1、,第1章金屬切削加工基礎(chǔ)知識(shí),本章要點(diǎn),切削運(yùn)動(dòng)與切削要素,金屬切削機(jī)床,刀具,金屬切削過程,一、加工精度,1.7.1 零件的加工質(zhì)量,零件的加工質(zhì)量包括加工精度與表面質(zhì)量?jī)煞矫妗?1.7 切削加工的經(jīng)濟(jì)性與可行性,零件的加工精度指零件加工以后，其尺寸、形狀以及相互位置 等參數(shù)的實(shí)際值與其理想值相符合的程度。,加工精度,尺寸公差,形狀公差,位置公差,二、表面質(zhì)量,1.7.1 零件的加工質(zhì)量,零件的加工質(zhì)量包括加工精度與表面質(zhì)量?jī)煞矫妗?1.7 切削加工的經(jīng)濟(jì)性與可行性,零件的表面質(zhì)量指工件經(jīng)切削加工后的表面粗糙值、表面層的 加工硬化程度以及表面殘余應(yīng)力的性質(zhì)和大小等。,三、影響零件加工質(zhì)量的因

2、素,1.7.1 零件的加工質(zhì)量,零件的加工質(zhì)量包括加工精度與表面質(zhì)量?jī)煞矫妗?1.7 切削加工的經(jīng)濟(jì)性與可行性,影響因素,機(jī)床、夾具、刀具的制造誤差,工藝系統(tǒng)的振動(dòng)和熱變形,工件的裝夾變形、,摩擦,四、提高零件加工質(zhì)量的措施,1.7.1 零件的加工質(zhì)量,零件的加工質(zhì)量包括加工精度與表面質(zhì)量?jī)煞矫妗?1.7 切削加工的經(jīng)濟(jì)性與可行性,措施,提高工藝系統(tǒng)的剛度,采用隔振和消振措施,適用切削液,合理的刀具角度,合理的切削用量,一、生產(chǎn)率,1.7.2 生產(chǎn)率和提高生產(chǎn)率的措施,1.7 切削加工的經(jīng)濟(jì)性與可行性,生產(chǎn)率通常以單位時(shí)間內(nèi)所生產(chǎn)的零件數(shù)目來表示。,tw-生產(chǎn)一個(gè)零件需要的時(shí)間,tct-換刀時(shí)

3、間,tm-基本工藝時(shí)間,tot-輔助時(shí)間,二、提高生產(chǎn)率的措施,1.7.2 生產(chǎn)率和提高生產(chǎn)率的措施,1.7 切削加工的經(jīng)濟(jì)性與可行性,措施,減少切削時(shí)間,減少換刀時(shí)間,減少輔助時(shí)間,基本工藝時(shí)間的計(jì)算,二、提高生產(chǎn)率的措施,1.7.2 生產(chǎn)率和提高生產(chǎn)率的措施,1.7 切削加工的經(jīng)濟(jì)性與可行性,在切削用量中vc 、f、 ap對(duì)生產(chǎn)率的影響是等效的,選擇切削用量的一般原則就是在保證加工質(zhì)量、降低成本和提高生產(chǎn)率的前提下，使ap、f、v的乘積最大。當(dāng) ap、f、v的乘積最大時(shí)，用切削時(shí)間最短。 切削用量選擇的基本原則 粗加工時(shí)：保證刀具耐用度的前提下，盡量提高在單位時(shí)間內(nèi)的金屬切除率。 應(yīng)優(yōu)先選

4、擇大的背吃刀量，其次選擇較大的進(jìn)給量，最后根據(jù)刀具耐用度，確定合適的切削速度。 精加工時(shí)：保證工件的加工質(zhì)量的前提下，兼顧必要的生產(chǎn)率 應(yīng)選用較小的進(jìn)給量和背吃刀量，并盡可能選用較高的切削速度。,1.7.3 切削用量選擇的一般原則和方法,1.7 切削加工的經(jīng)濟(jì)性與可行性,確定背吃刀量ap,粗加工時(shí)， ap由加工余量和工藝系統(tǒng)的剛度決定，盡可能一次走刀切除全部加工余量。 半精加工和精加工的加工余量一般較小，可一次切除。有時(shí)為了保證工件的加工質(zhì)量，也可二次走刀。多次走刀時(shí)，第一次走刀的背吃刀量取得比較大，一般為總加工余量的2/33/4。,確定進(jìn)給量 f,粗切時(shí)，考慮生產(chǎn)率，根據(jù)工藝系統(tǒng)強(qiáng)度和剛度條

