《机械制造工程基础》第3.1章切削加工概述.ppt

1,机械制造工艺学,第1章 切削加工基础,2,1.1.1 制造业的发展,17世纪60年代，瓦特改进蒸汽机，标志第一次工业革命兴起，工业化大生产从此开始；18世纪中，麦克斯韦尔建立电磁场理论，电气化时代开始；20世纪初，福特汽车生产线，泰勒科学管理方法，标志自动化时代到来；二战后，计算机、微电子技术，信息技术及软科学的发展，以及市场竞争的加剧和市场需求多样性的趋势，使中小批量生产自动化成为可能，并产生了综合自动化和许多新的制造哲理的生产模式；进入21世纪，制造技术向自动化、柔性化、集成化、智能化、精密化和清洁化的方向发展。,3,1.1.2 制造业在国民经济中的地位,国民经济的支柱产业，国民经济总收入的60%以上来自制造业，世界发达国家无不具有强大的制造业。美国：约1/4人口直接从事制造业，其余人口中有约半数人所做工作与制造业有关。,日本由于重视制造业，二次大战后30年时间，发展成为世界经济大国。,机械制造业是制造业的基础,是重中之重。,与此相反，美国在一段相当长时间内忽视了制造技术的作用，结果导致经济衰退，竞争力下降，出现在家电、汽车等行业不敌日本的局面。直至上世纪80年代初，美国才开始清醒，重新关注制造业的发展，至1994年美国汽车产量重新超过日本。,4,1.1.2 制造业在国民经济中的地位,东芝事件,图1-1 多轴数控机床改进核潜艇性能,5,1.1.3 我国机械制造业面临的机遇和挑战,困难：技术上落后，资金不足，资源短缺，管理体制、周边环境还存在诸多问题（地方保护，信用危机）。机遇：中国已加入WTO；制造业的世界格局已经和正在发生重大变化，欧、亚、美三分天下局面正在形成，世界经济重心开始向亚洲转移已出现征兆，制造业的产品结构、生产模式也在迅速变革之中。,总体上看，发展迅速，成绩瞩目。,存在阶段性的差距：产品质量和水平不高，技术开发能力不强，基础元器件和基础工艺不过关。机械制造业人均产值仅为发达国家的几十分之一。,挑战与机遇并存。,6,1.1.4 本课程的主要内容,(1)各种表面的切削成形加工；(2)金属切削机床（3）机械加工工艺规程制订的原则、方法和步骤；(4)机械加工精度的影响因素及其提高措施；(5)机械加工表面质量的影响因素及其提高措施；(6)机械装配工艺过程设计的理论和方法.,机械制造工艺学是以机械制造过程中的工艺问题为研究对象的一门技术学科，包括零件加工和装配两方面，其指导思想是在保证质量的前提下，实现高效、经济的加工与装配。,7,1.2 机械制造工艺过程,机械制造中与产品生成直接有关的生产过程常被称为机械制造工艺过程,机械制造工艺过程,毛坯和零件成形铸造、锻压、冲压、焊接、压制、烧结、注塑、压塑 机械加工切削、磨削、特种加工 材料改性与处理热处理、电镀、转化膜、涂装、热喷涂 机械装配把零件按一定的关系和要求连接在一起，组合成部件和整台机械产品，包括零件的固定、连接、调整、平衡、检验和试验等工作,8,1.2.1 零件表面形成方法,轨迹法 成形法 相切法(铣削）展成法,9,主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可以由刀具来完成，也可以由工件来完成；可以是直线运动（用 T 表示），也可以是回转运动（用 R 表示）。正是由于上述不同运动形式和不同运动执行元件的多种组合，产生了不同的加工方法。（熟悉各种床子的成形运动）,1.2.2 切削加工的成形运动,10,11,图1-3 切削运动和加工表面a）车削 b）铣削 c）刨削 d）钻削 e）磨削1主运动 2进给运动 3待加工表面 4过渡表面 5已加工表面,12,三、切削要素,1.切削用量三要素,1）切削速度（v）,m/s,单位时间内，工件或刀具沿主运动方向的相对位移。,旋转运动,（m/s）,往复直线运动,（m/s）,切削用量,13,2）进给量（f）（mm）,单位时间内(主运动的一个循环内)，刀具或工件沿进给运动方向的相对位移。