機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第三章

機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)宋孝宗蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院郵箱：songxiaozong@126.com聯(lián)系電話0931-2973860第三章

金屬切削基本條件的合理選擇關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)：刀具材料刀具幾何參數(shù)刀具耐用度切削用量切削液3.1刀具材料、類型及結(jié)構(gòu)的合理選擇

3.1刀具材料、類型及結(jié)構(gòu)的合理選擇3.1.1刀具材料應(yīng)具備的性能

切削加工時(shí),由于變形與摩擦,刀具承受了很大的壓力與很高的溫度。作為刀具材料應(yīng)滿足以下基本要求：

(1)高的硬度和耐磨性(2)足夠的強(qiáng)度和韌性

(3)高的耐熱性

刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強(qiáng)度和韌性的能力。

(4)良好的工藝性

(5)良好的經(jīng)濟(jì)性

3.1.2常用刀具材料的種類、特點(diǎn)及適用范圍常用刀具材料：工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金。工具鋼因耐熱性差，用于手工或切削速度較低的刀具。

1)高速鋼

一種加入較多的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼。

特性：

較高的熱穩(wěn)定性,切削溫度達(dá)500℃-650℃時(shí)仍能進(jìn)行切削；

較高的強(qiáng)度、韌性；較高的硬度和耐磨性；

良好的工藝性能，易磨,可鍛造。（形狀復(fù)雜刀具）

高速鋼分類：

按化學(xué)成分：鎢系、鎢鉬系；

按用途：普通高速鋼、高性能高速鋼；

按制造工藝：熔煉高速鋼、粉末冶金高速鋼。

3.1.2常用刀具材料的種類、特點(diǎn)及適用范圍(1)普通高速鋼

①鎢鋼典型牌號(hào)W18Cr4V(簡(jiǎn)稱W18)

含量：W18％、Cr4％、Vl％。特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：

良好的綜合性能,在600℃時(shí)其高溫硬度為HRC48.5；

可以制造各種復(fù)雜刀具；

淬火時(shí)過熱傾向小;

含釩量小,磨加工性好;

碳化物含量高,塑性變形抗力大;缺點(diǎn)：

碳化物分布不均勻,影響薄刃刀具或小截面刀具的耐用度;強(qiáng)度和韌性顯得不夠;熱塑性差,很難用作熱成形方法制造的刀具(如熱軋鉆頭)。3.1.2常用刀具材料的種類、特點(diǎn)及適用范圍(1)普通高速鋼

②鎢鉬鋼(將鎢鋼中的一部分鎢以鉬代替)

典型牌號(hào)W6Mo5Cr4V2(簡(jiǎn)稱M2)。

含量：W6％、Mo5％、Cr4％、V2％。特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：碳化物分布細(xì)小均勻；具有良好的機(jī)械性能,抗彎強(qiáng)度比W18高10％～15％,韌性高50％～60％，可做尺寸較小、承受沖擊力較大的刀具；熱塑性特別好,更適用于制造熱軋鉆頭等;應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)：磨加工性略差。2.高性能高速鋼3.1.2常用刀具材料的種類、特點(diǎn)及適用范圍高性能高速鋼又稱高生產(chǎn)率高速鋼；是指在通用型高速鋼中增加碳、鈷或鋁等合金元素，使其常溫硬度可達(dá)67～70HRC，耐磨性與熱穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。可以用于加工不銹鋼、高溫合金、耐熱鋼和高強(qiáng)度鋼等難加工材料。

優(yōu)點(diǎn)：

具有較強(qiáng)的耐熱性，刀具耐用度是普通高速鋼的1.5～3倍。

缺點(diǎn)：

強(qiáng)度與韌性較普通高速鋼低，高釩高速鋼磨削加工性差。

③、粉末冶金高速鋼采用粉末冶金方法（用高壓氬氣霧化熔融的高速鋼水，得到細(xì)小的高速鋼粉末，再在熱態(tài)下進(jìn)行等靜壓處理）制得致密的鋼坯，再經(jīng)鍛、軋等熱變形而得到的高速鋼型材。粉末高速鋼組織均勻,晶粒細(xì)小,消除了熔鑄高速鋼難以避免的偏析。優(yōu)點(diǎn)：

無碳化物偏析，提高鋼的強(qiáng)度、韌性和硬度，硬度值達(dá)69～70HRC；保證材料各向同性，減小熱處理內(nèi)應(yīng)力和變形；磨削加工性好，磨削效率比熔煉高速鋼提高2～3倍，耐磨性好。

適于制造切削難加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滾刀和插齒刀），精密刀具和磨加工量大的復(fù)雜刀具。3.1.2常用刀具材料的種類、特點(diǎn)及適用范圍表2-9常用高速鋼牌號(hào)及其應(yīng)用范圍類別牌號(hào)主要用途普通高速鋼W18Cr4V廣泛用于制造鉆頭、絞刀、銑刀、拉刀、絲錐、齒輪刀具等W6Mo5Cr4V2用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭等W14Cr4VmnRe用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭等高性能高速鋼高碳95W18Cr4V用于制造對(duì)韌性要求不高，但對(duì)耐磨性要求較高的刀具高礬W12Cr4V4Mo用于制造形狀簡(jiǎn)單，對(duì)耐磨性要求較高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al用于制造復(fù)雜刀具和難加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al耐磨性好，用于制造加工高強(qiáng)度耐熱鋼的刀具W6Mo5Cr4V5SiNbAl用于制造形狀簡(jiǎn)單的刀具，如加工鐵基高溫合金的鉆頭W12Cr4V3Mo3Co5Si耐磨性、耐熱性好，用于制造加工高強(qiáng)度鋼的刀具W2Mo9Cr4VCo8（M42）用作難加工材料的刀具，因其磨削性好可作復(fù)雜刀具，價(jià)格昂貴

