第三章 切削条件合理选择及刀具的选择.pdf

第三章 切削条件合理选择及刀具的选择第三章切削条件合理选择及刀具的选择吐京 信息科技大学仁目基2)第三章 切削条件合理选择及刀具的选择目录 弟PS-H-弟一PE-H-弟二P第四节第五节工件材料的切削加工性刀具材料切削液刀具合理几何参数的选择 切削用量的选择世京信息科技大学，三贝二C ；上R 一）二歪）上 斗，退 出9第三章 切削条件合理选择及刀具的选择C 1!Z第一节工件材料的切削加工性吐京信息科技大学u主-仁目二第三章 切削条件合理选择及刀具的选择第一节工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性：是指对某种材料进行切削加 工的难易程度。良好的切削加工性一般包括：(1)在相同的切削条件下刀具有较高的使用寿命；或在 一定的刀具使用寿命下，能够采用较高的切削速度。(2)相同切削条件下，切削力或切削功率小，切削温度 低。(3)容易获得良好的表面加工质量。(4)容易控制切屑的形状或容易断屑。世京信息科技大学HK)(上二页贝，后退1)，退 出)第三章 切削条件合理选择及刀具的选择一、切削加工性的概念和衡量指标H:1)刀具耐用度指标在切削普通金属材料时，用刀具耐用度达到60min 时允许的切削速度比0的高低来评定材料的加工性。难加 工材料用00来评定。此外，经常使用相对加工性指标，即以45号钢(HB170229,o b=0.637GPa)的由0为基准,记作1/060。其它材料的出0与00之比值称为相对加工性，即：K 60(V60)j式中，小一某种材料其刀具使用寿命为60min时的切削速度；(U J切削45钢，刀具使用寿命为60min时的切削 速度O吐京信息科技大学。主0/第三章 切削条件合理选择及刀具的选择加工性等级名称及种类相对加工性 Kr典型材料1很容易切削材 料一般有色金属 3.05-5-5铜铅合金,9-4铝铜合金,铝镁合 金2容易切削材料易切削钢2.50-3.00退火火Cr,。广0.370.441 GPa自动 机钢，。亡0.3930.491 GPa3较易切削钢1.602.50正火30钢。b=0.441 0.549GPa4普通材料一般纲及铸铁1.00-1.6045钢,灰铸铁5稍难切削材料0.65-1.002Cr13 调质，Ob=0.834GPa 85钢。b=0.883GPa6难切削材料较难切削材料0.500.6565Mn调质,ob=1.03GPa45Cr调质，。广。932-0.981 GPa7难切削材料0.15-0.5050CrV调质，1Cr18Ni9Ti,某些钛合金8很难切削材料 Mn等虽 能提高钢的强度和硬度，但却使钢的切削加工性降 低。而钢中添加少量的S、P、Pb、Ca等能改善其加 工性。世京信息科技大学HK）（上二页贝，后退1），退 出）第三章切削条件合理选择及刀具的选择影响材料切削加工性的主要因素wf=O 0.4 0.8 1.2 16 2.0元累近量:分数各种元素对钢加工性的影向+表示加工性改善；-表示加工性变差此泵信息科技人老（录 2J 后均，退出;/第三章 切削条件合理选择及刀具的选择二或二、影响材料切削加工性的主要因素3.材料的金相组织铁素体塑性和韧性很高、硬度低，故切削时粘结严 重，加工性不好。珠光体呈片状分布时硬度较高，刀具 磨损较严重，而呈球状分布时硬度较低切削加工性较好 奥氏体硬度不高但塑性和韧性很高切削时变形及加工硬 化严重，切削加工性较差。马氏体、索氏体及托氏体的 硬度较高切削加工性差。世京信息科技大学HK)(上二页贝，后退1)，退 出)第三章 切削条件合理选择及刀具的选择2三、难加工材料的切削加工性(-)高镒钢的切削加工性加工硬化严重，塑性变形使奥氏体组织变为细晶粒的马 氏体组织。导热率而：切削温度高;韧性大,约为45钢的8倍。伸长 率大，变形严重，切削力增加。(-)不锈钢的切削加工性络、镇含量大。增加加工硬化，易粘刀。切屑与前刀 面接触长度较短，刀尖附近应力大。容易塑变或崩刃。导热性差，锯齿形切削弓起切削波动大，易产生振动,使刀具破损。