,单位时间的进给量进给速度（Vf）,（mm/s）,3）背吃刀量（ap）,（mm）,1,2,f,ap,Kr,切削用量,14,1.3 刀具结构,外圆车刀是最基本、最典型的刀具，由刀头和刀体组成。车刀的切削部分由3个刀面（前刀面、主后刀面和副后刀面），2个刀刃（主切削刃和副切削刃）和1个刀尖组成。,15,CA6140机床布局 卧式车床主要加工轴类和直径不太大的盘、套类零件，故采用卧式布局。主轴水平安装，刀具在水平面内作纵、横向进给运动。另：CT6140,车 床,主轴箱,进给箱,溜板箱,尾座,床身,挂轮机构,刀架,床腿,光杠,丝杠,16,刀具结构,17,1.3.2 刀具几何角度,1）基面 Pr：通过切削刃选定点与主运动方向垂直的平面。基面与刀具底面平行。,车刀主剖面坐标系,2）切削平面 Ps：通过切削刃选定点与主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。,3）主剖面 Po：通过切削刃选定点垂直于基面Pr和切削平面 Ps的平面。,18,2.刀具的主要标注角度,1）主偏角（kr）,2）副偏角（kr）,在基面Pr内标注的角度:,主切削平面与假定工作平面间夹角，即主切削刃在基面上的投影与进给方向间夹角（4090）。,副切削平面与假定工作平面间夹角，即副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向间夹角。,1.3.2 刀具几何角度,19,主偏角kr、副偏角kr越大，残留面积越大，表面粗糙度越大。,2.刀具的主要标注角度,主、副偏角的作用及选用,1.3.2 刀具几何角度,20,主偏角kr越小，进给抗力越小，切深抗力越大，加大工件的变形挠度，容易引起系统振动。,2.刀具的主要标注角度,主、副偏角的作用及选用,1.3.2 刀具几何角度,21,主偏角kr、副偏角kr越大，残留面积越大，表面粗糙度越大。,2.刀具的主要标注角度,主、付偏角的作用及选用,1.3.2 刀具几何角度,22,选用,系统刚性好：取较小的kr，1030、45。,系统刚性差：取较大的kr，60、75、90。,2.刀具的主要标注角度,主、副偏角的作用及选用,1.3.2 刀具几何角度,23,2.刀具的主要标注角度,在正交平面po标注的角度:,1）前角（o）,2）后角(o),前刀面与基面间夹角（015）。,主后刀面与主切削平面间夹角（612）,0,0,pr,ps,po,1.3.2 刀具几何角度,24,正交平面,2.刀具的主要标注角度,在正交平面po标注的角度:,po,0,0,pr,ps,1.3.2 刀具几何角度,25,2.刀具的主要标注角度,在正交平面po标注的角度:,1）前角（o）,2）后角(o),前刀面与基面间夹角（015）。,主后刀面与主切削平面间夹角（612）,0,0,pr,ps,po,1.3.2 刀具几何角度,26,作用,影响切削力大小；,影响刀头强度和散热条件。,0,前角的作用及选用,2.刀具的主要标注角度,1.3.2 刀具几何角度,27,前角的作用及选用,前角越大，刀越锋利、切削轻快，强度下降、不利散热,2.刀具的主要标注角度,1.3.2 刀具几何角度,28,选择,前角的作用及选用,2.刀具的主要标注角度,1.3.2 刀具几何角度,29,0,后角的作用及选用,2.刀具的主要标注角度,后角有正、负、零之分,1.3.2 刀具几何角度,30,后角的作用及选用,减小主后刀面与加工表面的摩擦,2.刀具的主要标注角度,1.3.2 刀具几何角度,31,选用,后角（0）只能是正的,后角的作用及选用,2.刀具的主要标注角度,1.3.2 刀具几何角度,32,2.刀具的主要标注角度,刃倾角（S）,在切削平面pS标注的角度:,n,f,kr,0,0,pr,ps,A,A向,主切削刃与基面之间的夹角。（-5+5）。,1.3.2 刀具几何角度,33,刃倾角的作用及选用,2.刀具的主要标注角度,作用:,影响切屑流出方向。