機械制造技術(shù)基礎(chǔ)-3切削及磨削原理-2014-04-30

1、1切屑過程切削力切削熱與切削溫度刀具磨損與刀具壽命金屬切削條件的合理選擇磨削原理高速切削與磨削23沒有副刃參加切削，且s = 0。圖3-1 直角、斜角自由切削與不自由切削a）直角切削）直角切削b）斜角切削）斜角切削c）不自由切削）不自由切削4 FABOM45a）正擠壓）正擠壓FABOM45b）偏擠壓）偏擠壓OMFc）切削）切削圖3-2 金屬擠壓與切削比較5圖3-3 切屑根部金相照片M刀具切屑OA終滑移線始滑移線：=s剪切角6圖3-4 切削變形實驗設(shè)備與錄像裝置7 第變形區(qū)：即剪切變形區(qū)，金屬剪切滑移，成為切屑。金屬切削過程的塑性變形主要集中于此區(qū)域。圖3-5 切削部位三個變形區(qū)第變形區(qū)：已加工

2、面受到后刀面擠壓與摩擦，產(chǎn)生變形。此區(qū)變形是造成已加工面加工硬化和殘余應(yīng)力的主要原因。第變形區(qū)：靠近前刀面處，切屑排出時受前刀面擠壓與摩擦。此變形區(qū)的變形是造成前刀面磨損和產(chǎn)生積屑瘤的主要原因。8切削層經(jīng)塑性變形后，厚度增加，長度縮小，寬度基本不變。可用其表示切削層變的變形程度。LchhDhchLD圖3-9 切屑與切削層尺寸厚度變形系數(shù) （3-1） Dchhhh長度變形系數(shù)chDLLL （3-2） 9ysOM0圖3-10 相對滑移系數(shù))cos(sincos00yS （3-3） 10粘結(jié)區(qū)：高溫高壓使切屑底層軟化，粘嵌在前刀面高低不平的凹坑中，形成長度為lfi的粘接區(qū)。切屑的粘接層與上層金屬之間

3、產(chǎn)生相對滑移，其間的摩擦屬于內(nèi)摩擦（積屑瘤） 圖3-11 切屑與前刀面的摩擦 在高溫高壓作用下，切屑底層與前刀面發(fā)生沾接，切屑與前刀面之間既有外摩擦，也有內(nèi)摩擦?；瑒訁^(qū)：切屑在脫離前刀面之前，與前刀面只在一些突出點接觸，切屑與前刀面之間的摩擦屬于外摩擦。lfolfi11 一定溫度、壓力作用下，切屑底層與前刀面發(fā)生粘接粘接金屬嚴重塑性變形，產(chǎn)生加工硬化 增大前角，保護刀刃 影響加工精度和表面粗糙度滯留粘接長大切屑刀具圖3-10 積屑瘤積屑瘤12n切削刃存在刃口圓弧，導致擠壓和摩擦，產(chǎn)生第變形區(qū)。A點以上部分沿前刀面流出，形成切屑；A點以下部分受擠壓和摩擦留在加工表面上，并有彈性恢復。hDhDhA

4、CFE圖3-12 已加工表面變形A點前方正應(yīng)力最大，剪應(yīng)力為 0。 A點兩側(cè)正應(yīng)力逐漸減小，剪應(yīng)力逐漸增大，繼而減小。13形成條件影響名稱簡圖形態(tài)變形帶狀，底面光滑，背面呈毛茸狀節(jié)狀，底面光滑有裂紋，背面呈鋸齒狀粒狀不規(guī)則塊狀顆粒剪切滑移尚未達到斷裂程度局部剪切應(yīng)力達到斷裂強度剪切應(yīng)力完全達到斷裂強度未經(jīng)塑性變形即被擠裂加工塑性材料，切削速度較高，進給量較小， 刀具前角較大加工塑性材料，切削速度較低，進給量較大， 刀具前角較小工件材料硬度較高，韌性較低，切削速度較低加工硬脆材料， 刀具前角較小切削過程平穩(wěn)，表面粗糙度小， 妨礙切削工作，應(yīng)設(shè)法斷屑切削過程欠平穩(wěn)，表面粗糙度欠佳切削力波動較大，切

5、削過程不平穩(wěn)，表面粗糙度不佳切削力波動大，有沖擊，表面粗糙度惡劣，易崩刀帶狀切屑擠裂切屑單元切屑崩碎切屑表3-1 切屑類型及形成條件14帶狀切屑擠裂切屑節(jié)狀切屑崩碎切屑圖3-6 切屑形態(tài)照片15v 為使切削過程正常進行和保證已加工表面質(zhì)量，應(yīng)使切屑卷曲和折斷。v 切屑的卷曲是切屑基本變形或經(jīng)過卷屑槽使之產(chǎn)生附加變形的結(jié)果（圖3-7）圖3-7 切屑的卷曲圖3-8 斷屑的產(chǎn)生v斷屑是對已變形的切屑再附加一次變形（常需有斷屑裝置，圖3-8） 16 大規(guī)模擠裂與小規(guī)模擠裂交替進行（圖3-13）a）b）c）d）e）圖3-13 硬脆材料切削過程a）大規(guī)模擠裂（大塊破碎切除）b）空切c）小規(guī)模擠裂（小塊破碎

6、切除）d）小規(guī)模擠裂（次小塊破碎切除）e）重復大規(guī)模擠裂（大塊破碎切除）1718rFcFFpFf pFfFf pFf pfv圖3-15 切削力的分解 3個變形區(qū)產(chǎn)生的彈、塑性變形抗力 切屑、工件與刀具間摩擦力F 切削合力Fc主切削力Fp吃刀抗力Ff進給抗力19.FFccFcccFFppFcppFFffFcffxyzcFpcFxyzpFpcFxyzfFpcFFCafvKFCafvKFCafvK（3-6）式中 CFc , CFp , CFf 與工件、刀具材料有關(guān)系數(shù)； xFc , xFp , xFf 切削深度ap 對切削力影響指數(shù)； yFc , yFp , yFf 進給量 f 對切削力影響指數(shù)；

