第二章 第六节 切削条件合理选择
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切削条件的合理选择
3.改善工件材料切削加工性的途径
通常采用以下两种方法： (1) 调整材料的化学成分 在不影响工件的使用性能的前提下，在钢中适当
添加一些化学元素，如S、Pb等，能使钢的切削加工性得到改善，可获得易切钢， 易切钢的良好切削加工性主要表现在：切削力小、容易断屑，且刀具耐用度高， 加工表面质量好。另外在铸铁中适量增加石墨成分，也能改善其切削加工性。这 些方法常用在大批大量生产中。
二、 影响工件材料切削加工性的因素及改善切 削加工性的途径
1.工件材料物理力学性能对切削加工性的影响
工件材料的切削加工性能主要受其本身的物理力学性能的影响，材料的物理力学性能主要是指材料的强度、硬度、 塑性、韧性和热导率等。一般说来，工件材料的力学性能越好，其切削加工的难度就越大。可以根据它们的数值大 小来划分加工性等级，如表 4-2 所示。
因此，在实际生产过程中，常采用适当的热处理工艺，来改变 材料的金相组织和物理机械性能，从而改善金属材料的切削加工 性。
低碳钢由于塑性过高，通过冷拔或正火处理，可以适当降低其塑性，提高 硬度，改善其切削加工性。 高碳钢和工具钢的硬度偏高，且有较多的网状和片状渗碳体组织，较难切 削。通过球化退火，降低其硬度，并能得到球状渗碳体组织，有利于切削 加工。 马氏体不锈钢通常要通过调质处理到HRC28左右，硬度过低时，塑性较大， 不易得到较小的表面粗糙度值，硬度较高时，则切削时，会使刀具磨损增 大。
热轧状态的中碳钢，组织不均匀，有时表面还有硬皮，也不容易切 削。通过正火处理可以使其组织和硬度均匀，而改善了切削加工性。 有时中碳钢也可退火后加工。 铸铁件一般在切削前都要安排退火处理，以降低表层硬度，消除内 应力，改善其切削加工性。
(4) 材料的导热系数 在一般情况下，导热系数高的材料，切削热越容易
机制技术(3-2)合理切削条件选择
三、合理切削条件选择
㈠、工件材料的切削加工性 1、切削加工性的概念和衡量指标
根据相对加工性Kr的大小，将不同材料的切削加 工性分为8级(1～8)。
三、合理切削条件选择
三、合理切削条件选择
Kr仅反映不同材料对刀具使用寿命的影响程 度，并未反映表面粗糙度和断屑问题，仅对选择 切削速度有指导意义。若以某材料的Kr 乘以45钢 的切削速度即得该材料的许用切削速度。
⑶结构钢
碳素结构钢切削加工性取决于含碳量。 低碳钢硬度低，塑韧性高，变形大，断屑难，粘屑，加 工表面粗糙，加工性较差； 高碳钢硬度高，塑性低，切削力大，温度高，刀具耐用 度低，加工性差； 中碳钢性能适中，加工性良好。 合金结构钢强度硬度提高，切削加工性变差。
⑷难加工材料
高强度硬度，高塑性韧性或高脆性，耐高温，导热性差。
切削力大，温度高，刀具磨损快，断屑难，加工性差。
三、合理切削条件选择
㈠、工件材料的切削加工性 3、材料化学成分和金相组织的影响
三、合理切削条件选择
㈠、工件材料的切削加工性 4、改善切削加工性的途径
⑴、通过不同的热处理方法
对高碳钢：球化退火处理；
对低碳钢：冷拔、正火；
对铸铁：退火。
⑵、调整材料的化学成分
量ap，其次在工艺条件允许下选择较大的进给量f ，最后
根据合理的刀具使用寿命，用计算法或查表法确定切削速 度v 。这样使v、f 、ap 的乘积最大，以获得最大的生产率 精加工时则主要按表面粗糙度和加工精度要求确定切削用量。
三、合理切削条件选择
㈣、切削用量的选择
2.切削用量制订的步骤（以车削为例）
（1）背吃刀量ap的选择 粗加工时， ap由加工余量和工艺系统的刚度决定，尽可
切削用量的选择原则
切削用量的选择原则
第一段：切削用量是不可缺少的切削参数，它需要用户根据切削要求，从许多切削可能量中进行选择，以使工件表面满足要求，并节约切削能耗。
本文旨在为熟悉切削用量的选择原则提供指导，以便于切削过程的有效控制。
第二段：切削用量的选择要根据工件材料、加工工艺、刀具结构和辅助设备等多种因素进行综合考虑。
首先，要考虑工件材料的加工性能。
材料的脆硬度、塑性弹性模量、耐磨损性、密度等参数，影响切削用量的选择，同样的材料，切削量的大小可能不同。
第三段：其次，要考虑加工工艺的不同，切削参数的选择要考虑加工的精度要求，especiallY对于高精度加工，比如微机雕刻，它要求切削误差极其小，切削用量需要减小，也就是说要使末端刀具和工件表面接触面积增加，以提高切削精度，但切向力也需要相应减小．第四段：接下来，要考虑刀具结构参数，尤其是刃口尺寸、形状和角度，它们直接影响切削刃的切向力、摩擦力和压痕深度等特性，从而影响切削用量的选择．比如对于高速钢加工，可以选择尖角度较钝的刃口，并采用更大切口尺寸，以降低切削刃的切入力，消除切削热．
第五段：最后，要考虑切削机床的驱动、辅助系统及其他因素，这些因素都会影响切削用量的选择．比如，利用液压机械手、磁浮支撑装置或向心力喷射装置等设备，可以减少刀具受到的横向切向力，从而提高切削精度，同时增大切削用量．
第六段：总之，切削用量的选择要按照工件材料、加工工艺、刀具结构和辅助设备等多种因素进行综合考虑，以确保加工工件的质量，确保切削过程的有效控制，以节约切削能耗．
第七段：由于切削用量对切削过程的控制有着至关重要的影响，因此需要用户熟悉切削用量的选择原则，才能做出正确的决定，以确保满足加工要求，同时节约切削能耗，提高切削效率。
切削条件的合理选择
