0第3章 切削条件的选择

第一节
切削加工主要技术经济指标
一、生产率
o
R
o
R＝ t
基本时间
1
t
w
tm tc to w
辅助时间 其它时间
第一节
切削加工主要技术经济指标
单位时间 分摊费用
二、经济性
每个零件切 削加工费用 基本时间 刀具刃磨一 次的费用
C w＝t w
t M
m
T
C
t
t m t c t o） M＋ t m C t Cw （ T
二、刀具角度的选择
内容：刀具角度 刀刃形状 刀面形式
合理的刀具角度：在保证加工质量的前提下，能够充 分发挥刀具的切削性能，获得最高的刀具耐用度，从 而达到提高切削效率或降低生产成本的目的。 原则：粗加工：提高生产率，保证刀具耐用度 精加工：保证加工质量
主偏角 主切削刃与进给方向间的夹角 前角 正交平面内 后角 副偏角 切削平面内 刃倾角 前刀面与基面间的夹角 主后刀面与切削平面间的 夹角 负切削刃与进给方向的夹角 主切削刃与基面间的夹角
◆ 高速钢 高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元 素的高合金工具钢。 特点：1）强度高，抗弯强度为硬质合金的2～3倍；2 ）韧性高，比硬质合金高几十倍；3）硬度HRc63以Байду номын сангаас， 且有较好的耐热性；4）可加工性好，热处理变形较小。
应用：常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉 刀、成型刀具、齿轮刀具等）。
硬质合金
◆
硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物（如WC、 TiC、TaC、NbC等）粉末和金属粘结剂（如Co、Ni、Mo 等）经高压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品 。 硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高，允许的切削 速度远高于高速钢，且能切削诸如淬火钢等硬材料。硬质 合金的不足是与高速钢相比，其抗弯强度较低、脆性较大 ，抗振动和冲击性能也较差。
◆ 陶瓷刀具材料 陶瓷材料比硬质合金具有 更高的硬度（HRA91～95） 和耐热性，在1200℃的温度 下仍能切削，耐磨性和化学 惰性好，摩擦系数小，抗粘 结和扩散磨损能力强，因而 能以更高的速度切削，并可 切削难加工的高硬度材料。 主要缺点是性脆、抗冲击 韧性差，抗弯强度低。
◆ 超硬刀具材料 天然金刚石是自然界最硬的材料，耐磨性极好，刃口 锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01μm，刀具寿命可达数 百小时。因价格昂贵，主要用于高速、精密加工。 聚晶金刚石由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，硬 度比天然金刚石略低（HK6500～8000），价格便宜，焊 接方便，可磨削性好，已成为金刚石刀具主要材料。 金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。 聚晶立方氮化硼（CBN）由单晶立方氮化硼微粉在高 温高压下聚合而成。硬度为HV 3000～4500，耐热性达 1200℃，化学惰性很好，在1000℃的温度下不与铁、镍 和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、 冷硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时 可以代替磨削加工。
聚晶立方 氮化硼 （PCBN）
DLC涂层 硬质合金
20
10
刀具材料的发展与切削加工高速化的关系
刀具材料
天然金刚石 PCBN 氧化物陶瓷 PCD
硬质合金涂层
超细粒状硬 金属涂层
氮化物陶瓷
WC硬质 合金涂层
TiN涂层 高速钢 高速钢
断裂韧性 刀具材料的耐磨性与断裂韧性
刀具材料
常用刀具材料
刀具材料种类很多，常用的有工具钢（包括碳素工具钢 、合金工具钢和高速钢）、硬质合金、陶瓷、金刚石（ 天然和人造）和立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具 钢，因其耐热性很差，目前仅用于手工工具。
