第一篇-第六章 金屬切削加工中的實際應用

第六章金屬切削加工中的實際應用第一節(jié)、切削液冷卻：使切削熱傳導、對流和汽化，降低切削區(qū)溫度；

潤滑：切削液滲透到刀具與切屑、工件表面之間形成潤滑膜，它具有物理吸附和化學吸附作用；清洗：沖走細屑或磨粒；

防銹：在切削液中添加防銹劑，起防銹作用。一、切削液的作用二、切削液分類水溶液特點：（1）冷卻效果最好；（2）透明，可直接觀察切削區(qū)情況。缺點：（1）潤滑性最差；（2）易導致金屬生銹。2.乳化液乳化油加水溶液稀釋而成，乳化油中主要成分是礦物油和乳化劑，乳化劑作用便于礦物油和水的混合。特點：可提高切削液性能，潤滑性優(yōu)于水溶液。3.切削油分類：（1）礦物油：油性一般，不能有效防止生銹；（2）動、植物油：油性最好，價格貴，易變質(zhì)；（3）復合油：礦物油加添加劑。為改善切削液性能而加入的化學物質(zhì)稱為添加劑三、切削液的添加劑“油性”添加劑起滲透和潤滑作用，降低油與金屬的界面張力，在界面上形成物理吸附膜。特點：主要減少摩擦，其易破裂；高速鋼刀具中采用。2.“極壓”添加劑在界面上形成化學薄膜。特點：其強度好，抗大的溫度與摩擦；允許高速切削，適用于難加工材料。3.“抗泡沫”添加劑由于防銹添加劑、乳化劑等表面活性劑加入，這些物質(zhì)混入空氣而形成泡沫的可能性增大。泡沫過多，會降低切削液的效果。特點：有效防止泡沫形成，在磨削液中添加適量抗泡沫劑

。4.“防霉”添加劑由于細菌繁殖，乳化液長期使用后，易變質(zhì)發(fā)臭。加入防霉添加劑，即可起到殺菌和抑制細菌繁殖的效果。特點：對皮膚有刺激，引起紅斑、發(fā)癢等，所以一般不用

。5.“防銹”添加劑使機床、刀具、工件不受腐蝕。其在金屬表面上優(yōu)先吸附形成保護膜，或與金屬表面化合形成鈍化膜，保護金屬表面不與腐蝕介質(zhì)接觸，因而起到防銹作用

。6.乳化劑（表面活性劑）表面活性劑作用：使油和水能較好的混合。乳化劑分子結(jié)構(gòu)：極性基團和非極性基團兩個部分組成。極性基因是親水的，叫做親水基團，可溶于水；非極性基團是親油的，叫做親油基團，可溶于油。乳化機理：加入油和水中，能定向地排列吸附在油水兩相界面上，極性端朝水，非極性端朝油，把油和水連接起來，降低油—水的界面張力

。四、選擇切削液應考慮因素刀具材料：（1）高速鋼耐熱性差，耐磨性差——加切削液（一般情況下）；（2）硬質(zhì)合金耐熱性，耐磨性好——不加切削液（除加工難加工材料）；——若加則需連續(xù)、均勻澆注，否則刀具產(chǎn)生熱裂。2.工件材料：（1）加工塑性材料——加切削液（降低溫度，較少磨損）；（2）加工脆性材料——不加切削液。3.刀具類型：（1）半封閉式或封閉式刀具——加切削液；（2）復雜（成形）、齒輪刀具——加切削液。4.加工工藝：（1）粗加工——加工余量大——切削力、溫度大——加冷卻性切削液；（2）精加工——切削余量小——切削力、溫度小——加潤滑性好切削液。切削液的種類及選用

序號名稱組成主要用途1水溶液以硝酸鈉、碳酸納等溶與于水的溶液，用100～200倍的水稀釋而成磨削2乳化液①礦物油很少，主要為表面活性劑的乳化油，用40～80倍的水稀釋而成，冷卻和清洗性能好車削、鉆孔②以礦物油為主，少量表面活性劑的乳化油，用10～20倍的水稀釋而成，冷卻和潤滑性能好車削、攻螺紋③在乳化液中加入極壓添加劑高速車削、鉆孔3切削油①礦物油（L—AN15或L—AN32全損耗系統(tǒng)用油）單獨使用滾齒、插齒②礦物油加植物油或動物油形成混合油，潤滑性能好精密螺紋車削③礦物油或混合油中加入極壓添加劑形成極壓油高速滾齒、插齒、車螺紋等4其它液態(tài)的二氧化碳主要用于冷卻二硫化鉬+硬脂酸+石蠟—做成蠟筆，涂于刀具表面攻螺紋第二節(jié)刀具合理幾何參數(shù)的選擇一、前角的作用直接影響刀具的鋒利程度刀具鋒利↗切屑變形程度↙切削力↙前角↗直接影響切削刃的強度和刀頭強度前角↗刀刃及刀頭強度↙易崩刃楔角↙直接影響切屑的形狀和斷屑效果前角↙切屑變形程度↗易斷屑選擇原則工件材料：脆性材料：γO小，塑性材料：γO大刀具材料：刀具的σb較大，則γO可選大值加工條件：粗加工時：γO小，精加工時：γO大γ0選擇總原則：“銳字當先、銳中求固”二、后角的作用影響刀具的鋒利程度減少摩擦，刀具鋒利↗切削力↙后角↗影響切削刃的強度和刀頭強度后角↗刀刃及刀頭強度↙易崩刃楔角↙選擇原則工件材料：刀具材料：刀具的σb較大，則αO可選大值加工條件：粗加工時：αO小，精加工時：αO大工件的σb較大，則αO可選小值