,选用：,粗加工：可取零或负（S=0、-S）,精加工：取 正（+S）,1.3.2 刀具几何角度,34,刃倾角的作用及选用,刃倾角对切屑排出方向的影响,2.刀具的主要标注角度,1.3.2 刀具几何角度,35,1）高的硬度和耐磨性；2）足够的强度和韧性；3）较好的热硬性；4）良好的工艺性；5）经济性。,1.3.3 刀具材料,36,1.3.3 刀具材料,37,1.3.3 刀具材料,38,刀具材料种类很多，常用的有工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢）、硬质合金、陶瓷、金刚石（天然和人造）和立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具钢，因其耐热性很差，目前仅用于手工工具。,高速钢,高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。特点：1)强度高，抗弯强度为硬质合金的23倍；2)韧性高，比硬质合金高几十倍；3)硬度HRC63以上，且有较好的耐热性；4)可加工性好，热处理变形较小。应用：常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。,1.3.3 刀具材料,39,硬质合金,硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物(如WC、TiC、TaC、NbC等)粉末和金属粘结剂(如Co、Ni、Mo等)经高压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高，允许的切削速度远高于高速钢。硬质合金的不足是与高速钢相比，其抗弯强度较低、脆性较大，抗振动和冲击性能也较差。,硬质合金切削性能优良，被广泛用来制作各种刀具。在我国，绝大多数车刀、面铣刀和深孔钻都采用硬质合金制造，目前，在一些较复杂的刀具上，如立铣刀、孔加工刀具等也开始应用硬质合金制造。,1.3.3 刀具材料,40,陶瓷刀具材料,陶瓷材料比硬质合金具有更高的硬度（HRA9195）和耐热性，在1200的温度下仍能切削，耐磨性和化学惰性好，摩擦系数小，抗粘结和扩散磨损能力强，因而能以更高的速度切削，并可切削难加工的高硬度材料。,1.3.3 刀具材料,主要缺点是性脆、抗冲击韧性差，抗弯强度低。,41,超硬刀具材料,天然金刚石是自然界最硬的材料，耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01m，刀具寿命可达数百小时。因价格昂贵，主要用于高速、精密加工。聚晶金刚石由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，硬度比天然金刚石略低（HK65008000），价格便宜，焊接方便，可磨削性好，已成为金刚石刀具主要材料。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。聚晶立方氮化硼（CBN）由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。硬度为HV 30004500，耐热性达1200，化学惰性很好，在1000的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。,刀具材料,42,1.3.3 刀具材料,43,1.4 切削原理,机械制造技术基础,切屑的形成过程,44,切屑根部金相照片,金属切削过程的变形,45,第变形区：即剪切变形区，金属剪切滑移，成为切屑。金属切削过程的塑性变形主要集中于此区域。,切削部位三个变形区,第变形区：已加工面受到后刀面挤压与摩擦，产生变形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要原因。