1、第第2 2章章 金属切削过程及控制金属切削过程及控制n 2.1 2.1金属切削过程金属切削过程n 2.22.2零件的加个质量零件的加个质量n 2.32.3切削用量的合理选择切削用量的合理选择n 2.42.4材料的切削加工性材料的切削加工性2.12.1金属切削过程金属切削过程n2.1.12.1.1切屑形成过程及切屑的种类切屑形成过程及切屑的种类 切屑形成过程切屑形成过程 切削过程就如图21所示，是切削层材料在刀具切削刃和前刀面的作用下，经挤压而产生弹性变形、塑性变形，产生剪切滑移变形并断裂而成为切屑的过程。断裂强度断裂强度屈服点屈服点切削变形过程切削变形过程切削塑性金属时有三个变形区切削变形过程
2、切削变形过程 AOM区域为第1变形区，又称基本变形区。该区域是切削层金属产生剪切滑移和大量塑性变形的区或，切削过程中的切削力、切削热主要来自这个区域，机床提供的大部分能量也主要消耗在这个区域。OE区域为第变形区，是切屑与前刀面间的磨擦变形区。该区域的状况对积屑瘤的形成和刀具前刀面磨损有直接影响。OF区域为第变形区，是工件已加工表面与刀具后刀面间的摩擦变形区。该区域的状况对工件表面的变形强化和残余应力以及刀具后刀面的磨损有很大影响。塑性金属的切削过程是一个挤压变形切离过程，经历了弹性变形、塑性变形、挤裂和切离四个阶段。3.3.切屑的类型及控制切屑的类型及控制 切屑的类型切屑的类型 切削塑性材料:
3、带状切屑、挤裂切屑带状切屑、挤裂切屑 单元切屑单元切屑 切削脆性材料:崩碎切屑崩碎切屑。带状切屑带状切屑 它的内表面是光滑它的内表面是光滑的，外表面呈毛茸的，外表面呈毛茸状。状。形成条件：形成条件：塑性金塑性金属、切削厚度较小、属、切削厚度较小、切削速度较高、刀切削速度较高、刀具前角较大具前角较大特点：特点：切削平稳，切削平稳，切削力波动较小，切削力波动较小，已加工表面粗糙度已加工表面粗糙度较小。较小。节状切屑节状切屑 又称挤裂切屑。它又称挤裂切屑。它的外表面呈锯齿形，的外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹。内表面有时有裂纹。形成条件：形成条件：切削速切削速度较低、切削厚度度较低、切削厚度较大、刀
4、具前角较较大、刀具前角较小小特点：特点：切削力波动切削力波动较大，已加工表面较大，已加工表面粗糙度较大粗糙度较大。单元切屑单元切屑 又称粒状切屑。在又称粒状切屑。在切屑形成过程中，切屑形成过程中，增大切削厚度，减增大切削厚度，减少切削速度和前角，少切削速度和前角，此时剪切面上的剪此时剪切面上的剪切应力超过了材料切应力超过了材料的断裂强度，切屑的断裂强度，切屑单元从被切材料上单元从被切材料上脱落，形成粒状切脱落，形成粒状切屑。屑。崩碎切屑崩碎切屑 加工脆性材料，加工脆性材料，切削厚度越大切削厚度越大越易得到这类越易得到这类切屑。切屑。前刀面上磨制出断屑槽切屑控制的措施切屑控制的措施 采用断屑槽采
5、用断屑槽 通过设置断屑槽对流动通过设置断屑槽对流动中的切屑施加一定的约束力，使切屑应变中的切屑施加一定的约束力，使切屑应变增大，切屑卷曲半径减小。增大，切屑卷曲半径减小。折线形折线形直线圆弧形直线圆弧形全圆弧形全圆弧形断屑槽截面形状断屑槽截面形状 改变刀具角度改变刀具角度 增大刀具主偏角增大刀具主偏角kr，使切削，使切削厚度变大，有利于断屑。减小刀具前角可使切屑厚度变大，有利于断屑。减小刀具前角可使切屑变形加大，切屑易于折断。刃倾角可以控制切屑变形加大，切屑易于折断。刃倾角可以控制切屑的流向，为正值时，切屑常卷曲后碰到后刀面折的流向，为正值时，切屑常卷曲后碰到后刀面折断形成断形成C形屑或自然流
