11.4章关于提高切削加工质量与切削效率问题

《金属工艺学》课件金属切削原理与刀具PrincipleofMetalCuttingandCuttingTools第11.4章关于提高切削加工质量与切削效率的问题《金属工艺学》课件11.4.1金属材料的切削加工性6.4.1金属材料的切削加工性切削加工性(cuttingbehavior)是指材料加工的难易程度。它主要取决于材料的力学性能且与材料的热处理状态有关.生产上常用的评价指标如下几种:《金属工艺学》课件11.4.1金属材料的切削加工性生产上常用的评价指标如下几种:（1）一定刀具耐用度下的切削速度其含义是当耐用度为T（min）时，切削某种材料所允许的最大切削速度。越高，材料的切削加工性越好。（2）相对加工性以切削正火状态45钢的（通常取T=60min）作基准，而把其他各种材料的与其相比，其比值称为相对加工性。凡1的材料，其加工性比45钢好，反之较差。也反映了不同材料对刀具磨损和刀具耐用度的影响。和是最常用的切削加工性指标，对各种切削条件都适用。《金属工艺学》课件11.4.1金属材料的切削加工性生产上常用的评价指标如下几种:（3）已加工表面质量容易获得好的表面质量的材料其切削加工性较好；反之较差。精加工时，常用此项指标来衡量切削加工性好坏。（4）切屑控制或断屑的难易容易控制或易于断屑的材料，其切削加工性好；反之较差。在自动机床或自动线上加工时，常用此项指标来衡量。（5）切削力的大小在相同的切削条件下，凡切削力小的材料，其切削加工性好；反之较差。在粗加工时，当机床刚度或动力不足时，常用此项指标来衡量。《金属工艺学》课件11.4.1金属材料的切削加工性影响材料切削加工性的主要因素及综合分析:（1）工件材料的性能材料的强度和硬度高，则切削力大、刀具易磨损，切削加工性差；材料塑性高，则不易断屑，影响表面质量，切削加工性差；材料的热导性差，切削热不易传散，切削温度高，故切削加工性差。（2）工件材料的化学成分及组织结构低碳钢塑性、韧性高，高碳钢强度、硬度高，都对切削加工不利；中碳钢的性能指标适中，有较好的切削加工性能；硫、铅等元素能改善切削加工性，常用来制造易切削钢；含铝、硅、钛等元素的钢，形成硬的金属化合物,加剧具磨损，切削性能变差；锰、磷、氮等元素可改善低碳钢切削加工性能，但使高碳钢、高合金钢切削性能变差；网状碳化物对刀具磨损严重；粒状或球状碳化物对刀具磨损较小。《金属工艺学》课件11.4.1金属材料的切削加工性3、改善工件材料切削加工性能的基本措施1．调整材料的化学成分除了金属材料中的含碳量外，材料中加入锰、铬、钼、硫、磷、铅等元素时，都将不同程度地影响材料的硬度、强度、韧性等，进而影响材料的切削加工性。在材料中，如加入硫、铅、磷等元素组成易切削钢，即能改善材料的切削加工性。2.进行适当的热处理可以将硬度较高的高碳钢、工具钢等材料进行退火处理，以降低硬度；低碳钢可以通过正火，降低材料的塑性，提高其硬度；中碳钢通过调质，使材料硬度均匀。这些方法都可以达到改善材料切削加工性的目的。3.选择良好的材料状态低碳钢塑性大，加工性不好，但经过冷拔之后，塑性降低，加工性好；锻件毛坯由于余量不均匀，且不可避免有硬皮，若改用热轧钢，则加工性可得到改善。《金属工艺学》课件11.4.1金属材料的切削加工性6.4.2已加工表面质量1、表面粗糙度影响已加工表面粗糙度的因素主要有以下几个：（1）理论残留面积高度由于刀具几何形状和切削运动的原因，刀具不能将加工余量全部切除，残存在工件已加工表面上的部分，称为残留面积。