,金属切削过程的变形,46,切屑类型与变形系数,47,切屑类型与变形系数,带状切屑,挤裂切屑,节状切屑,崩碎切屑,切屑形态照片,48,粘结区：高温高压使切屑底层软化，粘嵌在前刀面高低不平的凹坑中，形成长度为lfi的粘接区。切屑的粘接层与上层金属之间产生相对滑移，其间的摩擦属于内摩擦。,切屑与前刀面的摩擦变形,切屑与前刀面的摩擦,在高温高压作用下，切屑底层与前刀面发生沾接，切屑与前刀面之间既有外摩擦，也有内摩擦。,滑动区：切屑在脱离前刀面之前，与前刀面只在一些突出点接触，切屑与前刀面之间的摩擦属于外摩擦。,49,已加工表面的变形,切削刃存在刃口圆弧，导致挤压和摩擦，产生第变形区。,A点以上部分沿前刀面流出，形成切屑；A点以下部分受挤压和摩擦留在加工表面上，并有弹性恢复。,A点前方正应力最大，剪应力为 0。A点两侧正应力逐渐减小，剪应力逐渐增大，继而减小。,50,1.4.2 磨削机理,磨粒切削刃几何形状不确定（通常刃口前角为60 85）磨粒及切削刃随机分布 磨削厚度小（几m），磨削速度高，磨削点瞬时温度高（达1000以上）,51,1.4.2 磨削机理,弹性变形：磨粒在工件表面滑擦而过，不能切入工件 塑性变形：磨粒切入工件，材料向两边隆起，工件表面出现刻痕（犁沟），但无磨屑产生 切削：磨削深度、磨削点温度和应力达到一定数值，形成磨屑，沿磨粒前刀面流出 具体到每个磨粒，不一定三个阶段均有,磨屑形成过程a）平面示意图 b）截面示意图,52,1.4.3 切削力的来源与分解,切削力来源,3个变形区产生的弹、塑性变形抗力 切屑、工件与刀具间摩擦力,53,4)切削力的估算,1.切削力的产生及切削分力,例：用o=15o、Kr=75o的硬质合金刀切削热轧结构钢外圆,54,1.4.3 切削力经验公式,式中 Fc 主切削力（N）；v 主运动速度（m/s）。,55,1.4.3 影响切削力因素,工件材料,切削深度与切削力近似成正比；进给量增加，切削力增加，但不成正比；切削速度对切削力影响复杂,56,1.4.3 影响切削力因素,前角0 增大，切削力减小,主偏角r 对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（r Fp，Ff）,刀具几何角度影响,57,1.4.3 影响切削力因素,刀具几何角度影响,与主偏角相似，刃倾角s对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（s Fp，Ff）刀尖圆弧半径 r 对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（r Fp，Ff）；,刀具材料：与工件材料之间的亲和性影响其间的摩擦，而影响切削力；切削液：有润滑作用，使切削力降低；后刀面磨损：使切削力增大，对吃刀抗力Fp的影响最为显著；,58,1、增大前角切塑性材料时多用2、增大主偏角 减小背向力工艺系 统刚性差时用3、减小背吃刀量减小切削力少用4、改善冷却润滑条件,减小切削力的措施,59,1.4.4 切削热的来源与传出,切削热来源,切削过程变形和摩擦所消耗功，绝大部分转变为切削热,切削热由切屑、工件、刀具和周围介质（切削液、空气)等传散出去,主要来源 QA=QD+QFF+QFR,式中，QD,QFF,QFR分别为切削层变形、前刀面摩擦、后刀面摩擦产生的热量,60,2、切削热的传出,(1)车削加工：50%86%由切屑带走，10%40%传入车刀，3%9%传入工件，1%左右通过辐射传入空气。(2)钻削加工：28%由切屑带走，14.5%传入刀具，52.5%传入工件，5%左右传入周围介质。(3)磨削加工：4%由磨屑带走，12%传给砂轮，84%传入工件。,61,1.4.4 影响切削温度的因素,刀具几何参数的影响,前角o切削温度主偏角r切削温度负倒棱及刀尖圆弧半径对切削温度影响很小,工件材料的影响,工件材料机械性能切削温度工件材料导热性 切削温度,刀具磨损的影响,冷却液的影响,62,二、积屑瘤,在一定的切削速度下切削塑性材料时，常在刀具前刀面上靠近刀刃部位粘附着的一小块很硬的金属称为积屑瘤。