力、应变料内部的应力、应变继续增大，当切应力继续增大，当切应力达到其断裂强度时，达到其断裂强度时，金属材料被挤裂金属材料被挤裂沿刀沿刀具前具前刀面刀面流出流出金属工艺学金属工艺学课件课件11.3.1切屑的形成过程及切屑种类金属工艺学金属工艺学课件课件11.3.3积屑瘤q1.积屑瘤的形成 切削过程中，由于金属的挤压和强烈摩擦，使切屑切削过程中，由于金属的挤压和强烈摩擦，使切屑与前刀面之间产生很大的应力和很高的切削温度。当与前刀面之间产生很大的应力和很高的切削温度。当应力和温度条件适当时，切屑底层与前刀面之间的摩应力和温度条件适当时，切屑底层与前刀面之间的摩擦力很大，使得切屑底层流出速度变得缓慢，形成一擦力很大，使得切屑底层流出速度变得缓慢，形成一层很薄的层很薄的“滞流层滞流层”，当滞流层与前刀面的摩擦阻力，当滞流层与前刀面的摩擦阻力超过切屑内部的结合力时，滞流层的金属与切屑分离超过切屑内部的结合力时，滞流层的金属与切屑分离而粘附在切削刃附近形成积屑瘤而粘附在切削刃附近形成积屑瘤.金属工艺学金属工艺学课件课件2.积屑瘤对切削加工的影响金属工艺学金属工艺学课件课件有利方面有利方面保护刀具保护刀具增加工增加工作前角作前角积屑瘤硬积屑瘤硬度很高度很高可代替切削刃可代替切削刃进行切屑，减进行切屑，减少刀具的磨损少刀具的磨损积屑瘤的存在，积屑瘤的存在，使刀具的实际工使刀具的实际工作前角增大作前角增大可减小切削变可减小切削变形和切削力，形和切削力，使切削轻快使切削轻快金属工艺学金属工艺学课件课件不利方面不利方面影响工件尺影响工件尺寸精度寸精度影响工件表影响工件表面粗造度面粗造度积屑瘤破裂后会划伤表面，加积屑瘤破裂后会划伤表面，加快刀具磨损快刀具磨损会形成硬点和毛刺，使工件表面粗会形成硬点和毛刺，使工件表面粗造度值增大造度值增大时大时小，时有时无，使切削时大时小，时有时无，使切削力产生波动而引起振动力产生波动而引起振动积屑瘤的顶端突出于切削刃之外，积屑瘤的顶端突出于切削刃之外，使实际的切削深度不断变化使实际的切削深度不断变化金属工艺学金属工艺学课件课件积屑瘤的控制影响积屑瘤影响积屑瘤的因素的因素工件材料工件材料切削用量切削用量刀具角度刀具角度切削液等切削液等控制措施控制措施增大前角可减小切削变形，降低切削增大前角可减小切削变形，降低切削温度，减小积屑瘤的高度温度，减小积屑瘤的高度采用润滑性能优良的切削液可减少采用润滑性能优良的切削液可减少甚至消除积屑瘤甚至消除积屑瘤金属工艺学金属工艺学课件课件11.3.4切削合力的构成与分解金属工艺学金属工艺学课件课件11.3.4切削合力的构成与分解金属工艺学金属工艺学课件课件切削合力切削合力:前刀面受到切屑的压力和摩擦力前刀面受到切屑的压力和摩擦力后刀面受到工件表面的压力和摩擦力后刀面受到工件表面的压力和摩擦力主切削力主切削力:切削合力在切削速度方向上的分力切削合力在切削速度方向上的分力，垂直于基面，其大小约占总的切，垂直于基面，其大小约占总的切削合力的削合力的背向力背向力:切削合力在切削深度方向上的分力切削合力在切削深度方向上的分力;它在基面内，与切深方向相反它在基面内，与切深方向相反进给力：进给力：切削合力在进给方向上的分力切削合力在进给方向上的分力;它在基面内，与进给方向平行，它在基面内，与进给方向平行，但方向相反但方向相反金属工艺学金属工艺学课件课件q 2.影响切削合力的因素q3.切削功率q切削功率是各切削分力消耗功率的总和工件材料工件材料切削用量切削用量刀具角度刀具角度强度、硬度高、塑性、韧性强度、硬度高、塑性、韧性大，合力大大，合力大切削深度、进给量、切削速度切削深度、进给量、切削速度前角越大，切屑变形越小，前角越大，切屑变形越小，切削合力越小切削合力越小金属工艺学金属工艺学课件课件11.3.5切削热和切削温度1.