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1、第五章金属切削基本理论的应用,金属切削加工及装备第五章,第一节 切屑控制,一、切屑形状的分类根据ISO规定、并由我国生产工程学会切削专业委员会推荐的国标GB/T164611996的规定，切屑的形状与名称分为八类，如表5-1所列。切屑形状有：带状、管状、盘旋状、环形螺旋、锥形螺旋、弧形、单元、针形。,二、切屑的流向、卷曲和折断,切屑的流向为了不损伤已加工表面和方便处理切屑，必须有效地控制切屑的流。由于切屑流向是垂直于各切削刃的方向，因此最终切屑的流向是垂直于主副切削刃的终点连线方向，通常该流出方向与正交平面夹角为c，c称为流屑角。 刀具上影响流屑方向的主要参数是s。,流屑角,刃倾角对切屑流向的影
2、响,切屑的卷曲机理切屑的卷曲是由于切屑内部变形或碰到断屑槽等障碍物造成的。,通常未遇障碍时切屑也会由于内部应力和温度作用自行卷曲,遇到障碍时卷曲,a) 变形差引起 b) 力矩引起 c) 断屑器作用引起切屑卷曲机理,切屑的折断机理切屑经第I、第II变形区的严重变形后，硬度增加，塑性降低，性能变脆。当切屑经变形自然卷曲或经断屑槽等障碍物强制卷曲产生的拉应变超过切屑材料的极限应变值时，切屑即会折断。,切屑折断时的受力及弯曲,三、断屑措施,磨制断屑槽,断屑槽的形式,断屑槽的位置,改变切削用量在切削用量参数中，对断屑影响最大的是进给量f，其次是背吃刀量ap，最小为切削速度vc。进给量增大，使切屑厚度hc
3、h增大，当受到碰撞后切屑容易折断。背吃刀量增大时对断屑影响不明显，只有当同时增加进给量时，才能有效地断屑。,改变刀具角度主偏角kr是影响断屑的主要因素。主偏角kr增大，切屑厚度hch增大，容易断屑。断屑良好的车刀均选取较大的主偏角60 刃倾角s使切屑流向改变后，使切屑碰到加工表面上或刀具后面上造成断屑。,其它断屑方法附加断屑装置：为了使切屑流出时可靠断屑，可在前刀面上固定附加断屑挡块，使流出切屑碰撞挡块而折断。间断进给断屑 采用振动切削 装置，使切削 厚度变化，获 得不等截面切 屑，在狭小截 面处断屑。,金属切削加工及装备第五章,第二节工件材料的切削加工性,一、切削加工性的概念及评定指标,切削
4、加工性是指工件材料被切削加工的难易程度切削加工性的标志方法有如下几个：考虑生产和刀具耐用度的标志方法考虑已加工表面质量的标志方法考虑安全生产和工作稳定性的标志方法某材料被切削时，刀具的耐用度大，允许的切削速度高，表面质量易保证，切削力小，易断屑，则这种材料的切削加工性好；反之，切削加工性差。,通常用来衡量材料切削加工性的指标为一定耐用度下的切削速度vT含义是：当刀具耐用度为T时，切削某种材料所允许的切削速度vT。T越高，加工性越好。,通常以强度b=0. 637GPa的45钢的v60作为基准，写作(v60)j；而把其它各种材料的v60同它相比，这个比值Kv称为相对加工性，即Kvv60/(v60)
5、j当Kv1时，表示该材料比45钢易切削 当Kv1时，表示该材料比45钢难切削,金属材料的物理力学性能硬度和强度：常温以及高温的硬度和强度高、硬质点多，切削加工性差塑性、冲击韧性：材料的塑性和韧性高，刀具容易磨损，切削加工性差；若是过低，刀具切削刃破损加剧和工件已加工表面质量下降。过大或过小，均使其切削加工性变差导热性好，切削加工性好，但加工尺寸精度会发生变化导热性差，加工性差。,二、影响切削加工性的因素,材料的化学成分Cr、Ni、V、Mo、W、Mn等提高钢的强度和硬度，使其切削加工性差Si、Al与氧化合后使刀具磨损加快合金元素（如镍Ni）降低导热系数Pb铅、P磷 、S硫等降低塑性（发生热脆、冷