吐亲信息科技大学上一页曰,H退；出第三章 切削条件合理选择及刀具的选择1、改善材料切削加工性的基本方法(1)调整化学成分(2)材料加工前进行合适的热处理(3)选择加工性好的材料状态(4)采用新的切削技术吐亲信息科技大学 后耳9第三章 切削条件合理选择及刀具的选择五、常用金属材料的切削加工性碳素钢普通碳素钢的切削加工性主要取决于钢中碳的含量。低碳钢硬度低、塑性和韧性高，切削变形大，切削温度 高，断屑困难，故加工性较差。高碳钢的硬度高、塑性低、导热性差，故切削力大，切 削温度高，刀具耐用度低，加工性也差。相对而言，中碳钢的切削加工性较好。合金工具钢卜在碳素钢中加入一定合金元素，如Si、Mn、Cr Ni、Mo、W、V、Ti等，使钢的机械性能提高，但加工性也随着变差。世京信息科世大君每K)(上二页贝，后退1)，退 出)第三章 切削条件合理选择及刀具的选择五、常用金属材料的切削加工性H:有色金属有色金属（如铝及铝合金，铜及铜合金等）通常属 于易切削材料。铸铁铸铁的加工性一般较碳钢好。比较各种铸铁加工性 的好坏，主要取决于石墨的存在形式、基体组织状态、金属组织成分和热处理的影响。例如：灰铸铁，可锻铸铁和球墨铸铁中，石墨分别 呈片状、团絮状和球状，因此它们的强度依次提高，加 工性随之变差。吐京 信息科技大学仁目基2）第三章 切削条件合理选择及刀具的选择第二节刀具材料吐亲信息科技大学Ua页J Cg基2)J下一C叵星)，退出，第三章 切削条件合理选择及刀具的选择公一、刀具材料应具备的性能(1)(2)(3)(4)高的硬度高的耐磨性足够的强度和韧性高的耐热性(指高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能)(5)良好的导热性和工艺性(良好的冷加工工艺性、热加工热处理、表面处理、锻造、铸造等工 艺性)(6)经济性。吐亲信息科技大学 后耳9第三章 切削条件合理选择及刀具的选择刀具材料天然金刚石n PCBNPCDH 儆-+t-氧仰物陶瓷硬质合金涂层超细粒状硬金属涂层WC硬质 石仝:仝口 口 ZIZ/ZK/2X氮化物陶瓷TiN涂层 高速钢 高速钢断裂韧性刀具材料的耐磨性与断裂韧性世京信息科技大学巨豆，目录）（上/二Ct二页5，回二，退出9第三章 切削条件合理选择及刀具的选择聚晶金刚石(PCD)、(.su v m)及幽死火10005002001005020陶1加聚晶立方/氮化硼(PCBN)涂WC-TiC系硬质合金WC系硬质合金碳素工具钢高速钢r合金工具车TiAlN涂层 硬质合金 昙石更质合金-TiN金属陶瓷工DLC涂层 A硬质合金1800 1850 1900 1950 2000 年代刀具材料的发展与切削加工高速化的关系世京信息科技大学HK)(上二页贝，后退：，退 出、)第三章 切削条件合理选择及刀具的选择/与/常用刀具材料F NbC等）和金属粘结剂（如Co、Ni等）用粉 末冶金方法制成的一种刀具材料。世喋信息科技大学，目录）（上/二Ct二页5，回二，退出9第三章 切削条件合理选择及刀具的选择三硬质合金硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高。常用硬质合金的硬度为89 HRA93 HRA,比高速钢(83 HRA-86.6 HRA)高得多,在800c1000C时还能切 削，所以硬质合金的耐热性能比高速钢好。世喋信息科技大学，目录)(上/二Ct二页5，回二，退出9第三章 切削条件合理选择及刀具的选择髭围）三硬质合金硬质合金由于切削性能优良，已成为主要的刀具材料 绝大部分车刀采用硬质合金，端铳刀和一些形状复杂的刀 具如麻花钻、齿轮滚刀、铉刀、拉刀等也日益广泛采用此 材料。刀具使用寿命可提高十倍，切削速度可提高410倍。抗弯强度较高速钢低，冲击韧性差，切削时不能承受大的 振动和冲击负荷。吐亲信息科技大学 0第三章 切削条件合理选择及刀具的选择三硬质合金硬质合金的冷加工性和热加工性都很差。硬质合 金由于具有高硬度、高耐热性和高耐磨性，加工性能 优良，而且生产成本较低，所以，使用极其广泛。主要用于制造如车刀、刨刀、铳刀、深孔钻、铉刀 等简单刀具。世喋信息科技大学，目录）（上/二Ct二页5，回二，退出9第三章 切削条件合理选择及刀具的选择三硬质合金(1)鸨钻类硬质合金YG类具有较高的抗弯强度和韧性，所以适用于加工 铸铁，也适用于加工有色金属和非金属材料。