切削热的产生传切削热的产生传 出及影响出及影响切削热的来源切削热的来源切屑层的金属发生弹性变形、切屑层的金属发生弹性变形、塑性变形而产塑性变形而产 生大量的热生大量的热切屑与刀具前刀面产切屑与刀具前刀面产生的摩擦生的摩擦工件与刀具后刀面产生的摩擦工件与刀具后刀面产生的摩擦金属工艺学金属工艺学课件课件切削热的传导切削热的传导传入切屑传入切屑，约占总热量的，约占总热量的，对切削加工无不利影响，对切削加工无不利影响传入工件传入工件，约占总热量的，约占总热量的，会使工件膨胀或伸长，产生尺寸和形状误会使工件膨胀或伸长，产生尺寸和形状误差，影响加工精度差，影响加工精度传入刀具传入刀具，约占总热量的，使刀具温，约占总热量的，使刀具温度升高，硬度下降，磨损加快，耐用度降度升高，硬度下降，磨损加快，耐用度降传入周围介质传入周围介质，约占总热量的，对切削，约占总热量的，对切削加工无不利影响加工无不利影响金属工艺学金属工艺学课件课件q 2.切削温度及其影响因素qq3.降低切削温度的措施切削温度：是指刀具、切屑、工件接触面上的平均温度。切削温度：是指刀具、切屑、工件接触面上的平均温度。(1)选择合理的几何角度和切削用量选择合理的几何角度和切削用量(2)使用切削液使用切削液其高低取决于切削时产生热量的多少和传导条件的好其高低取决于切削时产生热量的多少和传导条件的好坏，切削用量、工件材料、刀具材料及角度等对切削坏，切削用量、工件材料、刀具材料及角度等对切削温度均有影响温度均有影响金属工艺学金属工艺学课件课件11.3.6刀具的磨损及刀具的耐用度刀具的磨损形式刀具的磨损形式:前前刀刀面面磨磨损损；后后刀刀面面磨磨损损；前前、后后刀面同时磨损刀面同时磨损.刀具的磨损过程刀具的磨损过程:初期磨损阶段初期磨损阶段正常磨损阶段正常磨损阶段急剧磨损阶段急剧磨损阶段刃磨后的刀具起前、后刀面刃磨后的刀具起前、后刀面上的高低不平，受到切屑的上的高低不平，受到切屑的冲击和摩擦时，将冲击和摩擦时，将“凸峰凸峰”很快磨去，时间很短很快磨去，时间很短刀具上的高低不平已被磨去，刀具上的高低不平已被磨去，磨损量增加缓慢且比较稳定磨损量增加缓慢且比较稳定切削刃变钝，刀具与工件之间切削刃变钝，刀具与工件之间的摩擦变大，切削力增大，切的摩擦变大，切削力增大，切削温度上升，磨损加剧，刀具削温度上升，磨损加剧，刀具失去正常的切削能力失去正常的切削能力金属工艺学金属工艺学课件课件刀具耐用度q刀具允许的磨损限度通常用后刀面的磨损高度表示。但这种磨损标准很难掌握,而引入刀具耐用度的概念。指刀具刃磨后从开始切削直到磨损量达到磨损标准为止的切削时间用表示。金属工艺学金属工艺学课件课件金属切削原理与刀具金属切削原理与刀具金属切削原理与刀具金属切削原理与刀具Principle of Metal CuttingPrinciple of Metal Cutting and Cutting Tools and Cutting Tools第第11.411.4章章 关于提高切削加工质量与切关于提高切削加工质量与切削效率的问题削效率的问题金属工艺学金属工艺学课件课件11.4.1金属材料的切削加工性q6.4.1 金属材料的切削加工性金属材料的切削加工性q 切削加工性切削加工性(cutting behavior)是指是指材料加工的难易程度。它主要取决于材料材料加工的难易程度。