5、件確定 精切時(shí)，考慮加工精度，根據(jù)加工表面粗糙度要求確定,切削用量的選擇,1.7 切削加工的經(jīng)濟(jì)性與可行性,1.7.3 切削用量選擇的一般原則和方法,確定切削速度 v,根據(jù)規(guī)定的刀具耐用度確定切削速度 v,切削用量的選擇,根據(jù)已經(jīng)選定的背吃刀量ap 、進(jìn)給量f及刀具使用壽命T，切削速度v可按下式計(jì)算求得,切削速度的參考值可以在切削用量手冊(cè)中查到。,1.7 切削加工的經(jīng)濟(jì)性與可行性,1.7.3 切削用量選擇的一般原則和方法,一、衡量切削加工性的指標(biāo) 一定刀具耐用度T的切削速度VT VT越高，材料的切削加工性越好。 相對(duì)加工性 各種材料的V3600與45#鋼（正火）的V3600比值。 生產(chǎn)中通常用

6、相對(duì)加工性做為衡量標(biāo)準(zhǔn)。,1.7.4 工件材料的切削加工性,工件材料的切削加工性是指將材料切削加工成合格零件的難易程度。,1.7 切削加工的經(jīng)濟(jì)性與可行性,工件材料的相對(duì)切削加工性及分級(jí),切削力和切削溫度 應(yīng)用在：粗加工或機(jī)床動(dòng)力不足 相同的切削條件下，切削力大、切削溫度高的材料，其切削加工性就差。 已加工表面質(zhì)量 精加工表面粗糙度值 有特殊要求的零件已加工表面殘余應(yīng)力、加工硬化 斷屑的難易程度 應(yīng)用在：自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上 切屑容易折斷的材料，其切削加工性就好，反之，切削加工性就差,一、衡量切削加工性的指標(biāo),1.7.4 工件材料的切削加工性,材料的化學(xué)成分 碳對(duì)切削加工性的影響 其他合金元

7、素對(duì)切削加工性的影響 硅、鉻、鎳、釩、鉬、鎢、鎘等合金元素的加入均會(huì)降低材料的可切削加工性。 硫、硒、鉛等合金元素的加入可改善材料的切削加工性。,碳素鋼,低碳鋼,高碳鋼,中碳鋼,切削性差,二、影響材料切削加工性的主要因素,1.7.4 工件材料的切削加工性,金相組織的影響 一般情況下，由塑性、韌性高或硬度、強(qiáng)度高的組織構(gòu)成的材料，其切削加工性差。反之則好。 低碳鋼中鐵素體含量較高，所以強(qiáng)度硬度低，延伸率高，易產(chǎn)生塑性變形，不易加工。 淬火鋼的組織以馬氏體為主，所以硬度、強(qiáng)度均高，不易加工。 中碳鋼的金相組織是珠光體加鐵素體，具有中等的硬度、強(qiáng)度和塑性，因此容易加工。 灰鑄鐵中游離石墨比冷硬鑄鐵多

8、，所以加工性好。,二、影響材料切削加工性的主要因素,1.7.4 工件材料的切削加工性,材料的機(jī)械性能對(duì)切削加工性的影響 材料的強(qiáng)度和硬度 工件材料的硬度和強(qiáng)度越高，切削加工性就越差。 材料的韌性 韌性大的材料，其切削加工性能差。 材料的塑性 材料的塑性越大，切削加工性越差。 材料的導(dǎo)熱系數(shù) 材料的導(dǎo)熱系數(shù)越高，切削加工性越好。,二、影響材料切削加工性的主要因素,1.7.4 工件材料的切削加工性,工件材料的物理力學(xué)性能對(duì)加工性的影響,例 45鋼 1Cr18Ni9Ti,通過熱處理改善材料加工性 如工具鋼，一般經(jīng)退火處理可降低硬度、強(qiáng)度、提高加工性。 有的工件材料通過調(diào)質(zhì)處理，提高硬度、強(qiáng)度，降低塑

9、性來改善加工性。如車制不銹鋼2Cr13螺紋時(shí)，由于硬度太低，塑性較大，光潔度不易提高，當(dāng)經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，硬度提高到HRC28時(shí)，塑性下降，光潔度可以改善，生產(chǎn)效率也相應(yīng)提高。 還有一些工件材料，如氮化鋼，為了減小工件已加工表面的殘余應(yīng)力，可采取去應(yīng)力退火。 時(shí)效處理也是改善加工性的方法，如加工Cr20Ni80Ti3之前。先加熱到1000保持?jǐn)?shù)小時(shí)，然后在900-950溫度下時(shí)效處理16小時(shí)，再在空氣中冷卻，這樣處理可以提高切削加工性。,三、改善材料切削加工性的途徑,1.7.4 工件材料的切削加工性,調(diào)整材料的化學(xué)成分 除了材料中的含碳量外，材料中加入某些合金元素時(shí)，將不同程度的影響材料的機(jī)械性能

