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。
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(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
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(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。
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3.粗、精加工选择切削用量的原则
(WC+TiC+TaC+(NbC)+Co) :YW,属M类
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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、
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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
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1.5.5 切削液选择
1.切削液的作用
(1)切削液的冷却作用 (2)切削液的润滑作用 (3)切削液的清洗作用
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切削液(cutting fluid)的冷却作用主要靠热
传导带走大量的切削热,从而 降低切削温度,提高刀具寿命; 减少工件、刀具的热变形,提 高加工精度;降低断续切削时 的热应力,防止刀具热裂破损 等。
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2.被吃刀量、进给量和切削速度的选定
(1)被吃刀量的选定
粗加工时,一次走刀尽可能切除全部余量,被吃刀量 等于加工余量。 半精加工时,被吃刀量取为0.5～2mm。 精加工时,被吃刀量取为0.1～0.4mm
(2)进给量的选定
粗加工时,进给量由机床进给机构强度、刀具强度与 刚性、工件的装夹刚度决定。 精加工时,进给量由加工精度和表面粗糙度决定。 生产实际中多采用查表法确定进给量。
❖适合加工长切屑的黑色金属,如钢、铸钢等。 ❖其代号有P01、P10、P20、P30、P40、P50等,数字越大,
耐磨性越低而韧度越高。
❖精加工可用P01;半精加工选用P10、P20;粗加工选用P30。
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❖M类(YW)(钨钛钽(铌)类) : ❖在YT(P)类硬质合金中加入TaC或NbC,可提高抗弯强度、
常用的涂层(coated)材料有
TiC、TiN、Al203及其复合材 料等, 涂层厚度随刀具材料 不同而异。
硬度高、耐磨性好、 抗氧化性好,切削时 能产生氧化钛膜,减 小摩擦及刀具磨损。
3）TiC—TiN复合涂层 4）TiC-Al203复合涂层
第一层涂TiC,与刀 具基体粘牢不易脱 落。第二层涂TiN, 减少表面层与工件 间的摩擦。
第一层涂TiC, 与刀具 基体粘牢不易脱落。第 二层涂Al203可使刀具表 面具有良好的化学稳定 性和抗氧化性能。
目前单涂层刀片已很少应用,大多采用TiC-TiN复 合涂层或TiC-Al2O3-TiN三复合涂层。
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(5)其它刀具材料
1)陶瓷刀具材料
➢以氧化铝或以氮化硅为基体再添加少量金属,在高
温下烧结而成的一种刀具材料。
➢其优点是硬度高,耐磨性、耐高温性能好,有良好的
化学稳定性和抗氧化性,与金属的亲合力小、抗粘结 和抗扩散能力强;
➢其缺点是脆性大、抗弯强度低,冲击韧性差,易崩刃,
所以使用范围受到限制;
➢可用于钢、铸铁类零件的车削、铣削加工。
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2)金刚石刀具材料
➢碳的同素异形体,在高温、高压下由石墨转化而成,是目前
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2. 常用刀具材料
工具钢 硬质合金
陶瓷
包括碳素工具钢、 合金工具钢和高 速钢。
有钨钴类硬质合金、 钨钛钴类硬质合金 和钨钛钽(铌)类硬 质合金。
超硬刀具材料