7、zFc , zFp , zFf 切削速度Vc 對切削力影響指數(shù)； KFc , KFp , KFf 考慮切削速度、刀具幾何參數(shù)、刀具磨損等因素影響的修正系數(shù)。201.FFFccFcFcccccFcxyxzzFpcFFcpcyDppCafvKCvaFpAafaf（3-7） 切除單位切削層面積的主切削力（令修正系數(shù)KFc =1）式中 Fc 主切削力（N）； v 主運動速度（m/s）。 （3-8）310()ccPFvKW21式中 機床傳動效率，通常= 0.750.85 （3-10）63010(/)ccPppKWsmmV()cEPPKW（3-9）指單位時間切除單位體積 V0 材料所消耗的功率22切削深度

8、與切削力近似成正比；進給量增加，切削力增加，但不成正比；切削速度對切削力影響復雜（圖3-16） 強度高加工硬化傾向大切削力大5 19 28 35 55 100 130 切削速度 v（m/min） 981784588主切削力Fc（N）圖3-16 切削速度對切削力的影響23 前角0 增大，切削力減小（圖3-17） 主偏角r 對主切削力影響不大，對吃刀抗力和進給抗力影響顯著（ r Fp，F(xiàn)f，圖3-18）圖3-17 前角對0切削力的影響前角0切削力F0 - Fc0 Fp0 Ff圖3-18 主偏角r對切削力的影響主偏角r / 切削力/ N3045607590r - Fcr Ffr Fp20060010

9、0014001800220024 與主偏角相似，刃傾角s對主切削力影響不大，對吃刀抗力和進給抗力影響顯著（ s Fp，F(xiàn)f） 刀尖圓弧半徑 r 對主切削力影響不大，對吃刀抗力和進給抗力影響顯著（ r Fp，F(xiàn)f） ； 刀具材料：與工件材料之間的親和性影響其間的摩擦，而影響切削力 ； 切削液：有潤滑作用，使切削力降低 ； 后刀面磨損：使切削力增大，對吃刀抗力Fp的影響最為顯著 ；2526 切削過程變形和摩擦所消耗功，絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢鳠崆邢鳠嵊汕行?、工件、刀具和周圍介質(zhì)（切削液、空氣)等傳散出去工件切屑刀具圖3-19 切削熱的來源與傳出 主要來源 QA=QD+QFF+QFR （3-12）cccv

10、FPq（3-11）式中，QD , QFF , QFR分別為切削層變形、前刀面摩擦、后刀面摩擦產(chǎn)生的熱量27TJ University 切削塑性材料 前刀面靠近刀尖處溫度最高。 切削脆性材料 后刀面靠近刀尖處溫度最高。750刀具圖3-24 二維切削中的溫度分布 工件材料：低碳易切鋼； 刀具：o=30，o=7； 切削用量：ap=0.6mm， vc =0.38m/s； 切削條件：干切削， 預熱611C28q 切削用量的影響 式中 用自然熱電偶法測出的前刀面接觸區(qū)的平均溫度(C)； C 與工件、刀具材料和其它切削參數(shù)有關(guān)的切削溫度系數(shù)； Z、Y、X vc、f、ap 的指數(shù)。 經(jīng)驗公式ZyxcpC vf

11、a （3-12）刀具材料加工方法高速鋼車削1401700.350.450.20.30.080.10銑削80鉆削150硬質(zhì)合金車削320f (mm/r)0.10.410.150.050.20.310.30.26表3-2 切削溫度的系數(shù)及指數(shù)29q 刀具幾何參數(shù)的影響 q 工件材料的影響 vc（m/min）圖3-25 切削速度、工件材料對切削溫度的影響1GH131 21Cr18Ni9Ti 345鋼(正火) 4HT200刀具材料：YT15；YG8刀具幾何參數(shù)：o=15，o=68，r=75，1= -10，s=0，b=0.1mm，r=0.2mm切削用量：ap=3mm，f=0.1mm/r（）1030507

12、09011013040060080010001243q 刀具磨損的影響 q 切削液的影響 3031正常磨損形式：月牙洼形成條件：加工塑性材料，v大，hD大影響：削弱刀刃強度，降低加工質(zhì)量形式：后角=0的磨損面（參數(shù)VB，VBmax）形成條件：加工塑性材料, v 較小, hD 較??；VBVBmaxa) KTKBb)圖3-25 刀具磨損形態(tài)32 磨粒磨損 各種切速下均存在 低速情況下刀具磨損的主要原因 粘結(jié)磨損（冷焊） 刀具材料與工件材料親和力大 刀具材料與工件材料硬度比小 中等偏低切速粘結(jié)磨損加劇 擴散磨損 高溫下發(fā)生 化學磨損 高溫情況下，在切削刃工作邊界發(fā)生33圖3-28 刀具磨損過程初期磨

13、損后刀面磨損量VB正常磨損急劇磨損切削時間刀具磨損過程3個階段（圖3-28）常取后刀面最大允許磨損量VB磨鈍標準非正常磨損破損（裂紋、崩刃、破碎等），卷刃（刀刃塑性變形）34刀具從切削開始至磨鈍標準的切削時間，用T 表示。刀具總壽命 一把新刀從投入切削開始至報廢為止的總切削時間，其間包括多次重磨。111TpmnpCTvfa（3-14）式中CT 、m、n、p 為與工件、刀具材料等有關(guān)的常數(shù) 。52.250.75TpCTvfa（3-15）可見v 的影響最顯著；f 次之；ap 影響最小 。用硬質(zhì)合金刀具切削碳鋼（b= 0.763GP a）時，有：35圖3-29 不同刀具材料的耐用度比較硬質(zhì)合金（VB

14、=0.4mm）陶瓷刀具（VB=0.4mm）高速鋼刀具耐用度T（min）1 2 3 5 6 8 10 20 30 40 60800600500400300200100806050切削速度v（m/min）1脆性破損 硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具切削時，在機械應(yīng)力和熱應(yīng)力沖擊作用下，經(jīng)常發(fā)生以下幾種形態(tài)的破損： （1）崩刃 切削刃產(chǎn)生小的缺口。在繼續(xù)切削中，缺口會不斷擴大，導致更大的破損。用陶瓷刀具切削及用硬質(zhì)合金刀具作斷續(xù)切削時，常發(fā)生這種破損。1脆性破損 （2）碎斷 切削刃發(fā)生小塊碎裂或大塊斷裂，不能繼續(xù)進行切削。用硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具作斷續(xù)切削時，常發(fā)生這種破損。 （3）剝落 在刀具的前、后刀面上