机械制造工艺与设备
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2.改善工件材料切削加工性的基本方法 1）选择合理的热处理工序 2）选切削加工性好的工件材料 3）调整化学成分 4）其他方法
1.2 刀具几何参数
1.前角的选择 1）前角的功用
增大前角，可使切削刃锋利，减少切削变形和摩擦，从而减少切削力， 提高刀具寿命，还可以抑制积屑瘤的产生，改善加工质量。但前角过大， 会削弱切削刃的强度和散热情况，甚至造成崩刃。
2.切削用量的确定
切削速度的合理选择
粗加工时，切削速度vc选 的较小；精加工时，切削 速度vc选的较大。工件材 料强度、硬度较高时，应 选较小的切削速度vc ；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vc 。
进给量的合理选择
粗加工时，进给量f的 选择主要受切削力的限 制。半精加工和精加工 时，进给量f对工件的 已加工表面粗糙度的影 响较大，因此，其一般
2）前角的选择原则
1
2
3
当工件材料的强度、硬 度大时，为增加切削刃 刃口强度，应选择较小 的前角；当工件材料的 塑性大时，为减小变形， 应选择较大的前角；当 工件材料的脆性大时， 工件变形小，切削力集 中，应选择较小的前角。
当刀具材料的强度、 韧性较高时，可选 择较大的前角。
粗加工时，为增加切 削刃的强度，宜选择 较小的前角；精加工 时，为增加切削刃的 锋利性，宜选择较大 的前角。
2.后角的选择 1）后角的功用
增大后角能减小刀具后刀面与工件切削表面之间的摩擦，还可 使切削刃刃口锋利。但后角过大，使得楔角减小，切削刃刃口强度 减小，散热体积减小。 2）后角的选择原则
（1）当需要提高刀具刃口强度时，应适当减小后角。 （2）粗加工、强力切削及承受冲击载荷的刀具，为增加刀具强 度，后角应取小些；精加工时，因切削深度及进给量较小，增大后 角可提高刀具寿命和已加工表面的质量。
第二章第六节切削用量的选择方案
• 进给量主要受表面粗糙度的限制，为提高工件表面 质量，进给量也选择较小值。
• 精加工多采用较高的切削速度，即可提高加工效率， 又要照顾到刀具使用寿命。
二、三要素的选定
1. ap的选定 • 一般根据加工性质与加工余量确定ap。切削加工一
般分为粗加工、半精加工和精加工。 (1)粗加工：考虑机床功率，系统刚度尽可能大
第六节 切削用量的选择
一、切削用量的选择原则
每次切削加工都必须选择切削速度、进给量和背吃刀量，这是 肯定的。
切削用量这三个要素与 生产效率、加工质量和加工成本都有非 常密切的关系。
我们在追求最高的生产效率、最好的加工质量和最低的加工成 本时如何选择切削用量三个要素呢？怎样选择才算合理呢？ 下面让我们来分析一下切削用量三要素与生产效率、加工质 量和加工成本的关系。
• (2)工件材料强度、硬度高时，应选较低的vc。 • (3)切削合金钢比切削中碳钢切削速度降低20%～30%；切削
调质状态的钢比切削正火、退火状态钢要降低切削速度 20%～30%；切削有色金属比切削中碳钢的切削速度可提高 100%～300%。
• (4)刀具材料的切削性能愈好，切削速度也选得愈高，如硬质 合金钢的切削速度比高速钢刀具可高几倍，涂层刀具的切削 速度比未涂层刀具要高，陶瓷、金刚石和CBN刀具可采用更 高的切削速度。
f ↑ → 残留面积↑ Ra↑
v c → 通过积屑瘤来影响
2.切削用量与生产率 (1) 生产率
1 w
tw
tw
tm
tct
tm T
tot
tm （ ----- 机动时间）基本工艺时间 tct ----- （安装、调整、换刀）辅助工艺时间 tot ----- 其他辅助时间
• 精加工多采用较高的切削速度，即可提高加工效率， 又要照顾到刀具使用寿命。
二、三要素的选定
1. ap的选定 • 一般根据加工性质与加工余量确定ap。切削加工一
般分为粗加工、半精加工和精加工。 (1)粗加工：考虑机床功率，系统刚度尽可能大
第六节 切削用量的选择
一、切削用量的选择原则
每次切削加工都必须选择切削速度、进给量和背吃刀量，这是 肯定的。
切削用量这三个要素与 生产效率、加工质量和加工成本都有非 常密切的关系。
我们在追求最高的生产效率、最好的加工质量和最低的加工成 本时如何选择切削用量三个要素呢？怎样选择才算合理呢？ 下面让我们来分析一下切削用量三要素与生产效率、加工质 量和加工成本的关系。
• (2)工件材料强度、硬度高时，应选较低的vc。 • (3)切削合金钢比切削中碳钢切削速度降低20%～30%；切削
调质状态的钢比切削正火、退火状态钢要降低切削速度 20%～30%；切削有色金属比切削中碳钢的切削速度可提高 100%～300%。
• (4)刀具材料的切削性能愈好，切削速度也选得愈高，如硬质 合金钢的切削速度比高速钢刀具可高几倍，涂层刀具的切削 速度比未涂层刀具要高，陶瓷、金刚石和CBN刀具可采用更 高的切削速度。
f ↑ → 残留面积↑ Ra↑
v c → 通过积屑瘤来影响
2.切削用量与生产率 (1) 生产率
1 w
tw
tw
tm
tct
tm T
tot
tm （ ----- 机动时间）基本工艺时间 tct ----- （安装、调整、换刀）辅助工艺时间 tot ----- 其他辅助时间
切削 用量的合理选择
据工件材料碳钢、车刀刀杆横断面尺寸16mm × 25mm、工件 直径dw=68mm和背吃刀量ap=3mm时，查出f=0.5～0.7mm／r。