它主要取决于材料的力学性能且与材料的热处理状态有关的力学性能且与材料的热处理状态有关.q生产上常用的评价指标如下几种生产上常用的评价指标如下几种:金属工艺学金属工艺学课件课件11.4.1金属材料的切削加工性生产上常用的评价指标如下几种生产上常用的评价指标如下几种:（1）一一定定刀刀具具耐耐用用度度下下的的切切削削速速度度 其其含含义义是是当当耐耐用用度度为为T（min）时时，切切削削某某种种材材料料所所允允许许的的最最大大切切削削速速度度。越高，材料的切削加工性越好。越高，材料的切削加工性越好。（2）相相对对加加工工性性 以以切切削削正正火火状状态态 45钢钢的的（通通常常取取 T=60 min）作作基基准准，而而把把其其他他各各种种材材料料的的与与其其相相比比，其比值称为相对加工性。其比值称为相对加工性。凡凡1的的材材料料，其其加加工工性性比比45钢钢好好，反反之之较较差差。也也反反映了不同材料对刀具磨损和刀具耐用度的影响。映了不同材料对刀具磨损和刀具耐用度的影响。和是最常用的切削加工性指标，对各种切削条件都适用。和是最常用的切削加工性指标，对各种切削条件都适用。金属工艺学金属工艺学课件课件11.4.1金属材料的切削加工性生产上常用的评价指标如下几种生产上常用的评价指标如下几种:（3）已已加加工工表表面面质质量量 容容易易获获得得好好的的表表面面质质量量的的材材料料其其切切削削加加工工性性较较好好；反反之之较较差差。精精加加工工时时，常常用用此此项项指指标来衡量切削加工性好坏。标来衡量切削加工性好坏。（4）切切屑屑控控制制或或断断屑屑的的难难易易 容容易易控控制制或或易易于于断断屑屑的的材材料料，其其切切削削加加工工性性好好；反反之之较较差差。在在自自动动机机床床或或自自动动线上加工时，常用此项指标来衡量。线上加工时，常用此项指标来衡量。（5）切削力的大小）切削力的大小 在相同的切削条件下，凡切削力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，小的材料，其切削加工性好；反之较差。在粗加工时，当机床刚度或动力不足时，常用此项指标来衡量。当机床刚度或动力不足时，常用此项指标来衡量。金属工艺学金属工艺学课件课件11.4.1金属材料的切削加工性影响材料切削加工性的主要因素及综合分析影响材料切削加工性的主要因素及综合分析:（1 1）工工件件材材料料的的性性能能 材材料料的的强强度度和和硬硬度度高高，则则切切削削力力大大、刀刀具具易易磨磨损损，切切削削加加工工性性差差；材材料料塑塑性性高高，则则不不易易断断屑屑，影影响响表表面面质质量量，切切削削加加工工性性差差；材材料料的的热热导导性性差差，切切削热不易传散，切削温度高，故切削加工性差。削热不易传散，切削温度高，故切削加工性差。（2 2）工件材料的化学成分及组织结构）工件材料的化学成分及组织结构 低碳钢塑性、韧低碳钢塑性、韧性高，高碳钢强度、硬度高，都对切削加工不利；中碳钢性高，高碳钢强度、硬度高，都对切削加工不利；中碳钢的性能指标适中，有较好的切削加工性能；硫、铅等元素的性能指标适中，有较好的切削加工性能；硫、铅等元素能改善切削加工性，常用来制造易切削钢；含铝、硅、钛能改善切削加工性，常用来制造易切削钢；含铝、硅、钛等元素的钢，形成硬的金属化合物等元素的钢，形成硬的金属化合物,加剧具磨损，切削性加剧具磨损，切削性能变差；锰、磷、氮等元素可改善低碳钢切削加工性能，能变差；锰、磷、氮等元素可改善低碳钢切削加工性能，但使高碳钢、高合金钢切削性能变差；网状碳化物对刀具但使高碳钢、高合金钢切削性能变差；网状碳化物对刀具磨损严重；粒状或球状碳化物对刀具磨损较小。