第七节 切削用量的选择及工件材料加工性

为了降低切削时的切削力及刀具与工件之间的摩擦， 利用切削液的特点及时带走切削区内产生的热量以降低切 削温度减少刀具磨损，提高刀具使用寿命，从而提高加工 效率，保证工件精度和表面质量，达到最佳经济效果
学习目的
通过研究切削液的特点及使用方法，合理使用切削液，可 以改善切削条件，减少刀具磨损，提高已加工表面质量。
三、切削用量选择原则
考虑到加工余量、刀具寿命（刀具耐用度）、机床功率、表面粗糙度和工 件、刀具、刀片的刚度和强度等因素确定。 具体原则是： 保证加工余量原则 保证加工工艺系统刚度原则
选定背吃刀量 根据刀具寿命（刀具耐用度),确定切削速度。
根据零件加工余量和粗、精加工要求， 保证刀具寿命的选择原则
保证机床功率原则 根据加工工艺系统允许的切削力，其中包括机床进给系统、
学习目的
根据一定的选择原则、方法和生产中的不同切削条件 确定出合理的切削用量参数，在保证质量的前提下， 获得高的生产率和低的加工成本。
学习内容
一、合理的“切削用量” 二、制订切削用量时考虑的因素 三、切削用量选择原则 四、提高切削用量的途径 五、切削用量的优化概念
一、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。
四、改善切削加工性的途径
1、对材料进行热处理 2、调整材料的化学成分 3、合理选择刀具材料。 根据加工材料的性能和要求，应选择与之匹配的刀具材料。 4、采用新的切削加工技术 加热切削 低温切削 振动切削 真空切削 惰性气体保护切削 绝缘切削技术 高速硬切削技术
切削液的合理选择
研究切削液的意义 研究切削液的意义
学习内容
一、切削液的作用 二、切削液的种类 三、切削液的合理选择和使用方法
一、切削液的作用
切削液浇注到切削区域后，通过切削液的传 导、对流和气化，一方面使切屑、刀具与工件 间摩擦减小，产生热量减少；另一方面将产生 切削液的润滑作用，是通过切削液渗透到 的热量带走，使切削温度降低，起到冷却作用。 清除粘附在机床、刀具和夹具上的细 刀具与切屑、工件表面之间，形成润滑性 以减少工件和刀具的热变形，保持刀具硬度和 能好的油膜而达到。 尺寸。碎切屑和磨粒细粉，以防止划伤已加 工表面和机床的导轨并减小刀具磨损。 清洗作用的好坏，取决于切削液的油 性、流动性和使用压力。 在切削液中加入防锈添加剂后， 能在金属表面形成保护膜，是 机床、刀具和工件不受周围介 质的腐蚀，起到防锈作用。
20
在相同条件下， 60、 20 的值越高，材料的切削加工性越好； 反之，加工性越差 。 v
κ －相对加工指标。
r
v
以45钢的 v60 为基准，记作 v060，其它材料的 v60 与之比称为相对加工性。
Kr =
v v
60
060
K r ＞1，材料的切削加工性好于45钢，越大越易切削。如有色金属的 K r ＞3。
K r 越小，越难加工，如高锰钢、钛合金的
K r ＜0.5，这些材料为难加工材料。
2、加工材料的性能指标
切削材料时的难易程度用工件材料的物理、化学和力学性能的高低来衡量。 材料主要性能指标： 强度、硬度、伸长率、冲击韧性和热导率。 强度、硬度、伸长率、冲击韧性越高，切削加工性越差。 热导率越低，切削温度越高，切削性能越差。 按照这些指标的大小将其分为：0～9、9a、9b，共12级，0级最容易 切削，9b最难切削。其中0～2属于易切削材料，3～4属于较易切削的材 料，5～7级为较难切削的材料，8～9b为难切削材料。
工件刚度以及精加工时表面粗糙度要求，确定进给量f。
目前许多工厂是通过切削用量手册、实践总结或工艺试验来选定切削用量。 目前许多工厂是通过切削用量手册、实践总结或工艺试验来选定切削用量。
所选定的切削用量应该是机床功率允许的。
刀具寿命的选择原则
