第七節(jié) 切削用量的選擇及工件材料加工性

第七節(jié)切削用量的選擇

及工件材料的加工性合理選擇切削用量的意義加工零件時(shí)，在確定刀具幾何參數(shù)后，還需選定切削用量參數(shù)才能進(jìn)行切削加工。切削用量選擇的是否合理對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的影響很大，特別是在批量生產(chǎn)、自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線和數(shù)控機(jī)床加工中尤其重要。切削用量既是機(jī)床調(diào)整前必須確定的重要參數(shù)，又直接影響到零件的加工質(zhì)量、效率、生產(chǎn)成本。學(xué)習(xí)目的根據(jù)一定的選擇原則、方法和生產(chǎn)中的不同切削條件確定出合理的切削用量參數(shù)，在保證質(zhì)量的前提下，獲得高的生產(chǎn)率和低的加工成本。學(xué)習(xí)內(nèi)容一、合理的“切削用量”二、制訂切削用量時(shí)考慮的因素三、切削用量選擇原則四、提高切削用量的途徑五、切削用量的優(yōu)化概念一、合理的切削用量是指充分利用刀具切削性能和機(jī)床動(dòng)力性能（功率、扭矩），在保證質(zhì)量的前提下，獲得高的生產(chǎn)率和低的加工成本的切削用量。二、制訂切削用量時(shí)考慮的因素1、切削加工生產(chǎn)率2、刀具壽命3、加工表面粗糙度在切削加工中，金屬切除率與切削用量三要素ap、f、v均保持線性關(guān)系，即其中任一參數(shù)增大一倍，都可使生產(chǎn)率提高一倍。然而由于刀具壽命的制約，當(dāng)任一參數(shù)增大時(shí)，其它二參數(shù)必須減小。因此，在制訂切削用量時(shí)，三要素獲得最佳組合，此時(shí)的高生產(chǎn)率才是合理的切削用量三要素對(duì)刀具壽命影響的大小，按順序?yàn)関、f、ap。因此，從保證合理的刀具壽命出發(fā)，在確定切削用量時(shí)，首先應(yīng)采用盡可能大的背吃刀量；然后再選用大的進(jìn)給量；最后求出切削速度。加工時(shí)，增大進(jìn)給量將增大加工表面粗糙度值。因此，它是精加工時(shí)抑制生產(chǎn)率提高的主要因素。保證刀具壽命的選擇原則三、切削用量選擇原則考慮到加工余量、刀具壽命（刀具耐用度）、機(jī)床功率、表面粗糙度和工件、刀具、刀片的剛度和強(qiáng)度等因素確定。保證加工余量原則保證加工工藝系統(tǒng)剛度原則保證機(jī)床功率原則具體原則是：根據(jù)零件加工余量和粗、精加工要求，選定背吃刀量根據(jù)加工工藝系統(tǒng)允許的切削力，其中包括機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)、工件剛度以及精加工時(shí)表面粗糙度要求，確定進(jìn)給量f。根據(jù)刀具壽命（刀具耐用度),確定切削速度。所選定的切削用量應(yīng)該是機(jī)床功率允許的。目前許多工廠是通過(guò)切削用量手冊(cè)、實(shí)踐總結(jié)或工藝試驗(yàn)來(lái)選定切削用量。刀具壽命的選擇原則切削用量與刀具壽命有密切關(guān)系：在制定切削用量時(shí)，應(yīng)首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應(yīng)根據(jù)優(yōu)化的目標(biāo)而定。一般分最高生產(chǎn)率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據(jù)單件工時(shí)最少的目標(biāo)確定，后者根據(jù)工序成本最低的目標(biāo)確定。選擇刀具壽命時(shí)可考慮如下幾點(diǎn)：（1）根據(jù)刀具復(fù)雜程度、制造和磨刀成本來(lái)選擇。復(fù)雜和精度高的刀具壽命應(yīng)選得比單刃刀具高些。