6、脆现象），改善切削性碳的石墨化使切削加工性变好（硬度下降、润滑性变好）Fe4C3使硬度增加，磨损加快,金相组织钢的金相组织：铁素体、奥氏体易粘结；珠光体加工性好；索氏体、马氏体硬度、强度高，加工性差铸铁的金相组织：灰口铁、白口铁、麻口铁、球墨铸铁性能各异,三、改善难加工材料切削加工性的途径调整材料化学成分调整材料化学成分也是改善其切削加工性的重要途径。如钢中加S、P、Pb、Ca等元素；铸铁中加Si、Al等元素。合理选择材料的供应状态通过适当热处理用热处理方法改变材料金相组织，低碳钢正火，高碳钢、工具钢退火 选用易切削钢合理选择刀具材料、刀具几何参数、切削用量采用新的切削加工技术,金属切削加工及
7、装备第五章,第三节切削液及其选用,一、切削液的功用在切削过程中，合理使用切削液可以减小切削力和降低切削温度，改善刀-工、刀-屑之间摩擦状况，从而改善已加工表面质量，延长刀具寿命，降低动力消耗。切削液应具有抗泡性、抗霉菌变质能力，不污染环境、对人体无害，使用经济性合理。,冷却作用：切削液是以热传导、对流和汽化等方式，把切屑、工件和刀具上的热量带走，降低了切削温度，起到冷却作用，减小了工艺系统的热变形，减少了刀具磨损。切削液冷却性能的好坏取决于导热系数、比热容、汽化热、汽化速度、流量和流速等。,润滑作用：切削液中带油脂的极性分子吸附在刀具新鲜的前、后刀面上，形成物理或化学吸附膜。减小刀-屑、刀-工
8、摩擦或粘结及刀具磨损，提高加工表面质量。清洗作用：清除细碎切屑和磨粒等。清洗性能的好坏与切削液的渗透性、流动性和使用压力有关。 防锈作用：添加防锈剂在金属表面吸附或化合形成保护膜，起到防锈作用。 由此：改善切削条件、减少刀具磨损、提高切削速度、提高已加工表面质量、改善切削加工性,二、切削液的种类及应用,切削液的种类（水溶液、乳化液和切削油 ）水溶液水溶液是以水为主要成分的切削液。在水中加入一定含量的油性、防锈等添加剂制成水溶液，改善水的润滑、防锈性能。水溶液是一种透明液体。 乳化剂是将乳化油用水稀释而成 。切削油切削油的主要成分是矿物油，少数采用矿物油和动、植物油的复合油。适用于精加工和加工复
9、杂形状工件（如成形面、齿轮、螺纹等）时，润滑和防锈效果较好。,切削液中常用的添加剂,为了改善切削液的性能所加入的化学物质，称为添加剂油性添加剂：动植物脂、脂肪酸、胺类、脂类、醇类。生成物理吸附膜常用于低速精加工 极压添加剂：含硫、磷、氯、硼等的化合物。生成化学反应膜在切削中起极压润滑作用 乳化剂：是使矿物油和水乳化形成稳定乳化液的物质。具有亲水、亲油的性质，乳化剂分子由极性基团（亲水集团）和非极性基团（亲油集团）两部分组成。形成“水包油”型乳化液。极压添加剂能使水基切削液起极压润滑作用。,切削液的合理选择根据工件材料、工艺要求、工种特点等通过查工艺手册合理选用,特别应注意：硬质合金、陶瓷刀具，
10、切削铸铁、青铜一般不用切削液；切削镁、铝、铝合金不用水溶液；切削铅，切削液不能含氯；精密机床不能使用含硫的切削液等。,切削液的使用方法,普遍使用浇注高压冷却喷雾冷却,喷雾冷却法,第四节刀具几何参数的合理选择,金属切削加工及装备第五章,刀具几何参数包括刀具的几何角度、前刀面形式和切削刃形状等参数。刀具的“合理”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，从而能够达到提高切削效率、降低生产成本的目的的刀具几何参数,一、前角的选择,前角的功用影响变形程度和切削功率前角增大，变形将减小，减小切削力、切削功率、切削热。 影响加工表面质量增大前角，能减少切削层的塑性变形和加工硬化程度，抑
