模塊三 切削加工質(zhì)量與效率

金屬切削原理與刀具（第二版）全國高等職業(yè)學(xué)校機(jī)械類專業(yè)教材中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社金屬切削原理與刀具（第二版）目錄CONTENTS模塊一

金屬切削與刀具基本知識(shí)

模塊二

切削加工的主要規(guī)律

模塊三

切削加工質(zhì)量與效率

模塊四

車刀

模塊五

銑刀

模塊六

孔加工與螺紋刀具

模塊七

砂輪

模塊八

數(shù)控機(jī)床刀具與數(shù)控工具系統(tǒng)

金屬切削原理與刀具（第二版）任務(wù)一

工件材料的切削加工性知識(shí)點(diǎn)：◎切削加工性?！蚯邢骷庸ば栽u(píng)定指標(biāo)?！蚯邢骷庸ば缘挠绊懸蛩?。能力點(diǎn)：◎能進(jìn)行材料切削加工性的評(píng)定。金屬切削原理與刀具（第二版）一、任務(wù)提出根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)，工件材料分為六種不同類型，即鋼、不銹鋼、鑄鐵、有色金屬、高溫合金、淬硬鋼。根據(jù)切削加工經(jīng)驗(yàn)，在同樣的加工條件下加工不同材料的工件，其加工難易程度往往不同。為了有效地進(jìn)行切削加工，必須對(duì)工件材料被切削難易程度進(jìn)行評(píng)定。那么，該如何評(píng)定材料（如1Cr18Ni9Ti不銹鋼、正火45鋼）切削加工的難易程度呢？金屬切削原理與刀具（第二版）二、任務(wù)分析材料的切削加工難易程度即切削加工性，越是難以切削的材料，其加工性越差。切削加工性不僅是一項(xiàng)重要的工藝性能指標(biāo)，而且是反映材料多種性能的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，受多種因素影響。確定工件材料的加工難易程度，可為合理選擇刀具材料、刀具幾何參數(shù)、切削用量等提供重要依據(jù)，意義重大。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備良好的切削加工性一般包括：在相同切削條件下，刀具具有較高的壽命；在相同切削條件下，切削力、切削功率較小，切削溫度較低；加工時(shí)，容易獲得良好的表面質(zhì)量；容易控制切屑的形狀，容易斷屑。需注意，切削加工性的概念具有相對(duì)性，一般以45鋼的切削加工性為基準(zhǔn)。（1）刀具壽命指標(biāo)用刀具壽命來衡量工件材料被切削的難易程度。在切削普通金屬材料時(shí)，用v60的高低來評(píng)定材料切削加工性的好壞；在切削難加工材料時(shí)，則用v20來評(píng)定。1、切削加工性的評(píng)定指標(biāo)金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備此外，也可用相對(duì)加工性指標(biāo)Kr來衡量工件材料被切削的難易程度。Kr>1時(shí)，其切削加工性比45鋼好。當(dāng)Kr<1時(shí)，其切削加工性比45鋼差；當(dāng)Kr≤0.5時(shí)，可稱為難加工材料。（2）已加工表面質(zhì)量指標(biāo)精加工時(shí)，常以已加工表面質(zhì)量作為切削加工性指標(biāo)。表面質(zhì)量越好，切削加工性越好。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備（3）切屑控制難易指標(biāo)在自動(dòng)機(jī)或自動(dòng)線上常用該指標(biāo)來判斷材料切削加工性的好壞。相同的切削條件下，越易斷屑，得到的切屑形狀越理想，切削加工性越好。（4）切削溫度、切削力和切削功率指標(biāo)根據(jù)切削加工時(shí)產(chǎn)生的切削溫度的高低、切削力的大小和消耗功率的多少來判斷材料的切削加工性。這些數(shù)值越大，說明材料的切削加工性越差。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備（1）工件材料物理、力學(xué)性能的影響1）塑性和韌性工件材料的塑性和韌性越好，切削變形和加工硬化越嚴(yán)重，切削加工性差。2）硬度和強(qiáng)度工件材料的硬度和強(qiáng)度越高，切削力越大，切削溫度越高，刀具磨損越快，切削加工性越差，但也不是硬度越低切削加工性就越好。硬度適中（170～230HBW）的材料，有利于獲得較好的表面質(zhì)量，切削加工性好。2、切削加工性的影響因素金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備3）導(dǎo)熱系數(shù)工件材料的導(dǎo)熱系數(shù)越大，切削加工性好。金屬材料導(dǎo)熱系數(shù)大小順序如下：純金屬、有色金屬、碳素結(jié)構(gòu)鋼、鑄鐵、低合金結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、耐熱鋼、不銹鋼。4）線膨脹系數(shù)工件材料的線膨脹系數(shù)越大，切削加工性差。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備（2）工件材料化學(xué)成分的影響1）碳對(duì)鋼的切削加工性的影響低碳鋼和高碳鋼的切削加工性都較差。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.35%～0.45%的中碳鋼切削加工性好。2）合金元素對(duì)鋼和鑄鐵切削加工性的影響各元素對(duì)結(jié)構(gòu)鋼切削加工性的影響如圖所示。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備（3）鋼的金相組織的影響鋼的金相組織有鐵素體、滲碳體、珠光體、索氏體、托氏體、奧氏體等。其中珠光體的硬度、強(qiáng)度和塑性都比較適中，中碳鋼的金相組織是珠光體加鐵素體，故切削加工性好。灰鑄鐵中游離石墨比冷硬鑄鐵多，所以加工性好。金相組織的形狀和大小對(duì)切削加工性也有直接影響。高碳鋼常通過球化退火來改善切削加工性。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備常用金屬材料包括有色金屬、鑄鐵、碳素鋼、合金工具鋼。總體來說，有色金屬通常屬于容易切削材料；鑄鐵的加工性一般比碳鋼好；普通碳素鋼的切削性能一般取決于碳的含量，相對(duì)而言，中碳鋼的切削加工性較好；合金工具鋼由于一定量合金元素的加入，使鋼的力學(xué)性能提高，切削加工性隨之變差。3、常用金屬材料的切削加工性金屬切削原理與刀具（第二版）四、任務(wù)實(shí)施1、根據(jù)不同加工條件和要求進(jìn)行評(píng)定實(shí)踐中往往根據(jù)具體的加工情況和要求，以其中某一兩項(xiàng)指標(biāo)為主衡量工件材料的切削加工性。但不管哪種加工條件，都必須考慮刀具磨損，因此最常用的是刀具壽命指標(biāo)。2、材料性能綜合評(píng)定法用工件材料的物理、力學(xué)性能高低來衡量材料的切削加工性。切削加工難易程度劃分成12等級(jí)，從易到難分別表示為0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、9a、9b。金屬切削原理與刀具（第二版）四、任務(wù)實(shí)施從切削加工性分級(jí)表中查出材料性能的加工性等級(jí)，可較直觀、全面地了解材料切削加工難易程度的特點(diǎn)。例如，正火45鋼的性能指標(biāo)為229HBW、Rm=0.598GPa、A=16%、αk=588kJ/m2、κ=50.24W/m·K，表中查出各項(xiàng)性能的切削加工性等級(jí)代號(hào)為“4、3、2、2、4”，綜合各項(xiàng)等級(jí)分析可知，正火45鋼是一種較易切削的金屬材料；再如，1Cr18Ni9Ti不銹鋼的性能指標(biāo)為229HBW、Rm=0.642GPa、A=55%、αk=2.45MJ/m2、κ=16.3W/（m·K），表中查出相應(yīng)的切削加工性等級(jí)代號(hào)為“4、3、8、8、8”，加工性好壞不言而喻。金屬切削原理與刀具（第二版）五、知識(shí)鏈接改善材料切削加工性的途徑1．進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚旱吞间摽蛇M(jìn)行正火處理，高碳工具鋼可進(jìn)行球化退火處理，從而改善其切削加工性。2．改善加工條件：合理選擇刀具幾何參數(shù)、切削用量也是改善材料切削加工性的有效措施。3．合理選用刀具材料4．采用新技術(shù)：新加工技術(shù)包括加熱切削、低溫切削、振動(dòng)切削等。金屬切削原理與刀具（第二版）六、思考與練習(xí)1、了解材料切削加工性的目的是什么？2、影響工件材料切削加工性的因素有哪些？根據(jù)不銹鋼材料難加工的原因給出針對(duì)性措施。3、如何改善工具鋼的切削加工性？4、純銅在切削加工時(shí)易形成積屑瘤，試提出解決措施。金屬切削原理與刀具（第二版）任務(wù)二