10、，進(jìn)而影響材料的切削加工性。 選擇材料加工性好的存在狀態(tài) 低碳鋼以冷拔及熱軋狀態(tài)最好加工； 中碳鋼以部分球化的珠光體組織最好加工； 高碳鋼則以完全球化的退火狀態(tài)加工性最好。 對(duì)難加工材料，采取其他相應(yīng)的對(duì)策 選擇合理的刀具材料、刀具幾何角度、切削用量、選用合適的設(shè)備和加工方法等。,三、改善材料切削加工性的途徑,1.7.4 工件材料的切削加工性,金屬切削過程中合理選用切削液: 可以改善刀具與切屑和刀具與工件界面的摩擦情況，改善散熱條件，從而降低切削力、切削溫度和刀具磨損。 切削液還可以減少刀具與切屑的粘結(jié)，抑制積屑瘤的生長(zhǎng)，提高已加工表面質(zhì)量，可以減少工件熱變形，保證加工精度。,1.7.5 切削

11、液的選擇,1.7 切削加工的經(jīng)濟(jì)性與可行性,冷卻作用 切削液可帶走大量的切削熱，降低切削區(qū)的切削溫度。 切削液的冷卻效果決定于：切削液本身導(dǎo)熱系數(shù)、比熱、溫度、流量和流速、汽化熱。 水的導(dǎo)熱系數(shù)為油的3-5倍，比熱約大1倍，汽化熱要大6-12倍，故其冷卻性能最好，油類最差，乳化液則介乎二者之間而接近于水.,一、切削液的作用,1.7.5 切削液的選擇,1.7 切削加工的經(jīng)濟(jì)性與可行性,潤(rùn)滑作用 切削液可滲透到切屑、工件、刀具接觸面之間，在金屬表面上展開和粘附，形成一層牢固的、有一定強(qiáng)度的潤(rùn)滑膜。 切削液的潤(rùn)滑性能與其滲透性、形成潤(rùn)滑膜的能力及潤(rùn)滑膜的強(qiáng)度有著密切關(guān)系。 潤(rùn)滑膜形成的機(jī)理：物理吸附

12、膜、化學(xué)吸附膜,一、切削液的作用,1.7.5 切削液的選擇,1.7 切削加工的經(jīng)濟(jì)性與可行性,清洗作用 金屬切削過程中，有時(shí)產(chǎn)生一些細(xì)小的切屑，為了防止碎屑或磨粉劃傷工件已加工表面和機(jī)床導(dǎo)軌面，防止磨屑嵌在砂輪空隙中降低磨削性能，要求切削液具有良好的清洗作用。 清洗性能的好壞與切削液的滲透性、流動(dòng)性和使用壓力有關(guān)。 防銹作用 防銹作用取決于切削液本身性能，加入防銹添加劑，可在金屬表面吸附或化合，形成保護(hù)膜，防止與腐蝕介質(zhì)接觸而起到防銹作用。,一、切削液的作用,1.7.5 切削液的選擇,1.7 切削加工的經(jīng)濟(jì)性與可行性,為了改善切削液的性能而加入的化學(xué)物質(zhì)稱為添加劑。常見的有油性、極壓添加劑、乳

13、化劑（表面活性劑）、防銹等。 油性添加劑 油性添加劑主要起滲透和潤(rùn)滑作用。它降低油與金屬的界面張力，使切削油很快滲透到切削區(qū)，在一定的切削溫度下形成物理吸附膜，減小切屑、工件和刀具界面的摩擦。 它主要用于一般金屬低速精加工時(shí)溫度和壓力較低的狀態(tài)，高溫高壓時(shí)將被破壞。 常用的油性添加劑為動(dòng)、植物油及油酸、胺類、醇類及酯類等。,二、切削液中的添加劑,1.7.5 切削液的選擇,極壓添加劑 在極壓潤(rùn)滑狀態(tài)下，切削液中必須添加極壓添加劑來維持潤(rùn)滑膜的強(qiáng)度。它與金屬表面起化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)吸咐膜，熔點(diǎn)高得多，可防止極壓狀態(tài)下金屬摩擦面直接接觸，減小摩擦。 多數(shù)難切削金屬的加工，屬于極壓潤(rùn)滑狀態(tài)，需加極壓添

