1、第四章 提高金属切削效率的途径,4.1 工件材料的切削加工性能 4.1.1工件材料的切削加工性能指标 工件材料的切削加工性能是指某一种材料切削加工的难易程度。 一般以45#钢（b=0.735GPa）的切削性能为基准，其它材料与其比较，用相对切削加工性能指标Kr来度量：Kr=V60/VB60 VB60 切削45#钢时耐用度为60min时的切削速度。 V60 切削某种材料耐用度为60min时的切削速度。,第四章 提高金属切削效率的途径,4.1.2 材料相对切削加工性能及分级 Kr3：很容易切削的材料，如铜铝合金； 1.6Kr3：容易切削的材料，如30#。 0.6Kr1.6：可切削的材料，如灰铸铁；
2、 0.15Kr0.6：难切削的材料，如1Cr18Ni9T； Kr 0.15：很难切削的材料，如钛合金；,第四章 提高金属切削效率的途径,4.1.3 改善切削加工性能的途径 调整材料的化学成分 在钢中加入硫、铅、磷等易切元素，可改善材料的切削加工性能 进行适当的热处理 将硬度高的高碳钢、工具钢进行退火处理。 将加工硬化过的材料进行退火、或回火处理。 将硬度低的低碳钢进行正火处理。 将中碳钢进行调质处理，使材料硬度均匀。 选择良好的材料状态 加工前的供应状态：冷轧、热轧、退火、回火等。,第四章 提高金属切削效率的途径,4.2 刀具几何参数的选择 刀具几何参数: 切削刃的形式 刃口形式 刀面形式 切
3、削角度 刀具的几何参数之间既有联系又有制约，要合理选择。,第四章 提高金属切削效率的途径,4.2.1 前角和前刀面的选择 1前角的功用 前角是刀具上最重要的角度之一，增大前角，切削刃锋利，切削变形小，切削力小，切削轻快，切削温度低，刀具磨损小和加工表面质量高，但过大前角刀头强度降低，切削温度高，刀具磨损加剧，刀具耐用度低，易造成崩刃。 从正反两方面考虑，前角有一个最佳数值。,第四章 提高金属切削效率的途径,2前角的选择 （1）根据工件材料选择： 加工塑性金属材料前角较大；材料的塑性越大，前角越大。 加工脆性材料时前角较小。材料的强度、硬度越高，前角越小； （2）根据刀具材料选择： 高速钢刀具抗
4、弯强度好，抗冲击韧性高，可选较大前角； 硬度合金材料抗弯强度较高速钢低，故前角较小。陶瓷刀具材料前角应更小。 （3）根据加工要求选择： 粗加工时选择较小前角，精加工时前角应大些， 加工成型表面的刀具，前角应小些以减少刀具的刃形误差。,第四章 提高金属切削效率的途径,第四章 提高金属切削效率的途径,3前刀面的选择 生产中常用的几种前刀面形状有： （1）正前角平面型 简单、锋利，强度低、传热差。 （2）正前角平面带倒棱形型 改善了强度和传热，提高了耐用度 （3）正前角曲面带倒棱形型 增大了前角并起断屑作用 （4）负前角单面型 强度高、增大了切削力和功耗 （5）负前角双面型 增加了刀片的重磨次数,第
5、四章 提高金属切削效率的途径,4.2.2 后角和后刀面的选择 1后角的功用 可减少后面与切削表面间摩擦，减小切削刃钝圆弧半径，可提高表面质量。但同时使刀具强度降低，散热条件变差。 2后角的选择 选择后角的原则是在不产生较大摩擦的条件下，应适当减小后角。 （1）根据加工精度选择 精加工时为保证加工质量，后角取较大812， 粗加工时，要提高刀具强度，后角应取较小68。 （2）根据加工材料 加工塑性材料，已加工表面的弹性恢复大，后角应取大值。 加工脆性材料后角取小值。 副后角通常等于主后角。,第四章 提高金属切削效率的途径,第四章 提高金属切削效率的途径,3. 后刀面的形式 (1)刃带：指在后刀面上
6、磨出后角为零的小棱边。 对于定尺寸的刀具（如拉刀、铰刀等），磨出刃带，为避免刀具重磨后的尺寸精度变化。 刃带增大了摩擦。 (2)双重后角：指有两个不同角度的后刀面。 保证了刃口强度，减少了刃磨工作量。 (3)消振棱：指在后刀面上磨出一条负后角的棱边。 增大阻尼，起消振作用。,第四章 提高金属切削效率的途径,4.2.3 主、副偏角及刀尖的选择 1.主偏角的功用 主偏角主要影响各切削分力的比值，也影响切削层截面形状和工件过渡表面形状。 减小主偏角，刀头强度增高，散热条件好，加工表面粗糙度小，但背向力增大，易使工件或刀杆发生变形，引起工艺系统振动。 减小主偏角使得切削厚度减小而导致断屑效果差。 2.
