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1、 第四节 切削加工经济简析 概述 技术和经济是两个相互制约、相互联系、相互促进 一. 切削加工经济指标 其加工经济效果可概括为： E为技术经济效果；V为效益，C为劳动耗费 第四节 切削加工经济简析 1.产品质量 产品质量包括精度和表面质量 加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度 尺寸精度 是指加工表面本身的尺寸(如圆柱面的直径) 和表面间的尺寸(如孔间距离等)的精确程度。尺 寸精度的高低，用尺寸公差的大小来表示 形状精度 是指零件加工后的表面与理想表面在形状上相 接近的程度。如直线度、圆度、圆柱度、平面度 等。 一、切削加工主要经济指标 表面微观观特征Ra(m)加工精度加工方法应应用 不加工
2、清除毛刺IT16IT14 铸铸件、锻锻件、 焊焊接件、冲压压 件 粗加工明显显可见见刀痕80IT13IT10 粗车车、粗刨、 粗铣铣、钻钻、毛 锉锉、锯锯断 可见见刀痕40IT10 用于一般要求 微见见刀痕20IT10IT8 半精加工 可见见加工痕迹10IT10IT8 半精车车、精车车 、精刨、精铣铣 、粗磨 用于重要配合 微见见加工痕迹5IT8IT7 不见见加工痕迹2.5IT8IT7 精加工 可辩辩加工痕迹方向1.25IT8IT6 精车车、精刨、 精磨、铰铰 微辩辩加工痕迹方向0.63IT7IT6 用于精密配合 ， 不辩辩加工痕迹方向0.32IT7IT6 超精加工 暗光泽泽面0.16IT6I
3、T5 精磨、研磨 、镜镜面磨、 超精加工 量块块、量 仪仪和精密 仪仪表、精 密零件的 光整加工 亮光泽泽面0.08IT6IT5 镜镜状光泽泽面0.04 雾雾状光泽泽0.02 镜镜面0.01 n位置精度 是指零件加工后的表面、轴线 或对称平面之间的实际位置与理想位置接 近的程度。如平行度、垂直度、同轴度、 对称度等 n机械零件的表面质量，主要是指零件加工后的表面粗糙 度以及表面层材质的变化。 （1）、表面粗糙度 在切削加工中，由于刀痕、塑性变 形、振动和摩擦等原因，会使加工表面产生微小的峰谷 。这些微小峰谷的高低程度和间距状况称为表面粗糙度 （2）、表面层材质的变化 零件加工后表面层的力学 、
4、物理及化学等性能会于基体材料不同，表现为加工硬 化、残余应力产生、疲劳强度变化及耐腐蚀性下降等， 这些将直接影响零件的使用性能 2.生产率 3.经济性 单位时间内生产的零件数 R0生产率，tw生产一个零件所需的总时间 tc为辅助时间 t0为其他时间 应尽量在保证其使用要求的前提下降低制造成本 以车外圆为例 二、切削用量的合理选择 合理的选择切削用量，能够保证工件加工质量，提高切削效率，延长刀具 使用寿命和降低加工成本。根据不同加工性质对切削加工的要求，切削用 量会选得不一样。 粗加工时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具寿命，一般优先 选择大的背吃刀量，其次选择较大的进给量，最后根据刀具寿
5、命，确定合 适的切削速度。 精加工时，应保证工件的加工质量，一般选用较小的进给量和背吃刀量 ，尽可能选用较高的切削速度。 （1）背吃刀量的选择 粗加工的背吃刀量应根据工件的加工余量确定，应尽量用一次走刀就切除全 部加工余量。当加工余量过大、机床功率不足、工艺系统刚度较低、刀具强 度不够以及断续切削或冲击振动较大时，可分几次走刀。对切削表面层有硬 皮的铸、锻件，应尽量使背吃刀量大于硬皮层的厚度，以保护刀尖。 半精加工和精加工的加工余量一般较小，可一次切除。有时为了保证工件的 加工质量，也可二次走刀。多次走刀时，第一次走刀的背吃刀量取得比较大 ，一般为总加工余量的2/33/4。 （2）进给量的选择