2）根据机床说明书，取机床实际进给量 =0.51mm／r。 3）检验机床进给机构允许的进给量。参考CA6140车床说 明书，查出机床进给机构允许的最大进给抗力为：FMfmax＝ 3528N。 计算切削时进给力为：
统、工件刚度以及精加工时表面粗糙度要求，确定进给量。
3）根据刀具寿命，确定切削速度。 4）所选定的切削用量应该是机床功率所允许的。
1.2切削用量的合理选择方法
1.背吃刀量的合理选择
背吃刀量一般是根据加工余量来确定。 粗加工（表面粗糙度Ra=50～12.5μm）时，尽可能一 次走刀即切除全部余量，在中等功率的机床上加工，取 ap=8～10mm；加工余量太大或余量不均匀、工艺系统刚性 不足或者断续切削时，可分几次走刀。 半精加工（Ra=6.3～3.2μm）时，取ap=0.5～2mm。 精加工（Ra=1.6～0.8μm）时，取ap=0.1～0.4mm。
1.5切削用量的优化概念
切削用量的优化是指在一定的预定目标及约束条件下， 选择最佳的切削用量。
在实际生产中，由于各种条件（加工零件、机床、刀 具、夹具等）都在变化，很难确定出一组最合理的切削用 量数值。
利用切削用量优化的方法，在确定加工条件下，综合 考虑各个因素，通过计算机辅助设计，能找出满足高效、 低成本、高利润和达到表面质量要求的一组最佳的切削用 量参数。实际切削用量的优化过程就是建立优化目标的数 学模型，用计算机求极值。主要目标函数有三个。
床功率是否允许。 在实际生产中，切削用量的合理选择，既可参照有关 手册的推荐数据，也可凭经验根据选择原则确定。
1.3车削用量的合理选择例题
2）根据机床说明书，取机床实际进给量 =0.51mm／r。 3）检验机床进给机构允许的进给量。参考CA6140车床说 明书，查出机床进给机构允许的最大进给抗力为：FMfmax＝ 3528N。 计算切削时进给力为：
统、工件刚度以及精加工时表面粗糙度要求，确定进给量。
3）根据刀具寿命，确定切削速度。 4）所选定的切削用量应该是机床功率所允许的。
1.2切削用量的合理选择方法
1.背吃刀量的合理选择
背吃刀量一般是根据加工余量来确定。 粗加工（表面粗糙度Ra=50～12.5μm）时，尽可能一 次走刀即切除全部余量，在中等功率的机床上加工，取 ap=8～10mm；加工余量太大或余量不均匀、工艺系统刚性 不足或者断续切削时，可分几次走刀。 半精加工（Ra=6.3～3.2μm）时，取ap=0.5～2mm。 精加工（Ra=1.6～0.8μm）时，取ap=0.1～0.4mm。
1.5切削用量的优化概念
切削用量的优化是指在一定的预定目标及约束条件下， 选择最佳的切削用量。
在实际生产中，由于各种条件（加工零件、机床、刀 具、夹具等）都在变化，很难确定出一组最合理的切削用 量数值。
利用切削用量优化的方法，在确定加工条件下，综合 考虑各个因素，通过计算机辅助设计，能找出满足高效、 低成本、高利润和达到表面质量要求的一组最佳的切削用 量参数。实际切削用量的优化过程就是建立优化目标的数 学模型，用计算机求极值。主要目标函数有三个。
床功率是否允许。 在实际生产中，切削用量的合理选择，既可参照有关 手册的推荐数据，也可凭经验根据选择原则确定。
1.3车削用量的合理选择例题
切削用量的合理选择
切削用量的合理选择(2008-07-13 15:37:22)标签：刀具寿命用量生产率切削性能杂谈分类：数控刀具技术切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数，而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要的影响。
所谓“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能(功率、扭矩)，在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。
一制订切削用量时考虑的因素切削加工生产率在切削加工中，金属切除率与切削用量三要素ap、f、v均保持线性关系，即其中任一参数增大一倍，都可使生产率提高一倍。
然而由于刀具寿命的制约，当任一参数增大时，其它二参数必须减小。
因此，在制订切削用量时，三要素获得最佳组合，此时的高生产率才是合理的。
刀具寿命切削用量三要素对刀具寿命影响的大小，按顺序为v、f、ap。
因此，从保证合理的刀具寿命出发，在确定切削用量时，首先应采用尽可能大的背吃刀量；然后再选用大的进给量；最后求出切削速度。
加工表面粗糙度精加工时，增大进给量将增大加工表面粗糙度值。
因此，它是精加工时抑制生产率提高的主要因素。
二刀具寿命的选择原则切削用量与刀具寿命有密切关系。
在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。
一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。
选择刀具寿命时可考虑如下几点：根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。
复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。
对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取15-30min。
