第二章-第六節(jié)-切削條件合理選擇課件

金屬切削原理PrincipleofMetalCutting第六章切削條件合理選擇

切削條件對以下因素產(chǎn)生影響生產(chǎn)率加工質(zhì)量生產(chǎn)成本切削條件涉及以下幾方面工件材料的切削加工性刀具的切削性能刀具切削部分的材料合理的刀具幾何參數(shù)切削液刀具耐用度和切削用量的合理選擇§6-1工件材料的切削加工性可加工性

可加工性的刀具耐用度指標材料可加工性的改善

難加工材料一.材料的切削加工性定義：一定條件下工件材料切削加工的難易程度材料可加工性的衡量：刀具耐用度、已加工表面的完整性、切屑的控制通常使用刀具耐用度作為衡量切削加工性的指標二.衡量切削加工性的指標絕對指標vT：刀具的耐用度為T分鐘時，某種材料加工時允許的切削速度。vT越大，材料的可加工性越好。相對指標Kr：以抗拉強度的45＃鋼的V60為基準（V60），把其它材料的V60與之相比。三.材料切削加工性的改善改善途徑調(diào)整化學成分，發(fā)展易切鋼進行合適的熱處理改變工藝方法，如低碳鋼冷拉降低塑性改變切削條件，如選擇合適的刀具材料，幾何參數(shù)，切削用量與切削液等四.難加工材料高強度鋼、不銹鋼、高溫合金、鈦合金等材料硬度高（高溫硬度高）；加工硬化大；有高硬度的硬質(zhì)點；導(dǎo)熱性差，切削溫度高；強度大，特別是高溫強度大；化學活性大；彈性變形大

§6-2刀具切削性能提高刀具切削性能的措施：設(shè)計合理，制造質(zhì)量高；合理選材；合理的幾何參數(shù)

刀具切削部分的材料

1.刀具材料應(yīng)具備的性能強度和韌性硬度和耐磨性耐熱性其他性能(1)強度和韌性強度:抗彎強度σb(GPa或者Kg/mm2)韌性：沖擊韌性ak(KJ/m2或者Kg/cm2))(2)硬度和耐磨性影響耐磨性的因素：硬度；硬質(zhì)點性質(zhì)數(shù)量和分布；顯微組織；抗粘結(jié)性工具鋼HRC60～65高速鋼HRC60～70硬質(zhì)合金HRA89~94陶瓷HRA91~95立方氮化硼(CBN)HV8000～9000金剛石HV1000(3)耐熱性(紅硬性)高溫下保持高硬度的能力，通常采用刀具材料硬度顯著降低時的溫度表示工具鋼200～250℃高速鋼550～600℃硬質(zhì)合金800～1000℃陶瓷1200℃立方氮化硼(CBN)1400～1500℃金剛石700℃以下(4)其他性能良好的導(dǎo)熱性抗粘附性高溫高壓下刀具與工件材料在接觸面處抵抗熔結(jié)的能力工藝性熱處理性能，可加工性，刃磨性能2.刀具材料的種類及其選用

