第八章高速切削加工PPT课件
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镁及其合金：很高的切削速度，主要受限于镁 的易燃性（燃点650℃）。
超级合金：90～500m/min。
高速切削加工及其应用
➢ 切削速度目标：
铣削：加工铝及其合金10000m/min；加工铸铁 5000m/min；加工普通钢2500m/min。
钻削：加工铝及其合金30000rpm；加工铸铁 20000rpm；加工普通钢10000rpm。
随切削速度提高，切削力降低25～30％以 上；切削温度增加逐步缓慢；加工表面粗糙度降 低1～2级；生产效率提高，生产成本降低；大致 是切削速度和进给速度提高15～20％，可降低制 造成本10～15％。
高速切削加工及其应用
➢ 国外现状：
20世纪30年代德国Salomon博士提出高速切削理 念以来，经半个世纪的探索和研究，随数控机床和 刀具技术的进步，80年代末和90年代初开始应用并 快速发展到广泛应用于航空航天、汽车、模具制造
高速切削加工及其应用
工件材料及其性能和切削条件对切屑形态起 主要作用，其中工件材料及其性能有决定性影响： ➢ 低硬度和高热物理性能KρC（导热性K、密度 ρ和比热容C的乘积）的工件材料如铝合金、低碳 钢和未淬硬的钢与合金钢等，在很大切削速度范围 内容易形成连续带状切屑。 ➢ 硬度较高和低热物理特性KρC的工件材料如热 处理的钢与合金钢、钛合金和超级合金，在宽切削 速度范围均形成锯齿状切屑，随切削速度的提高， 锯齿化程度增高，直至形成分离的单元切屑。
高速切削加工及其应用
整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
高速切削加工及其应用
1. 高速切削加工技术的特点和现状 2. 高速切削加工理论基础 3. 高速切削加工的工具系统 4. 高速切削加工的安全技术 5. 高速切削加工技术的应用实例 6. 结束语
试验结果表明：随切削速度的提高，开始切削温度升 高很快，但达到一定速度后，切削温度的升高逐渐缓慢，
高速切削加工及其应用
2. 高速切削加工理论基础 2.1 不同材料在不同状态下的切屑形态
（a）6061-T6铝合金，刀具前角3°， 切削深度为0.25mm，切削速度为
1.56m/min
(b)6061-T6铝合金，刀具前角3°， 切削深度为0.25mm，切削速度为
130m/min
高速切削加工及其应用
(a) 40m/min下连续切屑
(b) 125.5m/min下连续切 屑与锯齿状切屑过渡状态
(c) 250m/min下锯齿状切屑
(d) 2600m/min下即将分离的 锯齿状切屑
图2 硬度325HB的40CrNiMoA的切屑形态
高速切削加工及其应用
图3 切削渗碳淬硬20CrMnTi钢（HRC60～62） 在100～110m/min时的切屑形貌
(c) 4340钢，刀具前角3 ° ， 切削深度为0.18mm， 切削速度为1.50m/min
(d) 4340钢，刀具前角3 ° ， 切削深度为0.18mm， 切削速度为127.2m/min
图1 6061－T6铝合金和AISI4340钢在不同切削速度时 的切屑形态（纵截面微观照片）
高速切削加工及其应用
高速切削加工及其应用
2.2 切削力学
在高速切削范围内，随切削速度提高，摩
擦系数减少，剪切角φ增大，切削力降低。
图4
切削力（N）
500 Fx(N)
450
Fy(N)
400
Fz(N)
350
300
250
200
150
100
50
20.2x0.15 1.84x0.18 1.5x0.22 1.1x0.30 0.75x0.44 0.55x0.60 切削速度 X 进给量（1000m/min X 1mm/r）
高速切削加工及其应用
铝及其合金：3000～5000m/min，最高达 7500m/min，主要受限于机床主轴最高转速和功 率（整体硬质合金钻头钻孔：200～300m/min， PCD钻头加工硅铝合金：300～400m/min），加 工Si含量≥12％的铸造硅铝合金：500～ 1500m/min。
➢ 大进给目标：