对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。
车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些；当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大时，刀具寿命也应选得低些。
金属工艺学 下册(第六版) 邓文英 宋力宏 课后题答案
圆面长度 lw=500mmd，切入、切出长度 l1= l2=3mm，切削用量 vc=120m/min， f=0.2 mm/r，ap=3mm，试求基本工艺时间 tm。
解： h = dw dm 86 80 3mm
2
2
tm
d w
(lw l1 l2 ) h vc f ap
PE=4.5kW，试问电动机功率是否足够？ 解：查表 1-2 kc=1962Mpa Fc Kc ap f 1962 4 0.3 2354.4N Pm 103 Fc vc 103 2354.4 100 60 3.924kw P PE 4.5 0.75 3.375kw Pm 答经上述计算电机功率是不足的。
43.49r/min
（2）根据图 2－30 所示的传动系统图，试列出其传动链，并求：1、主轴Ⅴ有几 级转速？2、主轴Ⅴ的最高转速和最低转速各为多少？
解：传动链：电动机（1440r/min）－
34
48
41
－Ⅰ－
－Ⅱ－
41
22
－Ⅲ－
－
60
28
（9）假设题（8）的其他条件不变，仅工件材料换成灰铸铁 HT200（退火，170HBS） 或铝合金 LY12（淬火及时效，107HBS），试计算这种情况下的切削力 Fc 和 切削功率 Pm。它们与加工 45 刚时相比有何不同？为什么？
解：查表 1-2 灰铸铁 HT200（退火，170HBS）kc1=1118Mpa；铝合金 LY12（淬火及 时效，107HBS）kc2=834Mpa
（3）在一般情况下，K 类硬质合金适于加工铸铁件，P 类硬质合金适于加工钢件。 但在粗加工铸钢件毛坯时，却要选用牌号为 K20 的硬质合金，为什么？
解： h = dw dm 86 80 3mm
2
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d w
(lw l1 l2 ) h vc f ap
PE=4.5kW，试问电动机功率是否足够？ 解：查表 1-2 kc=1962Mpa Fc Kc ap f 1962 4 0.3 2354.4N Pm 103 Fc vc 103 2354.4 100 60 3.924kw P PE 4.5 0.75 3.375kw Pm 答经上述计算电机功率是不足的。
43.49r/min
（2）根据图 2－30 所示的传动系统图，试列出其传动链，并求：1、主轴Ⅴ有几 级转速？2、主轴Ⅴ的最高转速和最低转速各为多少？
解：传动链：电动机（1440r/min）－
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－Ⅰ－
－Ⅱ－
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－Ⅲ－
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（9）假设题（8）的其他条件不变，仅工件材料换成灰铸铁 HT200（退火，170HBS） 或铝合金 LY12（淬火及时效，107HBS），试计算这种情况下的切削力 Fc 和 切削功率 Pm。它们与加工 45 刚时相比有何不同？为什么？
解：查表 1-2 灰铸铁 HT200（退火，170HBS）kc1=1118Mpa；铝合金 LY12（淬火及 时效，107HBS）kc2=834Mpa
（3）在一般情况下，K 类硬质合金适于加工铸铁件，P 类硬质合金适于加工钢件。 但在粗加工铸钢件毛坯时，却要选用牌号为 K20 的硬质合金，为什么？
切削参数的选择
刃。 ❖ 副切削刃——前刀面与副后刀面相交形成的刀
刃。
课堂问题？
2、正交平面参考系各参考面的概念？ 基面pr、切削平面ps、正交平面po
❖正交平面参考系时各参考面 ： ❖ 基面pr——过切削刃选定点平行或垂直刀
具安装面（或轴线）的平面。 ❖ 切削平面ps——过切削刃选定点与切削
刃相切并垂直于基面的平面。 ❖ 正交平面po——过切削刃选定点同时垂
直于切削平面和基面的平面。
课堂问题？
3、车刀各刀具角度的概念？ 前副角偏γ角o、κrˊ后、角刃α倾o、角主λs偏角κr 、
❖ 前角γo——在主切削刃选定点的正交平面 po内，前刀面与基面之间的夹角。
❖ 后角αo——在正交平面po内，主后刀面与 切削平面之间的夹角。
❖ 主偏角κr——主切削刃在基面上的投影与进 给方向的夹角。
❖ 正交平面参考系时各 参考面 ：（右图）
❖ 基面pr——过切削刃选 定点平行或垂直刀具安 装面（或轴线）的平面。
❖ 切削平面ps——过切削 刃选定点与切削刃相切 并垂直于基面的平面。
❖ 正交平面po——过切削 刃选定点同时垂直于切 削平面和基面的平面。
正交平面参考系
❖ 对于法平面参考系：
❖ 则由pr、ps、pn三平面组成，其中：
❖ 刀具前角的合理选择，主要由刀具材 料和工件材料的种类与性质决定。
❖ ① 刀具材料
❖ 强度和韧性大的刀具材料可以选择大的前角，而脆性 大的刀具甚至取负的前角。
❖ 下图是不同刀具材料韧性的变化