15、出現(xiàn)剝落碎片，經(jīng)常與切削刃一起剝落，有時也在離切削刃一小段距離處剝落陶瓷刀具端銑時常發(fā)生這種破損。 （4）裂紋破損 長時間進行斷續(xù)切削后，因疲勞而引起裂紋的一種破損。熱沖擊和機械沖擊均會引發(fā)裂紋，裂紋不斷擴展合并就會引起切削刃的碎裂或斷裂。2塑性破損 在刀具前刀面與切屑、后刀面與工件接觸面上，由于過高的溫度和壓力的作用，刀具表層材料將因發(fā)生塑性流動而喪失切削能力，這就是刀具的塑性破損塑性破損。 抗塑性破損能力取決于刀具材料的硬度和耐熱性。硬質(zhì)合金和陶瓷的耐熱性好，一般不易發(fā)生這種破損。相比之下，高速鋼高速鋼耐熱性較差，較易發(fā)生塑性破損。 （2）合理選擇刀具幾何參數(shù) 通過選擇合適的幾何參數(shù)，使切

16、削刃和刀尖有較好的強度。在切削刃上磨出負倒棱是防止崩刃的有效措施。 （1）合理選擇刀具材料 用作斷續(xù)切削的刀具，刀具材料應(yīng)具有一定的韌性。 （3）保證刀具的刃磨質(zhì)量 切削刃應(yīng)平直光滑，不得有缺口，刃日與刀尖部位不允許燒傷。 （4）合理選擇切削用量 防止出現(xiàn)切削力過大和切削溫度過高的情況。 （5）工藝系統(tǒng)應(yīng)有較好的剛性 防止因為振動而損壞刀具。41規(guī)定刀具切削時間，離線檢測切削加工時，切屑剝離，工件塑性變形，刀具與工件之間摩擦以及刀具破損等，都會產(chǎn)生聲發(fā)射。正常切削時，聲發(fā)射信號小而連續(xù)，刀具嚴重磨損后聲發(fā)射信號會增大，而當?shù)毒咂茡p時聲發(fā)射信號會突然增大許多，達到正常切削時的幾倍 42鉆頭破損

17、檢測器圖3-30 聲發(fā)射鉆頭破損檢測裝置系統(tǒng)圖交換機床控制器工件折斷工作臺聲發(fā)射傳感器破損信號4344 金屬切削條件合理選擇金屬切削條件合理選擇，主要是根據(jù)工件的材料和要求選擇合理的刀具材料、刀具幾何參數(shù)、切削用量和切削液，以保證加工精度和表面質(zhì)量，提高切削生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。 工件材料的切削加工性切削加工性：是指工件材料被切削成合格零件的難易程度。其研究的目的是為了尋找改善材料切削加工性的途徑。45 工件材料切削加工性的好壞，可以用下列的一個或幾個指標衡量。主要指標包括：刀具耐用度刀具耐用度T、材料的相對切削加工性、材料的相對切削加工性、切削力、切削溫度、已加工表面質(zhì)量、切屑控制和斷屑難易

18、、切削力、切削溫度、已加工表面質(zhì)量、切屑控制和斷屑難易程度程度。46（1）金屬材料的物理機械性能物理機械性能的影響 材料的硬度材料的硬度高，切削時刀屑接觸長度小，切削力和切削熱集中在刀刃附近，刀具易磨損，刀具耐用度低，所以切削加工性差。材料的強度材料的強度高，切削時切削力大，切削溫度高，刀具易磨損，切削加工性差。 材料的塑性材料的塑性大，切削中塑性變形和摩擦大，故切削力大，切削溫度高，刀具容易磨損，切削加工性差。 材料的熱導率材料的熱導率通過對切削溫度的影響而影響材料的加工性，熱導率熱導率大的材料，由切屑帶走和工件傳出的熱量多，有利于降低切削溫度，使刀具磨損率減小，故切削加工性好。47（2）金

19、屬材料化學成分的影響 材料的化學成分影響其切削加工性，如鋼中碳成分影響鋼的機械性能而影響其切削加工性，此外，鋼中的其他合金元素Cr、Ni、Mo、W、Mn等雖能提高鋼的強度和硬度，但卻使鋼的切削加工性降低，在鋼中添加少量的S、P、Pb等，能改善鋼的切削加工性。不同元素對結(jié)構(gòu)鋼切削加工性的影響如右圖所示。48（3）金屬材料熱處理和金相組織的影響 金屬材料采用不同的熱處理，就有不同的金相組織和力學性能，其切削加工性也就不同。低碳鋼低碳鋼中含的鐵素體組織多，其塑性和韌性高，切削時與刀具粘結(jié)容易產(chǎn)生積屑瘤，影響已加工表面質(zhì)量，故切削加工性差。中碳鋼中碳鋼的金相組織是珠光體和鐵素體，材料具有中等強度、硬度

20、和中等塑性，切削時刀具不易磨損，也容易獲得高的表面質(zhì)量，故切削加工性好。淬火鋼淬火鋼中的金相組織主要是馬氏體，材料的強度硬度都很高，馬氏體在鋼中呈針狀分布，切削時刀具受到劇烈磨損，故切削加工性較差。灰鑄鐵灰鑄鐵中，含有較多的片狀石墨，硬度很低，切削時，石墨還能起到潤滑的作用，使切削力減小。冷硬鑄鐵冷硬鑄鐵中表層材料的金相組織多為滲碳體，具有很高的硬度，很難切削。49 （1）調(diào)整化學成分 在不影響工件材料性能的條件下，適當調(diào)整化學成分，以改善其加工性。如在鋼中加入少量的硫、硒、鉛、磷等，雖略降低鋼的強度，但也同時降低鋼的塑性，對加工性有利。 （2）材料加工前進行合適的熱處理 如低碳鋼通過正火處理