6、出形成螺卷屑。为负值时，形屑或自然流出形成螺卷屑。为负值时，切屑常卷曲后碰到已加工表面折断成切屑常卷曲后碰到已加工表面折断成C形屑或形屑或6字字形屑。形屑。ss 调整切削用量调整切削用量 提高进给量提高进给量 f使切削厚度增使切削厚度增大，对断屑有利；但增大大，对断屑有利；但增大 f会增大加工表面粗糙会增大加工表面粗糙度。适当地降低切削速度使切削变形增大，也有度。适当地降低切削速度使切削变形增大，也有利于断屑，但这会降低材料切除效率。须根据实利于断屑，但这会降低材料切除效率。须根据实际条件适当选择切削用量。际条件适当选择切削用量。2.1.2 2.1.2 积屑瘤的形成及控制积屑瘤的形成及控制 积
7、屑瘤的形成积屑瘤的形成 切屑与前刀面接触处，在两者的接触面达到一定温度同时压力又较高时，会产生粘结现象，即一般所谓的“冷焊”。这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤或刀瘤。积屑瘤的形成积屑瘤的形成 一般说来，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生积屑瘤；温度与压力太低，不会产生积屑瘤；反之，温度太高，产生弱化作用，也不会产生积屑瘤。对碳素钢来说，约在300350时积屑瘤最高，到500以上时趋于消失。在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，一般切削速度在550m/min易产生积屑瘤。当切削速度很低（5 m/min）或很高（100 m/min）时，不容易产生积屑瘤。积屑瘤的硬度很高，通常是工件材料硬度
8、的23倍，在处于比较稳定的状态时，能够代替刀刃进行切削。积屑瘤对切削过程的影响积屑瘤对切削过程的影响 实际前角增大 增大切削厚度 积屑瘤使切削厚度增大。由于积屑瘤的产生、成长与脱落是一个带有一定的周期性的动态过程，切削厚度是变化的，因而有可能引起振动，并影响尺寸精度，因此在精加工时必须避免积屑瘤的产生。积屑瘤对切削过程的影响积屑瘤对切削过程的影响积屑瘤对切削过程的影响积屑瘤对切削过程的影响 使加工表面粗糙度增大 积屑瘤的底部相对稳定一些，其顶部则很不稳定，容易破裂，一部分粘附于切屑底部而排出，一部分残留在加工表面上，积屑瘤凸出刀刃部分使加工表面切削得非常粗糙，因此在精加工时必须设法避免或减小积
9、屑瘤。积屑瘤对切削过程的影响积屑瘤对切削过程的影响 对刀具寿命的影响 积屑瘤粘附在前刀面上，在相对稳定时，可代替刀刃切削，有减少刀具磨损、提高刀具寿命。但在积屑瘤比较不稳定的情况下使用硬质合金刀具时，积屑瘤的破裂有可能使硬质合金刀具颗粒剥落，反而使刀具磨损加剧。控制积屑瘤的主要方法是：(1)降低切削速度，使温度较低，粘结现象不易发生；(2)采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤消失的相应温度；(3)采用润滑性能好的切削液，减小摩擦；(4)增加刀具前角，以减小切屑与前刀面接触区的压力；(5)适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。有有 利：利：保护刀尖保护刀尖 实际前角加大实际前角加大 有有 弊：弊
10、：时生时灭，产生振动，时生时灭，产生振动，Ra 切削切削厚度变化，产生振动，变化，产生振动，Ra 工件表面时有硬点工件表面时有硬点 结论：结论：粗加工利用，常用中速粗加工粗加工利用，常用中速粗加工（vc=2060 m/min）精加工避免，常用低速或高速精加工精加工避免，常用低速或高速精加工（低速：（低速：vc5mmin；高速：高速：vc100mmin）2.1.3 2.1.3 切削力切削力切削力的来源切削力的来源 金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力称为切削力。由前面对切削变形的分析知，切削力来源于三个方面。(1)克服被加工材料对弹性变形的抗力；(2)克服被加工材料对