立方氮化硼刀具 陶瓷刀具 硬质合金刀具
高速钢刀具
❖ ② 工件材料
刀具韧性增强，前角取大
❖ 加工钢件等塑性材料时，切屑沿前刀面流出时和前刀
❖ 刀具几何参数的合理选择：是指在保证加工质量 的前提下，选择能提高切削效率，降低生产成本， 获得最高刀具耐用度的刀具几何参数。
刃。
课堂问题？
2、正交平面参考系各参考面的概念？ 基面pr、切削平面ps、正交平面po
❖正交平面参考系时各参考面 ： ❖ 基面pr——过切削刃选定点平行或垂直刀
具安装面（或轴线）的平面。 ❖ 切削平面ps——过切削刃选定点与切削
刃相切并垂直于基面的平面。 ❖ 正交平面po——过切削刃选定点同时垂
直于切削平面和基面的平面。
课堂问题？
3、车刀各刀具角度的概念？ 前副角偏γ角o、κrˊ后、角刃α倾o、角主λs偏角κr 、
❖ 前角γo——在主切削刃选定点的正交平面 po内，前刀面与基面之间的夹角。
❖ 后角αo——在正交平面po内，主后刀面与 切削平面之间的夹角。
❖ 主偏角κr——主切削刃在基面上的投影与进 给方向的夹角。
❖ 正交平面参考系时各 参考面 ：（右图）
❖ 基面pr——过切削刃选 定点平行或垂直刀具安 装面（或轴线）的平面。
❖ 切削平面ps——过切削 刃选定点与切削刃相切 并垂直于基面的平面。
❖ 正交平面po——过切削 刃选定点同时垂直于切 削平面和基面的平面。
正交平面参考系
❖ 对于法平面参考系：
❖ 则由pr、ps、pn三平面组成，其中：
❖ 刀具前角的合理选择，主要由刀具材 料和工件材料的种类与性质决定。
❖ ① 刀具材料
❖ 强度和韧性大的刀具材料可以选择大的前角，而脆性 大的刀具甚至取负的前角。
❖ 下图是不同刀具材料韧性的变化
立方氮化硼刀具 陶瓷刀具 硬质合金刀具
高速钢刀具
❖ ② 工件材料
刀具韧性增强，前角取大
❖ 加工钢件等塑性材料时，切屑沿前刀面流出时和前刀
❖ 刀具几何参数的合理选择：是指在保证加工质量 的前提下，选择能提高切削效率，降低生产成本， 获得最高刀具耐用度的刀具几何参数。
机械类-金属切削条件的合理选择
后再热压锻轧制成。适用于制造精密刀具、大尺寸(滚刀、
插齿刀)刀具、复杂成形刀具、拉刀等。
2020/10/16
(3)硬质合金
•(碳硬化质钨合W金C、(c碳ar化bi钛deTsi)C是、由碳高化硬钽度Ta和C、高碳熔化点铌的N金bC属等碳)和化金物属
粘结剂(Co、Mo、Ni等)用粉末冶金工艺制成。
•定硬性质好合,耐金磨刀性具好常,温耐硬热度性为达8890～0～931H0R0A0,°化C学。稳硬定质性合好金,刀热具稳
2020/10/16
(4)刀具材料的切削性能愈好,切削速度也选得愈高。
(5)精加工时,应尽量避开积屑瘤和鳞刺产生的区域。 (6)断续切削及加工大件、细长件和薄壁工件时,应 适当降低切削速度。 (7)在易发生振动的情况下,切削速度应避开自激振 动的临界速度。
2020/10/16
3.粗、精加工选择切削用量的原则
(WC+TiC+TaC+(NbC)+Co) :YW,属M类
2020/10/16
2)常用硬质合金的牌号及其性能
❖K (YG)(钨钴类)类硬质合金:有较好的韧性、磨削性、
导热性,
❖适合加工短切屑的金属或非金属材料,如淬硬钢、铸铁、
铜铝合金、塑料等。
❖其代号有K01、K10、K20、K30、K40等,数字越大,耐磨
允许的切削速度比高速钢刀具高5～10倍 。
•但强度、韧度均较高速钢低,工艺性也不如高速钢。 •端常铣制刀成等各的种刀型柄式(刀的体刀)片上,使焊用接。或机械夹固在车刀、刨刀、
2020/10/16
1)硬质合金的分类
➢钨钴类(WC+Co);YG,属K类 ➢钨钛钴类(WC+TiC+Co);YT,属P类 ➢钨 钛 钽 ( 铌 ) 类 硬 质 合 金
机械制造技术基础 第二章 第六节 刀具磨损和刀具寿命
五、刀具破损
刀具破损分为脆性破损和塑性破损。脆性破损又分为早期和后期两种。 早期脆性破损——切削刚开始或短时间切削后即发生破损，前后刀面尚未产生明显的磨损 （一般VB≤0.1mm)。 后期脆性破损——加工一段时间后，刀具材料因疲劳而引起的破损。
1、刀具脆性破损的形态 ⑴ 崩刃 ——在切削刃上产生小的缺口，刀具还能继续切削。陶瓷、立方氮化硼等脆性材 料的刀具常发生这种崩刃。 ⑵ 碎断——切削刃上发生小块碎裂或大块断裂，不能继续正常切削。 刀尖与切削刃处发生小 碎块属于早期碎断，一般还可重磨再用，硬质合金和陶瓷 刀具断续切削时常出现 这种早期碎断；刀尖处发生大块断裂，不可能再重磨使 用，多数是断续切削较长 时间后，没有及时换刀，因刀具材料疲劳而造成断裂。 ⑶ 剥落——在前、后到面上几乎平行于切削刃而剥下一层碎片，经常连切削刃一起剥落。 多是断续切削时的一种早期破损现象。陶瓷铣刀片易出现这种破损；硬质合金刀 具形成积屑瘤时，也会造成这种破损。 ⑷ 裂纹破损——在较长时间断续切削后，由于疲劳而引起裂纹的一种破损。 有因热冲击而引起的通常垂直或倾斜于切削刃的热裂纹；也有因机械冲击而 发生的平行于切削刃或成网状的机械疲劳裂纹。
3、边界磨损 —— N区磨损。 边界磨损严重的宏观原因是： 主切削刃与工件待加工表面接触处，切削刃切削的是上道工序的硬化层或毛坯表面； 另此处存在很高的应力梯度及很高的温度梯度，这将引起很大的剪应力。 副切削刃与已加工表面接触处，由于加工硬化作用，副切削刃与工件接触处的切削厚 度减薄到零，引起这部分刀刃打滑；同时，这部分也存在一定的应力梯度及温度梯度，也 会引起较大的剪应力。
