金属切削过程基本规律的应用

金属切削过程基本规律的应用
学习了金属切削过程基本规律的应用以后，就要学会运用规律，用于指导生产实践。

本节主要从控制切屑、改善材料的切削加工性、合理选择切削液、合理选择刀具几何参数和切削用量等五个方面问题，来达到保证加工质量、降低生产成本和提高生产效率的目的。

一、工件材料的切削加工性
工件材料的切削加工性：是指工件材料被切削成合格零件的难易程度。

其研究的目的是为了寻找改善材料切削加工性的途径。

1、评定工件材料的切削加工性的主要指标
1）刀具耐用度指标：
切削普通金属材料：用刀具耐用度达到60min时允许的切削速度V60的高低来评定材料的加工性。

切削难加工金属材料：用刀具耐用度达到20min时允许的切削速度V20的高低来评定材料的加工性。

同样条件下，V
60或V
20
大，加工性越好。

相对加工性：KV=V
60/V
60j
,(以45钢的V
60
为基准，记为V
60j
）
2）加工表面粗糙度指标：
粗糙度值越小，加工性越好。

另外，还用切屑形状是否容易控制、切削温度高低和切削力大小（或消耗功率多少）来评定材料加工性的好坏。

其中，粗加工时用刀具耐用度指标、切削力指标，精加工时用加工表面粗糙度指标，自动生产线时常用切屑形状指标。

此外，材料加工的难易程度主要决定于材料的物理、力学和机械性能，其中包括材料的硬度HB、抗拉强度σb、延伸率δ、冲击值αk和导热系数k，故通常还可按它们数值的大小来划分加工性等级，见表。

2、改善材料切削加工性的措施
1）调整化学成分
如在不影响工件材料性能的条件下，适当调整化学成分，以改善其加工性。

如在钢中加入少量的硫、硒、铅、锁、磷等，虽略降低钢的强度，但也同时降低钢的塑性，对加工性有利。

2）材料加工前进行合适的热处理
低碳钢通过正火处理后，细化晶粒，硬度提高，塑性降低，有利于减小刀具的粘结磨损，减小积屑瘤，改善工件表面粗糙度；
高碳钢球化退火后，硬度下降，可减小刀具磨损；
不锈钢以调质到HRC28为宜，硬度过低，塑性大，工件表面粗糙度差，硬度高则刀具易磨损；
白口铸铁可在950～1000°C范围内长时间退火而成可锻铸铁，切削就较容易。