11、制积屑瘤和鳞刺，减小振动，提高加工表面质量。 影响刀具耐用度增大前角，楔角减小，切削刃强度降低、散热减少，刀具耐用度低。 影响断屑效果减小前角，切屑变形增大，切屑容易卷曲和折断。,合理选择前角的原则工件材料：加工塑性材料前角宜大，加工脆性材料前角宜小；材料强度和硬度越高，前角越小，甚至取负值。刀具材料：高速钢可选较大的前角；硬质合金应选用较小的前角；陶瓷刀具前角更小。加工要求：粗加工和断续切削应选用较小的前角；精加工选较大的前角。,特定要求选择前角：成形刀具、展成刀具o宜小工艺系统刚性差、机床功率不足时o宜大自动化机床、数控机床o宜小,前刀面及其选用 常用的前刀面型式有四种正前角平面型用于精加
12、工、成形、多刃刀具等正前角平面带倒棱型用于粗加工、断续切削负前角单面型用于高强度、高硬度材料切削正前角曲面带倒棱型用于粗加工和半精加工,a) b) c) d),后角o的功用主要功用是减小后刀面与加工表面间的摩擦（1）增大后角，减小加工表面与后刀面的接触长度，减小摩擦，提高刀具耐用度。（2）增大后角，楔角则减小，使切削刃刃口钝圆半径减小，刃口越锋利。（3）后角过大，使刀具楔角减小，刃口强度降低，散热体积减小，刀具耐用度下降。,二、后角的选择,合理选择后角粗加工、断续切削、加工铸锻件，o宜小；精加工、连续切削o宜大材料强度、硬度较高时，o宜小；塑性材料o宜大；脆性材料o宜小工艺系统刚性差或高尺寸精
13、度刀具o宜小定尺寸或成形刀具o宜小副后角的选择功用：减小副后刀面与已加工表面间的摩擦通常o = o需加强刀头强度时则o = 13,三、主偏角及副偏角的选择,主偏角及副偏角的功用影响表面粗糙度已加工表面的残留面积高度,影响刀尖强度和刀具耐用度：kr、kr小，则切削刃增长，散热好，T影响切削分力比例：kr Ff,Fp影响切削层尺寸以及排屑、断屑效果,合理选择主、副偏角材料强度、硬度高时，kr宜小工艺系统刚性好，kr、kr宜小；工艺系统差时，kr 90粗加工、半精加工，kr宜大精加工kr宜小，且需kr= 0 的修光刃副偏角主要影响表面粗糙度和刀尖强度。在不影响摩擦和振动时，尽可能选较小的副偏角,四、
14、刃倾角的选择,刃倾角的功用影响切屑流向增大刀具的实际前角，使切削刃变得锋利,影响刀尖强度和切削刃上受冲击位置影响切削刃的实际工作长度取负刃倾角时，能保护刀尖，使切削平衡影响切削分力的比例，从而影响表面质量,合理选择刃倾角粗加工、有冲击载荷、断续切削时，取s 0（防切屑划伤已加工表面）材料强度、硬度高时，取s 0微量精车时，取s=4575大刃倾角PCD、PCBN车刀，取s80m/min；使用高速钢刀具时，宜用低速切削，v=38m/min）,通常根据工件材料、刀具材料、技术要求、工艺过程、工艺系统状态等，通过查工艺手册，或根据实际情况和实践经验予以确定选择切削用量必须遵循以下原则,一、切削用量的选择原则,根据零件加工余量和粗、精加工要求，选定背吃刀量ap根据加工工艺系统允许的切削力，其中包括机床进给系统、工件刚度以及精加工时表面粗糙度要求，确定进给量根据刀具寿命，确定切削速度vc所选定的用量应该是机床功率允许的一组切削用量必须考虑到加工余量、刀具寿命、机床功率、表面粗糙度和工艺系统的刚度等因素,