后刀面的磨损带 往往不均匀，可分为：C区、B区、N区，如图。 C区——刀尖部分，（因刀尖部分强度较低，散热条件又差）磨损比较严重，用其最大 值VC表示其磨损程度。
01-教材参考内容——切削用量的合理选择
径;改进刀具几何参数可使刀具耐用度有较大幅度提高。
因此,刀具耐用度是衡量刀具几何参数合理和先进与否的重要标志之一。
前角Y o增大,切削温度降低,耐用度提高;前角Y o太大,刀刃强度低、散热差且易磨损,故耐用度T反而下降。
主偏角k r减小,可增加刀具强度和改善散热条件,故耐用度T或刀具耐用度允许的切削速度o T 增高。
此外,适当减少副偏角k'r和增大刀尖圆弧半径r e都能提高刀具强度,改善散热条件使刀具耐用度T或刀具耐用度允许的切削速度oT提高。
（3)加工材料的影响加工材料的强度、硬度越高,产生的切削温度越高,故刀具磨损越快,刀具耐用度T 越低。
此外,加工材料的延伸率越大或导热系数越小,均能使切削温度升高从而使刀具耐用度T 降低。
（4)刀具材料的影响刀具切削部分材料是影响耐用度的主要因素,改善刀具材料的切削性能,使用新型材料,能促进刀具耐用度成倍提高。
一般情况下,刀具材料的高温硬度越高、越耐磨,耐用度T 也越高。
但在带冲击切削、重型切削和对难加工材料切削时,决定刀具抗破损能力的主要指标是冲击韧性。
普通陶瓷材料的抗弯强度约为硬质合金的1/3,因此,切削时受到轻微冲击也易破损。
为了增强刀具的韧性、提高刀具抗弯强度,目前研制了新型陶瓷,并在刀具几何参数方面选用较小的前角、负刃倾角和倒棱等参数。
2.5切削用量的合理选择所谓"合理,的切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能（功率、扭矩),在保证零件加工质量的前提下,获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。
2.51切削用量选择原则根据不同的加工条件和加工要求,又考虑到切削用量各参数对切削过程规律的不同影响,制定切削用量时应从以下几个主要方面考虑。
（1)切削加工生产率在切削加工中,金属切除率与切削用量三要素ap 、f、oc均呈线性关系,即其中任一参数增大一倍,都可使生产率提高一倍。
然而由于刀具耐用度的制约,当任一参数增大时,其他二参数必须减小。
切削条件的选择
在相同的切削条件下，使用同一型号 （最好是同一把）刀具，在同一磨钝标准 （例如VB = 0.3 mm）下，切削两种不同的工 件材料，刀具寿命高的比寿命低的切削加工 性好。
一、工件材料的切削加工性
1.切削加工性的概念和衡量指标
标准二 用切削力和切削温度来衡量
在刀具寿命相同的条件下，切削力大或 者切削温度高，切削加工性差。机床动力不 足常用此指标。
切削速度的选择：可按照刀具使用寿命求出切削速度。并考虑到， 精加工避开积屑瘤产生的速度范围；粗加工应对机床效率进行校 验；断续切削，宜适当降低速度，减少冲击和热应力；加工大型、 细长、薄壁工件，选择较低的切削速度。
3.6 磨削原理
磨削加工是机械加工中常用的一种加工方法，主 要用于精加工，有十分重要的地位。磨削加工可 以使工件达到IT5～IT7级精度和Ra1.25~0.08m 的表面粗糙度，高精度磨削可以获得 Ra<0.01m的表面粗糙度。
磨削的三个阶段 t1：初磨阶段；t2：稳磨阶段；t3：光磨阶段
3.6.3 磨削温度
• 一、基本概念 1、磨粒磨削点温度 磨粒磨削点温度是磨粒切削刃与切屑接触点的温度，是磨 削中温度最高的部位，可达1000～1400℃，也是磨削热的 主要热源。该温度不但影响磨削表面质量，且与磨粒的磨 损和切屑熔化焊接现象有密切关系。 2、砂轮磨削区温度 砂轮磨削区温度是砂轮与工件接触区的平均温度。它影响 工件表面的烧伤、裂纹和加工硬化。一般情况下，没有特 别注明时的“磨削温度”，就是指砂轮磨削区温度，可用 人工热电偶或半人工热电偶法测定。
二、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对切削加工性 的影响 硬度强度越高、切削力越大，切削温度越 高，切削加工性越差。 伸长率越大，塑性越大，加工性越差，韧 性高，切削力和温度高，不易断屑，加工 性差。 热导率越大，由切削带走，工件散出的热 量越多，有利于降温，加工性越好。
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相对指标Kr：以抗拉强度的45＃钢的V60为基 准（V60），把其它材料的 V60与之相比。
K r v60 v60
三.材料切削加工性的改善
改善途径
调整化学成分，发展易切钢 进行合适的热处理 改变工艺方法，如低碳钢冷拉降低塑性 改变切削条件，如选择合适的刀具材料，
几何参数，切削用量与切削液等
(1) 高速钢(HHS)
高速钢HHS：W、Mo和Cr含较 高的合金工具钢，许用切削速 度高于一般的合金工具钢。
W、Mo溶于基体，提高红硬性； W、Mo、Cr等形成高硬度的碳 化物，提高硬度和耐磨性。
高速钢HHS的分类
钨系高速钢
工艺性好，通用性好；但硬 W18Cr4V 度不高
钼系高速钢
韧性好、碳化物细小均匀； W6Mo5Cr4V2 但易脱碳，淬火温度范围窄
高钴高速钢
高温硬度高，基体强度高， W2Mo9Cr4VCo8 耐磨性好；但价格昂贵。
高碳高钒高速钢 高温硬度高，韧性好，耐磨 W12Cr4V4Mo 性好；但价格昂贵，难刃磨。