HRA90 HRA93 HV10000 HV7500 1.45GPa 0.8GPa 70-100 低 30-40 惰性大 0.3GPa 146.5 惰性小 2.8GPa 100-120 600-800 ℃ 惰性小
抗弯强度 2.4GPa 导热系数 40-50 热稳定性 350℃ 化学惰性 耐磨性 加工质量 低速加 加工对象 工一般 钢材、 铸铁 低
1、主要作用 a.影响切削刃的锋利性 λs≠0 b.影响刀头强度和散热条件 c.影响切入切出的平稳性 d.影响切削分力的大小和方向 e.影响排屑方向 2、选择原则
2、选择原则
主偏角：主要考虑工艺系统的刚性，在不产生振动的
条件下取小值。
副偏角：主要根据表面粗糙度要求选择，通常较小。
a）45°弯刀
b）尖头刀
c）90°偏刀
图3-3 三种常用车刀主偏角的形式
图3-4 过渡刃与修光刃
刃倾角的作用
机械制造基础
刃倾角对切屑流向的影响
机械制造基础
（四）刃倾角的作用和选择
（工时成本）
（刀具成本）
第一节结束
第二节 刀具的选择
一、刀具材料的选择
（一）刀具材料应具备的基本性能 1、高的硬度和耐磨性 2、足够的强度和韧性 3、高的耐热性(红硬性)与化学稳定性 4、较好的工艺性
（二）常用刀具材料
2000 1000 切削速度（m/min） 500 200 100 50 聚晶金刚石 （PCD） 陶瓷 TiAlN涂层 硬质合金 涂层硬质合金 WC-TiC系硬质合金 WC系硬质合金 高速钢 碳素工具钢 1800 1850 合金工具钢 1900 1950 2000 年代 TiC-TiN金属陶瓷
高碳
高矾 高 性 能 高 速 钢
95W18 Cr4V
W12Cr4V4 Mo
W6Mo5Cr4V2Al
用于制造复杂刀具和难加工材料用的刀具
超硬
W10Mo4Cr4V3Al 耐磨性好，用于制造加工高强度耐热钢的刀 具 W6Mo5Cr4V5SiN 用于制造形状简单的刀具，如加工铁基高温 bAl 合金的钻头 W12Cr4V3 耐磨性、耐热性好，用于制造加工高强度钢 Mo3Co5Si 的刀具 W2Mo9Cr4VCo8 用作难加工材料的刀具，因其磨削性好可作 （M42） 复杂刀具，价格昂贵
第一节 切削加工主要技术经济指标
技术经济效果E 就是在实现技术方案时，输出的使 用价值V(也称效益)与输入的劳动耗费C 之间的比值。
V E＝ C
第一节
切削加工主要技术经济指标
最优的技术经济效果： 使用价值一定，劳动耗费最小；或劳动 耗费一定，使用价值最大。 切削加工的主要技术经济指标包括产品 质量，生产率，经济性三个方面。
普通刀具材料与超硬刀具材料性能与用途对比
刀具材料种类 材料性能 硬度 合金 高速钢 硬质合金 陶瓷 工具钢 W18Cr4V YG6 Si3N4 HRC65 HRC66 3.2GPa 20-30 620 ℃ 低 天然 聚晶金刚石 金刚石 PCD 聚晶立方氮 化硼 PCBN HV4000 1.5GPa 40-100 ＞1000 ℃ 惰性大 很高 Ra=0.4-0.2 IT5-6 可替代磨削 淬火钢、冷硬 铸铁、高温合 金等难加工材 料
在WC基硬质合金中加入少量TaC或NbC以细化晶粒、提高韧性和耐磨性。
有“通用硬质合金”之称。
各种硬质合金的应用范围
牌 号 YG3X YG3 YG6X 硬度 、耐 磨性 、切 削速 度 抗弯 强度 、韧 性、 进给 量 应 用 范 围 铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷 铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷 普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工、半精加工
常用牌号有YG3、YG6、YG8。数字表示Co质量分数。 Co增加，冲击、韧性增加，耐磨耐热下降。
(2)P类—长切削加工用硬质合金 WC+TiC+Co
特点：硬度、耐热性、耐磨性比YG高，抗弯强度低
常用牌号有YT5、YT15、YT30等，数字表示TiC含量。
(3)M类-长切削或短切削加工用硬质合金 (YW)
本章基本要求：
1、了解金属切削加工技术经济指标 2、会正确选择刀具材料及几何参数 3、掌握切削用量的选择原则及方法，会正确选择 4、了解切削液的种类、作用 5、了解工件材料切削加工性的概念
第三章 金属切削条件的合理选择
能获得最大的技术经济效益 优质 高产 低消耗 （质量）（生产率）（经济性）

' ＝１°～２° o