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推广使用新型刀具 材料如涂层刀具、陶瓷 刀具、天然金刚石、聚 晶金刚石、立方氮化硼 等。
(2)高速钢
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1)高速钢的分类
➢按用途可分为:通用高速钢和高性能高
速钢。
➢按制造工艺可分为: 熔炼高速钢、粉末
冶金高速钢和表面涂层高速钢。
➢按基本化学成份可分为: 钨系和钼系。
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2)常用高速钢的牌号与性能
❖通用型高速钢 W18Cr4V(18-4-1)由于钨价高,热塑性
差,碳化物分布不均匀等原因,目前国内外已很少采用。
人工制造出的最坚硬物质。
➢由于硬度极高,耐磨性好,切削刃口锋利,刃部表面摩擦系数
较小,不易产生粘结或积屑瘤,可用于加工硬质合金、陶瓷等 硬度达65～70HRC的材料。
➢也可用于加工高硬度的非金属材料,如石材、压缩木材、玻
璃等,还可加工有色金属,如铝硅合金材料以及复合难加工材 料的精加工或超精加工。
➢缺点是热稳定性差,强度低、脆性大,对振动敏感,只宜微量
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1.5.3 刀具耐用度的选择原则
➢复杂的、高精度的、多刃的刀具耐用度应选得比简单的、低精
度的、单刃的刀具高。
➢对于机夹可转位刀具,由于换刀时间短,为使切削刃始终处于锋
利状态,刀具耐用度可选得低些。
➢对于换刀、调刀比较复杂的数控刀具、自动线刀具以及多刀加
工时,刀具耐用度应选得Байду номын сангаас些,以减少换刀次数,保证整机和整线的 可靠工作。
切削,与铁有强烈的化学亲合力,不能用于加工钢材。
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3)立方氮化硼
➢立方氮化硼(CBN)是一种人工合成的新型刀具材
料,它由六方氮化硼在高温、高压下加入催化剂转 化而成。
➢它有很高的硬度及耐磨性,热稳定性好,化学惰
性大,与铁系金属在1300℃时不易起化学反应,导 热性好,摩擦系数低。
➢精加工刀具切削负荷小,刀具耐用度应比粗加工刀具选得高些。 ➢大件加工时,为避免一次进给中中途换刀,刀具耐用度应选得高
些。
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1.5.4 切削用量的选择
1.选择切削用量的原则
合理切削用量是指使刀具的切削性能和机 床的动力性能得到充分发挥,并在保证加工质 量的前提下,获得高生产率和低加工成本的切 削用量。
粗加工:首先选取尽可能大的被吃刀量;其次根据 机床动力和刚性限制条件或加工表面粗糙度的要求,选 取尽可能大的进给量;最后利用切削用量手册选取或者 用公式计算确定切削速度。
精加工:主要考虑加工质量,常选用较小的背吃刀 量和进给量,较高的切削速度,只有在受到刀具等工艺 条件限制不宜采用高速切削时才选用较低的切削速度。
疲劳强度、冲击韧性、抗氧化能力、耐磨性和高温硬度 等,既适用于加工脆性材料,又适用于加工塑性材料。
❖适合加工长(短)切屑的金属材料 ,如钢、铸钢、不锈
钢等难切削材料等。
❖其代号有M10、M20、M30、M40等,数字越大,耐磨性越
低而韧度越高。
❖精加工可用M10;半精加工可用M20;粗加工选用M30。
1.前角γO
（1）功用
γO
刀刃锋利 ,切屑变形
切削力和切削功率
刀刃和刀尖强度 ,散热体积 刀具寿命
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Pr
γo2
γo1
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（2）选择
取决于:工件材料、刀具 材料及加工要求。
•较工小件的材前料角强。度、硬度较低时,应取较大前角,反之应取 •取加较工小塑的性前材角料。时,应取较大前角,加工脆性材料时,应 •金刀)取具较材小料前韧角性。好(高速钢),取较大前角,反之(硬质合 •粗加工时,取较小前角,精加工时,取较大前角。
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(3)切削速度的选定
在ap、f 值选定后,根据合理的刀具耐用度或查表来 选定车削速度。
在生产中选择切削速度的一般原则是:
1)粗车时, ap、f 较大,故选择较低的v;精车 时, ap 、f 均较小,故选择较高的v。
2)工件材料强度、硬度高时,应选较低的v。
3)切削合金钢比切削中碳钢切削速度应降低20％～ 30％;切削调质状态的钢比正火、退火状态钢要 降低20％～ 30％;切削有色金属比切削中碳钢的 切削速度可提高100％～ 300％;