（2）對(duì)于機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具，由于換刀時(shí)間短，為了充分發(fā)揮其切削性能，提高生產(chǎn)效率，刀具壽命可選得低些，一般取15～30min。（3）對(duì)于裝刀、換刀和調(diào)刀比較復(fù)雜的多刀機(jī)床、組合機(jī)床與自動(dòng)化加工刀具，刀具壽命應(yīng)選得高些，尤應(yīng)保證刀具可靠性。（4）車間內(nèi)某一工序的生產(chǎn)率限制了整個(gè)車間的生產(chǎn)率的提高時(shí)，該工序的刀具壽命要選得低些；當(dāng)某工序單位時(shí)間內(nèi)所分擔(dān)到的全廠開支M較大時(shí)，刀具壽命也應(yīng)選得低些。（5）大件精加工時(shí)，為保證至少完成一次走刀，避免切削時(shí)中途換刀，刀具壽命應(yīng)按零件精度和表面粗糙度來(lái)確定。四、提高切削用量的途徑1.采用切削性能更好的新型刀具材料；2.在保證工件機(jī)械性能的前提下，改善工件材料加工性；3.改善冷卻潤(rùn)滑條件；4.改進(jìn)刀具結(jié)構(gòu)，提高刀具制造質(zhì)量。五、切削用量的優(yōu)化概念實(shí)際生產(chǎn)中，由于加工零件、使用機(jī)床、刀具和夾具等條件的變化，很難從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、理論計(jì)算和手冊(cè)資料中選出一組最合理的切削用量。利用切削用量?jī)?yōu)化的方法，在確定加工條件下，綜合考慮各個(gè)因素，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，找出滿足高效、低成本、高效益和達(dá)到表面質(zhì)量要求的一組最佳切削用量參數(shù)。切削用量的優(yōu)化過(guò)程：1.建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)模型2.利用數(shù)學(xué)函數(shù)微分的求值計(jì)算方法，找出最優(yōu)化切削速度和進(jìn)給量值。3.根據(jù)約束條件進(jìn)行校核。優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)：1.利用單間生產(chǎn)時(shí)間表示的，最高生產(chǎn)率目標(biāo)函數(shù)：2.利用單件生產(chǎn)所需要成本表示的，最低生產(chǎn)成本目標(biāo)函數(shù)：3.利用單位時(shí)間或單件生產(chǎn)獲得利潤(rùn)表示的，最大利潤(rùn)目標(biāo)函數(shù)：1.機(jī)床方面：機(jī)床功率、機(jī)床運(yùn)動(dòng)參數(shù)（n、f)和機(jī)床薄弱機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度等；2.刀具方面：刀具壽命、刀桿強(qiáng)度和剛性、刀片的強(qiáng)度；3.工件方面：工件強(qiáng)度和剛性、加工表面粗糙度等。由目標(biāo)函數(shù)確定的最佳切削用量，應(yīng)滿足各種約束條件的許可。切削用量的約束條件：研究材料切削加工性的意義找出改善難加工材料切削加工性的途徑。學(xué)習(xí)目的通過(guò)研究工件材料的切削加工性及影響材料切削加工性的因素，改善工件在切削加工中的加工條件，保證加工質(zhì)量和效率。學(xué)習(xí)內(nèi)容一、工件材料的切削加工性二、切削加工性指標(biāo)三、影響材料切削加工性的因素四、改善切削加工性的途徑一、工件材料的切削加工性是指工件材料被切削的難易程度。是一個(gè)相對(duì)的概念。切削加工性根據(jù)不同的要求，可以用不同的指標(biāo)來(lái)衡量材料的切削加工性。