11、塑性变形的抗力，(3)克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面与已加工表面之间的摩擦力。2 2切削力的分解切削力的分解 F可分解为相互垂直的Fc、Ff、Fp三个分力。切削力的分解切削力的分解在车削时：Fc 主切削力或切向力：它与过渡表面相切，并与基面垂直。Fc是计算车刀强度，设计机床零件，确定机床功率的重要依据。Ff 进给抗力或轴向力：它是处于基面内与工件轴线平行并与进给方向相反的力。Ff是设计进给机构和计算进给功率的依据。切削力的分解切削力的分解 Fp 称背向力或径向力：它是处于基面内与工件轴线垂直的力。Fp使工件产生弯曲变形并可能引起振动。般情况下，主切削Fc最大，Fp、Ff小一些。
12、随着刀具几何参数、刃磨质量、磨损情况和切削用量的不同，Fp、Ff相对于Fc的比值在很大的范围内变化：Fp=(0.150.7)Fc Ff=(0.10.6)Fc 单位切削力的概念单位切削力的概念CCCCDPDDfFFFKah bA 单位切削面积上的切削力称为单位单位切削面积上的切削力称为单位切削力，用切削力，用kc（Nmm）表示：）表示：CEmPP 3切削功率切削功率 根据切削功率选择机床电动机时，还根据切削功率选择机床电动机时，还要考虑机床的传动效率。机床电动机的功率要考虑机床的传动效率。机床电动机的功率PE应为应为33()10001010fWCCCCCCfnFVPFVPF消耗在切削过程中的功率
13、称为切削功率：消耗在切削过程中的功率称为切削功率：m机床的传动效率，一般取0.750.85，大值适用于新机床，小值适用于旧机床。生产中应用比较广泛的切削力经验公式为生产中应用比较广泛的切削力经验公式为 FeFeFeFpFpFpFfFfFfCFeFcPCPFpFpPCFFfFfPCyxnyxnyxnfC avFKfC avFKfC avFK4切削力经验公式切削力经验公式车削力公式中的系数和指数车削力公式中的系数和指数(1)工件材料的影响工件材料的影响 工件材料的强度、硬度越高，切削力越大。切削脆性材料时，被切材料的塑性变形及它与前刀面的摩擦都比较小，故其切削力相对较小。5 5、影响切削力的因素、
14、影响切削力的因素(2)切削用量的影响切削用量的影响a a）背吃刀量）背吃刀量a ap p 和进给量和进给量f f对切削力的影响对切削力的影响;背吃刀量背吃刀量a ap p进给量进给量f fA AD D变形抗力变形抗力摩擦力摩擦力切削力切削力(2)切削用量的影响切削用量的影响 切削用量中对切削力影响最大是切削用量中对切削力影响最大是ap，其次是 f。ap增大时，变形系数不变，切削力成正比增大时，变形系数不变，切削力成正比增大；增大；f 增大时，变形系数有所下降，故切削力增大时，变形系数有所下降，故切削力不成正比增大，只增加不成正比增大，只增加7080。切削速度切削速度Cv 切削铸铁等脆性材料时，
15、被切材料的塑性变切削铸铁等脆性材料时，被切材料的塑性变形及它与前刀面的摩擦均比较小。形及它与前刀面的摩擦均比较小。Vc对切削力对切削力没有显著影响。没有显著影响。ap f vc Fc：100 75 不一定不一定由此可见，从减小切削力和节省动力消耗的由此可见，从减小切削力和节省动力消耗的观点出发，在切除相同余量的条件下，增大观点出发，在切除相同余量的条件下，增大 f 比增大比增大ap 更为有利。更为有利。(2)切削用量的影响切削用量的影响(2)切削用量的影响切削用量的影响 标准切削试验：刀具材料P10，工件材料45钢b=650 Mpa，车刀几何参数为g0=10、kr =45、s=0。FCFCK0