21、后，細化晶粒，硬度提高，塑性降低，有利于減小刀具的粘結(jié)磨損，減小積屑瘤，改善工件表面粗糙度； 高碳鋼球化退火后，硬度下降，可減小刀具磨損；50不銹鋼以調(diào)質(zhì)到HRC28為宜，硬度過低，塑性大，工件表面粗糙度差，硬度高則刀具易磨損；白口鑄鐵可在9501000 C范圍內(nèi)長時間退火而成可鍛鑄鐵，切削就較容易。 （3）選加工性好的材料狀態(tài) 低碳鋼經(jīng)冷拉后，塑性大為下降，加工性好；鍛造的坯件余量不均，且有硬皮，加工性很差，改為熱軋后加工性得以改善。 （4）其它 采用合適的刀具材料，選擇合理的刀具幾何參數(shù)，合理地制訂切削用量與選用切削液等。51 刀具合理幾何參數(shù)是在保證加工質(zhì)量的前提下，能使刀具壽命長、生產(chǎn)

22、效率高、加工成本低的幾何參數(shù)稱刀具合理刀具合理幾何參數(shù)幾何參數(shù)。 刀具幾何參數(shù)包括刀具角度、刃形、刃區(qū)剖面型式和刀具角度、刃形、刃區(qū)剖面型式和刀面型式刀面型式等。52工件材料的強度、硬度低時，可以取較大的甚至很大的前角；工件材料的強度、硬度高時，應(yīng)取較小的前角；加工特別硬的工件（如淬硬鋼）時，前角應(yīng)很小甚至取負值。加工塑性材料時，易加工硬化，應(yīng)取較大的前角；加工脆性材料時，應(yīng)取較小的前角。粗加工，特別是斷續(xù)切削，承受沖擊性載荷，尤其對有硬皮的鑄、鍛件粗加工時，為保證刀具有足夠的強度，應(yīng)選擇較小的前角。 增大前角能減小切削變形、切削力，降低切削溫度、抑制積屑瘤和鱗刺的生成，改善加工表面質(zhì)量，但如

23、果前角太大，則降低刀刃強度和散熱條件，加劇刀具磨損。根據(jù)下列情況選擇合理的刀具前角。 53 前角的大小對表面粗糙度、排屑和斷屑等也有一定影響。前角的選用原則：在刀具強度許可條件下，盡可能選用大前角。工件材料的強度、硬度低，前角應(yīng)選得大些，反之小些（如有色金屬加工時，選前角較大）；刀具材料韌性好（如高速鋼），前角可選得大些，反之應(yīng)選得小些（如硬質(zhì)合金）；精加工時，前角可選得大些。粗加工時應(yīng)選得小些。54后角的主要功用是減小切削過程中刀具后刀面與工件之間的摩擦。增大后角能減小后刀面與切削表面之間的摩擦，切削刃鈍圓半徑rn值越小，切削刃越鋒利。后角過大會削弱刀刃的強度和散熱能力。 55后角的選用原則

24、：粗加工以確保刀具強度為主，可在4度-6度范圍內(nèi)選??； 精加工以加工表面質(zhì)量為主，可在o=8度-12度；工件材料硬度、強度較高時，取較小的后角；工件材質(zhì)較軟、塑性較大或易加工硬化時，取較大的后角；加工脆性材料，切削力集中在刃區(qū)附近，宜取較小的后角；但加工特別硬而脆的材料（如鑄造碳化鎢、淬硬鋼等），在采用負前角的情況下，必須加大后角。 工藝系統(tǒng)剛性差，容易出現(xiàn)振動時，應(yīng)適當減小后角；有尺寸精度要求的刀具，取較小的后角。 56 主偏角r：主偏角的大小影響切削條件（切削寬度和切削厚度的比例）和刀具壽命。 在工藝系統(tǒng)剛性很好時，減小主偏角可提高刀具耐用度、減小已加工表面粗糙度，所以r宜取小值；在工件剛

25、性較差時，為避免工件的變形和振動，應(yīng)選用較大的主偏角。 粗加工和半精加工，硬質(zhì)合金車刀一般選用較大的主偏角；加工很硬的材料，如冷硬鑄鐵和淬硬鋼，為減輕單位長度切削刃上的負荷，改善刀頭導熱和容熱條件，延長刀具使用壽命，宜取較小的主偏角。 單件小批生產(chǎn)，希望一兩把刀具加工出工件上所有的表面，一般選用45或90偏刀。57副偏角r 影響加工表面粗糙度和刀具強度。其作用是可減小副切削刃和副后刀面與工件已加工表面之間的摩擦，防止切削振動。r的大小主要根據(jù)表面粗糙度的要求選取。通常在不產(chǎn)生摩擦和振動條件下，應(yīng)選較小的r。如車刀、端銑刀、刨刀，均可選取=510。精加工刀具的副偏角應(yīng)取得更小一些，必要時，可磨出

26、一段r=0的修光刃，加工高強度硬度材料或斷續(xù)切削時，應(yīng)取較小的副偏角（r=46），以提高刀尖強度。切斷刀、鋸片銑刀和槽銑刀等，為了保證刀頭強度和重磨后刀頭寬度變化較小，只能取很小的副偏角，即r=12。 (1) 影響切削力的大小與方向: 刃傾角對徑向力和軸向力的影響較大。當負刃傾角絕對值增大時，徑向力會顯著增大，將導致工件變形和工藝系統(tǒng)振動。(2) 影響刀尖強度和散熱條件: 負刃傾角可以增強刀尖強度，進而改善散熱條件，提高刀具使用壽命。(3) 影響切屑的流出方向 下圖所示為外圓車刀主切削刃刃傾角對切屑流向的影響。當s0時，切屑沿主切削刃方向流出；當s0時，切屑流向待加工表面；當s0時，切屑流向已