,1.积屑瘤的形成,积屑瘤、残余应力与加工硬化,63,2.积屑瘤对加工过程的影响,有利,使 0 增大，使切削过程变得轻快。,可代替主刀刃和前刀面进行切削，保护刀具。,所以：粗加工时可以利用。,二、积屑瘤,不利,积屑瘤不稳定，易引起振动，使 Ra 增大。,会引起ap的变化，使加工精度降低。,所以：精加工时应尽量避免。,积屑瘤、残余应力与加工硬化,64,3.积屑瘤的影响因素及控制,二、积屑瘤,切削速度（切中碳钢）100 m/min不产生,冷却润滑条件300500oC最易产生500oC趋于消失,提高硬度，降低塑性HRC50,低速或高速,选用切削液,控制措施,工件材料,塑性越大，越易产生,影响因素,积屑瘤、残余应力与加工硬化,65,1.4.5 残余应力,残余应力概念,未施加任何外力作用情况下，材料内部保持平衡而存在的应力。,残余张应力：易使加工表面产生裂纹，降低零件疲劳强度 残余压应力：有利于提高零件疲劳强度 残余应力分布不均：会使工件发生变形，影响形状和尺寸精度,66,1.4.5 残余应力,热塑变形效应：表层张应力，里层压应力 里层金属弹性恢复：若里层金属产生压缩变形，则弹性恢复后表层得到压应力，里层为张应力 表层金属相变：影响复杂，若切削区温度超过相变温度，则珠光体受热转变成奥氏体，冷却后又转变成马氏体，体积膨胀，表层产生压应力 实际应力状态是上述各因素影响的综合结果,残余应力产生原因,控制切削过程：尽可能减小残余应力 时效处理：最大限度减小残余应力 残余压应力的利用：采用滚压、喷丸等方法,67,3.4.3 加工硬化,加工硬化概念,已加工表面表层金属硬度高于里层金属硬度的现象,加工表面严重变形层内金属晶格拉长、挤紧、扭曲、碎裂，使表层组织硬化,硬化程度,（3-13）,式中 H 硬化层显微硬度（HV）；H0 基体层显微硬度（HV）。,硬化层深度,指硬化层深入基体的距离hd（m）,68,1.4.5 加工硬化,减小切削变形：提高切速，加大前角，减小刃口半径等 减小摩擦：如加大后角，提高刀具刃磨质量等 进行适当的热处理,69,1.刀具磨损形式,后刀面磨损,VB,前刀面磨损,KT,前后刀面同时磨损,1.4.6 刀具磨损,刀具磨损形态,正常磨损,70,1.4.6 刀具磨损,非正常磨损,破损（裂纹、崩刃、破碎等），卷刃（刀刃塑性变形）,所以：应在刀具正常磨损阶段后期，急剧磨损阶段之前刃磨刀具。,71,1.4.7 刀具寿命,刀具寿命（耐用度）概念,刀具从切削开始至磨钝标准的切削时间，用T 表示。刀具总寿命 一把新刀从投入切削开始至报废为止的总切削时间，其间包括多次重磨。,72,3.刀具耐用度,2）影响刀具耐用度的因素,vc f ap,CT-与工件材料和刀具 材料有关的常数,切削用量影响刀具耐用度：,vc,f,ap愈大，刀具磨损加剧,例：硬质合金车削b=735MPa碳素结构钢,工件材料和刀具材料影响刀具耐用度,73,切削加工用量的选择顺序:,尽可能大的背吃刀量ap,尽可能大的进给量f,切削速度vc,3.刀具耐用度,2）影响刀具耐用度的因素,74,1.4.7 刀具寿命,不同刀具材料寿命（耐用度）比较,75,1.5 工件材料切削加工性,1.5.1 工件材料切削加工性的概念和衡量指标,一、切削加工性的概念切削加工性是指在一定切削条件下，对工件材料进行切削加工的难易程度。如难加工材料，加工性差。切削加工性是相对的,76,二、切削加工性的衡量指标1、以加工质量衡量切削加工性：在一定条件下，以是否易达到所要求的表面质量的各项指标来衡量。2、以考虑生产率和刀具耐用度衡量切削加工性:在保证生产率的条件下，以刀具耐用度的高低来衡量。在保证耐用度的条件下，以允许切削速度的高低来衡量。,77,3、以单位切削力衡量切削加工性4、以考虑工作的稳定性和安全生产衡量切削加工性：在自动化生产中，以是否易断屑来衡量。