第二章 第六节 切削条件合理选择
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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
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
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能力，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
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。
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
(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
(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
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
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
(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。
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
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
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
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Fra Baidu bibliotek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。
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。
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
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
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能力，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
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。
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
(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
(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
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
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
(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。
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
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
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
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Fra Baidu bibliotek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。
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。