14、加劑。 常用的極壓添加劑為含硫、磷、氯等有機(jī)化合物，與金屬生成氯化鐵、硫化鐵、磷酸鐵等化學(xué)吸附膜，能在高溫下保持潤(rùn)滑作用,二、切削液中的添加劑,1.7.5 切削液的選擇,乳化劑 乳化劑是使礦物油和水乳化，形成穩(wěn)定乳化液的添加劑。 它是一種表面活性劑，它的分子是由極性基團(tuán)和非極性基團(tuán)兩部分組成。 表面活性劑在乳化液中，除了起乳化作用外，還能吸附在金屬表面上，形成潤(rùn)滑膜，起油性添加劑的作用。,二、切削液中的添加劑,1.7.5 切削液的選擇,乳化液示意圖,防銹添加劑 它是一種極性很強(qiáng)的化合物，與金屬表面有很強(qiáng)的附著力，吸附在金屬表面形成保護(hù)膜，或與金屬表面化合形成鈍化膜，起防銹作用。 常用的防銹添加

15、劑有水溶性類和油溶性類。前者以碳酸鈉、三乙醇胺等，后者如石油磺酸鈉、石油磺酸鋇等，應(yīng)用較廣。 除上述添加劑外，有時(shí)還可添加抗泡沫劑、防霉添加劑等。 生產(chǎn)中根據(jù)具體切削條件和使用要求，綜合添加幾種添加劑,以得到效果較好的切削液,二、切削液中的添加劑,1.7.5 切削液的選擇,金屬切削加工中學(xué)用的切削液可分三大類：水溶液、乳化液、切削油。 水溶液 主要成分是水，水的熱導(dǎo)率和比熱容都比油大得多，流動(dòng)性又好，可以吸收大量的熱。 其中加入了一定量的防銹劑，用于粗磨；加入一定的油類，可用于精磨,三、切削液的種類,1.7.5 切削液的選擇,乳化液 乳化液是乳化油用水稀釋而成。 乳化油是由礦物油、乳化劑及添加

16、劑配成，用95-98%水稀釋成乳白色的或半透明的乳化液。 它有良好的冷卻作用，但潤(rùn)滑、防銹性能較差，可再加入一定量的油性、極壓添加劑和防銹添加劑。 特點(diǎn)：流動(dòng)性好、冷卻能力強(qiáng)。應(yīng)用最為廣泛。 應(yīng)用：低濃度的用于粗車和磨削；高濃度的用于精車、鉸孔和銑削等。,三、切削液的種類,1.7.5 切削液的選擇,切削油 礦物油、動(dòng)植物油和復(fù)合油 礦物油 常用的有5#、7#、10#、20#、30# 機(jī)械油和輕柴油、煤油等，但需要加入油性、極壓添加劑。 動(dòng)植物油，如豆油、菜油、棉子油、蓖麻油、豬油等。 復(fù)合油是將植物油或動(dòng)物油脂與礦物油混合制成。 特點(diǎn)：潤(rùn)滑性好，流動(dòng)性差，冷卻作用小。 應(yīng)用：低速精加工。如精車

17、絲杠、螺紋等。,三、切削液的種類,1.7.5 切削液的選擇,切削液應(yīng)根據(jù)工件材料、刀具材料、加工方法和加工要求的具體情況選用，否則不能取得應(yīng)有的效果。 高速鋼刀具耐熱性差，故應(yīng)采用切削液。 硬質(zhì)合金刀具由于耐熱性好，一般不用切削液。若適用切削液必須連續(xù)，充分地供應(yīng)，否則高溫下刀片冷熱不勻，容易產(chǎn)生很大內(nèi)應(yīng)力而導(dǎo)致裂紋。 切削鋼料等塑性材料，需用切削液。 切削鑄鐵等脆性材料，則一般可不用切削液 對(duì)于銅、鋁及鋁合金，為了得到較高表面質(zhì)量和精度，可采用10-20%乳化液、煤油或煤油與礦物油的混合。（不用含硫的切削液）,四、切削液的合理選用,1.7.5 切削液的選擇,鉆孔、攻絲、鉸孔和位削等，其排屑方式為半封閉狀態(tài)，宜用乳化液、極壓乳化液和極壓切削油。 成形刀具、螺紋和齒輪刀具要求保持形狀、尺寸精度，且其加