在重型机床上以考虑人身和设备安全，在相同切削条件下，以切削力的大小来衡量。由此可知，同一材料很难在各项指标中同时获得良好的评价。但总的来说：某材料被切削时，刀具的耐用度高，所允许的切削速度高，质量易保证，易断屑，切削力小，则加工性好，反之加工性差。,78,三、常用衡量加工性的标志V是最常用的切削加工性标志，它的含义是：当刀具耐用度为T(min或s)时，切削某种材料所允许的切削速度。V愈高，加工性愈好。一般情况下，可取T60 min，V写作V60。常以b0.637GPa(60 kgfmin)的45钢的V60作为基准，写作(V60)j，其它被切材料的V60与之相比，则得相对加工性Kv为,当Kv1时，表明该材料比45钢易切削；当Kv1时，表明该材料比45钢难切削。各种材料的相对加工性Kv乘以45钢的切削速度，即可得出切削各种材料的可用切削速度。,79,一、影响工件材料切削加工性的因素1、工件材料的物理力学性能和化学性质 硬度：硬度越高，切削加工性越低；硬质点越多，形状越尖锐，分布越广，加工性越低；加工硬化指标越高，切削加工性越低。强度：强度越高，切削加工性越低；塑性、韧性、热导率,影响工件材料切削加工性的因素及改善切削加工性的措施,不硬 不强 塑韧性适中 热导率大 适于切削,80,2、化学成分对切削加工性的影响；材料的化学成分是通过对其物理力学性能的影响而影响切削加工性的。钢（高碳钢、中碳钢、低碳钢）钢中加入Cr、Ni、Mn、V、Mo等可提高强度和硬度；而加入Al、Si等易形成硬质点，加剧刀具磨损。易切钢 铸铁（化学元素对碳的石墨化作用，促进石墨化作用（Al、Si、Ni、Cu、Ti）时切削加工性提高，反之降低。,81,3、金属组织对切削加工性的影响 金属材料中不同的金相组织，产生不同的力学性能，对切削加工性影响也不同。低碳钢（铁素体组织多，强度、硬度低，延伸率高，易塑性变形）中碳钢（珠光体铁素体，中等强度、硬度和塑性）淬火钢（以马氏体为主，强度、硬度均高，刀具磨损剧烈）而加入Al、Si等易形成硬质点，加剧刀具磨损。铸铁（灰铸铁、冷硬铸铁）各相的分布、形状和大小。珠光体（片状、球状）4、切削条件对切削加工性的影响,82,1、调整化学成分，发展易切钢易切钢：切削力小，容易断屑刀具耐用度高加工表面质量好。如钢中加入少量的硫、硒、铅、铋、磷等。虽略降低钢的强度，但也同时降低钢的塑性，对加工性有利。硫能引起钢的红脆性，但若适当提高锰的含量，则可避免；硫与锰形成的硫化锰，与铁形成的硫化铁等，质地很软，可成为切削时塑性变形区中的应力集中源，能降低切削力，使切屑易折断，减小积屑瘤的形成，减少刀具磨损；硒、铅、铋也有类似作用；磷能降低铁素体的塑性，使切屑易于折断。,二、改善工件材料切削加工性的途径,83,2、对工件进行相应的热处理，使材料尽可能在最适宜的组织状态下进行切削。同样成分的材料，金相组织不同，加工性也不同。低碳钢通过正火处理后，细化晶粒，硬度提高，塑性降低，有利于减小刀具的粘结磨损，减小积屑瘤，改善工件表面粗糙度;高碳钢和工具钢球化退火后，硬度下降，可减小刀具磨损；不锈钢以调质到HRC28为宜，硬度过低，塑性大，工件表面粗糙度差，硬度高则刀具易磨损；白口铸铁可在9501000长时间退火而成可锻铸铁，切削就较容易。,84,1）、选择合适的刀具材料。2）、选择合理的刀具几何参数，合理地制订切削用量。3)、恰当地选用切削液等。4)、对排屑、卷屑、断屑和容屑给予足够的重视。5)、提高工艺系统的刚性，增大机床的功率。6)、研磨刀具各刀面，使其达到很低的表面粗糙度，以减小粘结，减少因冲击造成的微崩刃。,3、改善切削条件,85,刀具合理几何参数的选择刀具耐用度的选择切削用量的选择切削液的选择,1.6金属切削基本条件的合理选择,86,刀具几何参数包括：刀具角度、刀面形式、切削刃形状等。刀具合理的几何参数，是指在保证加工质量的前提下，能够获得最高刀具耐用度，从而达到提高切削效率或降低生产成本目的的几何参数。