后角通常α0=5-12°，即一般取正，但也有特例，如右圖。沿切削刃磨出負后角的窄棱面，稱為消振棱。消振棱可降低切削加工中的振動，熨壓作用，強化切削刃，提高刀具耐用度。消振棱三、主偏角、副偏角的作用影響殘留面積的高度Кγ、Кγ’↗Rmax↗影響三個切削分力的大小和比例關(guān)系三、主偏角、副偏角的作用主偏角影響切屑層的形狀在f、ap相同的情況下：Кγ↙bD↗刀刃工作長度↗單位負荷↙選擇原則工件材料：Кγ↙工藝系統(tǒng)剛性：剛性好，則Кγ取小值。加工條件：粗加工時：Кγ取大值，

精加工時：Кγ，Кγ’取小值。HB↗Кr、Кr’選擇總原則：在不產(chǎn)生振動的條件下，取小值。四、刃傾角的作用影響切屑的流向：

λs=0，切屑沿主切削刃垂直方向流出

；

λs>0，切屑流向待加工面，不劃傷已加工表面；

λs<0，切屑流向已加工面，不影響工人操作。影響刀尖的強度：

λs<0，刀尖強度高，改善散熱條件，提高T。一般情況下：粗加工時：λs=0~-5o；精加工時：λs=0~+5o；工藝系統(tǒng)剛性不足，則λs>0；加工高強度鋼、淬硬鋼或強力切削時，為提高刀頭強度取λs

=-30o～-10o

。

λs選擇總原則：第三節(jié)切削用量的優(yōu)選總原則：選擇合理的切削用量，要綜合考慮生產(chǎn)率、加工質(zhì)量和加工成本；

一般，粗加工時，由于要盡量保證較高的金屬切除率和必要的刀具耐用度。應優(yōu)先選擇大的背吃刀量，其次選擇較大的進給量。最后根據(jù)刀具耐用度，確定合適的切削速度；精加工時，由于要保證工件的加工質(zhì)量，應選用較小的進給量和背吃刀量，并盡可能選用較高的切削速度。一、背吃刀量ap的選擇原則：背吃刀量應根據(jù)工件的加工余量確定。加工余量：與上道工序的粗糙度、變質(zhì)層、形狀精度、位置精度等有關(guān)；與本道工序的誤差有關(guān)。注意：應盡量用一次走刀就切除全部粗加工余量；當加工余量過大或工藝系統(tǒng)剛性過差時，可分二次走刀。第一次走刀的背吃刀量，一般為總加工余量的2／3—3／4；應盡量使背吃刀量大于硬皮層的厚度，以保護刀尖；半精、精加工的切削余量較小，其背吃刀量通常都是一次走刀切除全部余量。二、進給量f的選擇粗加工時，在工藝系統(tǒng)剛度和強度良好的情況下，盡量選擇大的進給量。精加工取小的進給量。一般按照表面粗糙度要求、根據(jù)切削速度等條件來選擇合理的進給量。三、切削速度vc的選擇原則：在背吃刀量和進給量選定以后，可在保證刀具合理耐用度的條件下，確定合適的切削速度