此外,YG类硬质合金还适用于加工钛合金和不锈钢。常用牌号有YG3、YG6、YG8世喋信息科技大学，目录)(上/二Ct二页5，回二，退出9第三章 切削条件合理选择及刀具的选择三硬质合金2)鸨钛钻类硬质合金：鸨钛钻类硬质合金的代号为YT,相当于ISO标准的P 类。(WC+TiC+Co)YT类硬质合金适用于在中高切削速度下加工钢料。常用牌号有YT5、YT14、YT15、YT30吐京 信息科技大学仁目基2)第三章 切削条件合理选择及刀具的选择三硬质合金鸨钛铝（银）钻类硬质合金:鸨钛锂（银）钻类硬质合金的代号为YW,相当于 ISO标准的M类。WC+TiC+TaC(NbC)+CooYW类硬质合金兼有YG类和YT类的优点，具有硬度 高、耐热性好和强度高、韧性好的特点，既可加工 铜材，也可加工辕铁和有国金属，故被称为通用硬 质合金OYW类硬质合金主要用于耐热钢、高镒钢、不锈钢等 难加工材料。YW1适用于精加工，YW2适用于粗加工。YW类硬质合金成本高，使用受限。世京信息科技大学HK）（上二页贝，后退1），退 出）第三章 切削条件合理选择及刀具的选择三硬质合金(4)鸨锂(银)钻类(WO+TaC(NbC)+Co)YA硬质合金具有较高的硬度和耐磨性，同时能细化晶 粒，可提高高温硬度、高温强度和抗氧化能力。适于切削冷硬铸铁、有色金属及其合金。世喋信息科技大学，目录)(上/二Ct二页5，回二，退出9第三章 切削条件合理选择及刀具的选择入各种碑话合金的应用范硬质合金 应用范围铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG3YG6XYG6YG8YG6AYT30YT15YT14YT5YW1YW2硬度抗弯、耐强度磨性、IvJ、切性、削速进给度,量铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工、半精加工铸铁、有色金属及其合金的半精加工和粗加工铸铁、有色金属及合金、非金属材料粗加工，也可用于断续切削冷硬铸铁、有色金属及其合金的半精加工，亦可用于高镒钢、淬硬钢的半精 加工和精加工硬度抗弯、耐强度磨性、IvJ、切性、削速进给度量硬度抗弯、PU j强度磨性,、韧怛碳素钢、合金钢的精加工碳素钢、合金钢在连续切削时的粗加工、半精加工，亦可用于断续切削时的 精加工同 YT15碳素钢、合金钢的粗加工，也可以用于断续切削高温合金、高镒钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其 合金的半精加工和精加工高温合金、高镒钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其 合金的粗加工和半精加工削速 进给世喋信息科寂大羹，三贝二C ；上R 一）二区）上 斗，退 出）第三章 切削条件合理选择及刀具的选择三硬质合金士熹硬质合金新旧牌号的对照 GB/T18376.1-2001 P类硬质合金:YT类 M类硬质合金:YW类 K类硬质合金:YG类世京信息科被大第三章 切削条件合理选择及刀具的选择犯L其他刀具材料陶瓷 金刚石 立方氮化硼吐亲信息科技大学 CIWC下一广反退第三章 切削条件合理选择及刀具的选择(-)陶瓷犯L其他刀具材料纯人1203陶瓷及人1203 0混合陶瓷两种，以其微粉在 高温下烧结而成。复合氧化铝陶瓷和复合氮化硅陶瓷 陶瓷刀具有很高的硬度(HRA9/95)和耐磨性；有很高 的耐热性，在高温1200C以上仍能进行切削；切削速度 比硬质合金高25倍；有很高的化学稳定性、与金属的亲合力小，抗粘结和抗 扩散的能力好。可用于加工钢、铸铁；车、铳加工也都适用。但脆性大、抗弯强度低、冲击韧性差，易崩刀，使其使 用范围受到限制。但作为连续切削用的刀具材料，还有 很大发展前途的。吐亲信息科技大学H退I 出第三章 切削条件合理选择及刀具的选择犯L其他刀具材料;(-)陶瓷A陶瓷材料比硬质合金具 有更高的硬度(HRA91 95)和耐热性,在1200C 的温度下仍能切削，耐磨 性和化学惰性好，摩擦系 数小，抗粘结和扩散磨损 能力强，因而能以更高的 速度切削，并可切削难加 工的高硬度材料。