7、主偏角的选择 在加工工艺系统刚性满足的条件下，应选较小主偏角；加工高强度、高硬度材料时为提高刀具强度寿命，应选较小主偏角。 在出现带状切屑时，应考虑加大主偏角。,第四章 提高金属切削效率的途径,3.副偏角的功用 副偏角大小主要影响已加工表面粗糙度，同时也影响切削分力的比值。 副偏角减小，表面粗糙度减小，但会增大背向力Fp。 4.副偏角的选择 选择的原则是，在不影响摩擦和振动的条件下应选择较小副偏角。 一般取1015。 切断刀：为保证刀尖强度可取12。,第四章 提高金属切削效率的途径,5.刀尖的选择 (1)直线刃：多用于粗车、重型车。 (2)圆弧刃：常用，切削时粗糙度值小，刀具耐用度会提高。 (
8、3)平行刃：能降低粗糙度的值，但平行刃宽度过大易引起振动。 (4)大圆弧刃：刀具强度和耐用度较高，切削时粗糙度值小。,第四章 提高金属切削效率的途径,4.2.4 刃倾角的选择 1.刃倾角的功用 刃倾角可控制切屑流向： 当0时，切屑流向待加工表面； 当0时切屑流向已加工表面； 当=0切屑沿主剖面方向流出。 2.刃倾角的选择 增大可增加实际工作前角和刃口锋利程度，可提高加工质量。 选用负刃倾角，可提高刀具强度，改变刀刃受力方向，提高刀刃抗冲击能力，但过大负刃倾角会使背向力增大。 一般钢、铸铁精加工时选择0+5，粗加工时05。在加工高硬质、高强度金属，加工断续表面或有冲击载荷时取负刃倾角515。,第
9、四章 提高金属切削效率的途径,4.3 切削用量的选择 在确定了刀具几何参数后，还需选定切削用量参数才能进行切削加工。 目前许多工厂是通过切削用量手册，实践总结或工艺实验来选择切削用量。制定切削用量时应考虑加工余量，刀具耐用度、机床功率、表面粗糙度、刀具刀片的刚度和强度等因素。,第四章 提高金属切削效率的途径,粗车切削用量的选择 对于粗加工，在保证刀具一定耐用度前提下，要尽可能提高在单位时间内的金属切除量，提高切削用量都能提高金属切除量，但是考虑到切削用量对刀具耐用度的影响程度，所以，在选择粗加工切削用量时， 应优先选用大的背吃刀，背吃刀量应根据加工余量和加工系统的刚性确定. 其次选较大的进给量
10、. 最后根据刀具耐用度选定一个合理的切削速度. 这样选择可减少切削时间，提高生产率。,第四章 提高金属切削效率的途径,粗车切削用量的选择 (1)背吃刀量ap的选择 一次走刀最好把本工序应切除的余量切除掉。 如果加工余量过大或工艺系统刚性较差，可分二次走刀： 第一次吃刀： ap1=（2/3-3/4）A 第二次吃刀： ap2=（1/3-1/4）A 其中A为单边余量。 (2)进给量f的选择 根据刀杆和刀片强度、进给机构强度、工艺系统刚性，结合手册选用较大的进给量。,第四章 提高金属切削效率的途径,粗车切削用量的选择 (3)切削速度Vc的选择 (受限于机床功率) ： Vc=kv*CV/（apxv*fy
11、v*Tm） T：刀具耐用度 m：刀具耐用度指数 CV：切削速度系数 yv xv：影响指数 Kv：修正系数 根据Vc，求得计算转速n，靠机床的实际转速。,第四章 提高金属切削效率的途径,2精车切削用量的选择 选择精加工或半精工切削用量的原则是在保证加工质量的前提下，兼顾必要的生产率。 背吃刀量选择较小。 进给量根据工件表面粗糙度的要求来确定。 精加工时的切削速度应避开积屑瘤区，一般硬质合金车刀采用高速切削。,第四章 提高金属切削效率的途径,习题: 1.试述刀具几何角度对切削变形、切削力、切削温度和刀具磨损的影响（见下表）：,第四章 提高金属切削效率的途径,习题: 2.外圆车削直径为100mm、长度为200mm的45#钢棒料，在机床CA6140上选用的切削用量为ap=4mm，f=0.5mm/r，n=240r/min。试 (1)选择刀具材料； (2)计算Vc、Vf； (3)如果主偏角Kr=75，计算切削层宽度bD、厚度hD、横截面积AD。3.用硬质合金车刀粗车外圆,工件材料为45#(调质229HBS),已知:Vc=100m/min,f=0.3mm/r；O=15，r=60，s=-5。试求Fc和Pe。,