磨损严重；粒状或球状碳化物对刀具磨损较小。金属工艺学金属工艺学课件课件11.4.1金属材料的切削加工性 3 3、改善工件材料切削加工性能的基本措施、改善工件材料切削加工性能的基本措施1 1调整材料的化学成分调整材料的化学成分除除了了金金属属材材料料中中的的含含碳碳量量外外，材材料料中中加加入入锰锰、铬铬、钼钼、硫硫、磷磷、铅铅等等元元素素时时，都都将将不不同同程程度度地地影影响响材材料料的的硬硬度度、强强度度、韧韧性性等等，进进而而影响材料的切削加工性。影响材料的切削加工性。在在材材料料中中，如如加加入入硫硫、铅铅、磷磷等等元元素素组组成成易易切切削削钢钢，即即能能改改善善材材料料的切削加工性。的切削加工性。2.2.进行适当的热处理进行适当的热处理可可以以将将硬硬度度较较高高的的高高碳碳钢钢、工工具具钢钢等等材材料料进进行行退退火火处处理理，以以降降低低硬硬度度；低低碳碳钢钢可可以以通通过过正正火火，降降低低材材料料的的塑塑性性，提提高高其其硬硬度度；中中碳碳钢钢通通过过调调质质，使使材材料料硬硬度度均均匀匀。这这些些方方法法都都可可以以达达到到改改善善材材料料切切削削加加工性的目的。工性的目的。3.3.选择良好的材料状态选择良好的材料状态低低碳碳钢钢塑塑性性大大，加加工工性性不不好好，但但经经过过冷冷拔拔之之后后，塑塑性性降降低低，加加工工性性好好；锻锻件件毛毛坯坯由由于于余余量量不不均均匀匀，且且不不可可避避免免有有硬硬皮皮，若若改改用用热热轧轧钢钢，则则加工性可得到改善。加工性可得到改善。金属工艺学金属工艺学课件课件11.4.1金属材料的切削加工性6.4.2已加工表面质量1、表面粗糙度影响已加工表面粗糙度的因素主要有以下几个：（1）理论残留面积高度由于刀具几何形状和切削运动的原因，刀具不能将加工余量全部切除，残存在工件已加工表面上的部分，称为残留面积。减小进给量、主偏角和副偏角，增加刀尖圆弧半径等，都可使残留面积高度减小，从而减少表面粗糙度。（2）积屑瘤参见本章第三节。金属工艺学金属工艺学课件课件11.4.1金属材料的切削加工性6.4.2已加工表面质量（3）鳞刺在较低的切削速度下切削塑性金属时，工件已加工表面往往会出现鳞片状的毛刺，这就是鳞刺。鳞刺是已加工表面的严重缺陷，它使工件表面粗糙度大大增加。加工时，采用较大的刀具前角，减小切削厚度，增加切削速度，选用润滑性能较好的切削液等均可有效地降低鳞刺的高度，或避免鳞刺的生成。（4）切削振动切削过程中的振动会改变切削刃与工件的相对位置，在工件已加工表面形成切削振纹，使表面粗糙度明显增大。产生切削振动的主要原因有：工艺系统刚性不足、机床回转部分的离心力、断续切削时的冲击、工件加工余量不均匀及径向切削分力较大等。加工精度加工精度尺寸精度尺寸精度金属工艺学金属工艺学课件课件11.4.1金属材料的切削加工性2、表面加工硬化 切削加工时，由于刀具刃口不是绝对锋利，因此切削层内0点以下的金属（如图11-12所示）并未与母体分离，成为已加工表面的一部分。并受到刀具刃口圆弧的挤压而产生剧烈的塑性变形。另外，刀具后面对已加工表面的挤压、摩擦，也引起局部塑性变形。这些塑性变形导致已加工表面产生加工硬化现象。加工硬化还常常伴随着细微的表面裂纹和残余应力，使表面粗糙度值增加，疲劳强度下降。使下道工序切削困难。工件材料塑性越好，加工硬化现象越严重。精加工时减少已加工表面的加工硬化程度，有利于提高零件的抗疲劳强度和已加工表面的质量。生产上常采用高速切削、施加切削液、保持刀刃的锋利等，以减少已加工表面的加工硬化程度。