,1.6.1 刀具合理几何参数的选择,87,前角及前面形状的选择（1）前角的功用及合理前角的选择 1）前角的主要功用 影响切削区的变形程度 影响切削刃与刀头的强度 影响切屑形态和断屑效果 影响已加工表面质量,88,2）合理前角的概念 一定条件下，前角有一 个合理的数值。3）合理前角的选择原则 工件材料强度越大，硬度越高，应取越小的前角，甚至可取负值。加工塑性材料应取较大的前角，加工脆性材料可取较小的前角。粗加工，特别是断续切削，应适当减小前角。,89,图3-1 前角的合理数值,返回本章目录,90,图3-2 加工材料不同时的合理前角,91,后角的选择（1）后角的功用 1）后角的主要功用是减小后面与过渡表面之间的磨擦。2）后角越大，值越小，切削刃越锋利。3）增大后角，刀头的强度削弱，导热面积和容热体积减小,92,（2）合理后角的选择原则1）工件 塑 脆2）刀具 硬 高3）工艺系统刚性差，应适当减小后角,93,主偏角、副偏角及刀尖形状的选择(1)主偏角和副偏角的功用 1)影响切削加工残留面积高度 减小主偏角和副偏角，可以减小已加工表面粗糙度。,94,2）影响三个切削分力的大小和比例关系。增大主偏角，可使背向力减小，进给力增大。增大副偏角也可使得背向力减小。3）影响刀尖处的强度、导热面积的容热体积。4）增大主偏角，使得切屑变得窄而厚，容易折断。,95,（2）合理主偏角 的选择原则 1）精加工和半精加工，选用较大的主偏角，减少振动。2）加工很硬的材料，为减轻单位长度切削刃上的负荷，较小的主偏角。3）工艺系统刚性较好时，减小主偏角可提高刀具耐用度。4）单件小批生产，选取通用性较好的45车刀或90偏刀。,96,（3）合理副偏角的选择原则 1）一般 2）精加工刀具，取得更小一些，磨出一段的修光刃。3）加工高强度高硬度材料或继续切削时，4）切断刀、锯片铣刀和槽铣刀，为保证刀头强度和重磨后刀头宽度变化较小，,97,图3-5 修光刃,98,（1）刃倾角的功用 1）控制切屑流出方向=0时（图3-6a），切屑近似沿垂直于主切削刃的方向流出，为负值时，可能缠绕、擦伤已加工表面，为正值时，切屑沿着待加工表面流出。2）影响切削刃的锋利性,刃倾角的选择,99,3）影响刀尖强度、刀尖导热和容热条件 负的刃倾角使远离刀尖的切削刃处先接触工件，使刀尖避免受到冲击；负的刃倾角使刀头强固，刀尖处导热和容热条件较好。4）影响切削刃的工作长度和切入切出的平稳性 当=0时，切削刃同时切入切出，冲击大，当 0时，切削刃逐渐切入工件，冲击小。,100,图3-6 刃倾角s对切屑流出方向的影响,101,1.6.2 刀具耐用度的选择 一是根据单件工时最短的观点来确定耐用度，这种耐用度称为最大生产率耐用度；二是根据工序成本最低的观点来确定的耐用度，称为经济耐用度。在一般情况下均采用经济耐用度，当任务紧迫或生产中出现不平衡环节时，则采用最大生产率耐用度。,102,1.6.3 切削用量的选择制订切削用量的原则 合理的切削用量，是指充分利用刀具的切削性能和机床性能（功率、扭矩等），在保证加工质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。,103,切削用量三要素的确定（1）背吃刀量 1）在粗加工时，一次走刀应尽可能切去全部加工余量 2）下列情况可分几次走刀：加工余量太大 工艺系统刚性不足或加工余量极不均匀 继续切削 如果分二次走刀，第一次的 也应比第二次大，第二次的 可取加工余量的1/31/4。,104,3）切削表层有硬皮的铸锻件或切削不锈钢等冷硬较严重的材料时，背吃刀量超过硬皮或冷硬层厚度。4）在半精加工时，=0.52mm 5）在精加工时，=0.10.4mm,105,（2）进给量的选择（3）切削速度的确定 根据已选定的背吃刀量、进给量f及刀具耐用度T计算,106,切削液的作用（1）冷却作用（2）润滑作用（3）清洗作用（4）防锈作用切削液的选用（1）根据刀具材料（2）根据工件材料（3）根据加工性质,切削液的选择,