。注意：粗加工時，背吃刀量和進給量都較大，切削速度受刀具耐用度和機床功率的限制，一般較低；精加工時，背吃刀量和進給量都取得較小，切削速度主要受加工質(zhì)量和刀具耐用度的限制，一般較高；選擇切削速度時，還應考慮工件材料的強度和硬度以及切削加工性等因素。vT：優(yōu)點：耐用度高，一般不需磨刀；缺點：加工精度差，成本高、產(chǎn)量低。vo：優(yōu)點：加工精度最好，成本下降，產(chǎn)量提高；缺點：耐用度下降，磨刀次數(shù)提高。vc：優(yōu)點：成本最低，產(chǎn)量提高；缺點：精度下降，耐用度下降，磨刀次數(shù)提高。vp：優(yōu)點：產(chǎn)量最高；缺點：成本提高，精度下降，磨刀次數(shù)提高。不合理精密加工時選擇vo普通工程上選擇vc生產(chǎn)任務(wù)緊急時選擇vp第四節(jié)工件材料的切削加工性“指對某種材料進行切削加工，以達到預定技術(shù)要求的難易程度”工件材料切削加工性具有一定的相對性；HB↙切削加工性↗F,θ↙δ,ak↗切削加工性↙斷屑難，粘屑嚴重在不同的條件下，切削加工性要用不同的指標來衡量。(1)刀具耐用度和Kr指標在正常切削速度下的T或在相同T下所允許的切削速度相對切削加工性Kr=V60/（V60）j在一般加工下通用(2)加工表面質(zhì)量指標易獲得好的表面質(zhì)量的材料其切削加工性較好；反之較差。精加工時，常用此項指標來衡量切削加工性好壞。(3)切削力或切削溫度指標在相同的切削條件下，凡切削力小的材料，其切削加工性好；反之較差。在粗加工時，常用此項指標來衡量。(4)切屑控制或斷屑難易程度所形成的切屑是否容易清洗，易切削加工性好；反之較差。在加工中的自動線，常用此項指標來衡量。一、表示切削加工性的指標相對加工性：Kr二、影響材料切削加工性的因素金屬材料物理力學性能對切削加工性的影響HB,σb↗（3）↙F,θ↗δ↗（2）↙粘屑嚴重T↙（1）↙ak↗（4）↙斷屑困難含碳量對切削加工性的影響碳素鋼：HB

↗Kr↙F,θ↗δ,ak↙Kr↗Ra↙Wc

↗低碳鋼(Wc<0.25%)：HB

↙

Kr↗F,θ↙δ,ak↗Kr↙Ra↗中碳鋼(0.25%<Wc<0.6%)：HB，δ，ak均適中，

Kr最好高碳鋼(Wc>0.6%)：Kr↙Kr↙鑄鐵：以游離石墨形式存在Kr↗HB↙以碳化鐵形式存在Kr↙HB↗C在鑄鐵中的存在形式白口鐵全部以化合態(tài)形式存在Kr↙↙HB↗↗灰口鐵大部或全部以片狀石墨形式存在Kr↗↗HB↙↙三、改善材料切削加工性的主要途徑適當?shù)臒崽幚硎歉纳魄邢骷庸ば缘闹匾緩?；調(diào)整材料的化學成分；滿足使用要求前提下，選擇切削加工性能較好的工件材料；選用合適的刀具材料，確定合理的刀具角度和切削用量，加工方法和加工順序。第五節(jié)砂輪的特性與選擇一、磨削運動：主運動：砂輪的旋轉(zhuǎn)。周向進給運動：工件的旋轉(zhuǎn)?？v向進給運動：工件相對于砂輪的縱向運動。切入運動：指砂輪徑向切入工件的運動，又稱橫向進給運動。二、砂輪的特性與選擇磨料（常用主要有氧化物系和碳化物系兩大類）：二、砂輪的特性與選擇2.粒度：指磨料顆粒的大小。磨粒（>40μm）：用篩選法分類。它的粒度號以該顆粒能通過哪一號篩網(wǎng)的網(wǎng)號來表示，如46#粒度。微粉（<40μm）：用顯微測量法分類。它的粒度號以粉末顆粒最大直徑來表示，如W20。選擇：粗磨時選粗磨料，精磨時選較細的磨料。軟金屬選粗磨料，硬金屬選較細的磨料。二、砂輪的特性與選擇3.結(jié)合劑：用來粘結(jié)磨料的物質(zhì)，其性能決定著砂輪的強度、抗沖擊性、耐熱性以及抗腐蝕能力。陶瓷結(jié)合劑：（V）樹脂結(jié)合劑：（B）橡膠結(jié)合劑：（R）金屬結(jié)合劑：（J）性能：耐熱、耐腐蝕性好，氣孔率大，但較脆，彈性差。適用范圍：適用于通用砂輪、成形磨削砂輪。一般V<35m/s。性能：強度高，彈性好，耐熱性差(<300℃)，氣孔率小。適用范圍：適用于高速磨削，速度達50m/s以上?？芍瞥杀∑拜啠糜谇锌?、開槽。性能：強度與彈性均高于陶瓷和樹脂結(jié)合劑，但耐熱性差(<150℃)。適用范圍：多用于切斷、開槽、拋光用砂輪以及無心磨床的導輪。速度高達65m/s。性能：強度最高，導熱性好，但自銳性差。常見的是青銅結(jié)合劑。適用范圍：主要用于金剛石砂輪及電解磨削用砂輪。磨削硬質(zhì)合金、玻璃、陶瓷等。二、砂輪的特性與選擇4.砂輪的硬度：是指砂輪工作時，磨料在磨削力作用下，從砂輪上脫落的難易程度，又稱自銳性。選擇：1、磨削較硬的金屬，選用軟砂輪。反之，則選用硬砂輪。2、工件導熱性差，選用軟砂輪。反之，則選用硬砂輪。3、內(nèi)圓磨時切削液難進入切削區(qū)，使θ↗，選用軟砂輪。4、精磨、成形磨選用較硬的砂輪，以保證精度和表面質(zhì)量。HB↗（不易脫落）