（1）硬質(zhì)合金組成硬質(zhì)合金是以高硬度難熔金屬的碳化物（WC、TiC)微米級(jí)粉末為主要成分，以鈷（Co）或鎳（Ni）、鉬（Mo）為粘結(jié)劑，在真空爐或氫氣還原爐中燒結(jié)而成的粉末冶金制品。

組成：硬化相+粘結(jié)金屬。

硬化相：過渡金屬的碳化物，如碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭；硬度很高，熔點(diǎn)都在2000℃以上，有的甚至超過4000℃。

粘結(jié)金屬：鐵族金屬，常用的是鈷和鎳。

硬質(zhì)合金用原料粉末粒度在1～2微米之間，且純度高。硬化相分布在粘結(jié)金屬組成的網(wǎng)格里，形成一個(gè)牢固的整體。

硬質(zhì)合金的硬度取決于硬化相含量和晶粒粒度，即硬化相含量越高、晶粒越細(xì)，則硬度也越大。硬質(zhì)合金的韌性由粘結(jié)金屬?zèng)Q定，粘結(jié)金屬含量越高，抗彎強(qiáng)度越大。2．硬質(zhì)合金硬度高（86～93HRA，相當(dāng)于69～81HRC）；熱硬性好（可達(dá)900～1000℃，保持60HRC）；耐磨性好；

硬質(zhì)合金刀具比高速鋼切削速度高4～7倍，刀具壽命高5～80倍。制造模具、量具，壽命比合金工具鋼高20～150倍?？汕邢?0HRC左右的硬質(zhì)材料。缺點(diǎn)：

硬質(zhì)合金脆性大，不能進(jìn)行切削加工，難以制成形狀復(fù)雜的整體刀具，因而常制成不同形狀的刀片，采用焊接、粘接、機(jī)械夾持等方法安裝在刀體或模具體上使用。（2）硬質(zhì)合金的性能特點(diǎn)3.1.2常用刀具材料的種類、特點(diǎn)及適用范圍國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO將切削用的硬質(zhì)合金分為三類：

(1)YG(K)類，即WC—Co類硬質(zhì)合金

組成：WC和Co。

常用牌號(hào)：YG6、YG8、YG3X、YG6X，

含鈷量分別為：6％、8％、3％、6％。

硬度：HRA89～91.5,

抗彎強(qiáng)度：1.1-1.5GPa(110～150kgf/mm2)。

組織結(jié)構(gòu)：粗晶粒、中晶粒、細(xì)晶粒。細(xì)晶粒硬質(zhì)合金在含鈷量相同時(shí)比中晶粒的硬度、耐磨性要高些,但抗彎強(qiáng)度、韌性則低些。

特點(diǎn)：韌性、磨削性、導(dǎo)熱性較好,適于加工產(chǎn)生崩碎切屑、有沖擊切削力作用在刃口附近的脆性材料,（鑄鐵、有色金屬、不銹鋼等。）2．硬質(zhì)合金(2)YT(P)類，即WC—TiC—Co類硬質(zhì)合金

組成：WC和Co、還含有5%～30%的TiC。

牌號(hào)：YT5、YTl4、YTl5、YT30，

其中TiC的含量分別為：5%、14%、15%、30%

鈷含量分別為：10%、8%、6%、4%

硬度：HRA91.5～92.5,

抗彎強(qiáng)度:0.9-1.4GPa(90-140kgf/mm2)。

TiC含量提高,Co含量降低,硬度和耐磨性提高,但是沖擊韌性顯著降低。

特點(diǎn)：較高的硬度和耐磨性,抗粘結(jié)擴(kuò)散能力和抗氧化能力好；但抗彎強(qiáng)度、磨削性能和導(dǎo)熱系數(shù)下降,低溫脆性大,韌性差。適于高速切削鋼料,不適于加工不銹鋼和鈦合金。3.1.2常用刀具材料的種類、特點(diǎn)及適用范圍2．硬質(zhì)合金(3)YW(M)類，即WC—TiC—TaC—Co類硬質(zhì)合金

組成：在YT類中加入TaC(NbC)可提高其抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性、高溫硬度、強(qiáng)度和抗氧化能力、耐磨性等。既可用于加工鑄鐵,也可加工鋼,因而又稱萬能硬質(zhì)合金。

常用的牌號(hào)：YWl和YW2。以上三類的主要成分均為WC，所以又稱WC基硬質(zhì)金合3.1.2常用刀具材料的種類、特點(diǎn)及適用范圍2．硬質(zhì)合金（4）碳化鈦基類（WC+TiC+Ni+Mo）合金代號(hào)YN，對(duì)應(yīng)于國(guó)標(biāo)P01類。用于精加工和半精加工，對(duì)于大長(zhǎng)零件且加工精度較高的零件尤其適合，但不適于有沖擊載荷的粗加工和低速切削。（5）超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金