3）选加工性好的材料状态
低碳钢经冷拉后，塑性大为下降，加工性好；
锻造的坯件余量不均，且有硬皮，加工性很差，改为热轧后加工性得以改善。

4）其它
采用合适的刀具材料，选择合理的刀具几何参数，合理地制订切削用量与选用切削液等。

二、切削液
1、切削液的作用
冷却作用：使切削热传导、对流和汽化，从而降低切削区温度。

润滑作用（边界润滑原理）：切削液渗透到刀具与切屑、工件表面之间形成润滑膜，它具有物理吸附和化学吸附作用。

洗涤和防锈作用：冲走细屑或磨粒；在切削液中添加防锈剂，起防锈作用。

2、常用切削液及其选用
1）水溶液：水溶液就是以水为主要成分并加入防锈添加剂的切削液。

主要起冷却作用。

常用的有电解水溶液和表面活性水溶液。

电解水溶液：在水中加入各种电解质（如Na2CO3、亚硝酸钠），能渗透到表面油膜内部起冷却作用。

主要用于磨削、钻孔和粗车等。

表面活性水溶液:在水中加入皂类、硫化蓖麻油等表面活性物质，用以提高水溶液的润滑作用。

常用于精车、精铣和铰孔等。

2）切削油:主要起润滑作用。

10号、20号机油：用于普通车削、攻丝
轻柴油：用于自动机上。

煤油：用于精加工有色金属、普通孔或深孔精加工。

豆油、菜油、蓖麻油等：用于螺纹加工。

3）乳化液：由水和油混合而成的液体。

生产中的乳化液是由乳化剂（蓖麻油、油酸或松脂）加水配置而成。

浓度低的乳化液含水多，主要起冷却作用，适于粗加工和磨削；浓度高的乳化液含水少，主要起润滑作用，适于精加工。

4）极压切削油和极压乳化液：在切削液中添加了硫、氯、磷极压添加剂后，能在高温下显著提高冷却和润滑效果。

三、刀具几何参数的合理选择
刀具几何参数主要包括：刀具角度、刀刃的刃形、刃口形状、前刀面与后刀面型式等。

1、前角、前刀面的功用与选择
前刀面：有平面型、曲面型和带倒棱型三种。

平面型前刀面：制造容易，重磨方便，刀具廓形精度高。

曲面型前刀面：起卷刃作用，并有助于断屑和排屑。

故主要用于粗加工塑性金属刀具和孔加工刀具。

如丝锥、钻头。

带倒棱型前刀面：是提高刀具强度和刀具耐用度的有效措施。

前角的功用：前角影响切削过程中的变形和摩擦，同时又影响刀具的强度。

前角γo对切削的难易程度有很大影响。

增大前角能使刀刃变得锋利，使切削更为轻快，并减小切削力和切削热。

但前角过大，刀刃和刀尖的强度下降，刀具导热体积减少，影响刀具使用寿命。

前角的大小对表面粗糙度、排屑和断屑等也有一定影响。

前角的选用原则：在刀具强度许可条件下，尽可能选用大的前角。

工件材料的强度、硬度低，前角应选得大些，反之小些（如有色金属加工时，选前角较大）；
刀具材料韧性好（如高速钢），前角可选得大些，反之应选得小些（如硬质合金）；
精加工时，前角可选得大些。

粗加工时应选得小些。

2、后角、后刀面的功用与选择（P49）
后角的功用：后角αo的主要功用是减小后刀面与工件间的摩擦和后刀面的磨损，其大小对刀具耐用度和加工表面质量都有很大影响。

后角同时又影响刀具的强度。

后角的选用原则：粗加工以确保刀具强度为主，可在4o-6o范围内选取；精加工以加工表面质量为主，可在αo=8o-12o
一般，切削厚度越大，刀具后角越小；
工件材料越软，塑性越大，后角越大。

工艺系统刚性较差时，应适当减小后角（切削时起支承作用，增加系统刚性并起消振作用）；
尺寸精度要求较高的刀具，后角宜取小值。

3、主偏角、副偏角的功用与选择（P49）
主偏角κr：的大小影响切削条件（切削宽度和切削厚度的比例）和刀具寿命。

在工艺系统刚性很好时，减小主偏角可提高刀具耐用度、减小已加工表面粗糙度，所以κr宜取小值；
在工件刚性较差时，为避免工件的变形和振动，应选用较大的主偏角。

副偏角κr'：影响加工表面粗糙度和刀具强度。

其作用是可减小副切削刃和副后刀面与工件已加工表面之间的摩擦，防止切削振动。

κr'的大小主要根据表面粗糙度的要求选取。

通常在不产生摩擦和振动条件下，应选较小的κr'。

4、刃倾角的功用与选择（P50）
刃倾角λs主要影响刀头的强度和切屑流动的方向。

刃倾角λs选用原则：主要根据刀具强度、流屑方向和加工条件而定。

粗加工时，为提高刀具强度，λs取负值；精加工时，为不使切屑划伤已加工表面，λs常取正值或0。

2.7切削用量的合理选择及提高切削用量的途径
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。

切削用量选择原则：能达到零件的质量要求（主要指表面粗糙度和加工精度）并在工艺系统强度和刚性允许下及充分利用机床功率和发挥刀具切削性能的前提下选取一组最大的切削用量。

(见P51）
一、制订切削用量时考虑的因素(见P51）
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、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。

一般情况下尽量优先增大ap，以求一次进刀全部切除加工余量。

2、机床功率
背吃刀量ap和切削速度Vc增大时，均使对切削功率成正比增加。

进给量f 对切削功率影响较小。

所以，粗加工时，应尽量增大进给量。

3、刀具寿命（刀具的耐用度T）
切削用量三要素对刀具寿命影响的大小，按顺序为Vc、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ap；然后再选用大的进给量f；最后求出切削速度Vc。

4、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(见第四章)。

因此，它是精加工时抑制生产率提高的主要因素。

在较理想的情况下，提高切削速度Vc，能降低表面粗糙度值；背吃刀量ap对表面粗糙度的影响较小。

综上所述，合理选择切削用量，应该首先选择一个尽量大的背吃刀量ap，其次选择一个大的进给量f。

最后根据已确定的ap和f，并在刀具耐用度和机床功率允许条件下选挥一个合理的切削速度Vc。

二、切削用量制定的步骤(见P52）
粗加工的切削用量，一般以提高生产效率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工的切削用量，应以保证加工质量为前提，并兼顾切削效率、经济性和加工成本。

1、背吃刀量ap的选择：根据加工余量多少而定。

除留给下道工序的余量外，其余的粗车余量尽可能一次切除，以使走刀次数最小；
当粗车余量太大或加工的工艺系统刚性较差时，则加工余量分两次或数次走刀后切除。

2.进给量f的选择：可利用计算的方法或查手册资料来确定进给量f的值。

3.切削速度Vc的确定：按刀具的耐用度T所允许的切削速度VT来计算。

除了用计算方法外，生产中经常按实践经验和有关手册资料选取切削速度。

4.校验机床功率:
Vc≤PE*η/（1000Fz）m/s
三、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。