6、 粗加工时，进给量的选择主要受切削力的限制。在工艺系统的刚度和强度良 好的情况下，可选用较大的进给量值。 半精加工和精加工时，由于进给量对工件的已加工表面粗糙度值影响很大， 进给量一般取得较小。通常按照工件加工表面粗糙度值的要求，根据工件材 料、刀尖圆弧半径、切削速度等条件来选择合理的进给量。 当切削速度提高，刀尖圆弧半径增大，或刀具磨有修光刃时，可以选择较大 的进给量，以提高生产率。 粗车时进给量的参考值和精车时进给量的参考值都可以在切削用量手册中查 到。 （3）切削速度的选择 在背吃刀量和进给量选定以后,可在保证刀具合理寿命的条件下，确定合适 的切削速度。 粗加工时，背吃刀量和进给量都较大
7、，切削速度受刀具寿命和机床功率的 限制，一般较低。 精加工时，背吃刀量和进给量都取得较小，切削速度主要受工件加工质量 和刀具寿命的限制，一般取得较高。 选择切削速度时，还应考虑工件材料的切削加工性等因素。例如，加工合 金钢、高锰钢、不锈钢、铸铁等的切削速度应比加工普通中碳钢的切削速 度低20%30%，加工有色金属时，则应提高13倍。在断续切削和加工大 件、细长件、薄壁件时，应选用较低的切削速度。 切削速度的参考值可以在切削用量手册中查到。 三、切削液的选择 （1）切削液的作用 切削液的主要作用如下： 冷却作用：切削液能从切削区域带走大量切削热，从而降低切削温度。 润滑作用：切削液能渗入到刀具与
8、切屑和加工表面之间，形成一层润滑膜 或化学吸附膜，以减小它们之间的摩擦。 清洗作用：切削液大量的流动，可以冲走切削区域和机床上的细碎切屑和 脱落的磨粒。 防锈作用：在切削液中加入防锈剂，可在金属表面形成一层保护膜，对工 件、机床、刀具和夹具等都能起到防锈作用。 （2）切削液添加剂 为改善切削液的各种性能常在其中加入添加剂。常用的添加剂有以下几种： 油性添加剂：它含有极性分子，能在金属表面形成牢固的吸附膜，在较 低的切削速度下起到较好的润滑作用。常用的油性添加剂有动物油、植物 油、脂肪酸、胶类、醇类和脂类等。 极压添加剂：它是含有硫、磷、氯、腆等元素的有机化合物，在高温下 与金属表面起化学反应，
9、形成耐较高温度和压力的化学吸附膜，能防止金 属界面直接接触，从而减小摩擦。 表面活性剂：它是使矿物油和水乳化，形成稳定乳化液的添加剂。表面 活性剂还能吸附在金属表面上，形成润滑膜，起油性添加剂的润滑作用。 常用的表面活性剂有石油磺酸钠、油酸钠皂等。 防锈添加剂：它是一种极性很强的化合物，与金属表面有很强的附着力 ，吸附在金属表面上形成保护膜，或与金属表面化合形成钝化膜，起到防 锈作用。常用的防锈添加剂有碳酸钠、三乙醇胺、石油磺酸钡等。 （3）常用切削液的种类与选用 水溶液：它的主要成分是水，其中加入了少量的有防锈和润滑作用的添加 剂。水溶液的冷却效果良好，多用于普通磨削和其它精加工。 乳化液：
10、它是将乳化油(由矿物油、表面活性剂和其它添加剂配成)用水稀 释而成，用途广泛。低浓度的乳化液冷却效果较好，主要用于磨削、粗车 、钻孔加工等。高浓度的乳化液润滑效果较好，主要用于精车、攻丝、饺 孔、插齿加工等。 切削油：它主要是矿物油(如机械油、轻柴油、煤油等)，少数采用动植物 油或复合油。普通车削、攻丝时，可选用机油。精加工有色金属或铸铁时 ，可选用煤油。加工螺纹时，可选用植物油。在矿物油中加入一定量的油 性添加剂和极压添加剂，能提高其高温、高压下的润滑性能，可用于精铣 、铰孔、攻丝及齿轮加工。 四、工件材料的切削加工性 工件材料的切削加工性是指将其加工成合格零件的难易程度。 某种材料切削加工