27、加工表面，容易劃傷工件表面。(4) 影響切削刃的鋒利程度 當45 s15時，刀具的工作前角和工作后角都隨s的增大而增大，刃傾角s對實際工作前角的影響如下圖所示。 因此，在加工鋼件或鑄鐵件時，粗車取s50，精車取s05；有沖擊負荷或斷續(xù)切削取s155。加工高強度鋼、淬硬鋼或強力切削時，為提高刀頭強度，取s3010。當工藝系統(tǒng)剛度較差時，一般不宜采用負刃傾角，以避免徑向力的增加。以單位時間生產(chǎn)最多數(shù)量產(chǎn)品或加工單個產(chǎn)品所消耗的時間最少來衡量。換刀時間系數(shù)，其中：）（ctctp1tmtmmT根據(jù)每件產(chǎn)品的加工費為最低的原則制定。的全廠開支。單位時間內(nèi)磨刀成本，換刀時間系數(shù)，其中：）（MCtmMCtm

28、mTttctctc1 最高生產(chǎn)率刀具使用壽命比最低成本耐用度低，一般多采用經(jīng)濟刀具使用壽命，只有當生產(chǎn)任務(wù)緊迫或生產(chǎn)中出現(xiàn)不平衡的薄弱環(huán)節(jié)時，才采用最高生產(chǎn)率刀具使用壽命。選擇刀具使用壽命時應(yīng)該注意幾點：制造刃磨方面：刀具越簡單，T取小裝夾調(diào)整方面：越復雜，T取大大型工件：T取大 制訂切削用量的就是確定工序中的背吃刀量背吃刀量ap、進給量、進給量f、切削速度、切削速度v以及刀具耐用度的大小以及刀具耐用度的大小。 合理的切削用量合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和機床性能（功率、扭矩），在保證質(zhì)量的前提下，使得切削效切削效率最高和加工成本最低率最高和加工成本最低的切削用量。 制訂合理的切削

29、用量，要綜合考慮生產(chǎn)率、加工質(zhì)量和加工成本。 粗加工（Ra=12.550m）時，應(yīng)盡量用一次走刀就切除全部加工余量。若加工余量太大、工藝系統(tǒng)剛性不足、或者加工余量極不均勻，可分幾次走刀，若二次走刀或多次走刀時，應(yīng)將第一次走刀的背吃刀量取大些，一般為總加工余量的2334。而且最后一次走刀的背吃刀量取的要小一點。 在加工鑄、鍛件等加工硬化嚴重的材料時，應(yīng)盡量使背吃刀量大于硬皮層或冷硬層的厚度，以保護刀尖，避免過早磨損。 精加工時，背吃刀量的選取應(yīng)該根據(jù)表面質(zhì)量的要求來選擇，盡量取較小值。 粗加工時，由于工件的表面質(zhì)量要求不高，合理的進給量應(yīng)該是工藝系統(tǒng)所能承受的最大進給量。 在半精加工和精加工時，

30、因背吃刀量較小，切削力不大，進給量的選擇主要考慮加工質(zhì)量和已加工表面粗糙度值，一般取的值較小。 粗加工時，在保證一定刀具耐用度的前提下，按背吃刀量-進給量-切削速度順序選擇最佳值。精加工時，采用專門的精加工刀具，選用微小的進給量和背吃刀量將工件加工到最終質(zhì)量要求，為避免積屑瘤，硬質(zhì)合金刀具切削速度較高，而高速鋼刀具切削速度較低。 切削普通結(jié)構(gòu)鋼等塑性材料時，可采用切削液，加工鑄鐵等脆性材料時，可以不用切削液。切削加工銅、鋁及其合金不能用含硫的切削液。 高速鋼刀具粗加工時，應(yīng)選用以冷卻作用為主的切削液，主要目的是降低切削溫度；硬質(zhì)合金刀具粗加工時，可以不用切削液，必要時也可以來用低濃度的乳化液或

31、水溶液，但必須連續(xù)地、充分地澆注，否則刀片會因冷熱不均而產(chǎn)生裂紋。粗加工時，要求降低切削溫度，應(yīng)選用冷卻性能為主冷卻性能為主的切削液。精加工時，切削液的主要作用是減小工件表面粗糙度和提高加工精度。對一般鋼件加工時，切削液應(yīng)具有良好的滲透性良好的滲透性、潤滑性和一定的冷卻性、潤滑性和一定的冷卻性，宜選用切削油或 10%12%極壓乳化液。低速切削低速切削時，刀具以機械磨損為主，宜選用以潤滑性能潤滑性能為主的切削油；在較高速度切削較高速度切削時，刀具主要是熱磨損，要求切削液有良好的冷卻冷卻性能。 鉸削、拉削、螺紋加工、剃齒、滾齒、插齒等工序的加工刀具與已加工表面摩擦嚴重，刀具價格昂貴刀具價格昂貴，要

32、求刀具使用壽命長，可選用潤滑性能好的極壓切削油潤滑性能好的極壓切削油。 磨削加工磨削加工鋼材時，溫度較高，工件容易燒傷，還會產(chǎn)生大量的碎屑。這些碎屑連同脫落的砂粒會已加工表面，因此要求切削液應(yīng)具有良好的冷卻和清洗冷卻和清洗作用，常用乳化液或水溶液切削液。701）磨粒在砂輪工作表面上是隨機分布的；2）每一顆磨粒的形狀和大小都是不規(guī)則的。73 彈性變形：磨粒在工件表面滑擦而過，不能切入工件塑性變形：磨粒切入工件，材料向兩邊隆起，工件表面出現(xiàn)刻痕（犁溝），但無磨屑產(chǎn)生切削：磨削深度、磨削點溫度和應(yīng)力達到一定數(shù)值，形成磨屑，沿磨粒前刀面流出 具體到每個磨粒，不一定三個階段均有 圖3-40 磨屑形成過程

33、a）平面示意圖 b）截面示意圖 一、砂輪上的磨削力 外圓縱磨時，磨削力F可分為相互垂直的三個分力：主磨削力Fc（沿砂輪切向的切向磨削力）、背向力Fp（沿砂輪徑向的徑向磨削力）和進給力Ff（沿砂輪回轉(zhuǎn)軸線方向的軸向磨削力） 磨削力有以下主要特征： （1）單位磨削力值Kc很大 由于磨料幾何形狀的隨機性和幾何參數(shù)的不合理，單位磨削力值Kc可達7-20KN/mm2以上，遠遠高于其他切削加工的單位切削力。 （2）三項磨削分力中背向力最大 在正常的磨削條件下，F(xiàn)p/Fc的比值約為2.02.5。 （3）磨削力的構(gòu)成 在磨削力的構(gòu)成中，材料剪切所占的比重較小，而摩擦所占的比重較大，可達70%80%。 砂輪速度