切屑控制知識(shí)點(diǎn)：◎切屑形狀?！蚯行伎刂啤Ｄ芰c(diǎn)：◎能根據(jù)加工實(shí)際進(jìn)行斷屑處理。金屬切削原理與刀具（第二版）一、任務(wù)提出切屑控制又稱切屑處理或斷屑，是指在切削加工中采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣砜刂魄行嫉木砬⒘鞒龊驼蹟?，使之成為“可接受”的良好屑形，以確保切削加工正常進(jìn)行和保護(hù)已加工表面。在實(shí)際加工中，往往會(huì)出現(xiàn)不易折斷的帶狀切屑。例如，在某數(shù)控車床上以0.20mm/r的進(jìn)給量、100m/min的切削速度切削某中碳鋼工件時(shí)，出現(xiàn)了連綿不斷的帶狀切屑，嚴(yán)重影響加工的進(jìn)行。針對(duì)這種情況，如何才能有效地控制切屑呢？金屬切削原理與刀具（第二版）二、任務(wù)分析衡量切屑可控性的標(biāo)準(zhǔn)包括：不妨礙正常加工，即不纏繞工件和刀具，不飛濺到機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件中，不影響操作者的安全；易于清理和運(yùn)輸。切削過程中切屑不能折斷而引起切屑失控，會(huì)影響操作者安全及機(jī)床正常工作，導(dǎo)致刀具損壞，降低加工表面質(zhì)量。因此，在切屑流出時(shí)，應(yīng)根據(jù)加工要求可靠地控制其流向、卷曲和折斷。改變切削加工條件是控制切屑、實(shí)現(xiàn)斷屑的有效途徑。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備1、切屑流向與卷曲（1）切屑流向影響流屑方向的主要因素有刀具刃傾角、主偏角、前角等。如圖所示，負(fù)刃傾角將使切屑流向已加工表面，正刃傾角將使切屑流向待加工表面。采用90°主偏角車刀切削時(shí)，切屑流向偏向已加工表面。斜角刨削時(shí)，出屑角等于刃傾角。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備（2）切屑卷曲切屑卷曲是由于切屑內(nèi)部變形，或碰到前面上磨出的斷屑槽、凸臺(tái)、附加擋塊以及其他障礙物后產(chǎn)生附加變形的結(jié)果，包括切屑的上向卷曲、切屑的側(cè)向卷曲及切屑的三維卷曲。切屑的上向卷曲如圖所示。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備采用斷屑槽能可靠地促使切屑卷曲，如圖所示。當(dāng)切屑卷曲半徑小到一定程度時(shí)，就可能使切屑折斷。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備（1）斷屑原因切屑斷與不斷的根本原因在于切屑形成過程中的變形和應(yīng)力，當(dāng)切屑處于不穩(wěn)定的變形狀態(tài)或切屑應(yīng)力達(dá)到其強(qiáng)度極限時(shí)，就會(huì)斷屑。切屑的折斷經(jīng)歷“卷—碰—斷”這三個(gè)過程。（2）屑形連續(xù)切屑的基本形式如圖所示。2、斷屑原因與屑形金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備切屑形狀的分類如下表所示。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備較為理想的切屑形狀是長度50mm以下的螺旋狀切屑和定向落下的弧形切屑，即“C”形或“6”字形切屑。一般來說，切屑與后面相碰后形成“C”形切屑或“6”字形切屑；切屑與待加工表面相碰后形成“C”形切屑；切屑與過渡表面相碰后斷成弧形切屑，或形成盤狀螺旋形切屑。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備（1）切削用量切削用量中對(duì)屑形影響最大的是進(jìn)給量，其次是背吃刀量，最后是切削速度。就進(jìn)給量而言，進(jìn)給量加大，切削層厚度按比例增大，切削變形增大，切屑易折斷。就背吃刀量而言，背吃刀量對(duì)屑形的影響與出屑角有關(guān)，如圖所示。η很小時(shí)，易產(chǎn)生盤狀螺旋屑；η較大時(shí)，易產(chǎn)生管狀螺旋屑或連續(xù)帶狀屑；η適中時(shí)，切屑碰到后面或工件而折斷。背吃刀量減小，出屑角η增大。3、影響屑形的因素金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備就切削速度而言，當(dāng)進(jìn)給量與背吃刀量較小時(shí)，中速時(shí)，易形成短螺旋的良好屑形；高速時(shí)，易形成卷狀紊亂屑。（2）刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)中以主偏角、刃傾角、前角及刀尖圓弧半徑對(duì)屑形的影響最明顯。就主偏角而言，在背吃刀量和進(jìn)給量已選定的條件下，主偏角越大，越易斷屑；就刃傾角而言，刃傾角的絕對(duì)值越大，切屑越易折斷；就前角而言，前角越大，排屑越順利，切屑變形小，不易斷屑；就刀尖圓弧半徑而言，一般適宜值為進(jìn)給量的2～3倍。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備（3）斷屑槽開設(shè)情況常用的斷屑槽有折線型、直線圓弧型和全圓弧型三種，它們的法剖面形狀如圖所示。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備三種斷屑槽的槽形組成、對(duì)斷屑的影響及適用范圍見下表。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備需要說明的是，生產(chǎn)中為控制切屑，需要綜合考慮上述各因素間的主次關(guān)系。一般規(guī)律是：根據(jù)工件材料和已選定的刀具幾何參數(shù)和切削用量，確定斷屑槽的尺寸參數(shù)；只有當(dāng)不受其他條件限制時(shí)，才輔以改變主偏角、刃傾角和進(jìn)給量等參數(shù)。金屬切削原理與刀具（第二版）四、任務(wù)實(shí)施任務(wù)實(shí)例中，帶狀切屑不易折斷的原因在于其彎曲變形不足、應(yīng)力過小。為了有效斷屑，可以考慮采用以下方法。1、減小前角、增大主偏角同樣條件下90°刀就比45°刀容易斷屑。2、減小切削速度、增大進(jìn)給量本例中當(dāng)將進(jìn)給量提高到0.4mm/r時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了斷屑。3、開設(shè)斷屑槽粗車時(shí)，背吃刀量大，進(jìn)給速度大，斷屑槽要磨得寬、淺一點(diǎn)；精車時(shí)，背吃刀量小，進(jìn)給速度小，切削速度大，斷屑槽要磨得窄、深一點(diǎn)。金屬切削原理與刀具（第二版）五、知識(shí)鏈接斷屑槽斜角斷屑槽斜角τ是指在基面投影中斷屑槽側(cè)邊與主切削刃之間的夾角，一般在5°～15°范圍內(nèi)選取。斷屑槽斜角有外斜式、平行式、內(nèi)斜式三種形式，如圖所示。金屬切削原理與刀具（第二版）五、知識(shí)鏈接1、外斜式斷屑槽外斜式斷屑槽的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是斷屑槽前寬后窄、前深后淺，在靠近工件外圓表面處的切削速度最高而槽最窄，切屑最先卷曲，且卷曲半徑小、變形大，切屑容易翻到刀具后面上碰斷，形成“C”形或“6”字形屑。2．平行式斷屑槽平行式斷屑槽的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是斷屑槽前后等寬、等深。3．內(nèi)斜式斷屑槽內(nèi)斜式斷屑槽的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是斷屑槽在工件外圓表面處最寬，而在刀尖處最窄。金屬切削原理與刀具（第二版）六、思考與練習(xí)1、為什么不可忽視塑性材料切削時(shí)的斷屑問題？2、減小刀具前角是合理的斷屑手段嗎？為什么？3、試判斷如圖所示90°外圓車刀斷屑槽斜角形式。金屬切削原理與刀具（第二版）任務(wù)三