金属工艺学金属工艺学课件课件11.4.1金属材料的切削加工性3、表面残余应力 由于切削过程中表层金属的塑性变形和切削温度的作用，工件经切削加工后，在已加工表面会产生残余应力。其主要原因是：切削过程中刀具对工件的挤压而产生的弹塑性变形，热应力引起的塑性变形和切削温度引起的相变所形成的体积变化等综合作用的结果。工件表面残余应力分为残余拉应力和残余压应力。残余拉应力容易使工件表面产生裂纹，降低工件的疲劳强度；残余压应力可阻止表面裂纹的产生和发展，有利于提高工件的疲劳强度。工件各部分的残余应力如果分布不均匀，就会使工件加工后产生变形，从而影响工件的形状和尺寸精度。金属工艺学金属工艺学课件课件11.4.1金属材料的切削加工性三、切削液1、切削液的作用 在切削加工中，合理使用切削液，可以改善切屑、工件与刀具间的摩擦状况，降低切削力和切削温度，延长刀具使用寿命，并能减小工件热变形，抑制积屑瘤和鳞刺的生长，从而提高加工精度和减小已加工表面粗糙度。所以，对切削液的研究和应用应当予以重视。2、常用切削液的种类和选用（1）水溶液 水溶液的主要成分是水，它的冷却性能好，若配成液呈透明状，则便于操作者观察。但是单纯的水容易使金属生锈，且润滑性能欠佳。因此，经常在水溶液中加入一定的添加剂，使其既能保持冷却性能又有良好的防锈性能和一定的润滑性能。一般多用于普通磨削和其他精加工。金属工艺学金属工艺学课件课件11.4.1金属材料的切削加工性三、切削液（2）乳化液 乳化液是将乳化油（由矿物油、乳化剂及添加剂配成），用9598水稀释后即成为乳白色或半透明状的乳化液。它具有良好的冷却作用，但因为含水量大，所以润滑、防锈性能均较差。为了提高其润滑性能和防锈性能，可再加入一定量的油性、极压添加剂和防锈添加剂，配制成极压乳化液或防锈乳化液。低浓度的冷却效果好，主要用于磨削、粗车、钻孔等加工；高浓度的润滑效果较好，主要用于精车、攻丝、铰孔、插齿等加工。（3）切削油 切削油的主要成分是矿物油（如机械油、轻柴油、煤油等），少数采用动植物油或复合油。纯矿物油不能在摩擦界面上形成坚固的润滑膜，润滑效果一般。在实际使用中常常加入油性添加剂、极压添加剂和防锈添加剂以提高其润滑和防锈性能。金属工艺学金属工艺学课件课件11.4.5切削用量的合理选择1、切削用量同加工生产率的关系切削用量同加工生产率的关系2、切削用量的选用原则切削用量的选用原则1)切削用量切削用量对加工质对加工质量的影响量的影响当切削速度增大时，当切削速度增大时，切削力减小，切削力减小，可减小或避免积可减小或避免积屑瘤，有利于提屑瘤，有利于提高加工质量高加工质量进给量增大使工进给量增大使工件残留面积的高件残留面积的高度显著增大度显著增大表面更粗糙表面更粗糙切削深度增大，切削深度增大，时切削力和工件时切削力和工件变形增大变形增大可能引起振动，可能引起振动，使零件的加工使零件的加工精度和表面质精度和表面质量下降量下降金属工艺学金属工艺学课件课件2)切削用量对刀具耐用度的影响切削用量对刀具耐用度的影响在切削用量中，切削速度对刀具耐用度的影响在切削用量中，切削速度对刀具耐用度的影响最大，进给量次之，切削深度影响最小最大，进给量次之，切削深度影响最小3)选择切削用量的原则选择切削用量的原则粗加工粗加工较大的切削深度和进给量，取尽可能大的的较大的切削深度和进给量，取尽可能大的的切削切削速度切削切削速度精加工精加工一般取较大的切削速度，较小的切削深度和一般取较大的切削速度，较小的切削深度和进给量以保证加工质量进给量以保证加工质量金属工艺学金属工艺学课件课件3.