金屬切削條件的選擇

1、郭德偉1郭德偉2是指在一定的切削條件下，工件材料切削加工的難易程度。（是個相對的概念，由于不同加工情況和不同的加工要求，其難易程度的衡量指標(biāo)也不同。）工件材料的切削加工性衡量指標(biāo)：刀具使用壽命在相同切削條件下，刀具使用壽命高，切削加工性好。切削力和切削溫度在相同切削條件下，切削力大或切削溫度高，則切削加工性差。機(jī)床動力不足時，常用此指標(biāo)。 加工表面質(zhì)量易獲得好的加工表面質(zhì)量，則切削加工性好。精加工時常用此指標(biāo)。斷屑性能在相同切削條件下，以所形成的切屑是否便于清除作為一項指標(biāo)。對于自動機(jī)床、數(shù)控機(jī)床和自動化程度較高的生產(chǎn)線上常用此指標(biāo)。郭德偉3切削加工性易切削較易切削較難切削難切削等級代號012

2、34567899a9b硬度HB5050100100150150200200250300350350400350400400480480635635HRC1424.824.832.332.338.138.1434350506060抗拉強(qiáng)度b（GPa）0.1960.1960.4410.4410.5880.5880.7840.7840.980.981.1761.1761.3721.3721.5861.5861.7641.7641.961.962.452.45延伸率（）101015102020252530303535404050506060100100沖擊值ak（kj/m）19619639239258

3、858878478498098013721372176417641962196224502450294029403920導(dǎo)熱系數(shù)k（W/m.）481.68293.08293.08167.27167.2783.7483.7462.8062.8041.8741.8733.533.525.1225.1216.75163758.37355881212以上走刀量f（mm）碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼16X252040601004000.30.40.40.50.50.60.60.90.81.2-0.40.50.50.70.60.90.81.2-0.30.50.50.60.60.8-0.40.50.50.6-20

4、3025X252040601006000.30.40.40.50.60.70.81.01.21.4-0.30.40.50.70.70.91.01.2-0.40.60.50.70.81.0-0.40.70.60.9-0.40.6注：有沖擊時，進(jìn)給量應(yīng)減小注：有沖擊時，進(jìn)給量應(yīng)減小20。郭德偉21p 切削速度的選擇可以先按刀具使用壽命來求出切削速度： 查切削用量手冊確定各參數(shù)。 在選擇切削速度時，并應(yīng)考慮以下幾點：精加工時，應(yīng)盡量避開積屑瘤易于產(chǎn)生的速度范圍。粗加工時，需對機(jī)床功率進(jìn)行校驗。斷續(xù)切削時，宜適當(dāng)降低切削速度，以減少沖擊和熱應(yīng)力。加工大型、細(xì)長、薄壁工件時，應(yīng)選用較低的切削速度；端面車

5、削應(yīng)比外圓車削的速度高些，以獲得較高的平均切削速度，提高生產(chǎn)率。在易發(fā)生振動的情況下，切削速度應(yīng)避開自激振動的臨界速度。 zpyxcTafvCT 310cPvF P 機(jī)床電機(jī)功率（KW）； 機(jī)床傳動效率；Fc 主切削力（N）。郭德偉22求設(shè)計變量：X = x1, x2, , xn T ，使目標(biāo)函數(shù) f (X)min ，并滿足約束條件：g i (X)0 （i = 1, 2, , m）設(shè)計變量：切削過程可以控制的輸入變量，即切削用量。ap通常已由工藝過程確定，故一般取 v 和 f 為設(shè)計變量。目標(biāo)函數(shù)：指優(yōu)化目標(biāo)與設(shè)計變量之間的函數(shù)關(guān)系式。 1111000momacwwmPTpmnptttttTD

6、LtvfaCTvfa 1）以最大生產(chǎn)率為優(yōu)化目標(biāo)使工序時間為最短郭德偉231111000mommamcmtwwmPTpmnptCtCtCtCCTDLtvfaCTvfa 1111000mctmPTpmnpMRRHCtCCTMRRvfaCTvfa2）以最小生產(chǎn)成本為優(yōu)化目標(biāo)使工序成本為最小3）以最大利潤為優(yōu)化目標(biāo)使單位成本金屬去除率最大郭德偉24約束條件：指設(shè)計變量的取值范圍minmaxminmaxfffvvv（3-33）1）機(jī)床結(jié)構(gòu)參數(shù)限制2）加工表面粗糙度限制0.0321afRr（3-34）式中 Ra 表面粗糙度（m）； r 刀尖圓弧半徑（mm）。3）機(jī)床功率的限制FFccccxyFpFCaf

7、KvP（3-35）郭德偉25即函數(shù)求極值的方法。不能考慮約束條件，只適于處理簡單問題。21(,)()max(),0nPPiiP XMfXMgX（3-27）可利用設(shè)置懲罰函數(shù)，將約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束優(yōu)化問題處理。懲罰函數(shù)的表達(dá)式：式中 Ra 懲罰函數(shù)； r 原目標(biāo)函數(shù)； Mp 懲罰因子（一個很大的數(shù)）； 21max(),0npiiMgX 懲罰項；0()0max(),0()()0iiiigXgXgXgX郭德偉26尋優(yōu)過程示意圖（采用田川法 + 局部尋優(yōu)）fv0圖3-30 田川法尋優(yōu)過程示意圖fminfmaxvminvmaxPPmax約束邊界Pop可行域等值線Pcop郭德偉27 切削液主要用來降

8、低切削溫度和減少切削過程的摩擦。合理選用切削液對減輕刀具磨損、提高加工表面質(zhì)量及加工精度起著重要的作用。 p從工件材料方面考慮 切削鋼等塑性材料時，需用切削液。 切削鑄鐵、青銅等脆性材料時可不用切削液，原因是其作用不明顯。 切削高強(qiáng)度鋼、高溫合金等難加工材料時，屬高溫高壓邊界摩擦狀態(tài)，易選用極壓切削油或極壓乳化液，有時還需配置特殊的切削液。 對于銅、鋁及鋁合金，為得到較高的加工表面質(zhì)量和加工精度，可采用10%20%的乳化液或煤油等。p從刀具方面考慮 高速鋼刀具耐熱性差，應(yīng)采用切削液。硬質(zhì)合金刀具耐熱性好，一般不用切削液，必須使用時可采用低濃度乳化液或多效切削液（多效指潤滑、冷卻、防銹綜合作用好，如高速攻螺紋油），且澆注時要充分連續(xù)，否則刀片會因冷熱不均而導(dǎo)致破裂。 極壓切削油:含有極壓添加劑,能承受重載荷和沖擊載荷,降低機(jī)械磨損的切削油 郭德偉28p從加工方法方面考慮 鉆孔、鉸孔、攻螺紋和拉削等工序的刀具與已加工表面摩擦嚴(yán)重，易采用乳化液、極壓乳化液或極壓切削油。成型刀具、齒輪刀具等價格昂貴，要求刀具使用壽命高，可采用極壓切削油（如硫化油等）。 磨削加工溫度很高，還會產(chǎn)生大量的碎屑及脫落的沙粒，因此要求切削液應(yīng)具有良好的冷卻和清洗作用，常采用乳化液，如選用極壓型或多效型合成切削液效果更好。 p從加工要求方面考慮 粗加工時，金屬切除量大，產(chǎn)生的熱量多，應(yīng)著重考慮降低溫度，選用以冷