金属工艺学课件金属切削原理与刀具金属切削原理与刀具 Principle of Metal CuttingPrinciple of Metal Cuttingand 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课件11.4.1金属材料的切削加工性l6.4.1 金属材料的切削加工性l 切削加工性(cutting behavior)是指材料 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.l生产上常用的评价指标如下几种:金属工艺学课件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: （1）一定刀具耐用度下的切削速度 其含义是当耐用度 为T（min）时，切削某种材料所允许的最大切削速度 。越高，材料的切削加工性越好。 （2）相对加工性 以切削正火状态 45钢的（通常取 T=60 min）作基准，而把其他各种材料的与其相比， 其比值称为相对加工性。凡1的材料，其加工性比45钢好，反之较差。也反 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 。金属工艺学课件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: （3）已加工表面质量 容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。 （4）切屑控制或断屑的难易 容易控制或易于断屑的材 料，其切削加工性好；反之较差。在自动机床或自动 线上加工时，常用此项指标来衡量。（5）切削力的大小 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 ，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 :（1）工件材料的性能 材料的强度和硬度高，则切削力 大、刀具易磨损，切削加工性差；材料塑性高，则不易断 屑，影响表面质量，切削加工性差；材料的热导性差，切 削热不易传散，切削温度高，故切削加工性差。 （2）工件材料的化学成分及组织结构 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 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 等元素的钢，形成硬的金属化合物,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， 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。 金属工艺学课件11.4.1金属材料的切削加工性3、改善工件材料切削加工性能的基本措施 1调整材料的化学成分 除了金属材料中的含碳量外，材料中加入锰、铬、钼、硫、磷、铅 等元素时，都将不同程度地影响材料的硬度、强度、韧性等，进而 影响材料的切削加工性。 在材料中，如加入硫、铅、磷等元素组成易切削钢，即能改善材料 的切削加工性。 2. 进行适当的热处理 可以将硬度较高的高碳钢、工具钢等材料进行退火处理，以降低硬 度；低碳钢可以通过正火，降低材料的塑性，提高其硬度；中碳钢 通过调质，使材料硬度均匀。这些方法都可以达到改善材料切削加 工性的目的。 3. 选择良好的材料状态 低碳钢钢塑性大，加工性不好，但经过经过 冷拔之后，塑性降低，加工性 好；锻锻件毛坯由于余量不均匀，且不可避免有硬皮，若改用热轧钢热轧钢 ，则则加工性可得到改善。 金属工艺学课件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。加工精度尺寸精度金属工艺学课件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。 金属工艺学课件11.4.1金属材料的切削加工性3、表面残余应应力 由于切削过过程中表层层金属的塑性变变形和切削温度的作用，工 件经经切削加工后，在已加工表面会产产生残余应应力。其主要原因 是：切削过过程中刀具对对工件的挤压挤压 而产产生的弹弹塑性变变形，热应热应 力引起的塑性变变形和切削温度引起的相变变所形成的体积变积变 化等 综综合作用的结结果。工件表面残余应应力分为为残余拉应应力和残余压压 应应力。残余拉应应力容易使工件表面产产生裂纹纹，降低工件的疲劳劳 强度；残余压应压应 力可阻止表面裂纹纹的产产生和发发展，有利于提高 工件的疲劳劳强度。工件各部分的残余应应力如果分布不均匀，就会 使工件加工后产产生变变形，从而影响工件的形状和尺寸精度。 金属工艺学课件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 刀具间间的摩擦状况，降低切削力和切削温度，延长长刀具使用寿命 ，并能减小工件热变热变 形，抑制积积屑瘤和鳞鳞刺的生长长，从而提高 加工精度和减小已加工表面粗糙度。所以，对对切削液的研究和应应 用应应当予以重视视。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，则则便于操作者观观察。但是单纯单纯 的水容易使金属生 锈锈，且润润滑性能欠佳。因此，经经常在水溶液中加入一定的添加 剂剂，使其既能保持冷却性能又有良好的防锈锈性能和一定的润润滑 性能。一般多用于普通磨削和其他精加工。 金属工艺学课件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矿物油（如机械油、轻轻柴油、 煤油等），少数采用动动植物油或复合油。纯矿纯矿 物油不能在摩擦 界面上形成坚坚固的润润滑膜，润润滑效果一般。在实际实际 使用中常常 加入油性添加剂剂、极压压添加剂剂和防锈锈添加剂剂以提高其润润滑和防 锈锈性能。 金属工艺学课件 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2、切削用量的选用原则1) 切削用量 对加工质 量的影响当切削速度增大时 ，切削力减小，可减小或避免积 屑瘤，有利于提 高加工质量进给量增大使工 件残留面积的高 度显著增大表面更粗糙切削深度增大， 时切削力和工件 变形增大可能引起振动 ，使零件的加 工精度和表面 质量下降金属工艺学课件2) 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 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粗加工较大的切削深度和进给量，取尽可能大的的 切削切削速度精加工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金属工艺学课件3. 切削用量的选定切削深度的选择进给量的选择切削速度的选择粗加工时尽可能一次去除 加工余量；精加工时应一 次切除精加工工序余量粗加工时的进给量应 根据机床系统的强度 和刀具强度选择精加工时，一般切削深 度不大，切削力较小粗加工时切削速度受机床 功率限制；而精加工时， 主要受刀具耐用度的限制金属工艺学课件刀具前角的作用大负负前角用于切削硬材料 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 大正前角用于切削软质 材料 易切削材料 被加工材料及机床刚性差时 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 正前角大，切削刃锋利 前角每增加1，切削功率减少 1 正前角大，刀刃强度下降；负 前角过大，切削力增加金属工艺学课件刀具后角的作用后角的影响 后角大，后刀面磨损小 后角大，刀尖强度下降 小后角用于切削硬材料 需切削刃强度高时 大后角用于切削软材料 切削易加工硬化的材料 金属工艺学课件主偏角的作用主偏角的影响进给 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 的刀刃上，刀具耐用度得以提高 主偏角小，分力a也随之增加，加工细长轴时 ， 易发生挠曲 主偏角小，切屑处力性能变差 主偏角小，切削厚度变薄，切削宽度增加，将使 切屑难以碎断大主偏角用于切深小的精加工 切削细而长的工件 机床刚性差时 小主偏角用于工件硬度高，切削温度大时 大直径零件的粗加工 机床刚性高时 余偏角等于 90减主偏 角，其作用 是缓和冲击 力，对进给 力，背向力， 切削厚度都 有影响金属工艺学课件副偏角的作用副偏角具有减少 已加工表面与刀 具摩擦的功能。 一般为515副偏角的影响副偏角小，切削刃强度增加，但刀尖易 发热 副偏角小，背向力增加，切削时易产生 振动 粗加工时副偏角宜小些 ；而精加工时副 偏角则宜大些金属工艺学课件刃倾角的作用刃倾角的影响 刃倾角为负时 ，切屑流向工件；为正 时，反向排出 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