高速鋼硬質(zhì)合金陶瓷金剛石立方氮化硼(1)高速鋼(HHS)高速鋼HHS：W、Mo和Cr含較高的合金工具鋼，許用切削速度高于一般的合金工具鋼。W、Mo溶于基體，提高紅硬性；W、Mo、Cr等形成高硬度的碳化物，提高硬度和耐磨性。高速鋼HHS的分類鎢系高速鋼工藝性好，通用性好；但硬度不高W18Cr4V鉬系高速鋼韌性好、碳化物細小均勻；但易脫碳，淬火溫度范圍窄W6Mo5Cr4V2高鈷高速鋼高溫硬度高，基體強度高，耐磨性好；但價格昂貴。W2Mo9Cr4VCo8高碳高釩高速鋼高溫硬度高，韌性好，耐磨性好；但價格昂貴，難刃磨。W12Cr4V4Mo高釩含鋁高速鋼耐磨性好，硬度高，可磨性差W6Mo5Cr4V2Al稀土高速鋼晶粒細小，碳化物分布均勻，韌性最好；但價格較貴。W14Cr4VMnReHHS的選擇根據(jù)工件材料的性質(zhì)：一般選擇通用型，難加工材料選高鈷、高釩高速鋼。根據(jù)工件的形狀和刀具的類型：簡單刀具可選擇高釩高速鋼，復(fù)雜刀具可選擇鎢系、鉬系低鈷高速鋼（不可選高釩高速鋼），鉆頭選鉬系高速鋼。根據(jù)加工方式：斷續(xù)加工選用韌性較好的鉬系高速鋼和稀土高速鋼。若選用高鈷、高釩高速鋼必須采用適當?shù)臒崽幚恚岣咂漤g性(2)硬質(zhì)合金由高硬度高熔點的金屬碳化物和金屬粘結(jié)劑組成，經(jīng)過粉末冶金方法制造的。金屬碳化物有：WC、TiC、TaC、NbC等，金屬粘結(jié)劑有：Co、Mo、Ni等。金屬碳化物具有高硬度、高熔點、化學穩(wěn)定、熱穩(wěn)定等特點，因而硬質(zhì)合金的耐磨性和紅硬性較好，刀具的耐用度較高。同類硬質(zhì)合金粘結(jié)劑含量越多刀具的韌性越好，但硬度越低。硬質(zhì)合金的選用鎢鈷類鎢鈷鈦類通用類符號YGYTYW成分WC＋CoWC、TiC＋CoWC、TiC、TaC(NbC)＋Co牌號YG8YT14YW3硬度/紅硬性低/低高/高較高/高強度和韌性大小大導(dǎo)熱性大小抗氧化和粘結(jié)性低高高工件材料脆性材料塑性材料塑性、脆性材料均可刀具磨損后刀面磨損前刀面磨損前、后刀面磨損切削力重載、大切削力(3)陶瓷以為Al2O3或Si3N4為主要成分，添加少量粘結(jié)劑高溫燒結(jié)而成的一種微晶顯微組織的刀具材料。特點：硬度很高、耐磨性好、耐熱性高、化學穩(wěn)定、摩擦系數(shù)低、強度和韌性差，脆性大，易崩刃，刃磨困難。用途：主要用于精加工和半精加工，大件零件和高精度零件加工。(4)金剛石天然，PVD、CVD。特點：硬度最高、耐磨性好、摩擦系數(shù)最低、導(dǎo)熱系數(shù)最大、強度和韌性不高，熱穩(wěn)定性差，刃磨困難，和鐵和鈦有很強的化學親和力。用途：主要用于有色金屬及其合金、非金屬材料的半精加工、精加工和超精加工。不由于加工黑色金屬、鈦及其合金。(5)立方氮化硼

由較軟的六方氮化硼經(jīng)過高溫高壓法轉(zhuǎn)化而成。特點：硬度很高、耐磨性好、耐熱性高、化學穩(wěn)定、摩擦系數(shù)低?？芍苯蛹庸ご慊痄?、鑄鐵、高溫合金等，可以使工件產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。二.合理的刀具幾何參數(shù)前角后角主偏角刃傾角1.前角的功用及選擇前角的功用影響切削區(qū)的變形程度：前角↑前刀面的擠壓↓塑性變形↓切削在前刀面的摩擦阻力↓