已加工表面質(zhì)量知識(shí)點(diǎn)：◎表面質(zhì)量及其影響。◎表面粗糙度及其影響因素。◎加工硬化及其影響因素?！驓堄鄳?yīng)力及其影響因素。能力點(diǎn)：◎能提出改進(jìn)表面質(zhì)量的措施。金屬切削原理與刀具（第二版）一、任務(wù)提出工件的切削加工質(zhì)量不僅指加工精度，而且包括加工表面質(zhì)量。表面質(zhì)量是指工件加工后的表面層狀態(tài)。機(jī)械切削方法所獲得的加工表面都不可能是絕對(duì)理想的表面，它們總存在著微觀幾何形狀誤差和物理力學(xué)性能的變化，在某些情況下還發(fā)生化學(xué)性質(zhì)的變化。這些變化直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品的使用性能，必須給予足夠的重視。那么，實(shí)際加工中，可采取哪些措施來改善已加工表面質(zhì)量呢？金屬切削原理與刀具（第二版）二、任務(wù)分析衡量已加工表面質(zhì)量的指標(biāo)，主要包括表面粗糙度、表面殘余應(yīng)力、表面加工硬化、表面金相顯微組織和表面微觀裂紋等項(xiàng)目。以擠壓和摩擦為特征的第二、第三變形區(qū)，決定著工件已加工表面質(zhì)量的好壞。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備（1）表面粗糙度的影響表面粗糙度的影響主要表現(xiàn)在對(duì)零件的耐磨性、對(duì)裝配零件的配合性質(zhì)、對(duì)零件的疲勞強(qiáng)度、對(duì)零件的耐腐蝕性等方面的影響。（2）加工硬化的影響加工硬化可提高零件的耐腐蝕性及疲勞強(qiáng)度，但過度的加工硬化則會(huì)引起金屬組織表層變脆、易剝落，產(chǎn)生疲勞裂紋，降低耐磨性。（3）殘余應(yīng)力的影響表面層殘余應(yīng)力會(huì)引起零件變形，使零件喪失形狀精度和尺寸精度。殘余壓應(yīng)力有助于提高零件的疲勞強(qiáng)度。1、表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備表面粗糙度是指已加工表面微觀不平程度的平均值，是一種微觀幾何形狀誤差。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，表面粗糙度等級(jí)用輪廓算術(shù)平均偏差Ra或輪廓最大高度Rz的數(shù)值大小表示，并要求優(yōu)先采用輪廓算術(shù)平均偏差Ra。（1）理論粗糙度理論粗糙度是指由刀具幾何形狀和切削運(yùn)動(dòng)引起的表面不平度，主要取決于已加工表面殘留層高度。2、表面粗糙度金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備如圖所示，用尖頭刀加工時(shí)，殘留層的最大高度Rmax為：用圓頭刀加工時(shí)，Rmax為：相應(yīng)的輪廓算術(shù)平均偏差Ra為：金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備（2）不穩(wěn)定因素產(chǎn)生的粗糙度不穩(wěn)定因素產(chǎn)生的粗糙度是指切削過程中出現(xiàn)的非正常因素產(chǎn)生的表面不平度。1）積屑瘤積屑瘤是堆積在前面上近切削刃處的一個(gè)楔塊，其硬度為金屬母體的2～3倍，如圖所示。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備形成積屑瘤的條件主要取決于切削溫度。在中溫區(qū)，易產(chǎn)生積屑瘤。以切削45鋼為例，切削速度對(duì)積屑瘤的影響如圖所示。圖中可看出，中速（vc為20m/min左右）切削時(shí)，積屑瘤高度達(dá)最大值。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備2）鱗刺鱗刺是指切削加工后殘留在已加工表面上的鱗片狀毛刺，在垂直于切削速度方向呈鱗片狀分布。通常采用較低速度對(duì)塑性材料進(jìn)行車削、刨削、拉削、攻螺紋和滾齒加工時(shí)均可能出現(xiàn)。研究表明，鱗刺的形成過程大致經(jīng)歷抹拭、導(dǎo)裂、層積、刮成四個(gè)階段，如圖所示。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備3）振動(dòng)振動(dòng)有強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)兩大類。強(qiáng)迫振動(dòng)是由外界周期性作用力所引起，其特點(diǎn)是工藝系統(tǒng)的振動(dòng)頻率與外界激振力的頻率相一致。造成強(qiáng)迫振動(dòng)的原因有機(jī)械運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)、液壓傳動(dòng)的壓力脈動(dòng)與沖擊、傳動(dòng)帶接頭不平、工件材質(zhì)不均勻、斷續(xù)切削、加工余量不均勻、附近其他設(shè)備振動(dòng)傳入等。自激振動(dòng)又稱顫振，是由于切削過程中切削力的變動(dòng)而引起的，當(dāng)工藝系統(tǒng)剛度不足時(shí)，往往容易引起自激振動(dòng)，在細(xì)長軸車削或深孔鏜削時(shí)要特別注意。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備（1）已加工表面變形工件已加工表面，是由一定形狀切削部分的刀具與被加工工件，通過一定形式的切削運(yùn)動(dòng)而形成，是工藝系統(tǒng)共同作用的結(jié)果。已加工表面變形如圖所示。3、表面加工硬化金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備（2）加工硬化加工硬化是由于上述刀具擠壓、摩擦造成的已加工表面組織硬度增高的現(xiàn)象。加工硬化的程度通常用加工后與加工前表面層顯微硬度的比值N和硬化層深度hy來表示。在硬化層的表面上通常會(huì)出現(xiàn)細(xì)微裂紋，切削加工時(shí)，一般應(yīng)設(shè)法避免或減輕加工硬化現(xiàn)象。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備當(dāng)切削力的作用取消后，工件表面保持平衡而存在的應(yīng)力稱為殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力有壓應(yīng)力和拉應(yīng)力之分。產(chǎn)生表面殘余應(yīng)力的主要原因有冷塑性變形效應(yīng)、熱塑性變形效應(yīng)和金相組織變化。為提高零件的疲勞強(qiáng)度，有時(shí)采用表面強(qiáng)化工藝，如滾壓、擠壓、噴丸等，使零件表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。4、表面殘余應(yīng)力金屬切削原理與刀具（第二版）四、任務(wù)實(shí)施產(chǎn)品的工作性能，尤其是可靠性、耐久性等，在很大程度上取決于主要零件的表面質(zhì)量，提高表面質(zhì)量是生產(chǎn)中的重要問題，通?？刹扇∫韵麓胧?。1、合理選擇刀具幾何參數(shù)2、合理選擇刀具材料3、改善工件材料的切削加工性4、合理選擇切削用量5、其他方面:選擇合適的加工方法、正確選用切削液、提高設(shè)備的運(yùn)動(dòng)精度及剛度、提高刀具刃磨質(zhì)量等，均可提高表面質(zhì)量。金屬切削原理與刀具（第二版）五、知識(shí)鏈接減小表面粗糙度值實(shí)例為解決已加工表面粗糙度不能達(dá)到預(yù)定要求的問題，首先應(yīng)仔細(xì)分析產(chǎn)生已加工表面粗糙現(xiàn)象的原因，找出影響表面粗糙度的主要因素，進(jìn)而提出改善表面粗糙度的途徑，最后經(jīng)切削實(shí)踐逐步解決。從切削原理與刀具方面減小表面粗糙度值的一般規(guī)律為：變化前角、副偏角、刀尖圓弧半徑，調(diào)整切削速度、進(jìn)給量，提高刀具刃磨質(zhì)量，選用效果良好的切削液等，以降低殘留層高度、防止振動(dòng)、消除積屑瘤和鱗刺。另外，應(yīng)保證刀具刃磨質(zhì)量及安裝精度，并采用具有較高精度和剛度、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的機(jī)床。金屬切削原理與刀具（第二版）六、思考與練習(xí)1、用一把尖頭車刀（κr=75°，κr′=10°）和一把圓頭車刀（rε=1mm），以同樣的進(jìn)給量