高钒含铝高速钢 耐磨性好，硬度高，可磨性 W6Mo5Cr4V2Al 差
稀土高速钢
晶粒细小，碳化物分布均匀， W14Cr4VMnRe 韧性最好；但价格较贵。
四. 难加工材料
高强度钢、不锈钢、高温合金、钛合金等
1. 材料硬度高（高温硬度高）； 2. 加工硬化大； 3. 有高硬度的硬质点； 4. 导热性差，切削温度高； 5. 强度大，特别是高温强度大； 6. 化学活性大； 7. 弹性变形大
§6-2 刀具切削性能
提高刀具切削性能的措施：
•设计合理，制造质量高； •合理选材； •合理的几何参数
金属切削原理 Principle of Metal Cutting
第六章 切削条件合理选择
切削条件对以下因素产生影响
生产率 加工质量 生产成本
切削条件涉及以下几方面
工件材料的切削加工性 刀具的切削性能
刀具切削部分的材料 合理的刀具几何参数
切削液 刀具耐用度和切削用量的合理选择
§6-1 工件材料的切削加工性
(2) 硬质合金
由高硬度高熔点的金属碳化物和金属粘结 剂组成，经过粉末冶金方法制造的。
金属碳化物有：WC、TiC、TaC、NbC等，
金属粘结剂有：Co、Mo、Ni等。
金属碳化物具有高硬度、高熔点、化学稳 定、热稳定等特点，因而硬质合金的耐磨 性和红硬性较好，刀具的耐用度较高。同 类硬质合金粘结剂含量越多刀具的韧性越 好，但硬度越低。
HHS的选择
根据工件材料的性质：一般选择通用型，难 加工材料选高钴、高钒高速钢。
根据工件的形状和刀具的类型：简单刀具可 选择高钒高速钢，复杂刀具可选择钨系、钼 系低钴高速钢（不可选高钒高速钢），钻头 选钼系高速钢。
根据加工方式：断续加工选用韧性较好的钼 系高速钢和稀土高速钢。若选用高钴、高钒 高速钢必须采用适当的热处理，提高其韧性
立方氮化硼 1400～
(CBN)
1500℃
金刚石
550～600℃ 1200℃ 700℃以下
(4) 其他性能
良好的导热性 抗粘附性
高温高压下刀具与工件材料在接触面处抵抗熔 结的能力
工艺性
热处理性能，可加工性，刃磨性能
2. 刀具材料的种类及其选用
高速钢 硬质合金 陶瓷 金刚石 立方氮化硼
可加工性 可加工性的刀具耐用度指标 材料可加工性的改善 难加工材料
一. 材料的切削加工性
定义：一定条件下工件材料切削加 工的难易程度
材料可加工性的衡量：刀具耐用度、 已加工表面的完整性、切屑的控制
通常使用刀具耐用度作为衡量切削 加工性的指标
二. 衡量切削加工性的指标
绝对指标vT：刀具的耐用度为T分钟时，某种 材料加工时允许的切削速度。vT越大，材料的 可加工性越好。
硬质合金的选用
符号 成分
钨钴类 YG WC＋Co
牌号
YG8
硬度/红硬性
低/低
强度和韧性
大
导热性
大
抗氧化和粘结性 低
钨钴钛类
通用类
YT
YW
WC、TiC＋Co WC、TiC、 TaC(NbC)＋Co
YT14 高/高 小
YW3 较高/高 大
小
高
高
工件材料
脆性材料 塑性材料
塑性、脆性材料 均可
刀具磨损
后刀面磨损 前刀面磨损 前、后刀面磨损
一.刀具切削部分的材料 1. 刀具材料应具备的性能
强度和韧性 硬度和耐磨性 耐热性 其他性能
(1) 强度和韧性
强度:
抗弯强度σb(GPa或者Kg/mm2)
韧性：
冲击韧性ak(KJ/m2或者Kg/cm2))
(2) 硬度和耐磨性
影响耐磨性的因素：硬度；硬质点性质 数量和分布；显微组织；抗粘结性
由较软的六方氮化硼经过高温高压法 转化而成。
特点：硬度很高、耐磨性好、耐热性 高、化学稳定、摩擦系数低。可直接 加工淬火钢、铸铁、高温合金等，可 以使工件产生残余压应力。
二. 合理的刀具几何参数
前角 后角 主偏角 刃倾角
1. 前角的功用及选择
前 影响切削区的变形程度：前角↑ 角 前刀面的挤压↓ 塑性变形↓ 切 的 削在前刀面的摩擦阻力↓ 切削力 功 ↓ 切削热↓。 用 影响切削刃与刀头的强度、受力性
(4) 金刚石
天然，PVD、CVD。
特点：硬度最高、耐磨性好、摩擦系 数最低、导热系数最大、强度和韧性 不高，热稳定性差，刃磨困难，和铁 和钛有很强的化学亲和力。
用途：主要用于有色金属及其合金、 非金属材料的半精加工、精加工和超 精加工。不由于加工黑色金属、钛及 其合金。
(5) 立方氮化硼
切削力
重载、大切削力
(3) 陶瓷
以为Al2O3或Si3N4为主要成分，添加少 量粘结剂高温烧结而成的一种微晶显微 组织的刀具材料。
特点：硬度很高、耐磨性好、耐热性高、 化学稳定、摩擦系数低、强度和韧性差， 脆性大，易崩刃，刃磨困难。
用途：主要用于精加工和半精加工，大 件零件和高精度零件加工。
工具钢
HRC60～65 高速钢
硬质合金 HRA89~94
立方氮化硼 HV8000～
(CBN)
9000
陶瓷 金刚石
HRC 60～70 HRA91~95 HV1000
(3) 耐热性(红硬性)
高温下保持高硬度的力，通常采用刀具材料硬 度显著降低时的温度表示
工具钢 硬质合金
200～250℃ 高速钢 800～1000℃ 陶瓷
K r v60 v60
三.材料切削加工性的改善
改善途径
调整化学成分，发展易切钢 进行合适的热处理 改变工艺方法，如低碳钢冷拉降低塑性 改变切削条件，如选择合适的刀具材料，
几何参数，切削用量与切削液等
(1) 高速钢(HHS)
高速钢HHS：W、Mo和Cr含较 高的合金工具钢，许用切削速 度高于一般的合金工具钢。
W、Mo溶于基体，提高红硬性； W、Mo、Cr等形成高硬度的碳 化物，提高硬度和耐磨性。