16、.15-0.751.0CCPCvfaF即，即，ap增大一倍，增大一倍，FC也增大一倍；而也增大一倍；而f 增大一倍，增大一倍，FC只能增大只能增大68%80。（3）刀具角度的影响刀具角度的影响a a）前角前角g go o对切削力的影响对切削力的影响;刀刃锋利刀刃锋利前角前角g go o变形抗力变形抗力切削力切削力（3）刀具角度的影响刀具角度的影响 a a）前角前角g go o对对切削力的影响切削力的影响;前角对切削力的影响前角对切削力的影响ap=4 mm f=0.25 mm/r（3）刀具角度的影响刀具角度的影响b b）主偏角主偏角k kr r 对切削力的影响对切削力的影响;rFFDPkcosr
17、FFDfksin（3）刀具角度的影响刀具角度的影响c c）刃倾角刃倾角 s s 对切削力的影响对切削力的影响;s s背前角背前角g gp p侧前角侧前角g gf fF Fp pF Ff f（4）其他因素的影响）其他因素的影响2.1.4切削热和切削温度切削热和切削温度1.切削热的产生与传导切削热的产生与传导 切削热来源切削热来源于两个方面：于两个方面：一是一是切削层金属切削层金属发生弹性和塑性发生弹性和塑性变形所消耗的能变形所消耗的能量；量；二是二是切屑与前刀切屑与前刀面、工件与后刀面、工件与后刀面间产生的摩擦面间产生的摩擦热。热。切削区域的热量被切屑、工件、刀具和周围介质传导出去。危危 害：工
18、件热变形，精度害：工件热变形，精度 刀具磨损加剧，刀具寿命刀具磨损加剧，刀具寿命 加工方加工方法法切屑切屑工件工件刀具刀具车削车削5080%1040%5%铣削铣削70%50%15%磨削磨削4%80%12%2.2.影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素 切削区（切屑与前刀面接触区）的平均温度切削区（切屑与前刀面接触区）的平均温度称为切削温度。影响切削温度有：称为切削温度。影响切削温度有：(1)(1)切削用量的影响切削用量的影响 切削速度切削速度v vc c切削温度切削温度。进给量进给量f f对切削温度的影响次之，进给量对切削温度的影响次之，进给量f f,切削区切削区温度上升不显著。温度上升
19、不显著。背吃刀量背吃刀量a ap p变化时，散热面积和产生的热量亦作相应变化时，散热面积和产生的热量亦作相应变化，故变化，故a ap p对切削温度的影响最小。对切削温度的影响最小。2.2.影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素(1)(1)切削用量切削用量 切削速度切削速度 进给量进给量 背吃刀量背吃刀量 2.2.影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素 综上所述，切削用量对切削温度的影响程综上所述，切削用量对切削温度的影响程度以切削速度为最大，进给量次之，背吃刀度以切削速度为最大，进给量次之，背吃刀量最小。量最小。因此，若要切除给定的余量，又要求切削因此，若要切除给定的余量，又要求切
20、削温度较低，则在选择切削用量时，应优先考温度较低，则在选择切削用量时，应优先考虑采用大的背吃刀量，然后选择一个适当的虑采用大的背吃刀量，然后选择一个适当的进给量，最后再选择合理的切削速度。进给量，最后再选择合理的切削速度。上述切削用量选择原则是从最低切削温度上述切削用量选择原则是从最低切削温度出发考虑的，这也是制订零件加工工艺规程出发考虑的，这也是制订零件加工工艺规程时，确定切削用量的原则。时，确定切削用量的原则。2.2.影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素(2)(2)刀具几何参数刀具几何参数1 1）前角前角 切削温度随前角的增大而降低。前角，单位切削力，切削热。但前角大于180200