f（0.2mm/r）車削外圓，分別求出工件上殘留層的高度，并比較Ra值。2、積屑瘤能否有效利用？為什么？試舉例說明。3、加工硬化是否存在有利面？為什么？試舉例說明。金屬切削原理與刀具（第二版）任務(wù)四

刀具幾何參數(shù)的合理選擇知識(shí)點(diǎn)：◎刀具幾何角度的功用?！虻毒邘缀谓嵌鹊倪x擇原則。能力點(diǎn)：◎能根據(jù)需要合理選擇刀具幾何角度。金屬切削原理與刀具（第二版）一、任務(wù)提出刀具幾何參數(shù)主要包括刀具角度、刀面型式、切削刃及刃口形狀等。合理幾何參數(shù)是指在達(dá)到加工質(zhì)量和刀具壽命的前提下，能使生產(chǎn)率提高、生產(chǎn)成本降低的幾何參數(shù)。強(qiáng)力車削是適合于粗加工和半精加工的高效車削方法。它的主要特點(diǎn)是在加工過程中采用較大的背吃刀量和進(jìn)給量，從而達(dá)到高的金屬切除率。那么，強(qiáng)力車刀（見圖）是怎樣通過參數(shù)的合理選擇來勝任強(qiáng)力車削任務(wù)的呢？金屬切削原理與刀具（第二版）二、任務(wù)分析在切削加工中，不僅可以通過客觀條件（環(huán)境、選材等）解決切削問題，也可以通過主觀因素來控制切削質(zhì)量。強(qiáng)力車刀就是這樣一個(gè)例子，即通過選擇合適的前角、刃傾角、主偏角、副偏角，以及適當(dāng)修磨修光刃來滿足加工的需要。本任務(wù)涉及對(duì)刀具幾何參數(shù)的功用及選擇原則的靈活運(yùn)用，要求從實(shí)際出發(fā)，綜合分析加工要求以及在加工過程中可能出現(xiàn)的問題，通過合理選擇和搭配刀具幾何參數(shù)，使切削加工變得更加輕松有效，使切出的工件質(zhì)量更高。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備（1）前角的功用前角的大小影響切削過程中的變形和摩擦，影響刀頭和切削刃的強(qiáng)度。增大前角，可使刀具鋒利、切削變形和切削力減小，提高加工表面質(zhì)量。（2）前角的選擇原則“銳字當(dāng)頭，銳中求固”是選擇前角的總原則。前角的數(shù)值往往由工件材料、刀具材料和加工工藝要求決定。1、前角的功用及其選擇原則金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備1）根據(jù)被加工材料選擇工件材料的強(qiáng)度和硬度低時(shí)，可取較大的前角；反之，應(yīng)取較小的前角。加工塑性材料，應(yīng)取較大的前角；加工脆性材料，應(yīng)取較小的前角。2）根據(jù)加工要求選擇粗加工，特別是斷續(xù)切削時(shí)，應(yīng)選用較小的前角；精加工時(shí)，前角可選大些；對(duì)于成形刀具，前角應(yīng)小些，甚至為0°。3）根據(jù)刀具材料選擇高速鋼刀具材料可選取較大的前角；硬質(zhì)合金刀具材料可選取較小的前角（小5°～10°）；陶瓷刀具的前角應(yīng)更小（比硬質(zhì)合金刀具前角小5°左右）。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備（1）后角的功用后角的大小影響后面與加工表面間的摩擦和刀具強(qiáng)度及刀具的鋒利性。（2）后角的選擇原則選擇后角的總原則是，在摩擦不嚴(yán)重的情況下，選取較小值。1）粗加工時(shí)，后角取較小值（4°～8°）；精加工時(shí)，后角取較大值（8°～12°）。2、后角的功用及其選擇原則金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備2）加工塑性較大或加工硬化傾向嚴(yán)重的材料時(shí)，應(yīng)選大后角；加工脆性材料或硬度、強(qiáng)度較大的材料時(shí)，應(yīng)減小刀具后角。3）工藝系統(tǒng)剛度不高，如切斷、高速車削螺紋和車削細(xì)長軸時(shí)，容易出現(xiàn)振動(dòng)，應(yīng)選取較小的后角，甚至磨制消振倒棱。副后角的選擇與后角類似。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備（1）功用主偏角影響切削層寬度、切削層厚度的大小，影響背向力、進(jìn)給力的大小，影響刀具強(qiáng)度，影響斷屑等。增大主偏角，有利于減小加工振動(dòng)，有利于斷屑，但刀具強(qiáng)度下降、散熱性能變差。