切削用量与刀具寿命有密切关系： 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： 选择刀具寿命时可考虑如下几点： （1）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。 （2）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。 （3）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。 （4）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。 （5）大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应 按零件精度和表面粗糙度来确定。
二、切削液的种类
水溶液
乳化液是乳化油加９５％～９８％水稀释 成的一种切削液。乳化液是由矿物油、乳 化剂配制而成的。乳化剂可使矿物油与水 乳化形成稳定的切削液。 水溶液是以水为主要成分并加入防锈添加 剂的切削液。由于水的热导率、比热、气化 切削油是以矿物油为主要成分并加入一定 热较大，因此，水溶液主要起冷却作用，同 的添加剂而构成的切削液。用于切削油的 时由于其润滑性能较差，所以主要用于粗加 矿物油主要包括全系统损耗用油，轻柴油 工和普通磨削加工。 和煤油等。切削油主要起润滑作用。
乳化液
切削油
切削液的种类和选用表
三、切削液的合理选择和使用方法
1、切削液的合理选用原则
根据工件材料、刀具材料、加工方法和技术要求等具体情况进行选用。
2、切削液的合理选用举例
高速钢刀具 硬质合金刀具 切削铸铁
耐热性高，一般不用切削液。如 耐热性差，须采用切削液。粗加工 使用切削液，则必须连续、充分地 时，主要以冷却为主，同时也希望能 供应，否则因骤冷骤热，产生的内 一般不用切削液。切削铜合金和有色 减少切削力和降低功率消耗，可采用 应力将导致刀片产生裂纹。 金属时，一般用不含硫的切削液，以 ３％～５％的乳化液；精加工时，主 免腐蚀工件表面。切削铝合金时不用 要目的是改善加工表面质量，降低刀 切削液。 具磨损，减少积屑瘤，可以采用１５ ％～２０％的乳化液。
3、切削液的使用方法
切削液的合理使用非常重要，其浇注部位、充足的程度与浇注方法的 差异，将直接影响到切削液的使用效果。 基本要求： 切削液应浇注在切削变形区，该区是发热的核心区， 不应该浇注在刀具或零件上。 外浇注法 切削液的浇注方法 内冷却法 喷雾冷却法
冷却作用
润滑作用
清洗与防锈作用
产生锈蚀的原因：在切削加工过程中，工件要与环境介质如水、硫、二氧化硫、二氧化
碳、氯离子、酸、硫化氢、碱和切削液分解或氧化变质所产生的腐蚀介质接触而受到腐蚀， 因此要求切削液具有较好的防锈性能，这是切削液最基本的性能之一。 机床与切削液接触的部位也会产生腐蚀。在工件加工后或工序间的存放期间，如果切削液 没有一定的防锈能力，工件会受到上述环境介质的影响而产生腐蚀，造成工件生锈，
切削用量的优化过程： 1.建立优化目标函数模型 2.利用数学函数微分的求值计算方法，找出最优化切削速度和进给量值。 3.根据约束条件进行校核。
优化目标函数：
1.利用单间生产时间表示的，最高生产率目标函数： 2.利用单件生产所需要成本表示的，最低生产成本目标函数： 3.利用单位时间或单件生产获得利润表示的，最大利润目标函数：
四、提高切削用量的途径
1.采用切削性能更好的新型刀具材料； 2.在保证工件机械性能的前提下，改善工件材料加工性； 3.改善冷却润滑条件； 4.改进刀具结构，提高刀具制造质量。
五、切削用量的优化概念
实际生产中，由于加工零件、使用机床、刀具和夹具等条件的 变化，很难从实践经验、理论计算和手册资料中选出一组最合理 的切削用量。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，找出满足高效、低成本、 高效益和达到表面质量要求的一组最佳切削用量参数。
3、已加工表面质量性能指标