图3-2 消振棱车刀
刀具角度的作用
主偏角的作用
机械制造基础
主偏角对背向力Ｆp和刀具寿命的 影响
机械制造基础
副偏角的作用
机械制造基础
副偏角Ｋr´对Ｒa的影响
机械制造基础
（三）主偏角和副偏角的作用和选择 1、主要作用
a.影响刀具耐用度（刀尖强度，散热）； b.影响切削分力的变化； c.影响已加工表面粗糙度；
抗弯 强度 、韧 性、 进给 量
抗弯强 度、韧 性、进 给量
碳素钢、合金钢的精加工 碳素钢、合金钢在连续切削时的粗加工、半精加工，亦可用于断 续切削时的精加工
同YT15 碳素钢、合金钢的粗加工，也可以用于断续切削 高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有 色金属及其合金的半精加工和精加工 高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有 色金属及其合金的粗加工和半精加工
高速钢
按基本化学成分：钨系和钨钼系高速钢； 按切削性能分：普通高速钢和高性能高速钢； 按制造方法分：熔炼高速钢和粉末冶金高速钢 。
常用高速钢牌号及其应用范围
类别 牌 号 W18Cr4V 普通 高速钢 W6Mo5Cr4V2 W14Cr4VmnRe 主 要 用 途 广泛用于制造钻头、绞刀、铣刀、拉刀、丝 锥、齿轮刀具等 用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的 刀具，如轧制钻头等 用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的 刀具，如轧制钻头等 用于制造对韧性要求不高，但对耐磨性要求 较高的刀具 用于制造形状简单，对耐磨性要求较高的刀 具
合前角调整切削刃的锋利与强固。影响T和表
面质量。 选择原则：
在保证加工质量和刀具耐用度的前提下， 取小值。
后角选择：
工件材料的强度或硬度 ，后角
工件材料塑性、韧性 ，后角
工艺系统刚性 ，后角 ，消振棱 F3-2
粗加工时，后角 ；精加工时， 后角
有尺寸精度要求的刀具，后角 车刀的副后角一般等于其主后角 切断、切槽刀的副后角，受刀头强度和重磨后尺寸 限制，只能取得很小。
机械制造技术基础
机械制造技术基础
第三章 切削条件的选择
第三章 金属切削条件的合理选择 本章主要内容：
1、 切削加工技术经济指标 2、 刀具材料与结构的选择 3、 刀具几何参数的选择 4、 切削用量的选择 5、 切削液的选用 6、 工件材料的切削加工性
第三章 切削条件的选择
硬质合金因其切削性能优良而被广泛用来制作各种刀具 。在我国，绝大多数车刀、面铣刀和深孔钻都采用硬质合 金制造，目前，在一些较复杂的刀具上，如立铣刀、孔加 工刀具等也开始应用硬质合金制造。
硬质合金
(1)K类--短切削加工用硬质合金 WC+Co
特点：抗弯强度高、韧性好、容易磨锐利刀口，耐热性、耐磨性差
1000 ℃ 1400 ℃ 800 ℃ 较高 高 一般精度 Ra≤0.8 Ra≤0.8 IT7-8 IT7-8 一般钢 材、铸 铁粗、 精加工 高硬度 钢材精 加工
最高 最高 高精度 Ra=0.1-0.05 IT5-6 硬质合金、铜、 铝有色金属及 其合金、陶瓷 等高硬度材料
一般钢 材、铸 铁粗、 精加工
（一）前角的作用和选择
选择原则:锐字当先，锐中求固

（1）根据刀具切削部分材料选
（2）根据工件材料选 （3）根据加工要求选 总原则：在保证T的条件小，取较大值
通常硬质合金车刀的前角在-5º +20º ~ 范围选取，高速
钢刀具的前角应比硬质合金大5º 10º ~ ，而陶瓷刀具的 前角一般取-5º ~-15º 。
YG6
YG8 YG6A
铸铁、有色金属及其合金的半精加工和粗加工
铸铁、有色金属及合金、非金属材料粗加工，也可用于断续切削 冷硬铸铁、有色金属及其合金的半精加工，亦可用于高锰钢、淬 硬钢的半精加工和精加工
YT30
YT15 YT14 YT5 YW1 YW2
硬度 、耐 磨性 、切 削速 度
硬度、 耐磨性 、切削 速度
前角的选择
r 加工脆性材料（如铸铁）—— r 2、刀具材料的强度及韧性 —— r 3、工件材料的强度或硬度 —— r 工件材料的强度或硬度 —— r
1、加工塑性材料（如钢）——
0
0
0 0 0
4、粗加工和断续切削前角 ；精加工前角 。
图3-1 负倒棱车刀
（二）后角的作用和选择
后角作用：
减小刀具后面与工件表面之间的摩擦，并配