高速钢HHS的分类
钨系高速钢
工艺性好，通用性好；但硬 W18Cr4V 度不高
钼系高速钢
韧性好、碳化物细小均匀； W6Mo5Cr4V2 但易脱碳，淬火温度范围窄
高钴高速钢
高温硬度高，基体强度高， W2Mo9Cr4VCo8 耐磨性好；但价格昂贵。
高碳高钒高速钢 高温硬度高，韧性好，耐磨 W12Cr4V4Mo 性好；但价格昂贵，难刃磨。
高钒含铝高速钢 耐磨性好，硬度高，可磨性 W6Mo5Cr4V2Al 差
稀土高速钢
晶粒细小，碳化物分布均匀， W14Cr4VMnRe 韧性最好；但价格较贵。
四. 难加工材料
高强度钢、不锈钢、高温合金、钛合金等
1. 材料硬度高（高温硬度高）； 2. 加工硬化大； 3. 有高硬度的硬质点； 4. 导热性差，切削温度高； 5. 强度大，特别是高温强度大； 6. 化学活性大； 7. 弹性变形大
§6-2 刀具切削性能
提高刀具切削性能的措施：
•设计合理，制造质量高； •合理选材； •合理的几何参数
金属切削原理 Principle of Metal Cutting
第六章 切削条件合理选择
切削条件对以下因素产生影响
生产率 加工质量 生产成本
切削条件涉及以下几方面
工件材料的切削加工性 刀具的切削性能
刀具切削部分的材料 合理的刀具几何参数
切削液 刀具耐用度和切削用量的合理选择
§6-1 工件材料的切削加工性
(2) 硬质合金
由高硬度高熔点的金属碳化物和金属粘结 剂组成，经过粉末冶金方法制造的。
金属碳化物有：WC、TiC、TaC、NbC等，
金属粘结剂有：Co、Mo、Ni等。
金属碳化物具有高硬度、高熔点、化学稳 定、热稳定等特点，因而硬质合金的耐磨 性和红硬性较好，刀具的耐用度较高。同 类硬质合金粘结剂含量越多刀具的韧性越 好，但硬度越低。
HHS的选择
根据工件材料的性质：一般选择通用型，难 加工材料选高钴、高钒高速钢。
根据工件的形状和刀具的类型：简单刀具可 选择高钒高速钢，复杂刀具可选择钨系、钼 系低钴高速钢（不可选高钒高速钢），钻头 选钼系高速钢。
根据加工方式：断续加工选用韧性较好的钼 系高速钢和稀土高速钢。若选用高钴、高钒 高速钢必须采用适当的热处理，提高其韧性
立方氮化硼 1400～
(CBN)
1500℃
金刚石
550～600℃ 1200℃ 700℃以下
(4) 其他性能
良好的导热性 抗粘附性
高温高压下刀具与工件材料在接触面处抵抗熔 结的能力
工艺性
热处理性能，可加工性，刃磨性能
2. 刀具材料的种类及其选用
高速钢 硬质合金 陶瓷 金刚石 立方氮化硼
可加工性 可加工性的刀具耐用度指标 材料可加工性的改善 难加工材料
一. 材料的切削加工性
定义：一定条件下工件材料切削加 工的难易程度
材料可加工性的衡量：刀具耐用度、 已加工表面的完整性、切屑的控制
通常使用刀具耐用度作为衡量切削 加工性的指标
二. 衡量切削加工性的指标
绝对指标vT：刀具的耐用度为T分钟时，某种 材料加工时允许的切削速度。vT越大，材料的 可加工性越好。
硬质合金的选用
符号 成分
钨钴类 YG WC＋Co
牌号
YG8
硬度/红硬性
低/低
强度和韧性
大
导热性
大
抗氧化和粘结性 低
钨钴钛类
通用类
YT
YW
WC、TiC＋Co WC、TiC、 TaC(NbC)＋Co
YT14 高/高 小
YW3 较高/高 大
小
高
高
工件材料
脆性材料 塑性材料
塑性、脆性材料 均可
刀具磨损
后刀面磨损 前刀面磨损 前、后刀面磨损
一.刀具切削部分的材料 1. 刀具材料应具备的性能
强度和韧性 硬度和耐磨性 耐热性 其他性能
(1) 强度和韧性
强度:
抗弯强度σb(GPa或者Kg/mm2)
韧性：
冲击韧性ak(KJ/m2或者Kg/cm2))
(2) 硬度和耐磨性
影响耐磨性的因素：硬度；硬质点性质 数量和分布；显微组织；抗粘结性
由较软的六方氮化硼经过高温高压法 转化而成。
特点：硬度很高、耐磨性好、耐热性 高、化学稳定、摩擦系数低。可直接 加工淬火钢、铸铁、高温合金等，可 以使工件产生残余压应力。
二. 合理的刀具几何参数
前角 后角 主偏角 刃倾角
1. 前角的功用及选择
前 影响切削区的变形程度：前角↑ 角 前刀面的挤压↓ 塑性变形↓ 切 的 削在前刀面的摩擦阻力↓ 切削力 功 ↓ 切削热↓。 用 影响切削刃与刀头的强度、受力性
(4) 金刚石
天然，PVD、CVD。
特点：硬度最高、耐磨性好、摩擦系 数最低、导热系数最大、强度和韧性 不高，热稳定性差，刃磨困难，和铁 和钛有很强的化学亲和力。
用途：主要用于有色金属及其合金、 非金属材料的半精加工、精加工和超 精加工。不由于加工黑色金属、钛及 其合金。
(5) 立方氮化硼
切削力
重载、大切削力
(3) 陶瓷
以为Al2O3或Si3N4为主要成分，添加少 量粘结剂高温烧结而成的一种微晶显微 组织的刀具材料。
特点：硬度很高、耐磨性好、耐热性高、 化学稳定、摩擦系数低、强度和韧性差， 脆性大，易崩刃，刃磨困难。
用途：主要用于精加工和半精加工，大 件零件和高精度零件加工。
工具钢
HRC60～65 高速钢
硬质合金 HRA89~94
立方氮化硼 HV8000～
(CBN)
9000
陶瓷 金刚石
HRC 60～70 HRA91~95 HV1000
(3) 耐热性(红硬性)
高温下保持高硬度的力，通常采用刀具材料硬 度显著降低时的温度表示
工具钢 硬质合金
200～250℃ 高速钢 800～1000℃ 陶瓷