由超細(xì)晶粒0.5μm的WC、金屬鈷Co、碳化釩VC和碳化鉻Cr3C2組成，既有很高的硬度和耐磨性能，又具有很高的強(qiáng)度和韌性。超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金多用于YG類合金，它的硬度和耐磨性得到較大提高，抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度也得到提高，已接近高速鋼。

適合做小尺寸銑刀、鉆頭等，并可用于加工高硬度難加工材料。3.1.2常用刀具材料的種類、特點(diǎn)及適用范圍2．硬質(zhì)合金表2-10各種硬質(zhì)合金的應(yīng)用范圍牌號(hào)應(yīng)用范圍YG3X鑄鐵、有色金屬及其合金精加工、半精加工，不能承受沖擊載荷YG3鑄鐵、有色金屬及其合金精加工、半精加工，不能承受沖擊載荷YG6X普通鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精加工、半精加工YG6鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工和粗加工YG8鑄鐵、有色金屬及合金、非金屬材料粗加工，也可用于斷續(xù)切削YG6A冷硬鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工，亦可用于高錳鋼、淬硬鋼的半精加工和精加工YT30碳素鋼、合金鋼的精加工YT15碳素鋼、合金鋼在連續(xù)切削時(shí)的粗加工、半精加工，亦可用于斷續(xù)切削時(shí)的精加工YT14同YT15YT5碳素鋼、合金鋼的粗加工，也可以用于斷續(xù)切削YW1高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工和精加工YW2高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的粗加工和半精加工抗彎強(qiáng)度、韌性、進(jìn)給量硬度、耐磨性、切削速度抗彎強(qiáng)度、韌性、進(jìn)給量硬度、耐磨性、切削速度抗彎強(qiáng)度、韌性、進(jìn)給量硬度、耐磨性、切削速度(1).陶瓷

現(xiàn)在國(guó)際上硬質(zhì)合金產(chǎn)量己達(dá)20000-25000t。W、Co、Ta等金屬的礦產(chǎn)資源正日益減少，價(jià)格上漲。

材料的熔點(diǎn)、硬度等主要取決于內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，即內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的結(jié)合方式和結(jié)合力。

有機(jī)材料靠較弱的分子結(jié)合力。

金屬材料靠金屬鍵結(jié)合，它的結(jié)合力較分子鍵強(qiáng)，但較共價(jià)鍵和離子鍵弱。

硬質(zhì)合金采用金屬將WC等硬質(zhì)相聯(lián)系起來.其性能介于金屬鍵和共價(jià)鍵、離子鍵之間。

陶瓷材料主要是離子鍵和共價(jià)鍵結(jié)合，其結(jié)合力是比較強(qiáng)的正負(fù)離子間的靜電引力或共用電子對(duì)。3.1.2常用刀具材料的種類、特點(diǎn)及適用范圍3．其他刀具材料陶瓷刀具的特點(diǎn)：

1、耐磨性好，可加工傳統(tǒng)刀具難以加工的高硬材料；

2、不僅能對(duì)高硬度材料進(jìn)行粗、精加工，也可進(jìn)行銑削、刨削、斷續(xù)切削和毛坯拔荒粗車等沖擊力很大的加工；

3、與金屬摩擦力小，不易粘刀，不易產(chǎn)生積屑瘤.可進(jìn)行高速切削。所以在條件相同時(shí)，工件表而粗糙度比較低。

4、刀具耐用度比傳統(tǒng)刀具高幾倍甚至幾十倍，減少了加工中的換刀次數(shù)，保證被加工工件的小錐度和高精度；

5、耐高溫，紅硬性好?？稍?200℃下連續(xù)切削.可進(jìn)行高速切削或?qū)崿F(xiàn)“以車、銑代磨”，切削效率比傳統(tǒng)刀具高3-10倍，達(dá)到節(jié)約工時(shí)、電力、機(jī)床數(shù)30-70%或更高的效果；

6、陶瓷材料主要有氧化鋁基和氮化硅基兩大類，在自然界含量很豐富，用它代替硬質(zhì)合金，可節(jié)約大量W、Co、Ta等重要的金屬。3.1.2常用刀具材料的種類、特點(diǎn)及適用范圍3．其他刀具材料(2)．金剛石刀具（1）分類：天然金剛石刀具；人造金剛石刀具；（2）優(yōu)點(diǎn)：極高的硬度和耐磨性，人造金剛石硬度達(dá)10000HV，耐磨性是硬質(zhì)合金的10～100倍；切削刃鋒利，能實(shí)現(xiàn)超精密微量加工和鏡面加工。（3）缺點(diǎn)：耐熱性差，強(qiáng)度低，脆性大，對(duì)振動(dòng)很敏感。（4）適用范圍：用于高速條件下精細(xì)加工有色金屬及其合金和非金屬材料。金剛石有天然金剛石，聚晶金剛石（PCD），人工合成單晶金剛石，金剛石涂層硬度6000～10000HV切削速度8000m/min紅硬性700℃～800℃主要用于精密超精密加工領(lǐng)域，在汽車制造業(yè)中應(yīng)用PCD刀具主要切削鋁合金材料的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸體、汽缸蓋、變速箱的殼體、鋁合金輪輞、閥體、槽體、側(cè)蓋等零件。金剛石車床及其加工照片加工4.5mm陶瓷球金剛石車刀刃口半徑(4)立方氮化硼（CBN）