切削用量的选定切削深度的选择切削深度的选择进给量的选择进给量的选择切削速度的选择切削速度的选择粗加工时尽可能一次去除粗加工时尽可能一次去除加工余量；精加工时应一加工余量；精加工时应一次切除精加工工序余量次切除精加工工序余量粗加工时的进给量应粗加工时的进给量应根据机床系统的强度根据机床系统的强度和刀具强度选择和刀具强度选择精加工时，一般切削深精加工时，一般切削深度不大，切削力较小度不大，切削力较小粗加工时切削速度受机床粗加工时切削速度受机床功率限制；而精加工时，功率限制；而精加工时，主要受刀具耐用度的限制主要受刀具耐用度的限制金属工艺学金属工艺学课件课件刀具前角的作用大负前角用于q切削硬材料切削硬材料 q需切削刃强度大，以适应断续切需切削刃强度大，以适应断续切削、切削含黑皮表面层的加工条件削、切削含黑皮表面层的加工条件 大正前角用于q切削软质材料切削软质材料q易切削材料易切削材料q被加工材料及机床刚性差时被加工材料及机床刚性差时 前角前角对切削力、切屑排出、切削、刀具耐用度影响都很大前角的影响q正前角大，切削刃锋利正前角大，切削刃锋利q前角每增加前角每增加1 1，切削功率减少，切削功率减少1 1q正前角大，刀刃强度下降；负正前角大，刀刃强度下降；负前角过大，切削力增加前角过大，切削力增加金属工艺学金属工艺学课件课件刀具后角的作用后角的影响q后角大，后刀面磨损小后角大，后刀面磨损小 q后角大，刀尖强度下降后角大，刀尖强度下降 小后角用于q切削硬材料切削硬材料 q需切削刃强度高时需切削刃强度高时 大后角用于q切削软材料切削软材料 q切削易加工硬化的材料切削易加工硬化的材料 金属工艺学金属工艺学课件课件主偏角的作用主偏主偏角的影响角的影响q进给量相同时，余偏角大，刀片与切屑接触的进给量相同时，余偏角大，刀片与切屑接触的长度增加，切削厚度变薄，使切削力分散作用在长长度增加，切削厚度变薄，使切削力分散作用在长的刀刃上，刀具耐用度得以提高的刀刃上，刀具耐用度得以提高q主偏角小，分力主偏角小，分力a a也随之增加，加工细长轴时，也随之增加，加工细长轴时，易发生挠曲易发生挠曲q主偏角小，切屑处力性能变差主偏角小，切屑处力性能变差q主偏角小，切削厚度变薄，切削宽度增加，将使主偏角小，切削厚度变薄，切削宽度增加，将使切屑难以碎断切屑难以碎断大主偏角用于大主偏角用于q切深小的精加工切深小的精加工 q切削细而长的工件切削细而长的工件 q机床刚性差时机床刚性差时 小主偏角用于小主偏角用于q工件硬度高，切削温度大时工件硬度高，切削温度大时 q大直径零件的粗加工大直径零件的粗加工 q机床刚性高时机床刚性高时 余偏角余偏角等于90减主偏主偏角角，其作用是缓和冲击力，对进给力，背向力，切削厚度都有影响金属工艺学金属工艺学课件课件副偏角的作用副偏角副偏角具有减少已加工表面与刀具摩擦的功能。一般为515副偏副偏角的影响角的影响q副偏角小，切削刃强度增加，但刀尖副偏角小，切削刃强度增加，但刀尖易发热易发热q副偏角小，背向力增加，切削时易产副偏角小，背向力增加，切削时易产生振动生振动 q粗加工时副偏角宜小些粗加工时副偏角宜小些；而精加工；而精加工时副偏角则宜大些时副偏角则宜大些金属工艺学金属工艺学课件课件刃倾角的作用刃倾角的影响刃倾角的影响q刃倾角为负时，切屑流向工件；为正刃倾角为负时，切屑流向工件；为正q时，反向排出时，反向排出q刃倾角为负时，切削刃强度增大，但切刃倾角为负时，切削刃强度增大，但切削背向力也增加，易产生振动削背向力也增加，易产生振动刃倾角刃倾角是前刀面倾斜的角度。重切削时，切削开始点的刀尖上要承受很大的冲击力，为防止刀尖受此力而发生脆性损伤，故需有刃倾角。推荐车削时为35；铣削时1015