副偏角影響表面粗糙度和刀具強(qiáng)度，通常在工藝系統(tǒng)剛度許可時(shí)選擇較小的角度。（2）選擇原則主偏角的選擇原則如下：3、主偏角、副偏角的功用及其選擇原則金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備1）在加工高硬度、高強(qiáng)度工件材料時(shí)，應(yīng)選取較小的主偏角。2）當(dāng)工藝系統(tǒng)剛度不足時(shí)（如車削細(xì)長軸），應(yīng)選取較大的主偏角。3）應(yīng)根據(jù)工件的形狀選取。如車削階梯軸時(shí)取90°，鏜通孔時(shí)選銳角，鏜盲孔時(shí)取鈍角。副偏角主要影響表面粗糙度和刀具強(qiáng)度，通常在不影響摩擦和振動(dòng)的前提下，應(yīng)選擇較小值。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備（1）刃傾角的功用刃傾角影響切屑流出方向，影響切削刃鋒利程度，影響切削部分強(qiáng)度和散熱，影響切削力大小和方向。刃傾角為正值時(shí)切屑流向待加工表面，刃傾角為負(fù)值時(shí)切屑流向已加工表面，可增強(qiáng)刀尖強(qiáng)度及斷續(xù)切削時(shí)的抗沖擊能力。刃傾角絕對(duì)值越大，刀具越鋒利。（2）刃傾角的選擇原則刃傾角的選擇原則是，主要根據(jù)刀具強(qiáng)度、流屑方向和加工條件而定。4、刃傾角的功用及其選擇原則金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備（1）過渡刃如圖所示，過渡刃有直線和圓弧兩種形式，它是調(diào)節(jié)主偏角、副偏角作用的一個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)。如果選擇合適的過渡刃尺寸參數(shù)，可起到粗加工時(shí)提高刀具強(qiáng)度、精加工時(shí)降低表面粗糙度值的作用。5、過渡刃和修光刃金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備（2）修光刃當(dāng)過渡刃與進(jìn)給方向平行，即偏角κrε=0°時(shí)，該過渡刃稱為修光刃，修光刃的長度一般取bε′=（1.2～1.5）f。具有修光刃的刀具，如果切削刃平直，安裝精確，工藝系統(tǒng)剛度足夠，即便在大進(jìn)給量切削條件下，仍能獲得很低的加工表面粗糙度值。金屬切削原理與刀具（第二版）四、任務(wù)實(shí)施1、強(qiáng)力車削帶來的問題：切削力大、易振動(dòng)，工件表面粗糙度值增大。2、解決問題的措施（1）減小切削力的措施任務(wù)中的強(qiáng)力車刀采用20°～25°大前角，切削力明顯下降。考慮到大前角會(huì)削弱刀具強(qiáng)度，又采取了如下強(qiáng)化措施：1）選取較小的后角（6°）。2）選取負(fù)的刃傾角（-6°～-4°）。3）在前面上修磨出負(fù)倒棱（寬度0.5f，角度-25°～-20°）。金屬切削原理與刀具（第二版）四、任務(wù)實(shí)施（2）減小振動(dòng)的措施通過大前角和75°主偏角的搭配，使背向力減小，不易產(chǎn)生振動(dòng)，并使刀具有較高的壽命。（3）降低表面粗糙度值的措施采用小的副偏角，磨出1.5f長的修光刃，大大降低殘留層高度。金屬切削原理與刀具（第二版）五、知識(shí)鏈接前?面?型?式正前角平面型主要用于精加工用車刀及形狀復(fù)雜的成形刀具。硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具在粗加工或半精加工及制有斷屑槽的車刀上，常采用正前角帶倒棱型。負(fù)前角型常用于受沖擊載荷刀具和加工高強(qiáng)度材料刀具。曲面型適用于加工韌性大、不易斷屑的材料。切削刀具前面往往采用不同型式，如圖所示。金屬切削原理與刀具（第二版）六、思考與練習(xí)1、75°強(qiáng)力車刀有什么特點(diǎn)？2、加工細(xì)長軸（長徑比大于25）鋼件時(shí)，工件幾何形狀、尺寸精度、表面粗糙度不易達(dá)到較高的要求，試分析原因并提出相應(yīng)的措施。3、試分析在相同磨鈍標(biāo)準(zhǔn)VB條件下，不同大小后角重磨后對(duì)加工精度的影響。4、試完成圖、所示強(qiáng)力車刀主要角度及結(jié)構(gòu)尺寸（參數(shù)）的標(biāo)注。金屬切削原理與刀具（第二版）任務(wù)五