金属切削原理(三)
1.5 金属切削条件的合理选择
金属切削过程除了要求刀具具有适当的几何参数 外，还要求刀具材料对工件要有良好的切削性能。
刀具材料(cutting tool materials)在切削时要 承受高温、高压、摩擦、冲击、振动，金属切削过程 中的加工质量、加工效率、加工成本，在很大程度上 取决于刀具材料的合理选择。
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(4)涂层刀具材料
1）TiC涂层
2）TiN涂层
在高温时能产生氧化 膜,与铁基材料摩擦 系数较小,抗粘结性 能好,并能有效降低 切削温度。
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通过气相沉积或其它技术方 法,在韧牲较好的刀具基体上, 涂覆一层耐磨性好的难熔金 属化合物,既能提高刀具材料 的耐磨性,又不降低其韧性。
（1）功用
Kr和Kr′
刀刃强度 ,散热条件
刀具寿命
残留面积高度
表面粗糙度
背向力FP ,工件易变形
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Fp Ff
Kr’ kr1
kr2
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（2）选择
•较工大艺值系。统刚性较好时,主偏角取较小值;反之取 •加副工偏时角取大大小值取,精决加于工表取面小粗值糙。度(5°〜15°),粗
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1.5.1 刀具材料的选择
1. 刀具材料应具备的性能
（1）高的硬度和耐磨性 （2）足够的强度和韧性 （3）高的耐热性与化学稳定性 （4）有锻造、焊接、热处理、磨削加工等良好的工艺性 （5）导热性好，有利于切削热传导，降低切削区温度，
延长刀具寿命，便于刀具的制造，资源丰富，价格低廉。
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2.后角αo
（1）功用
αo 后刀面与工件的摩擦
后刀面的磨损率
（2）选择
取决于:加工要求、工件材料 及工艺系统刚度。
粗加工或工件材料较硬,后角取较小值;
•工件材料越软、塑性越大,后角越大; •工艺系统刚度较差时,适当减小后角; • 2020/10/16
3.主偏角κr 和副偏角κr′
➢因此可用于高温合金、冷硬铸铁、淬硬钢等难
加工材料的加工。
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应当指出,加工一般材料大量使 用的仍是普通高速钢及硬质合金, 只有在加工难加工材料时,才考虑 选用新牌号合金或高性能高速钢, 在加工高硬度材料或精密加工时, 才考虑选用超硬材料。
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1.5.2刀具角度的选择
❖高性能高速钢
高性能高速钢是指在通用型高速钢
中增加碳、钒、钴或铝等合金元素,使其常温硬度可达67～
70HRC,抗氧化能力、耐磨性与热稳定性进一步提高。可以
用于加工不锈钢、高温合金、耐热钢和高强度钢等难加工
材料。典型牌号有M42。
❖粉末冶金高速钢
粉末冶金高速钢是用高压氩气或
纯氮气雾化熔融的高速钢钢水而得到细小的高速钢粉末,然
性越低而韧度越高。
❖精加工可用K01;半精加工可用K10,K20;粗加工选用K30。
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❖P类(YT)(钨钛钴类)硬质合金: ❖ 以WC为基体, 添加TiC,用Co作粘结剂烧结而成。合金
中TiC含量提高,Co含量就低,其硬度、耐磨性和耐热性进一 步提高,但抗弯强度、导热性、特别是冲击韧性明显下降,适 合于精加工。
•高速钢(highspeed steel)是一种加入较多钨、钼、铬、
钒等合金元素的高合金钢。
•热处理后硬度可达62～66HRC, 抗弯强度约3.3GPa,
有较高的热稳定性 、耐磨性 、耐热性。切削温度在 500～650°C时仍能进行切削。
•适合于制造结构和刃型复杂的刀具,如成形车刀、铣
刀、钻头、插齿刀、剃齿刀、螺纹刀具和拉刀等。
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4.刃倾角λs
（1）功用 （2）选择
主要影响刀头的强度、切削分力 和切屑的流动方向。
•加工一般钢料和铸铁,无冲击时:
粗车λs ＝0°〜－5°,精车λ s ＝0°〜+5°; 有冲击时: λ s ＝－5°〜－15°; 特别大时: λ s ＝－30°〜－45°。
•切削加工高强度钢、冷硬钢时: λ λ s ＝－30°〜－45°。