切削力↓切削熱↓。影響切削刃與刀頭的強度、受力性質(zhì)、散熱條件：前角↑

切削刃與刀頭的強度↓力的方向變化，散熱條件變壞，刀具易磨損，易崩刃。不同材料的刀尖受力點不同前角的刀尖受力情況2.前角選擇前角選擇工件材料塑性選較大的前角脆性選較小的前角強度(硬度)高選較小的前角強度(硬度)低選較大的前角刀具材料強度高韌性好選較大的前角強度低脆性大選較小的前角3.后角功用及選擇后角功用.減小后刀面與工件的接觸面積，減小后刀面磨損影響刀尖圓弧半徑：后角↑，尖圓弧半徑↓，刀具越鋒利影響切削刃強度、散熱體積：后角↑，切削刃強度↓，散熱條件變壞在同樣的VB下影響刀具的耐用度：VB不變，后角↑，刀具切削的金屬體積增加，刀具耐用度↑。后角選擇精加工選較大的后角粗加工選較小的后角4.主偏角功用和選擇主偏角的功用影響切削分力Fx、Fy比例：主偏角↓，F(xiàn)y↑，系統(tǒng)剛度較高影響切削刃的工作長度和切削厚度：在進給量和切深不變時，主偏角↓，切削刃的工作長度↑，切削厚度↓，單位長度切削刃負載↓，刀具耐用度↑。影響殘余面積和散熱條件：主偏角↑，刀尖圓弧半徑↑，殘余面積↓，散熱條件改善。主偏角的選擇工件材料強度高的工件材料選較小的主偏角。工藝系統(tǒng)剛度工藝系統(tǒng)剛度較好，選較小的主偏角；工藝系統(tǒng)剛度較差，選較大的主偏角加工方式粗加工、半精加工，選較大的主偏角。單件小批生產(chǎn)，選用主偏角為90°的適用性好的刀具。5.刃傾角的功用及選擇刃傾角的功用控制切屑流出方向：刃傾角大于零，切屑朝操作者和床頭方向流出，不會碰上已加工表面。刃傾角小于零，切屑朝工件已加工表面方向流出。影響刀尖的強度：刃傾角大于零，刀尖最高，切削時刀尖先于刀面和工件接觸，有沖擊時易崩刃；刃傾角小于零，刀尖最低，切削時刀面先于刀尖和工件接觸，有利于保護刀尖。影響實際前角和實際刀尖圓弧半徑：刃傾角↑，實際前角↑，實際刀尖圓弧半徑↓，刀具鋒利，較大的刃傾角可以切削很薄的切削層，因而微量精加工時，常用較大的刃傾角。刃傾角的選擇工件材料強度(硬度)高時，選較小的刃傾角，負刃傾角。加工情況一般鋼材和鑄鐵精車：0°～5°粗車：0°～－5°一般沖擊載荷:-5°～-15較大沖擊載荷:-30°～-45微量精車、精铇、精鏜45°～75°強力切削-10°～-20°§6-3刀具耐用度和切削用量的合理選擇刀具耐用度的合理選擇切削用量的制定切削過程的優(yōu)化一.刀具耐用度的合理選擇原則刀具耐用度的選擇依據(jù)最大生產(chǎn)率耐用度：依據(jù)單件工序工時最低原則制定的刀具耐用度，tp。經(jīng)濟耐用度：依據(jù)單件工序成本最低原則制定的刀具耐用度，tc。1.工序費用與刀具耐用度的關(guān)系2.經(jīng)濟耐用度tc原則單件工序費用＝加工費用＋換刀費用＋刀具使用成本＋輔助費用tm：工序切削加工工時；tct：一次換刀所需時間；tot：除換刀以外的輔助時間；M：單位時間內(nèi)工序分攤的企業(yè)費用；Ct：刀具成本；t：刀具耐用度經(jīng)濟耐用度tc計算單件工序成本最低，令dC/dt=0其中m是刀具耐用度Vtm＝A中的指數(shù)，tc對于的速度為經(jīng)濟切削速度vc3.最大生產(chǎn)率耐用度tp原則單件工序工時最低，令dtw/dt=0其中m是刀具耐用度Vtm＝A中的指數(shù)，tp對于的速度為最大生產(chǎn)率切削速度vp

4.兩種刀具耐用度的比較二.切削用量的制定和切削過程最優(yōu)化

1.切削用量的制定

從刀具耐用度分析：對刀具耐用度影響的順序為v>f>ap生產(chǎn)率用單位時間切除的金屬量Zw=V*f*ap切削用量的制定原則：在工藝系統(tǒng)強度和剛度允許的條件下，首先選擇盡可能大的切深ap，其次根據(jù)加工條件和要求選用所允