切削用量的合理選擇知識(shí)點(diǎn)：◎合理的切削用量?！蚯邢饔昧窟x擇原則。◎粗加工切削用量選擇方法?！蚓庸で邢饔昧窟x擇方法。能力點(diǎn)：◎能進(jìn)行生產(chǎn)效率高低的衡量。金屬切削原理與刀具（第二版）一、任務(wù)提出當(dāng)采用刀柄尺寸16mm×25mm、刀片厚度4mm的焊接式硬質(zhì)合金車刀，在CA6140型車床上，采用一頂一夾方式，批量車削如圖所示調(diào)質(zhì)45鋼（0.735GPa）工件時(shí)，該如何進(jìn)行粗車切削用量的合理選擇呢？金屬切削原理與刀具（第二版）二、任務(wù)分析所謂合理的切削用量，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），在保證加工質(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。根據(jù)不同的加工條件和加工要求，考慮到切削用量各參數(shù)對(duì)切削過程的不同影響，切削用量參數(shù)增大的次序和程度應(yīng)有所區(qū)別。為此，可以從切削加工生產(chǎn)效率、刀具壽命、機(jī)床功率、表面質(zhì)量等方面考慮，并根據(jù)粗、精加工的具體要求對(duì)切削用量進(jìn)行合理選擇。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備（1）生產(chǎn)效率原則