A主要缺点是性脆、抗冲 击韧性差，抗弯强度低。世喋信息科技大学Cl心，退此)第三章 切削条件合理选择及刀具的选择犯(-)金刚石L其他刀具材料 是目前人工制造出的最硬的物质，硬度高达HV10000 耐磨性好，亘用于加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金及 耐磨塑料等高硬度、高耐磨的材料，刀具耐用度比硬质 a全田恒直n隹到n 5位 石削刃锋利，金切下极高勺切屑，加工冷硬现象较少；有较低的摩擦系数，其切屑与刀具不易产生粘结，不产 生积屑瘤，很适于精密加工。世京信息科技大学HK)(上二页贝，后退1)，退 出)第三章 切削条件合理选择及刀具的选择犯(-)金刚石L其他刀具材料 热稳定性差，切削温度不宜超过700800；强度低、脆性大、对振动敏感，只宜微量切削；与铁有极强的化学亲合力，不适于加工黑金属。目前主要用于磨具和磨料，对有色金属及非金属材料进 行高速精细车削及锋孔；加工铝合金、铜合金时，切削 速度可达8003800m/mi n。世京信息科技大学HK)(上二页贝，后退1)，退 出)第三章 切削条件合理选择及刀具的选择犯L其他刀具材料（三）立方氮化硼 由软的立方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而成。有很高的硬度（HV80009000）及耐磨性；其比金刚 石高得多的热稳定性（1400C）,可用来加工高温合 金；化学惰性大，与铁族金属直至1300。时也不易起化学 反应，可用与加工淬硬钢及冷硬铸铁；有良好的导热性、较低的摩擦系数。它目前不仅用于磨具，也逐渐用于车、锋、铳、铉。它有两种类型：整体聚晶立方氮化硼，能像硬质合金 一样焊接，并可多次重磨；立方氮化硼复合片，即在 硬质合金基体上烧结一层厚度为0.5mm的立方氮化硼 而O吐亲信息科技大学上一页1 页-良退）1退出第三章 切削条件合理选择及刀具的选择表2-11普通刀具材料与超硬刀具材料性能与用途对比刀具材料种类材料一性能oka仝 i=i也 工具钢高速钢 W18Cr4V硬质合金 YG6陶瓷 Si3N4天然 金刚石聚晶金刚石 PCD聚晶立方观 化工朋PCBN硬度HRC65HRC66HRA90HRA93VlOOOCHV7500HV4000抗弯强度2.4GPa3.2GPa1.45GPa0.8GPa 0.3GPa2.8GPa1.5GPa导热系数40-5020-3070-10030-40146.5100-12040-100热稳定性350620 1000 1400 800 600-800 1000 化学惰性低惰性大惰性小惰性小惰性大耐磨性低低较高高最局最局很高加工质量一般精度Ra 0.8IT7-8Ra 09 00,d/.n=-=-r/m=421r/min7ndw 7tx6 8根据机床标牌，取400/min。实际切削速度:Tidn x6 84 0,0 v=-m/m1 0 0 01 0 0 0=85.4m/mi n北京信息科技大学CJ3嗝录）上二页j C-下二页、j后退 Cb m第三章 切削条件合理选择及刀具的选择晚直戚三、选择切削用量的实例ji覆令:校验机床功率：根据表2-6,单位切削功率 2=32.7 X 10-6Kw/(mm3/m i n)；J由表2-7得当f=0.6mm/r时,K氏 二9故切削功率：P=Pvraf1000=32.7X10-6X85.4 X3X0.6 t/O t/JJX1000X0.9 kW=4.5 kW北京信息科技大学(芈。第三章 切削条件合理选择及刀具的选择HAW三、选择切削用量的实例士印上机床消耗功率：P=4.5/0.8kW=5.7Kw&“m机床功率=7.5Kw,故功率足够。计算切削工时 这里取二y二2mm。mL+A+y 2 名 2H02 I。-=-m 1.2m4 00.60n 同理可以确定半精车的切削用量吐亲信息科技大学 后耳9第三章 切削条件合理选择及刀具的选择完成报告：研究目前最先进的刀具材料以及现在 常用的工件材料的关系 第三章第1、6题吐亲信息科技大学 后耳9