减小进给量、主偏角和副偏角，增加刀尖圆弧半径等，都可使残留面积高度减小，从而减少表面粗糙度。（2）积屑瘤参见本章第三节。《金属工艺学》课件11.4.1金属材料的切削加工性6.4.2已加工表面质量（3）鳞刺在较低的切削速度下切削塑性金属时，工件已加工表面往往会出现鳞片状的毛刺，这就是鳞刺。鳞刺是已加工表面的严重缺陷，它使工件表面粗糙度大大增加。加工时，采用较大的刀具前角，减小切削厚度，增加切削速度，选用润滑性能较好的切削液等均可有效地降低鳞刺的高度，或避免鳞刺的生成。（4）切削振动切削过程中的振动会改变切削刃与工件的相对位置，在工件已加工表面形成切削振纹，使表面粗糙度明显增大。产生切削振动的主要原因有：工艺系统刚性不足、机床回转部分的离心力、断续切削时的冲击、工件加工余量不均匀及径向切削分力较大等。ａ．加工精度１．尺寸精度《金属工艺学》课件11.4.1金属材料的切削加工性2、表面加工硬化切削加工时，由于刀具刃口不是绝对锋利，因此切削层内0点以下的金属（如图11-12所示）并未与母体分离，成为已加工表面的一部分。并受到刀具刃口圆弧的挤压而产生剧烈的塑性变形。另外，刀具后面对已加工表面的挤压、摩擦，也引起局部塑性变形。这些塑性变形导致已加工表面产生加工硬化现象。加工硬化还常常伴随着细微的表面裂纹和残余应力，使表面粗糙度值增加，疲劳强度下降。使下道工序切削困难。工件材料塑性越好，加工硬化现象越严重。精加工时减少已加工表面的加工硬化程度，有利于提高零件的抗疲劳强度和已加工表面的质量。生产上常采用高速切削、施加切削液、保持刀刃的锋利等，以减少已加工表面的加工硬化程度。《金属工艺学》课件11.4.1金属材料的切削加工性3、表面残余应力由于切削过程中表层金属的塑性变形和切削温度的作用，工件经切削加工后，在已加工表面会产生残余应力。其主要原因是：切削过程中刀具对工件的挤压而产生的弹塑性变形，热应力引起的塑性变形和切削温度引起的相变所形成的体积变化等综合作用的结果。工件表面残余应力分为残余拉应力和残余压应力。残余拉应力容易使工件表面产生裂纹，降低工件的疲劳强度；残余压应力可阻止表面裂纹的产生和发展，有利于提高工件的疲劳强度。工件各部分的残余应力如果分布不均匀，就会使工件加工后产生变形，从而影响工件的形状和尺寸精度。《金属工艺学》课件11.4.1金属材料的切削加工性三、切削液1、切削液的作用在切削加工中，合理使用切削液，可以改善切屑、工件与刀具间的摩擦状况，降低切削力和切削温度，延长刀具使用寿命，并能减小工件热变形，抑制积屑瘤和鳞刺的生长，从而提高加工精度和减小已加工表面粗糙度。所以，对切削液的研究和应用应当予以重视。2、常用切削液的种类和选用（1）水溶液水溶液的主要成分是水，它的冷却性能好，若配成液呈透明状，则便于操作者观察。但是单纯的水容易使金属生锈，且润滑性能欠佳。因此，经常在水溶液中加入一定的添加剂，使其既能保持冷却性能又有良好的防锈性能和一定的润滑性能。一般多用于普通磨削和其他精加工。《金属工艺学》课件11.4.1金属材料的切削加工性三、切削液（2）乳化液乳化液是将乳化油（由矿物油、乳化剂及添加剂配成），用95—98％水稀释后即成为乳白色或半透明状的乳化液。它具有良好的冷却作用，但因为含水量大，所以润滑、防锈性能均较差。