從生產(chǎn)效率的角度考慮，一般情況下應(yīng)該優(yōu)先選擇大的背吃刀量，以求一次走刀全部切除加工余量。（2）刀具壽命原則從刀具壽命角度考慮，優(yōu)先增大背吃刀量不僅能達(dá)到高的生產(chǎn)效率，相對(duì)于增大切削速度和進(jìn)給量來說，對(duì)發(fā)揮刀具切削性能、降低加工成本也更有利。1、切削用量選擇原則金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備（3）機(jī)床功率原則在粗加工時(shí)，從機(jī)床功率考慮，盡量選用大進(jìn)給量f相對(duì)比較合理。（4）表面質(zhì)量原則提高切削速度vc

能使切削變形和切削力有所減小，并可減小或避免積屑瘤，有利于提高加工精度和表面質(zhì)量。合理選擇切削用量的指導(dǎo)性原則：先選背吃刀量ap，再選進(jìn)給量f，最后選擇切削速度vc。但隨著數(shù)控機(jī)床廣泛使用，促進(jìn)了高性能刀具材料和數(shù)控刀具的發(fā)展，切削用量的選擇原則改變?yōu)橄冗x高的切削速度vc

及進(jìn)給量f，然后選用較小的背吃刀量ap。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備（1）粗車切削用量選擇1）背吃刀量ap背吃刀量ap