21、后，对切削温度的影响减小，这是因为楔角变小而使散热体积减小的缘故。2）主偏角kr减小时，使切削宽度bD增大，切削厚度hD减小，故切削温度下降。2.2.影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素工件材料的影响工件材料的影响 工件材料的强度、硬度越高，总切削力越大，单工件材料的强度、硬度越高，总切削力越大，单位时间内产生的热量越多，切削温度也就越高。位时间内产生的热量越多，切削温度也就越高。工件材料的导热性好，从切屑和工件传出的切削工件材料的导热性好，从切屑和工件传出的切削热相应增多，切削区的平均温度降低。热相应增多，切削区的平均温度降低。例如，合金结构钢的强度普遍高于例如，合金结构钢的强度普遍
22、高于4545钢，而导钢，而导热系数又一般均低于热系数又一般均低于4545钢，所以切削合金结构钢的钢，所以切削合金结构钢的切削温度高于切削切削温度高于切削4545钢的切削温度。钢的切削温度。2.2.影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素刀具磨损的影响刀具磨损的影响刀具磨损比较严重时，刀具刃口变钝，切屑变形增大，同时后刀面与工件之间摩擦增大，二者均使切削热增加，切削温度升高。刀具磨损是影响切削温度的主要因素。切削液的影响切削液的影响切削液有油类切削液、乳化液、水基切削液。2.2 2.2 机械机械(零件零件)加工质量加工质量 产品质量与零件质量、装配质量有很大关系，而零件质量则与材料性质、零件
23、表面层组织状态和零件加工质量等因素有关。零件加工质量包括加工精度和表面质量两大方面。2.2.1.2.2.1.零件的加工精度零件的加工精度 加工精度是指加工后的零件在尺寸、形状和表面相互位置三个方面的实际几何参数与理想几何参数的符合程度。任何加工方法，都不可能把零件加工得绝对准确，在形状、尺寸和表面相互位置等三方面，总是存在着一定的加工误差。加工误差越小，加工精度就越高。在满足产品性能要求的前提下，零件的加工精度应尽可能降低，以便提高机械加工的生产率和经济性。1.加工精度 (1)尺寸精度 尺寸精度指的是零件的直径、长度、表面间距离等尺寸的实际数值与理想数值的接近程度。国标GB/Tl800.1-2
24、009规定标准公差等级为 2 0 级，分 别 为 I T 0 1、I T 0、I T 1、IT2、ITl8.其中IT01的公差最小，尺寸精度最高。1.1.加工精度加工精度(2)几何精度 根据GB/Tl182-2008的规定，几何公差的特征项目分为形状公差、方向公差、位置公差和跳动公差四大类。其中，形状公差特征项目有6个，它们没有基准要求；方向公差特征项目有5个，位置公差特征项目有6个，跳动公差特征项目有2个。2.加工精度的获得方法尺寸精度的获得方法 试切法：适用于单件、小批生产。调整法：生产率高，且加工尺寸稳定，但调整工作费时。定尺寸刀具法：操作简便，生产率高，加工精度也较稳定，可适用于各种生
25、产类型。2.2.加工精度的获得方法加工精度的获得方法 形状精度的获得方法 成形运动法：主要取决于成形运动的精度。工件的回转和车刀的直线运动车削圆锥面；用刨刀的直线运动和工件垂直于它作直线运动加工平面等。成形刀具法：成形刀具来代替通用刀具，机床的某些成形运动被成形刀具的刀刃几何形状所代替。2.2.加工精度的获得方法加工精度的获得方法 位置精度的获得方法 一次装夹获得法：工件在同一次装夹中，由刀具相对工件成形运动之间的位置关系来保证。如轴类零件外圆与端面的垂直度，箱体孔系加工中各孔之间的同轴度、平行度和垂直度等，均可采用一次装夹法获得。多次装夹获得法：刀具相对工件的成形运动与工件定位基准面(亦是工