34、Vc增大，磨粒數(shù)量增大，切削厚度減小，磨削力減小 工件速度Vw和軸向進給量增大，磨去金屬量增大，磨削力增大 徑向進給量f r 增大，切削厚度增大，磨削力增大 砂輪磨損，磨削力增大光磨階段光磨階段：進給停止，由于工藝系統(tǒng)彈性恢復，實際磨削深度并不為零，增加磨削次數(shù)，磨削深度逐漸趨于零，工件的精度和表面質(zhì)量逐漸提高。穩(wěn)磨階段穩(wěn)磨階段：實際磨削深度等于進給量。初磨階段初磨階段: 由于工藝系統(tǒng)彈性變形，實際磨削深度小于進給量。 磨削時，砂輪速度很高，所以功率消耗很大。主運動所消耗的功率Pm為： 式中 Pm為主運動所消耗的功率； Ft為主磨削力（N）； Vc為砂輪線速度（m/s）。)(81. 936.

35、175KWvFPctm 磨削溫度的基本概念 砂輪磨削區(qū)溫度A幾百度 磨粒磨削點溫度dot1000C左右磨粒磨削點溫度磨粒磨削點溫度：指磨粒切削刃與切屑接觸部分的溫度，是磨削中溫度最高的部位，其值可達1000左右，是研究磨削刃的熱損傷、砂輪的磨損、破碎和粘附等現(xiàn)象的重要因素。 砂輪磨削區(qū)的溫度砂輪磨削區(qū)的溫度：是砂輪與工件接觸區(qū)的平均溫度，一般約有500800，它與磨削燒傷和磨削裂紋的產(chǎn)生有密切關(guān)系。工件平均溫度工件平均溫度：指磨削熱傳入工件而引起的工件溫升，它影響工件的形狀和尺寸精度。在精密磨削時，為獲得高的尺寸精度，要盡可能降低工件的平均溫度并防止局部溫度不均。 1）磨削用量對磨削溫度的影響

36、 隨著徑向進給量的增大，單顆磨料的切削深度增大，產(chǎn)生的熱量增多，磨削溫度升高； 隨著工件速度V的增大，單位時間內(nèi)進入磨削區(qū)的工件材料增加，單顆磨料的切削深度增大，磨削溫度升高；但從熱量傳遞的方面分析，工件表面被磨削點與砂輪的接觸時間縮短，工件上受熱影響區(qū)的深度較淺，可以有效防止工件表面層產(chǎn)生磨削燒傷和磨削裂紋； 隨著砂輪線速度的增大，單位時間內(nèi)通過工件表面的磨料數(shù)增多，單顆磨料的切削深度減小，擠壓和摩擦作用加劇，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量增加，使磨削溫度升高。所以，要使磨削溫度降低，應(yīng)該采用較小的徑向進給量（即磨要使磨削溫度降低，應(yīng)該采用較小的徑向進給量（即磨削深度）和砂輪線速度削深度）和砂輪線速度

37、V，并加大工件速度，并加大工件速度V。2）工件材料對磨削溫度的影響磨削韌性大、強度高、導熱性差的材料，因為消耗于金屬變形和摩擦的能量大，發(fā)熱多，散熱性能又差，所以磨削溫度較高；磨削脆性大、強度低、導熱性好的材料，磨削溫度相對較低。3）砂輪硬度對磨削溫度的影響砂輪硬度對磨削溫度的影響有明顯的規(guī)律。硬度低，砂輪自銳性好，磨料的切削刃鋒利，磨削力小，磨削溫度就低；砂輪粒度粗，容屑空間大，磨屑不易堵塞砂輪，磨削溫度就低。 磨削過程中，機械、物理和化學的作用會造成砂輪磨損，使其切削能力下降，甚至切削失效。由于砂輪表面上磨料的形狀和分布是隨機的，因此可以將砂輪的磨損分為三種類型。1、磨損形態(tài)磨耗磨損、磨粒

38、破碎、脫落磨損2、磨損期初期磨損磨粒破碎第二期磨損磨耗磨損第三期磨損脫落磨損 （1）砂輪的磨耗磨損1）磨削過程中，由于磨粒與工件表面的滑擦作用，磨粒與磨削區(qū)的化學反應(yīng)以及磨粒的塑性變形作用，使磨粒逐漸變鈍，在磨粒上形成磨損小平面。2）砂輪磨耗磨損的主要原因是機械磨損和化學磨損機械磨損和化學磨損。（2）砂輪的破碎磨損 1）磨粒破碎，即在磨削過程中，若作用在磨粒上的應(yīng)力超過了磨粒本身的強度時，磨粒上的一部分就會以微小碎片的形式從砂輪上脫落。2）磨粒脫落，即在磨削過程中，若磨粒與磨粒之間的結(jié)合劑發(fā)生斷裂，則磨粒將從砂輪上脫落下來，而在原位置留下空穴。（3）砂輪的堵塞粘附磨料通過磨削區(qū)時，在磨削高溫和

39、很大的接觸壓力作用下，被磨材料會粘附在磨料上。粘附嚴重時，粘附物糊在砂輪上，使砂輪失去切削作用。按照磨損機理的不同，可將砂輪的磨損過程分為三個階段。（1）初期階段的磨損 該階段的磨損主要是磨料的破碎。這是由于在砂輪的修整過程中，在修整力的作用下，有些磨料內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力及微裂紋，這些受損的磨料在磨削力的作用下迅速破碎，造成初期磨損加劇。（2）第二階段的磨損 該階段的磨損主要是磨耗磨損。（3）第三階段的磨損 該階段的磨損主要是結(jié)合劑破碎，會造成磨料大量脫落。 砂輪磨損到一定程度而不能工作時，或磨屑嚴重堵塞砂輪導致砂輪磨削性能下降時，需要對砂輪進行修整。砂輪修整就是用修整工具把砂輪工作表面修整成所要