二、切削加工性指標(biāo)2、加工材料的性能指標(biāo)1、刀具壽命指標(biāo)3、已加工表面質(zhì)量性能指標(biāo)4、切削力或切削溫度性能指標(biāo)5、切屑控制或斷屑的難易性能指標(biāo)1、刀具壽命指標(biāo)是用刀具耐用度T或一定耐用度下允許的切削速度Vt衡量－刀具壽命為60min時(shí)所允許的切削速度值。普通金屬材料一般用該指標(biāo)。-刀具壽命為２０min時(shí)允許的切削速度值。難加工材料一般用該指標(biāo)。反之，加工性越差。在相同條件下，、的值越高，材料的切削加工性越好；以45鋼的為基準(zhǔn)，記作，其它材料的與之比稱為相對(duì)加工性。越小，越難加工，如高錳鋼、鈦合金的＜0.5，這些材料為難加工材料。－相對(duì)加工指標(biāo)。指標(biāo)：、、。＞1，材料的切削加工性好于45鋼，越大越易切削。如有色金屬的＞3。2、加工材料的性能指標(biāo)切削材料時(shí)的難易程度用工件材料的物理、化學(xué)和力學(xué)性能的高低來(lái)衡量。材料主要性能指標(biāo)：強(qiáng)度、硬度、伸長(zhǎng)率、沖擊韌性越高，切削加工性越差。熱導(dǎo)率越低，切削溫度越高，切削性能越差。按照這些指標(biāo)的大小將其分為：0～9、9a、9b，共12級(jí)，0級(jí)最容易切削，9b最難切削。其中0～2屬于易切削材料，3～4屬于較易切削的材料，5～7級(jí)為較難切削的材料，8～9b為難切削材料。強(qiáng)度、硬度、伸長(zhǎng)率、沖擊韌性和熱導(dǎo)率。3、已加工表面質(zhì)量性能指標(biāo)切削加工時(shí)，凡容易獲得好的加工表面質(zhì)量（包括表面粗糙度、加工硬化程度和表面殘余應(yīng)力等）的材料，其切削加工性較好，反之較差。精加工時(shí)，常以此作為衡量加工性的指標(biāo)。4、切削力或切削溫度性能指標(biāo)反之，則加工性好。切削力大，則消耗功率多。在相同切削條件下加工不同材料時(shí)，凡切削力大、切削溫度高的材料較難加工，即其加工性差；在粗加工或機(jī)床剛性、動(dòng)力不足時(shí)，可用切削力作為加工性指標(biāo)。5、切屑控制或斷屑的難易性能指標(biāo)切削時(shí)，凡切削易于控制或斷屑性能良好的材料，其加工性較好，反之則較差。在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，常以此為加工指標(biāo)三、影響材料切削加工性的因素1、工件材料的物理性2、工件材料的化學(xué)性3、工件材料的力學(xué)性難加工金屬材料主要有：高強(qiáng)度合金鋼高錳鋼不銹鋼冷硬鑄鐵等高溫合金鈦合金硬度強(qiáng)度高，切削力大，切削溫度高，對(duì)刀具的硬度和耐磨性、耐熱性要求高。硬度和強(qiáng)度較低，但其伸長(zhǎng)率和沖擊韌性很高，導(dǎo)熱率較小。切削時(shí)，塑性變形大，加工硬化嚴(yán)重，斷屑困難，切削力大，切削溫度高，刀具易磨損。

常溫硬度和強(qiáng)度與45鋼接近，但伸長(zhǎng)率是45的3倍，沖擊韌性是45鋼的4倍，熱導(dǎo)率僅為45鋼的1/4。切削時(shí)消耗功率大，斷屑困難，因傳熱差刀具易磨損。表層硬度高，可達(dá)60HRC，塑性差，鎳鉻冷硬鑄鐵高溫強(qiáng)度高，導(dǎo)熱率小。加工時(shí)刀尖處受力大、溫度高，刀尖碰到硬質(zhì)點(diǎn)易產(chǎn)生磨粒磨損和崩刃，刀具壽命低。高溫強(qiáng)度高，塑性和沖擊韌性高，因而，切削時(shí)，切削力大，切削溫度高，刀具磨損大。要求刀具具有高的耐熱性和耐磨性四、改善切削加工性的途徑1、對(duì)材料進(jìn)行熱處理3、合理選擇刀具材料。根據(jù)加工材料的性能和要求，應(yīng)選擇與之匹配的刀具材料。4、采用新的切削加工技術(shù)加熱切削低溫切削振動(dòng)切削真空切削惰性氣體保護(hù)切削2、調(diào)整材料的化學(xué)成分高速硬切削技