26、件在前几次装夹时的加工面)之间的位置关系来保证。工件位置精度主要由找正精度、夹具制造及安装精度和工件的安装精度来保证。3.3.加工精度的影响因素加工精度的影响因素 一个方面是由机床、夹具、刀具和工件构成的工艺系统本身的误差，在不同的具体条件下，以不同的程度和方式反映为加工误差。我们将工艺系统的误差称为原始误差。另一方面是加工过程中出现的载荷和各种干扰，包括受力变形，热变形、振动、磨损等等。这两方面的因素均使工艺系统偏离其理想状态，而造成加工误差。原始误差的分类归纳 加工前的误差：加工原理误差、调整误差、工件装夹误差、机床误差、夹具误差、刀具制造误差。加工过程中的误差：工艺系统受力变形、工艺系统
27、热变形、刀具磨损。加工后的误差：内应力误差引起的变形、测量误差。4.4.加工经济精度加工经济精度 一般所说的加工经济精度，指的是在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度。加工成本和加工误差的关系如图所示。加工误差与加工成本C成反比关系。2.2.2 2.2.2 表面质量表面质量 机械加工表面质量决定了机器的使用性能和延长使用寿命。机械加工表面质量是以机械零件的加工表面和表面层作为分析和研究对象的。在研究零件表面层在加工中的变化和发生变化的机理，掌握机械加工中各种工艺因素对表面质量的影响规律，运用这些规律来 控制加工中的各种影响因素
28、，以满足表面质量的要求。表面质量包括两个方面：加工表面的几何形状特征和表面层的物理、力学性能的变化。加工表面的几何形状特征表面粗糙度表面粗糙度 表面粗糙度是加工表面面的微观几何形状误差，其波长与波高比值一般小于50。表面波度：是介于加工精度（宏观几何形状误差L3/H31000）和表面粗糙度之间的一种带有周期性的几何形状误差，其波高与波长的比值在50LH。1000的范围。表面粗糙度 国家标准(GB/Tl031-2009)规定了表面粗糙度的评定参数和评定参数允许数值系列。常用参数是轮廓算术平均偏差Ra和轮廓的最大高度Rz.。轮廓算术平均偏差Ra 在取样长度L内，被测轮廓上各点至轮廓中线偏距绝对值的
29、算术平均值。dxxZlRrlra01 或近似地或近似地 轮廓的最大高度Rz 在取样长度L内,最大轮廓峰高Zp和最大轮廓谷深Zv之和(谷深不取成负值)。vpzRRR影响表面粗糙度的主要因素：几何因素和物理因素几何因素 切削时受切削刀刃形状和进给量的影响，不可能把余量沿切深完全切除，会留下一定的残留面积，即表面粗糙度。如果背吃刀量较大，对于车削、刨削来说，表面粗糙度的形成主要是刀刃的直线部分，此时可不考虑刀刃圆弧半径r的影响。若加工时背吃刀量和进给量均较小，则加工后表面粗糙度主要是由刀尖的圆弧部分构成。因此，进给量f和刀尖圆弧半径r对切削加工表面粗糙度的影响比较明显。影响表面粗糙度的因素 影响表面
30、粗糙度的因素 物理因素 加工后表面粗糙度还与切削过程中的塑性变形等有关。工件材料的性能的影响 切削过程中刀具的刃口圆角及后刀面对工件挤压与摩擦而产生塑性变形。韧性越好的材料塑性变形就越大，且容易出现积屑瘤与鳞刺，使粗糙度严重恶化。切削用量的影响 加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响很大。加工脆性材料，切削速度对表面粗糙度的影响不大。刀具材料 在条件相同的情况下，用硬度合金刀具加工时，其表面粗糙度比用高速钢刀具时小，用金刚石车刀可加工出更为光洁的表面。刀具角度的影响 前角增大时，塑性变形程度减小，表面粗糙度变小。主、副偏角减小，残留面积高度变小。另外后角及刃倾角对表面粗糙度都有一定影响。加工