是六方晶格的氮化硼在高溫高壓下，經(jīng)觸媒劑作用聚合轉(zhuǎn)化成的高密度的立方晶格單晶體。

特點(diǎn)：

很高的硬度(HV8000～9000)及耐磨性；

比金剛石高得多的熱穩(wěn)定性(1400℃)，可用來加工高溫合金;化學(xué)惰性大,與鐵族金屬直至1300℃時(shí)也不易起化學(xué)反應(yīng),可用于加工淬硬鋼及冷硬鑄鐵；有良好的導(dǎo)熱性、較低的摩擦系數(shù)。

不僅用于磨具,也逐漸用于車、鏜、銑、鉸。有兩種類型：整體聚晶立方氮化硼,能像硬質(zhì)合金一樣焊接,并可多次重磨;立方氮化硼復(fù)合片,即在硬質(zhì)合金基體上燒結(jié)一層厚度為0.5mm的立方氮化硼而成。

3.1.2常用刀具材料的種類、特點(diǎn)及適用范圍3．其他刀具材料CBN立方氮化硼（CBN）聚晶立方氮化硼(PCBN)硬度3500～4500HV紅硬性1400℃～1500℃切削速度800～2000m/min主軸轉(zhuǎn)速8000～12000r/min主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體等鑄鐵類零件和氣門閥座等粉末冶金零件的半精和精加工序中。CBN刀具還可用于加工淬硬工件，實(shí)現(xiàn)以車代磨。立方氮化硼刀具

涂層刀具基體:高速鋼、硬質(zhì)合金涂層刀具材料:TiN、TiC、TiCN、TiA、AlCrN、金剛石和CBN。

涂層刀具技術(shù):復(fù)合涂層，多元涂層，納米涂層。

涂層方法:CVD與PVD(3)涂層刀具3.1.2常用刀具材料的種類、特點(diǎn)及適用范圍3．其他刀具材料涂層刀具是在韌性較好的刀具基體上，涂覆一層耐磨性較高的難熔金屬化合物而制成。圖2-55

刀具材料的發(fā)展與切削加工高速化的關(guān)系切削速度（m/min）2000100050020010050201018001850190019502000年代碳素工具鋼合金工具鋼WC系硬質(zhì)合金高速鋼WC-TiC系硬質(zhì)合金涂層硬質(zhì)合金TiAlN涂層硬質(zhì)合金DLC涂層硬質(zhì)合金TiC-TiN金屬陶瓷聚晶立方氮化硼（PCBN）陶瓷聚晶金剛石（PCD）天然金剛石PCBNPCD氧化物陶瓷氮化物陶瓷硬質(zhì)合金涂層WC硬質(zhì)合金涂層超細(xì)粒狀硬金屬涂層高速鋼TiN涂層高速鋼斷裂韌性耐磨性圖2-56刀具材料的耐磨性與斷裂韌性

3.1.3刀具類型及結(jié)構(gòu)的選擇按用途和加工方法分為:

切刀（包括車刀、刨刀、插刀、鏜刀和成形車刀等）、孔加工刀具（如鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀等）、拉刀、銑刀（柱銑刀、端銑刀、立銑刀、槽銑刀\鋸片銑刀）、螺紋刀具（如絲錐、板牙和螺紋切頭等）齒輪刀具、磨具（包括砂輪、砂帶和油石等）。

單刃（單齒）刀具和多刃（多齒）刀具；通用刀具（如車、鏜刀、孔加工刀具、銑刀和螺紋刀具等）和復(fù)雜刀具（如拉刀和齒輪刀具）；定尺寸刀具（工件的加工尺寸取決于刀具本身的尺寸，如鉆頭、擴(kuò)孔鉆和鉸刀等）和非定尺寸刀具（如車刀、刨刀和插刀等）；整體式刀具、裝配式刀具（如機(jī)夾、可轉(zhuǎn)位刀具）和復(fù)合刀具等。

3.1.3刀具類型及結(jié)構(gòu)的選擇組成：

工作部分——擔(dān)負(fù)切削的部分；

夾持部分——保證刀具有正確的工作位置，并傳遞切削運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的部分。

先進(jìn)的刀具結(jié)構(gòu)能有效地減少換刀和重磨時(shí)間，大大提高切削效率和加工質(zhì)量.

一般尺寸的高速鋼刀具大多做成整體式；大尺寸的高速鋼刀具則應(yīng)盡量用裝配式結(jié)構(gòu).