40、求的廓型和銳度修整作用： 去除鈍化磨?；蛞讯氯チ＃履チＢ冻鰜?有足夠數(shù)量的有效切削刃，提高表面質(zhì)量修整工具：第一類修整工具是修整工具本身不作旋轉(zhuǎn)運動，單顆金剛石、單排金剛石、多排金剛石、金剛石圓刀片和金剛石修整輪等； 第二類修整工具是修整工具本身也作旋轉(zhuǎn)運動的，有時還作直線運動，如金剛石修整滾輪； 第三類修整工具是鋼的或硬質(zhì)合金的擠壓輪。 修整工藝： 較小的修整導程 適宜的修整深度砂輪使用壽命度：兩次修整之間的實際磨削時間砂輪到達使用壽命的判據(jù)：砂輪磨損量大到一定程度、工件發(fā)生顫動、工件表面粗糙度突然增大或工件表面發(fā)生燒傷等。 1）潤滑作用 所謂潤滑作用就是液體滲透到磨具與工件的接觸區(qū)內(nèi)，

41、形成潤滑膜，以減少界面之間的摩擦，從而達到降低磨削力，減緩磨粒的磨損，延長砂輪壽命的作用。油類磨削液的潤滑作用比水類磨削液的要優(yōu)越一些。為加強磨削液的潤滑作用，常在磨削液中加入一些添加劑，以改善磨削液的潤滑性能。 2）冷卻作用 磨削液的冷卻作用包括兩方面的內(nèi)容：一是迅速吸收熱量以緩解工件溫度上升，保證工件的尺寸精度，防止表面質(zhì)量惡化；二是在磨削點使高溫下的磨粒急劇冷卻，產(chǎn)生熱沖擊效果，促進磨粒的自銳作用。冷卻作用與磨削液的導熱系數(shù)、比熱和汽化熱有密切關(guān)系。 3）清洗作用：所謂清洗作用是指磨削液浸入磨粒與工件之間，或砂輪的氣孔里，將這里的切屑或脫落破碎的磨粒沖走洗凈，防止它們堆積在工件表面和機床

42、上，避免影響加工精度和機床的保養(yǎng)。 4）磨削液應(yīng)該具有一定的防銹蝕能力：由于新生磨削表面具有較高的能量極容易與空氣中的氧氣等物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)，引起工件表面的氧化。一般磨削液能夠在工件己加工表面形成保護膜，阻止新生工件表面直接與空氣接觸 。油溶性磨削液 油溶性磨削液潤滑性能較好，一般用于磨削硬質(zhì)合金磨削硬質(zhì)合金、螺紋磨削、齒輪磨削以及珩磨、超精加工、螺紋磨削、齒輪磨削以及珩磨、超精加工等磨削方式之中。油溶性磨削液的主要成份多為礦物油礦物油。植物油和動物油雖有較好的潤滑性能，但因其化學穩(wěn)定性差、易變質(zhì)、因此不常采用。 (1)普通礦物油普通礦物油 普通礦物油多為低粘度或中等粘度的礦物油加入油溶性防銹

43、添加劑。如7號高速機油，1020號機械油以及輕質(zhì)柴油、煤油等。(2)極壓油極壓油 為了使金屬表面形成的潤滑膜更牢固，在磨削液中加入含硫、氯和磷等化學元素的極壓添加劑，形成所謂極壓油。如氯化石蠟、氯化脂肪酸、硫化棉籽油等。 水溶性磨削液 水溶性磨削液的主要成份是水，再配以其它的添加劑而成。水具有良好的冷卻性能，水溶性磨削液具有穩(wěn)定性好、配制方便、成本低廉、不易污染等優(yōu)點，因此，逐步得到廣泛的應(yīng)用 (1)乳化液乳化液 乳化液是在含有乳化劑的礦物油中加水稀釋而成，因此兼有潤滑和冷卻兩方面的優(yōu)越性能 。(2)含有表面活性物質(zhì)的水溶液含有表面活性物質(zhì)的水溶液：活性物質(zhì)+水 常用的表面活性物質(zhì)有：石油磺酸

44、鈉、油酸鈉皂、磺化蓖麻油(陰離子型)以及平平加、司本(非離子型)等。這類磨削液通常也加有亞硝酸鈉等水溶性防銹添加劑，有時也加入磷、硫、氯等極壓添加劑，以進一步提高其潤滑性能。(3)電解質(zhì)水溶液電解質(zhì)水溶液：清水+電解質(zhì) （無水碳化鈉、亞硝酸鈉(防銹)、磷酸三鈉、硼酸(軟化水)、三乙醇胺等物質(zhì)而成）磨削時，利用水溶液中的無機鹽在磨粒和工件表面的離子吸附作用來防止粘附。因此又稱為離子型磨削液。94 以較大的切削深度（可達30mm或更多一些）和很低的工作臺進給速度（3300mm/min）磨削工件，經(jīng)一次或數(shù)次走刀即可磨到所要求的尺寸形狀精度. 適于磨削高硬度高韌性的材料如耐熱合金、不銹鋼、高速鋼等的

45、型面和溝槽。 機械效率為96%，在機床中處于領(lǐng)先地位。 適用特點用于粗磨鋼錠、鋼板、磨削難加工材料和難加工型面，特別是磨削大尺寸薄板、長徑比大的外圓和內(nèi)孔（直徑25mm以上）、薄壁件和復雜型面更為優(yōu)越。 組成 砂帶、接觸輪、張緊輪、支承輪或工作臺。 95砂帶磨削砂帶磨削 969798q 高速加工定義99圖3-47 Salomon切削溫度與切削速度曲線切削適應(yīng)區(qū)軟鋁切削速度v/(m/min)切削不適應(yīng)區(qū)0 600 1200 1800 2400 3000青銅鑄鐵鋼硬質(zhì)合金980高速鋼650碳素工具鋼450Stelite合金8501600 1200800400切削溫度/切削適應(yīng)區(qū)非鐵金屬100圖3-