进给速度：Vf＝20～50m/min 每刃进给量：fz=1.0～1.5mm/齿
高速切削加工及其应用
➢ 国外现状：
20世纪80年代中期开始研究陶瓷刀具高速切 削淬硬钢，其后引起对高速切削加工的普遍关注。 目前，汽车、模具、航空和工程机械制造业进口了 一大批数控机床和加工中心，国内也生产了一批数 控机床，随着高速切削的深入研究，这些行业有的 已逐步应用高速切削加工技术，并取得很好的经济 效益。
高速切削加工及其应用
1. 高速切削加工技术的特点和现状 ➢ 高速切削加工技术的特点：
高速切削是一个相对概念，一般认为切削速度 为普通切削速度5～10倍的切削。刀具转速8000～ 10000rpm以上的切削。1978年CIRP切削委员会定 为500～7500m/min的切削。
高速切削加工及其应用
➢ 高速切削优越性：
刀－工件摩擦功。干切时，切削热主要由切屑、工 件和刀具传出去，周围介质传出小于1％。
切屑
刀具
工件
图6 切削时热的产生与传出
高速切削加工及其应用
常规切削区a
不宜切削区b
高速切削区c
Tc 切削温度(T)
Vc
切 削 速 度 (V)
图7 切削速度对切削温度的影响（ Salomon 曲线）
高速切削加工及其应用
业加工铝、镁合金、钢、铸铁及其合金、超级 合金及碳纤维增强塑料等复合材料，其中加 工铸铁和铝合金最为普遍。
高速切削加工及其应用
钢和铸铁及其合金：500～1500m/min。 铸铁：最高达2000m/min（钻削160～
200m/min，攻丝100m/min，滚齿300～
600m/min）。
40～65HRC淬硬钢：100～400m/min。
PCBN刀具车削铸铁时的切削力
高速切削加工及其应用
切削分力（N）
350
280 210
140 70
ຫໍສະໝຸດ Baidu0 0
Fz Fy Fx
200 400 600
800 1000 1200 1400
切削速度（m/min）
图5 Al2O3基陶瓷刀具端铣调质45＃钢时的切削力
高速切削加工及其应用
2.3 切削热和切削温度 切削时的热量主要来自剪切变形功、刀－屑和
超级合金：90～500m/min。
高速切削加工及其应用
➢ 切削速度目标：
铣削：加工铝及其合金10000m/min；加工铸铁 5000m/min；加工普通钢2500m/min。
钻削：加工铝及其合金30000rpm；加工铸铁 20000rpm；加工普通钢10000rpm。
随切削速度提高，切削力降低25～30％以 上；切削温度增加逐步缓慢；加工表面粗糙度降 低1～2级；生产效率提高，生产成本降低；大致 是切削速度和进给速度提高15～20％，可降低制 造成本10～15％。
高速切削加工及其应用
➢ 国外现状：
20世纪30年代德国Salomon博士提出高速切削理 念以来，经半个世纪的探索和研究，随数控机床和 刀具技术的进步，80年代末和90年代初开始应用并 快速发展到广泛应用于航空航天、汽车、模具制造
高速切削加工及其应用
工件材料及其性能和切削条件对切屑形态起 主要作用，其中工件材料及其性能有决定性影响： ➢ 低硬度和高热物理性能KρC（导热性K、密度 ρ和比热容C的乘积）的工件材料如铝合金、低碳 钢和未淬硬的钢与合金钢等，在很大切削速度范围 内容易形成连续带状切屑。 ➢ 硬度较高和低热物理特性KρC的工件材料如热 处理的钢与合金钢、钛合金和超级合金，在宽切削 速度范围均形成锯齿状切屑，随切削速度的提高， 锯齿化程度增高，直至形成分离的单元切屑。
高速切削加工及其应用
整体概况
概况一
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01
概况二
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概况三
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03
高速切削加工及其应用
1. 高速切削加工技术的特点和现状 2. 高速切削加工理论基础 3. 高速切削加工的工具系统 4. 高速切削加工的安全技术 5. 高速切削加工技术的应用实例 6. 结束语
试验结果表明：随切削速度的提高，开始切削温度升 高很快，但达到一定速度后，切削温度的升高逐渐缓慢，