硬質(zhì)合金刀具通常作成焊接裝配式結(jié)構(gòu)，并應(yīng)盡量采用機(jī)夾式、可轉(zhuǎn)位式、積木模塊式、成組快換式等新結(jié)構(gòu)。

在數(shù)控機(jī)床和自動(dòng)線上，為集中工序，常采用各種形式的復(fù)合刀具。

3.2刀具合理幾何參數(shù)的選擇刀具幾何參數(shù)刀具角度：前角、后角、主偏角、刃傾角、副偏角等切削刃形狀：直線刃、折線刃、圓弧刃、波形刃、月牙弧刃、刀尖、過渡刃等刀面形式：前刀面上磨出斷屑槽、卷屑槽3.2.1概述“合理”幾何參數(shù)定義：在保證已加工表面質(zhì)量前提下，能獲得最高的刀具耐用度，從而能達(dá)到提高生產(chǎn)率和降低成本的刀具幾何參數(shù)。合理指標(biāo)最高刀具耐用度Tmax3.2.1概述選擇刀具合理幾何參數(shù)的原則①要考慮工件的實(shí)際情況要考慮刀具材料和刀具結(jié)構(gòu)要考慮具體的加工性質(zhì)要考慮工藝系統(tǒng)的剛度要注意各個(gè)幾何參數(shù)之間的聯(lián)系要處理好刀具鋒利性同強(qiáng)度和耐磨性的關(guān)系1、前角的功用及選擇：（1）作用3.2.2前角及前面形狀的選擇前角↑切削變形↓切削力↓→切削熱↓

→切削溫度↓

→耐用度↑楔角

↓→強(qiáng)度↓→散熱體積↓

→切削溫度↑→耐用度↓過大→崩刃不同刀具材料合理前角刀具材料韌性較高時(shí)，前角可取大些γoT高速鋼硬質(zhì)合金陶瓷γoptγoptγopt不同工件材料合理前角加工塑性材料時(shí)，應(yīng)取較大的前角；加工脆性材料（鑄鐵）時(shí)，可取較小的前角。鑄鐵中碳鋼軟鋼γoptγoptγoptγoT前角的選擇原則依據(jù)工件材料性質(zhì)選切削軟材料——選大值塑性大，Lf↑，↓前刀面的壓力和摩擦力，從而↑刀具鋒利性切削硬材料——選小值Lf↓，或?yàn)楸浪榍行迹邢髁性谌星皡^(qū)，選小值可↑刀刃的強(qiáng)度前角的選擇原則（續(xù)一）依據(jù)刀具材料性質(zhì)選高速鋼刀具——選大值刀具材料強(qiáng)度高韌性好，有一定的抗彎強(qiáng)度硬質(zhì)合金、陶瓷刀具——選小值刀具材料脆性大、怕沖擊前角的選擇原則（續(xù)二）依據(jù)加工性質(zhì)選粗加工——選小值精加工——選大值工件表面有硬皮——選小值斷續(xù)切削——選小值有沖擊，甚至可取負(fù)值連續(xù)切削——選大值前角的選擇原則（續(xù)三）依據(jù)機(jī)床功率和工藝系統(tǒng)剛度選剛度好——選小值剛度差——選大值加工成形表面及展成法——選小值防止刃形畸變且重磨后廓形變化小數(shù)控機(jī)床和自動(dòng)線用刀——選小值考慮刀具的尺寸耐用度及工作的穩(wěn)定性（2）、帶卷屑槽的前刀面形狀卷屑槽槽形有直線圓弧形、直線形、全圓弧形三種形式。直線圓弧形的槽底圓弧半徑Rn和直線形的槽底角對(duì)切屑的卷曲變形有直接的影響，較小時(shí)，切屑卷曲半徑較小、切屑變形大、易折斷；但過小時(shí)又易使切屑堵塞在槽內(nèi)，增大切削力，甚至崩刃。一般條件下，常取Rn＝(0.4～0.7)Ｗn；槽底角取110°～130°。這兩種槽形較適于加工碳素鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼等，一般γo為5°～15°。

全圓弧形可獲得較大的前角，且不致使刃部過于削弱，較適于加工紫銅、不銹鋼等高塑性材料，γo可增至25°～30°。卷屑槽寬Wn愈小，切屑卷曲半徑愈小，切屑愈易折斷；但太小，切屑變形很大，易產(chǎn)生小塊的飛濺切屑，也不好。過大的Wn不能保證有效地卷屑或折斷。一般根據(jù)工件材料和切削用量決定，常取Wn＝(7～10)f。3.2.3后角的選擇有合理的后角αopt后角的數(shù)值影響加工表面的質(zhì)量，刀具耐用度和勞動(dòng)生產(chǎn)率在一定條件下，總有某一對(duì)應(yīng)著刀具最大耐用度的后角——αopt為了減少摩擦，鋒銳刀刃，希望選用較大的后角從增強(qiáng)刀刃、改善刀刃散熱條件出發(fā)，希望選用小后角刀具角度之間也互相影響后角的功用VBNB影響后刀面與加工表面之間的摩擦α↑—與加工表面間摩擦↓—VB↓—T↑—表面質(zhì)量↑影響切削刃的鋒利性影響刀具的強(qiáng)度α↑—切削刃和刀頭強(qiáng)度↓散熱體積↓影響刀具的壽命NB一定時(shí)：α↑—磨損體積↓—T↓VB一定時(shí)：α↑—磨損體積↑—T↑后角的選擇原則依據(jù)加工性質(zhì)選粗加工——選小值切削力大，要求切削刃強(qiáng)固精加工——選大值有硬皮——選小值斷續(xù)切削——選小值依據(jù)工件材料選切軟材料——選大值切硬材料——選小值后角的選擇原則（續(xù)）依據(jù)工藝系統(tǒng)剛性選剛性差——振動(dòng)大——選小值剛性好——振動(dòng)小——選大值有尺寸精度要求的刀具——選小值為限制重磨后刀具尺寸的變化副后角的選擇車刀的副后角選擇原則同后角切斷刀、切槽刀、鋸片銑刀等因受刀頭強(qiáng)度的限制，只能選取很小的數(shù)值（1°~2°）不同前角的合理后角γo1>γo2>γo3γo1γo2αoTγo3493.2.4主偏角和副偏角及刀尖形狀的選擇影響切削加工殘留面積高度