46、46 高速與超高速切削速度范圍 10 100 1000 10000切削速度V（m/min）塑料鋁合金銅鑄鐵鋼鈦合金鎳合金q 高速加工的切削速度范圍車削：700-7000 m/min銑削：300-6000 m/min鉆削：200-1100 m/min磨削：50-300 m/s101加工效率高：加工效率高：進給率較常規(guī)切削提高5-10倍，材料去除率可提高3-6倍切削力?。呵邢髁π。狠^常規(guī)切削至少降低30%，徑向力降低更明顯。有利于減小工件受力變形，適于加工薄壁件和細長件切削熱?。呵邢鳠嵝。杭庸み^程迅速，95%以上切削熱被切屑帶走，工件積聚熱量極少，溫升低，適合于加工熔點低、易氧化和易于產(chǎn)生熱變形的

47、零件加工精度高：加工精度高：刀具激振頻率遠離工藝系統(tǒng)固有頻率，不易產(chǎn)生振動；又切削力小、熱變形小、殘余應(yīng)力小，易于保證加工精度和表面質(zhì)量工序集約化：工序集約化：可獲得高的加工精度和低的表面粗糙度，并在一定條件下，可對硬表面進行加工，從而可使工序集約化。這對于模具加工具有特別意義q 高速加工的特點102航空航天：航空航天：汽車工業(yè)：汽車工業(yè)：q 高速加工的應(yīng)用模具制造：模具制造：儀器儀表：儀器儀表：103刀具材料種類 合金 高速鋼 硬質(zhì)合金 陶瓷 天然 聚晶金剛石 聚晶立方氮工具鋼 W18Cr4V YG6 Si3N4 金剛石 PCD 化硼 PCBN材料性能 硬度 HRC65 HRC66 HRA9

48、0 HRA93 HV10000 HV7500 HV4000抗彎強度 2.4GPa 3.2GPa 1.45GPa 0.8GPa 0.3GPa 2.8GPa 1.5GPa導熱系數(shù) 40-50 20-30 70-100 30-40 146.5 100-120 40-100熱穩(wěn)定性 350 620 1000 1400 800 600-800 1000 化學惰性 低 惰性大 惰性小 惰性小 惰性大 耐磨性 低 低 較高 高 最高 最高 很高 一般精度 Ra0.8 高精度 Ra=0.4-0.2加工質(zhì)量 Ra0.8 IT7-8 Ra=0.1-0.05 IT5-6 IT7-8 IT5-6 可替代磨削加工對象低

49、速加工一般鋼材、鑄鐵一般鋼材、鑄鐵粗、精加工一般鋼材、鑄鐵粗、精加工高硬度鋼材精加工硬質(zhì)合金、銅、鋁有色金屬及其合金、陶瓷等高硬度材料淬火鋼、冷硬鑄鐵、高溫合金等難加工材料 表3-3 普通刀具材料與超硬刀具材料性能與用途對比104圖3-36 金剛石（左）與CBN（右）原子結(jié)構(gòu)碳原子氮原子硼原子105q 天然金剛石106q 聚晶金剛石PCD（應(yīng)用廣泛）107PCBN切削性能切削性能q 聚晶立方氮化硼(PCBN/Polycrystalline Cubic Boron Nitride) 1970年問世（應(yīng)用廣泛）500040003000200010000硬度/HV0 200 400 600 800

50、1000 溫度/BN100BN20陶瓷硬質(zhì)合金圖3-37 PCBN刀具高溫硬度108109聚晶金剛石PCD刀具應(yīng)用實例表3-8 聚晶金剛石應(yīng)用實例加工對象 硬度 加工方式 工藝參數(shù) 加工效果鋁合金 端銑 v=4000m/mim Ra0.8-0.4m共晶硅 HRC71 車削 v=600m/mim 一次刃磨切削行程800km鋁合金 f = 0.1mm/r Ra0.8m，刀具壽命為 硬質(zhì)合金的50倍共晶硅 HRC71 銑削 v=2900m/mim 刀具壽命為硬質(zhì)合金的80倍 vf=0.018mm/齒 Ra0.8m玻璃纖維 HRA87 車削 v=500m/mim 刀具壽命為硬質(zhì)合金的強化塑料 150倍

51、，Ra0.8-0.4m熱塑性醋 銑削 v = 4500m/s 比硬質(zhì)合金壽命提高380倍酸鹽 vf=10mm/min Ra=0.8m高Si-Al 銑削 v=2200m/mim Ra=0.8m鑄造件 鋁合金 鉆削 v=360m/mim 以鉆代鏜， Ra=0.8m110PCBN刀具應(yīng)用刀具應(yīng)用800750700650600 30 40 50 60 70 硬度HRC（V=320m/mim，f=0.2mm/r，a=0.1mm）切削溫度/圖3-49 切削溫度與硬度關(guān)系111PCBN刀具應(yīng)用實例刀具應(yīng)用實例加工對象 硬度 加工方式 工藝參數(shù) 加工效果GCr15 HRC71 車削 V=180m/mim 以車

52、代磨，工效提高4-5倍鋼軋輥 f = 5.6mm/r Ra0.8-0.4mYG15 HRA87 鏜孔 V=50m/mim 工效較電火花加工提高30冷擠壓模 倍，Ra0.8-0.4mA3熱壓板 端銑 V = 800m/mim 以銑代磨，工效提高6-7倍 Vf = 100m/mim Ra1.6-0.8m，平面度0.02凸輪軸 HRC60 磨削 V= 80m/s 比單晶剛玉砂輪壽命提高 20倍，生產(chǎn)效率提高50%GCr15 HRC62 磨削 V= 65m/s 比棕剛玉砂輪耐用度提高軸承內(nèi)孔 170倍，生產(chǎn)效率提高一倍Cr、Cu 端銑 V = 800m/mim Ra0.8m，平面度0.02鑄鐵 Vf = 0.1mm/齒40Cr鋼 HRC38 立銑 V = 850m/mim 以銑代磨，工效提高5-6倍 Ra0.8m表3-9 PCBN刀具應(yīng)用