为了提高其润滑性能和防锈性能，可再加入一定量的油性、极压添加剂和防锈添加剂，配制成极压乳化液或防锈乳化液。低浓度的冷却效果好，主要用于磨削、粗车、钻孔等加工；高浓度的润滑效果较好，主要用于精车、攻丝、铰孔、插齿等加工。（3）切削油切削油的主要成分是矿物油（如机械油、轻柴油、煤油等），少数采用动植物油或复合油。纯矿物油不能在摩擦界面上形成坚固的润滑膜，润滑效果一般。在实际使用中常常加入油性添加剂、极压添加剂和防锈添加剂以提高其润滑和防锈性能。《金属工艺学》课件11.4.5切削用量的合理选择1、切削用量同加工生产率的关系2、切削用量的选用原则1)切削用量对加工质量的影响当切削速度增大时，切削力减小，可减小或避免积屑瘤，有利于提高加工质量进给量增大使工件残留面积的高度显著增大表面更粗糙切削深度增大，时切削力和工件变形增大可能引起振动，使零件的加工精度和表面质量下降《金属工艺学》课件2)切削用量对刀具耐用度的影响在切削用量中，切削速度对刀具耐用度的影响最大，进给量次之，切削深度影响最小3)选择切削用量的原则粗加工较大的切削深度和进给量，取尽可能大的的切削切削速度精加工一般取较大的切削速度，较小的切削深度和进给量以保证加工质量《金属工艺学》课件3.切削用量的选定切削深度的选择进给量的选择切削速度的选择粗加工时尽可能一次去除加工余量；精加工时应一次切除精加工工序余量粗加工时的进给量应根据机床系统的强度和刀具强度选择精加工时，一般切削深度不大，切削力较小粗加工时切削速度受机床功率限制；而精加工时，主要受刀具耐用度的限制《金属工艺学》课件刀具前角的作用大负前角用于切削硬材料需切削刃强度大，以适应断续切削、切削含黑皮表面层的加工条件大正前角用于切削软质材料易切削材料被加工材料及机床刚性差时前角对切削力、切屑排出、切削、刀具耐用度影响都很大前角的影响正前角大，切削刃锋利前角每增加1°，切削功率减少1％正前角大，刀刃强度下降；负前角过大，切削力增加《金属工艺学》课件刀具后角的作用后角的影响后角大，后刀面磨损小后角大，刀尖强度下降小后角用于切削硬材料需切削刃强度高时大后角用于切削软材料切削易加工硬化的材料《金属工艺学》课件主偏角的作用主偏角的影响进给量相同时，余偏角大，刀片与切屑接触的长度增加，切削厚度变薄，使切削力分散作用在长的刀刃上，刀具耐用度得以提高主偏角小，分力a’也随之增加，加工细长轴时，易发生挠曲主偏角小，切屑处力性能变差主偏角小，切削厚度变薄，切削宽度增加，将使切屑难以碎断大主偏角用于切深小的精加工切削细而长的工件机床刚性差时小主偏角用于工件硬度高，切削温度大时大直径零件的粗加工机床刚性高时余偏角等于90°减主偏角，其作用是缓和冲击力，对进给力，背向力，切削厚度都有影响《金属工艺学》课件副偏角的作用副偏角具有减少已加工表面与刀具摩擦的功能。一般为5°～15°副偏角的影响副偏角小，切削刃强度增加，但刀尖易发热副偏角小，背向力增加，切削时易产生振动粗加工时副偏角宜小些；而精加工时副偏角则宜大些《金属工艺学》课件刃倾角的作用刃倾角的影响刃倾角为负时，切屑流向工件；为正时，反向排出刃倾角为负时，切削刃强度增大，但切削背向力也增加，易产生振动刃倾角是前刀面倾斜的角度。重切削时，切削开始点的刀尖上要承受很大的冲击力，为防止刀尖受此力而发生脆性损伤，故需有刃倾角。推荐车削时为3°～5°；铣削时10°～15°