κr↓、κr′↓——表面質(zhì)量↑影響切削層的形狀、刀尖強(qiáng)度當(dāng)ap、f不變時(shí)：κr↓—hD↓—bD↑—參加切削刃長(zhǎng)↑—單位長(zhǎng)度上刀刃負(fù)荷↓—散熱條件改善影響切削三分力大小κr↑時(shí)，F(xiàn)c↓Fp↓Ff↑影響斷屑效果50主偏角選擇原則按加工性質(zhì)選粗加工和半精加工——選大值有利于減少振動(dòng)，提高T，斷屑精加工——選小值減小表面粗糙度按工件材料選硬材料——選小值減輕單位切削刃上的負(fù)荷，改善刀頭散熱條件，提高T軟材料——選大值51主偏角選擇原則（續(xù)）按工藝系統(tǒng)剛性選剛性差——選大值減小背向力Fp，減小振動(dòng)剛性好——選小值提高T單件、小批生產(chǎn)，希望一把刀具加工出工件所有表面——選通用性好的45°或90°車刀52副偏角選擇原則（1）一般刀具的副偏角，在不引起震動(dòng)的情況下可選取較小的數(shù)值，5~10°。（2）精加工刀具副偏角應(yīng)取得更小一些，必要時(shí)可磨出一段副偏角為0°的修光刃，修光刃長(zhǎng)度應(yīng)略大于進(jìn)給量。（3）加工高強(qiáng)度、高硬度材料或斷續(xù)切削時(shí)，取較小的副偏角（4°-6°）以提高刀尖強(qiáng)度。（4）切斷刀、鋸片刀和槽銑刀等，為了保證刀頭強(qiáng)度和重磨后刀頭寬度變化較小，只能取很小的副偏角（1°-2°）。bε（4）刀尖形狀為了強(qiáng)化刀尖，許多刀具都在刀尖處磨出直線或圓弧形過渡刃。圓弧刀尖的圓弧半徑：高速鋼1~3mm，硬質(zhì)合金和陶瓷0.5~1.5mm，金剛石1mm，立方氮化硼0.4mm；倒角刀尖：過渡刃偏角約為0.5κr，長(zhǎng)度約為0.5~2mm。543.2.5刃傾角的選擇功用：控制切屑流出方向（出屑角度）影響切削刃的鋒利性影響刀尖強(qiáng)度、刀尖導(dǎo)熱和容熱條件影響切入切出的平穩(wěn)性55刃傾角選擇原則依據(jù)加工性質(zhì)選粗加工——選小值精加工——選大值有沖擊——選小值依據(jù)工件材料選切硬材料——選小值切軟材料——選大值56刃傾角選擇原則（續(xù)）依據(jù)工藝系統(tǒng)剛度選

剛性差——選大值剛性好——選小值依據(jù)刀具材料選

硬度高——選小值硬度低——選大值式中：tm

－工序的切削時(shí)間，也稱基本工時(shí)；

tct—換刀一次所消耗的時(shí)間，（卸刀、裝刀、對(duì)刀）；

tot—除換刀時(shí)間外的其它輔助時(shí)間；

T—刀具壽命；

tm/T—

換刀次數(shù)。

以單位時(shí)間生產(chǎn)最多數(shù)量產(chǎn)品或加工每個(gè)零件所消耗的生產(chǎn)時(shí)間為最少來衡量的。使工序時(shí)間最短的刀具耐用度。

以車削為例，單件工序的工時(shí)tw為：一、最大生產(chǎn)率耐用度3.3刀具耐用度的選擇將上式代入式（3-1），對(duì)T求導(dǎo)，并令其為0，可得到最高生產(chǎn)率耐用度為：f，ap選定后，有：式中C

——

工序成本；

M——

機(jī)時(shí)費(fèi)；

Ct——

刀具費(fèi)用；

tm

，tct

，T

——

含義同前是以每件產(chǎn)品（或工序）的加工費(fèi)用最低為原則的刀具耐用度。仍以車削為例，工序成本為：仍令f，ap為常數(shù)，采用相同方法，可得到最低成本耐用度Tc為tmM刀具費(fèi)用taMC刀具耐用度Tc成本

二、最低成本耐用度（經(jīng)濟(jì)耐用度）規(guī)定刀具耐用度遵循的原則：1、根據(jù)刀具的復(fù)雜程度、制造和磨刀成本選擇；2、機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀和陶瓷刀具，耐用度可選的低些；3、多刀機(jī)床、組合機(jī)床和自動(dòng)化機(jī)床、自動(dòng)線上的刀具，耐用度應(yīng)選的高些；4、對(duì)薄弱的關(guān)鍵工序，為了平衡整個(gè)生產(chǎn)過程，應(yīng)選用較低的耐用度；5、大件精加工時(shí)，為了避免在加工同一表面時(shí)中途換刀，耐用度應(yīng)選的高些；6、生產(chǎn)線上的刀具耐用度應(yīng)規(guī)定為一個(gè)班或兩個(gè)班，以便在換班時(shí)換刀。3.4切削用量的選擇