切削加工时，凡容易获得好的加工表面质量（包括表面粗 糙度、加工硬化程度和表面残余应力等）的材料，其切削加工 性较好，反之较差。精加工时，常以此作为衡量加工性的指标。
4、切削力或切削温度性能指标
在相同切削条件下加工不同材料时，凡切削力大、切削温度高的 材料较难加工，即其加工性差； 反之，则加工性好。切削力大，则消耗功率多。 在粗加工或机床刚性、动力不足时，可用切削力作为加工性指标。
第七节 切削用量的选择 及工件材料的加工性
合理选择切削用量的意义
加工零件时，在确定刀具几何参数后，还需选定切削用量参数才能进行切削加工。 切削用量选择的是否合理对生产过程的影响很大，特别是在批量生 产、自动机床、自动线和数控机床加工中尤其重要。 切削用量既是机床调整前必须确定的重要参数，又直接影响到零件的 加工质量、效率、生产成本。
二、切削加工性指标
1、刀具寿命指标 2、加工材料的性能指标 3、已加工表面质量性能指标 4、切削力或切削温度性能指标 5、切屑控制或断屑的难易性能指标
1、刀具寿命指标
是用刀具耐用度T或一定耐用度下允许的切削速度Vt衡量
指标： 60 、 20 、 r 。 v v κ
v v
60
－刀具寿命为60min时所允许的切削速度值。普通金属材料 一般用该指标。 -刀具寿命为２０min时允许的切削速度值。难加工材料 一般用该指标。
切削用量的约束条件：
1.机床方面： 机床功率、机床运动参数（n、f)和机床薄弱机构的强度和刚度等； 2.刀具方面： 刀具寿命、刀杆强度和刚性、刀片的强度； 3.工件方面： 工件强度和刚性、加工表面粗糙度等。
由目标函数确定的最佳切削用量，应满足各种约束条件的许可。
研究材料切削加工性的意义 研究材料切削加工性的意义
二、制订切削用量时考虑的因素
1Leabharlann Baidu切削加工生产率
2、刀具寿命 3、加工表面粗糙度
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 切削用量三要素对刀具寿命影响的大 量时，三要素获得最佳组合，此时的高生产 小，按顺序为v、f、ap。因此，从保证 率才是合理的 加工时，增大进给量将增大加工表面粗 合理的刀具寿命出发，在确定切削用 糙度值。因此，它是精加工时抑制生产 量时，首先应采用尽可能大的背吃刀 率提高的主要因素。 量；然后再选用大的进给量；最后求 出切削速度。
找出改善难加工材料切削加工性的途径。
学习目的
通过研究工件材料的切削加工性及影响材料 切削加工性的因素，改善工件在切削加工中的加 工条件，保证加工质量和效率。
学习内容
一、工件材料的切削加工性 二、切削加工性指标 三、影响材料切削加工性的因素 四、改善切削加工性的途径
一、工件材料的切削加工性
是指工件材料被切削的难易程度。是一个相对的概念。 切削加工性根据不同的要求，可以用不同的指标来衡 量材料的切削加工性。
5、切屑控制或断屑的难易性能指标
切削时，凡切削易于控制或断屑性能良好的材料，其 加工性较好，反之则较差。在自动机床或自动线上，常以 此为加工指标
三、影响材料切削加工性的因素
1、工件材料的物理性 2、工件材料的化学性 3、工件材料的力学性
硬度强度高，切削力大，切削温 度高，对刀具的硬度和耐磨性、耐 热性要求高。 硬度和强度较低，但其伸长率和冲击韧性
难加工金属材料主要有： 高强度合金钢 高锰钢 不锈钢 高温合金 钛合金 冷硬铸铁等
很高，导热率较小。切削时，塑性变形大， 加工硬化严重，断屑困难，切削力大，切 常温硬度和强度与45钢接近，但伸长率 削温度高，刀具易磨损。 是45的3倍，冲击韧性是45钢的4倍，热 高温强度高，塑性和冲击韧性高，因而，切 导率仅为45钢的1/4。切削时消耗功率大， 削时，切削力大，切削温度高，刀具磨损大。 断屑困难，因传热差刀具易磨损。 要求刀具具有高的耐热性和耐磨性 表层硬度高，可达60HRC，塑性差，镍铬冷 硬铸铁高温强度高，导热率小。加工时刀 尖处受力大、温度高，刀尖碰到硬质点易 产生磨粒磨损和崩刃，刀具寿命低。