高速切削加工及其应用
2. 高速切削加工理论基础 2.1 不同材料在不同状态下的切屑形态
（a）6061-T6铝合金，刀具前角3°， 切削深度为0.25mm，切削速度为
1.56m/min
(b)6061-T6铝合金，刀具前角3°， 切削深度为0.25mm，切削速度为
130m/min
高速切削加工及其应用
(a) 40m/min下连续切屑
(b) 125.5m/min下连续切 屑与锯齿状切屑过渡状态
(c) 250m/min下锯齿状切屑
(d) 2600m/min下即将分离的 锯齿状切屑
图2 硬度325HB的40CrNiMoA的切屑形态
高速切削加工及其应用
图3 切削渗碳淬硬20CrMnTi钢（HRC60～62） 在100～110m/min时的切屑形貌
(c) 4340钢，刀具前角3 ° ， 切削深度为0.18mm， 切削速度为1.50m/min
(d) 4340钢，刀具前角3 ° ， 切削深度为0.18mm， 切削速度为127.2m/min
图1 6061－T6铝合金和AISI4340钢在不同切削速度时 的切屑形态（纵截面微观照片）
高速切削加工及其应用
高速切削加工及其应用
2.2 切削力学
在高速切削范围内，随切削速度提高，摩
擦系数减少，剪切角φ增大，切削力降低。
图4
切削力（N）
500 Fx(N)
450
Fy(N)
400
Fz(N)
350
300
250
200
150
100
50
20.2x0.15 1.84x0.18 1.5x0.22 1.1x0.30 0.75x0.44 0.55x0.60 切削速度 X 进给量（1000m/min X 1mm/r）
高速切削加工及其应用
铝及其合金：3000～5000m/min，最高达 7500m/min，主要受限于机床主轴最高转速和功 率（整体硬质合金钻头钻孔：200～300m/min， PCD钻头加工硅铝合金：300～400m/min），加 工Si含量≥12％的铸造硅铝合金：500～ 1500m/min。
➢ 大进给目标：
进给速度：Vf＝20～50m/min 每刃进给量：fz=1.0～1.5mm/齿
高速切削加工及其应用
➢ 国外现状：
20世纪80年代中期开始研究陶瓷刀具高速切 削淬硬钢，其后引起对高速切削加工的普遍关注。 目前，汽车、模具、航空和工程机械制造业进口了 一大批数控机床和加工中心，国内也生产了一批数 控机床，随着高速切削的深入研究，这些行业有的 已逐步应用高速切削加工技术，并取得很好的经济 效益。
高速切削加工及其应用
1. 高速切削加工技术的特点和现状 ➢ 高速切削加工技术的特点：
高速切削是一个相对概念，一般认为切削速度 为普通切削速度5～10倍的切削。刀具转速8000～ 10000rpm以上的切削。1978年CIRP切削委员会定 为500～7500m/min的切削。
高速切削加工及其应用
➢ 高速切削优越性：
刀－工件摩擦功。干切时，切削热主要由切屑、工 件和刀具传出去，周围介质传出小于1％。
切屑
刀具
工件
图6 切削时热的产生与传出
高速切削加工及其应用
常规切削区a
不宜切削区b
高速切削区c
Tc 切削温度(T)
Vc
切 削 速 度 (V)
图7 切削速度对切削温度的影响（ Salomon 曲线）
高速切削加工及其应用
业加工铝、镁合金、钢、铸铁及其合金、超级 合金及碳纤维增强塑料等复合材料，其中加 工铸铁和铝合金最为普遍。
高速切削加工及其应用
钢和铸铁及其合金：500～1500m/min。 铸铁：最高达2000m/min（钻削160～
200m/min，攻丝100m/min，滚齿300～
600m/min）。
40～65HRC淬硬钢：100～400m/min。
PCBN刀具车削铸铁时的切削力
高速切削加工及其应用
切削分力（N）
350
280 210
140 70
ຫໍສະໝຸດ Baidu0 0
Fz Fy Fx
200 400 600
800 1000 1200 1400
切削速度（m/min）
图5 Al2O3基陶瓷刀具端铣调质45＃钢时的切削力
高速切削加工及其应用
2.3 切削热和切削温度 切削时的热量主要来自剪切变形功、刀－屑和