選擇合理的切削用量是切削加工中十分重要的環(huán)節(jié)，切削用量不僅是在機(jī)床調(diào)整前必須確定的重要參數(shù)，而且其數(shù)值合理與否對(duì)加工質(zhì)量、加工效率、生產(chǎn)成本等有著非常重要的影響。選擇合理切削用量時(shí)，必須考慮加工性質(zhì)。

合理的切削用量是指在保證加工質(zhì)量的前提下，充分利用刀具切削性能和機(jī)床性能，獲得高生產(chǎn)率和低加工成本的切削用量。粗加工時(shí)的切削用量選擇的基本原則

A0＝πdwLh/1000高生產(chǎn)效率是追求的基本目標(biāo)。提高vc、增大f和ap，都能提高生產(chǎn)率。切削用量三要素對(duì)刀具壽命的影響程度不同，由大到小影響次序是：vc、f、ap。為保持已確定的刀具壽命，若提高其中一要素，則必須相應(yīng)地降低另外兩要素?！竟r(shí)刀具耐用度3.4.1切削用量選擇的基本原則首先保證加工精度和表面質(zhì)量，同時(shí)兼顧必要的使用壽命和生產(chǎn)效率。先選取較小的ap和f，其中：

ap根據(jù)加工余量來定；

f根據(jù)表面粗糙度來定；最后利用切削用量手冊(cè)選取或者用公式計(jì)算確定vc。精加工時(shí)的切削用量選擇的基本原則（1）.背吃刀量ap的確定一般根據(jù)加工性質(zhì)與加工余量確定ap。切削加工一般分為粗加工、半精加工和精加工。粗加工(表面粗糙度Ra50～12.5)時(shí)，在機(jī)床功率和刀具強(qiáng)度允許情況下，一次走刀應(yīng)盡可能切除全部余量。在中等功率機(jī)床上，背吃刀量可達(dá)8～10mm。半精加工(表面粗糙度Ra6.3～3.2)時(shí)，背吃刀量取為0.5～2mm。精加工(表面粗糙度Ra1.6～0.8)時(shí)。背吃刀量取為0.1～0.4mm。3.4.2切削用量三要素的確定補(bǔ)充粗車多次走刀的情況：1.工藝系統(tǒng)剛度低，余量不均勻2.余量過大3.斷續(xù)切削結(jié)論：第一次走刀和頭幾次要盡可能大；若只有2次走刀，則第一次是總共的三分之二到四分之三。粗車鑄、鍛件毛坯時(shí)，因工件表面有硬皮，為保護(hù)刀尖，應(yīng)先車端面或倒角，第一次切深應(yīng)大于硬皮厚度以預(yù)防刀尖過早磨損。若工件夾持的長(zhǎng)度較短或表面凸不平，切削用量則不宜過大。

粗車應(yīng)留有0.5～1mm作為精車余量。粗車后的精度為IT14-IT11,表面粗糙度Ra值一般為12.5～6.3μm。（1）.背吃刀量ap的確定粗加工時(shí)，工件表面質(zhì)量要求不高，但切削力往往很大，合理進(jìn)給量的大小主要受機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度、刀具的強(qiáng)度與剛性、工件的裝夾剛度等因素的限制。粗車時(shí)進(jìn)給量要根據(jù)工件材料，刀桿尺寸，工件直徑與選定的切削深度進(jìn)行選擇，一般f=0.3~0.6mm/r。半精加工和精加工時(shí)，合理進(jìn)給量的大小則主要受工件加工精度和表面粗糙度的限制。根據(jù)預(yù)先估計(jì)的切削速度與刀尖圓弧半徑進(jìn)行選擇，常取f=0.08~0.3mm/r。此外，還需要考慮到所選的進(jìn)給量能滿足加工精度，甚至卷屑、斷屑的要求。生產(chǎn)實(shí)際中需要查《切削用量手冊(cè)》確定進(jìn)給量。（2）.確定進(jìn)給量f粗加工時(shí)，根據(jù)工件材料，車刀刀桿直徑，以及被吃刀量查表；半精加工以及精加工時(shí)，根據(jù)粗糙度來查。在ap、f值選定后，一般根據(jù)合理的刀具壽命計(jì)算或用查表來選定切削速度。

式中Kvc：切削速度修正系數(shù)，Kvc的大小受工件材料、毛坯表面狀態(tài)、刀具幾何參數(shù)等切削條件的影響。Cv

、xv

、yv、m及Kvc值可查閱《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》。根據(jù)工件尺寸計(jì)算工件轉(zhuǎn)數(shù)n:根據(jù)機(jī)床說明書取較低而相近的機(jī)床主軸轉(zhuǎn)數(shù)n，計(jì)算實(shí)際切削速度。N=1000vc/πdw（3）.切削速度vc的選擇(1)粗車時(shí)，ap和f