11、的难易，不仅取决于材料本身，还取决于具体的 加工要求及切削条件。 在相同的切削条件下，使刀具寿命高的工件材料，其切削加工性好。或者在 一定刀具寿命（T）下，所允许的最大切削速度（VT）高的工件材料，其切 削加工性就好。由于材料的切削加工性概念具有相对性，所以我们经常以抗 拉强度b=0.637Mpa的45钢的V60作为基准，写作（V60)j，而把其他被切 削材料的V60与之相比，可得到该材料的相对切削加工性Kr，即： 凡是Kr1的材料，比45钢容易切削； 凡是Kr1的材料，比45钢难切削。 工件材料的相对切削加工性及分级 加工性 等级 材料相对加工性等级 材料名称及种类 相对 加工性Kr 代 表
12、 性 材 料 1 很易切削 材料 一般有色 金属 3.0铜铝合金，铝铜合金，铝镁合金 2 容易切削 材料 易切削钢2.53 退火l5Cr，b0.373o.441GPa 自动机钢，b0.3930.491GPa 3 较易 切削钢 1.62.5正火30钢，b0.4410.549GPa 4 普通材料 一般钢、铸 铁 1.01.645钢，灰铸铁 5 稍难切削 材料 0.651.0 2Crl3，调质b0.834GPa 85，钢b0.883GPa 6 难加工材料 较难切削 材料 0.50.65 45Cr，调质b1.03GPa 65Mn，调质b0.9320.981 7 难切削 材料 0.150.550CrV,
13、 调质；1Crl8Ni9Ti, 钛合金 8 很难切削 材料 0.15某些钛合金，铸造镍基高温合金 常用材料的切削加工性 （1）结构钢 低碳钢（wc20)和高的切削速度，所用刀具应锋利、光滑 ，以减少积屑瘤和加工硬化对表面质量的影响。 铜及铜合金的硬度和强度都较低，导热性能也好，属于易切削材料。纯铜和 普通黄铜由于塑性和韧性较大，断屑性差，易粘屑，切削时应采用大的前角 和可靠的断屑措施。铅黄铜和锡青铜的强度和硬度较高，但由于铅的存在， 使其脆性增加，伸长率降低，故切削变形小，形成崩碎切屑，切削时可选用 较高的切削速度，加工后能获得较低的表面粗糙度值。 （4）难加工金属材料 随着科学技术的发展，诸
14、如高猛钢、高强度钢、不锈钢、高温合金、钛合 金、难熔金属及其合金等难加工金属材料的应用越来越多。由于这些材料 中含有一系列合金元素，在其中形成了各种合金渗碳体、合金碳化物、奥 氏体、马氏体及带有残余奥氏体的马氏体等，不同程度地提高了硬度、强 度、韧度、耐磨性乃至高温强度和硬度。在切削加工这些材料时，常表现 出切削力大，切削温度高，刀具磨损剧烈。造成严重的加工硬化和较大的 残余拉应力，使加工精度降低，切削加工性很差。 复习与思考题 1.切削加工由哪些运动组成?它们各有什么作用? 2.切削用量三要素是什么?它们的单位是什么？ 3.刀具正交平面参考系由哪些平面组成?它们是如 何定义的? 4.常用刀具
15、的材料有哪几类?各适用于制造哪些刀 具? 5.切屑类型有哪四类?各有哪些特点? 6.各切削分力对加工过程有何影响? 试述背吃刀量ap与进 给量f对切削力Fc影响规律。切削热是如何产生的?它对 切削过程有什么影? 7.试述背吃刀量ap进给量f对切削温度的影响规律。 8.简述刀具磨损的原因。高速钢刀具、硬质合金刀具在中 速、高速时产生磨损的主要原因是什么? 9.切削变形、切削力、切削温度、刀具磨损和刀具寿命之 间存在着什么关系? 10.何谓工件材料的切削加工性?它与哪些因素有关? 12.试对碳素结构钢中含碳量大小对切削加工性的影响进行 分析。 13.说明前角和后角的大小对切削过程的影响。 14.说明刃倾角的作用. 15.简述半精车切削用量选择方法。 16.常用切削液有哪几种?各适用什么场合?