應(yīng)根據(jù)加工余量來確定，除留出半精車、精車余量外，其余的粗車余量應(yīng)盡可能一次切除，以使走刀次數(shù)最少。2）進(jìn)給量f選用大的進(jìn)給量可以明顯提高生產(chǎn)效率，但進(jìn)給量的提高受到切削力的限制。工藝系統(tǒng)剛度較高時(shí)，可選用較大的進(jìn)給量，一般取f=0.3～0.9mm/r。2、切削用量選擇方法金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備3）切削速度vc在背吃刀量ap和進(jìn)給量f確定后，再根據(jù)合理規(guī)定的刀具壽命值，結(jié)合刀具壽命公式，就可確定切削速度vc。4）校驗(yàn)機(jī)床功率在粗車時(shí)，切削用量還受到機(jī)床功率的限制。因此，在確定了切削用量后，還應(yīng)檢驗(yàn)機(jī)床功率是否滿足要求。金屬切削原理與刀具（第二版）三、知識(shí)準(zhǔn)備（2）半精車、精車切削用量選擇1）背吃刀量半精加工、精加工的背吃刀量，因?yàn)槭穷A(yù)留余量，原則上應(yīng)一次切除。當(dāng)使用硬質(zhì)合金車刀精車時(shí)，一般應(yīng)取0.3～0.5mm。2）進(jìn)給量增大進(jìn)給量主要受到表面粗糙度的限制。通常切削速度高時(shí)的進(jìn)給量較切削速度低時(shí)的進(jìn)給量更大些。3）切削速度切削速度主要受刀具壽命的限制。切削速度不能過大。金屬切削原理與刀具（第二版）四、任務(wù)實(shí)施1、相關(guān)說明該工件車削后尺寸為φ60mm×350mm，表面粗糙度值Ra為5～2.5μm。毛坯尺寸為φ68mm×350mm。根據(jù)工序安排，該工件粗加工車刀采用帶倒棱曲面型前面，并磨制寬度5mm、圓弧半徑3.5mm、斜角6°的外斜式直線圓弧斷屑槽。根據(jù)加工材料，刀具前角10°、后角和副后角均為6°、主偏角75°、副偏角10°、刃傾角0°。為提高刀具強(qiáng)度，取0.5～1mm的刀尖圓弧半徑。另外，刀具壽命確定為60min。金屬切削原理與刀具（第二版）四、任務(wù)實(shí)施2、粗車切削用量選擇（1）背吃刀量該工件總加工余量為（68-60）mm/2=4mm，根據(jù)工序安排，粗車后留1mm余量，故取粗車背吃刀量ap=3mm，且一次走刀切除。（2）進(jìn)給量由《硬質(zhì)合金及高速鋼車刀粗車外圓和端面時(shí)的進(jìn)給量參考值表》查得進(jìn)給量f為0.5～0.7mm/r。根據(jù)機(jī)床說明書，取f=0.51mm/r。金屬切削原理與刀具（第二版）四、任務(wù)實(shí)施1）檢驗(yàn)刀片強(qiáng)度由硬質(zhì)合金刀片強(qiáng)度允許的進(jìn)給量可知，當(dāng)背吃刀量ap=3mm、刀片厚度C=4mm時(shí)，刀片強(qiáng)度允許進(jìn)給量為1.3mm/r×0.5=0.65mm/r>0.51mm/r，刀片強(qiáng)度足夠。2）檢驗(yàn)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度由機(jī)床說明書查得機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許抗力為3528N。經(jīng)查閱手冊(cè)資料，調(diào)質(zhì)45鋼單位切削力為2305N/mm2，故粗車時(shí)主切削力為（2305×3×0.51）N≈3527N。考慮到走刀抗力遠(yuǎn)小于主切削力，所以，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度足夠。金屬切削原理與刀具（第二版）四、任務(wù)實(shí)施（3）切削速度根據(jù)工件材料抗拉強(qiáng)度0.735GPa、背吃刀量3mm、進(jìn)給量0.51mm/r、刀具壽命60min，查閱手冊(cè)資料并經(jīng)修正得切削速度為83m/min。經(jīng)計(jì)算得車床主軸轉(zhuǎn)速n=（318×83/68）r/min≈388r/min。根據(jù)機(jī)床說明書選定轉(zhuǎn)速為400r/min，此時(shí)實(shí)際切削速度vc=（68×400/318）m/min≈86m/min。（4）檢驗(yàn)機(jī)床功率粗車加工時(shí)，切削用量為ap=3mm、f=0.51mm/r、vc=86m/min，切削功率約為（2305×3×0.51×86×10-3/60）kW≈5kW。車床輸出功率為7.5kW×0.75≈5.6kW，故機(jī)床功率允許。金屬切削原理與刀具（第二版）五、知識(shí)鏈接切削用量的優(yōu)化1、直覺優(yōu)化法工藝人員根據(jù)加工條件的具體要求和生產(chǎn)條件，憑借生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和直覺知識(shí)，提出有限的幾組切削用量方案進(jìn)行比較，從中選出最佳的一種方案。2、試驗(yàn)優(yōu)化法通過試驗(yàn)，找出切削用量與其各種指標(biāo)間的關(guān)系，從而找出最優(yōu)的切削用量方案。金屬切削原理與刀具（第二版）五、知識(shí)鏈接3、數(shù)學(xué)模型優(yōu)化法采用該方法時(shí)，首先確定切削用量最優(yōu)的目標(biāo)，并找出達(dá)到該目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，再考慮生產(chǎn)中各項(xiàng)約束條件，通過計(jì)算機(jī)找出滿足約束條件和達(dá)到目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化方案，并進(jìn)行切削用量的優(yōu)化運(yùn)算。在確定切削用量最優(yōu)目標(biāo)時(shí)，可以采用以下幾種評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。（1）最高生產(chǎn)率標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定（2）最低成本標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定（3）最大利潤率標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定金屬切削原理與刀具（第二版）六、思考與練習(xí)1、為什么選擇切削用量的次序是先選背吃刀量，再選進(jìn)給量，最后才選切削速度？2、鉆削時(shí)材料切除率如何確定？金屬切削原理與刀具（第二版）任務(wù)六

切削液的選用知識(shí)點(diǎn)：◎切削液的作用?！蚯邢饕禾砑觿┘扒邢饕悍N類?！蚯邢饕旱倪x用原則。能力點(diǎn)：◎能合理選用切削液。金屬切削原理與刀具（第二版）一、任務(wù)提出切削液是大部分切削加工下必須采用的輔助材料，它不僅能冷卻及潤滑工件和刀具，而且還能起清洗、排屑和防銹作用。那么，實(shí)際加工中該如何合理選擇切削液呢？金屬切削原理與刀具（第二版）二、任務(wù)分析合理選用切削液能有效地減小切削力，降低切削溫度，從而提高刀具壽命，防止工件熱變形和改善已加工表面質(zhì)量。此外，選用高性能切削液還有利于改善難加工材料的切削加工性。金屬切削原理與刀具（第