較大，故選擇較低的vc；反之精車時(shí)選擇較高的vc。(2)工件材料強(qiáng)度、硬度高時(shí)，應(yīng)選較低的vc。切削合金鋼比切削中碳鋼切削速度降低20%～30%；切削調(diào)質(zhì)狀態(tài)的鋼比切削正火、退火狀態(tài)鋼要降低切削速度20%～30%；切削有色金屬比切削中碳鋼的切削速度可提高100%～300%。(3)刀具材料的切削性能愈好，切削速度也選得愈高，如硬質(zhì)合金鋼的切削速度比高速鋼刀具可高幾倍，涂層刀具的切削速度比未涂層刀具要高，陶瓷、金剛石和CBN刀具可采用更高的切削速度。在生產(chǎn)中選擇切削速度的一般原則是：(4)精加工時(shí)，應(yīng)盡量避開積屑瘤和鱗刺產(chǎn)生的區(qū)域。(5)斷續(xù)切削時(shí)，為減少?zèng)_擊和熱應(yīng)力，適當(dāng)降低切削速度。(6)在易發(fā)生振動(dòng)情況下，切削速度應(yīng)避開自激振動(dòng)的臨界速度。(7)加工大型工件、細(xì)長(zhǎng)件和薄壁工件或帶外皮的工件，應(yīng)適當(dāng)降低切削速度。在生產(chǎn)中選擇切削速度的一般原則是：3.5切削液的選擇

切削液的分類1、非水溶性切削液主要是切削油。有各種礦物油，如機(jī)械油、輕柴油、煤油等；還有動(dòng)、植物油，如豆油、豬油等；以及加入油性、極壓添加劑配制的混合油。它主要起潤(rùn)滑作用。2、水溶性切削液主要成分為水，并加入防銹劑，也可加入適量的表面活性劑和油性添加劑，使其具有一定的潤(rùn)滑性能。3、乳化液由礦物油、乳化劑及其它添加劑配制的乳化油加95%～98%的水稀釋而成的乳白色切削液，有良好的冷卻性能和清洗作用。3.5.1切削液的作用切削液的作用：冷卻潤(rùn)滑清洗防銹

切削液的使用效果除取決于切削液的性能外，還與刀具材料、加工要求、工件材料、加工方法等因素有關(guān)，應(yīng)綜合考慮，合理選用。1、依據(jù)刀具材料、加工要求

高速鋼刀具耐熱性差，粗加工時(shí)，切削用量大，切削熱多，容易導(dǎo)致刀具磨損，應(yīng)選用以冷卻為主的切削液，如3%～5%的乳化液或水溶液；精加工時(shí)，主要是獲得較好的表面質(zhì)量，可選用潤(rùn)滑性好的極壓切削油或高濃度極壓乳化液。硬質(zhì)合金刀具耐熱性好，一般不用切削液，如必要，也可用低濃度乳化液或水溶液，但應(yīng)連續(xù)、充分地澆注，以免高溫下刀片冷熱不均，產(chǎn)生熱應(yīng)力而導(dǎo)致裂紋、損壞等。3.5.2切削液的選用2、依據(jù)工件材料

加工鋼等塑性材料時(shí)，需用切削液；而加工鑄鐵等脆性材料時(shí)，一般不用，原因是作用不如鋼明顯，又易污染機(jī)床、工地。

對(duì)于高強(qiáng)度鋼、高溫合金等，加工時(shí)均處于極壓潤(rùn)滑摩擦狀態(tài)，應(yīng)選用極壓切削油或極壓乳化液；對(duì)于銅、鋁及鋁合金，為了得到較好的表面質(zhì)量和精度，可采用10%～20%的乳化液、煤油或煤油與礦物油的混合液；

切削銅時(shí)不宜用含硫的切削液，因?yàn)榱驎?huì)腐蝕銅；有的切削液與金屬能形成超過金屬本身強(qiáng)度的化合物，這將給切削帶來相反的效果。如鋁的強(qiáng)度低，切鋁時(shí)就不宜用硫化切削油。3.5.2切削液的選用3、依據(jù)加工性質(zhì)選用切削液

鉆孔、攻絲、鉸孔、拉削等，排屑方式為半封閉、封閉狀態(tài)，導(dǎo)向部、校正部與已加工表面的摩擦也嚴(yán)重，對(duì)硬度高、強(qiáng)度大、韌性大、冷硬嚴(yán)重的難切削材料尤為突出，宜用乳化液、極壓乳化液和極壓切削油；

成形刀具、齒輪刀具等，要求保持形狀、尺寸精度等，也應(yīng)采用潤(rùn)滑性好的極壓切削油或高濃度極壓切削液；

磨削加工溫度很高，且細(xì)小的磨屑會(huì)破壞工件表面質(zhì)量，要求切削液具有較好的冷卻性能和清洗性能，常用半透明的水溶液和普通乳化液；磨削不銹鋼、高溫合金宜用潤(rùn)滑性能較好的水溶液和極壓乳化液。3.5.2切削液的選用切削液不僅要選擇得合理，而且要正確地使用，才能取得更好的效果。1、澆注法2、高壓冷卻法3、噴霧冷卻法

3.5.3切削液的使用方法返回返回孔加工刀具

返回返回返回鉸刀

Reamer套式機(jī)用鉸刀返回返回拉刀返回絲錐板牙螺紋刀具返回螺紋銑刀返回返回磨具類砂輪返回返回2023/2/3頁(yè)面90返回工件的實(shí)際情況工件材料的化學(xué)成分制造方法熱處理狀態(tài)力學(xué)與物理性能（硬度、抗拉強(qiáng)度、延伸率、沖擊韌性、導(dǎo)熱系數(shù)、熔點(diǎn)等）毛坯表層情況工件的形狀、尺寸、精度和表面質(zhì)量要求等返回