31、成本和表面粗糙度的关系表面层物理、力学性能变化 表面层冷作硬化（简称冷硬）零件在机械加工中表面层金属产生强烈的冷态塑性变形后，引起的强度和硬度都有所提高的现象。表面层金相组织变化 机械加工过程中，在工件的加工区域，温度会急剧升高，当温度升高到超过工件材料金相组织变化的临界点时，就会发生金相组织变化。表面层残余应力 切削(磨削)加工过程中由于切削变形和切削热等的影响，工件表面层的金属与其基体间产生相互平衡的弹性应力，称为表面层的残余应力。表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响 表面质量对耐磨性的影响 表面越粗糙，有效接触面积越小,零件表面的初期磨越快，表面粗糙度值越小，其耐磨性
32、越好。加工表面的冷作硬化，一般都能使耐磨性有所提高。表面质量对耐疲劳性的影响 表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的纹痕越深，纹底半径越小，其抵抗疲劳破坏的能力越差。表面层的残余压应力可以提高零件的疲劳强度；残余拉应力则使已加工表面容易产生裂纹而降低疲劳强度。表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响 表面质量对耐蚀性的影响 零件会发生化学腐蚀或电化学腐蚀。减小表面粗糙度就可以提高零件的耐腐蚀性.表面残余应力一般都会降低零件的耐腐蚀性。表面质量对零件配合质量的影响 如果加工表面太粗糙，必然要影响配合的稳定性。因此对于精度高的配合组件，必须提
33、高相应的要求。2.3 切削用量的合理选择 切削用量不仅是在机床调整机床调整前必须确定的重要参数，而且其数值合理与否对加工质量加工质量、加工效率加工效率、生产成本生产成本等都有着非常重要的影响。合理的选择切削用量是充分利用刀具切削性能和机床动力性能（功率、扭矩），在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本。2.3.1制订切削用量应考虑的因素 1.切削加工生产率 在切削加工中，金属切除率与切削用量三要素均保持线性关系，即其中任一参数增大一倍，都可使生产率提高一倍。然而由于刀具寿命的制约，当任一参数增大时，其它二参数必须减小。因此，在制订切削用量时，切削用量三要素要获得最佳组合，此时的高生产率
34、才是合理的。2.3.1制订切削用量应考虑的因素 2.刀具寿命 切削用量三要素对刀具寿命影响的大小，按顺序为vc、f、ap。因此，从保证合理的刀具寿命出发，在确定切削用量时，首先应采用尽可能大的背吃刀量，然后再选用大的进给量，最后求出切削速度2.3.1制订切削用量应考虑的因素上述原则是仅对粗加工而言，因为粗加工时f增大对加工表面粗糙度所产生的影响可以忽略不计。3.加工表面粗糙度 精加工时，增大f将增大加工表面粗糙度值。因此，它是精加工限制生产率提高的主要因素。选择原则:粗加工考虑生产率及刀具寿命,精加工考虑加工精度及表面质量。2.3.2切削用量的选择原则 1.粗加工时的选择 粗加工时要尽可能达到
35、较高的生产率，同时又要保证必要的刀具寿命。选择切削用量的思路是，在保证刀具寿命不变的前提下，使vc、f、ap的乘积尽可能大些。因此，应当优先采用大的背吃刀量ap，其次取较大的进给量f，最后再根据刀具寿命确定合适的切削速度vc。1.粗加工时的选择 粗车中小工件时，一般情况下，切削用量的大致范围如下：背吃刀量ap24 mm，进给量f0.150.4 mm/r，用硬质合金刀具加工中碳钢(正火或退火)时，切削速度vc1.67 m/s，这时的刀具寿命T=6090 min。1.粗加工时的选择确定背吃刀量ap时，应尽可能一次进给就把留绐粗加工的加工余量一次切除，以减少进给次数。若粗加工余量太大、无法一次切除时
36、，可采用几次进给，通常第一次进给切除粗加工总余量的80左右。一般来说，机床电动机功率大、机床和工件的刚性好时，ap可选大些，反之ap应选小一些。确定进给量f时，应考虑机床的有效功率、机床进给机构传动链的强度及工件的表面粗糙度。进给量对进给抗力Ff的影响较大。因此，进给抗力Ff应小于机床说明书上规定的最大允许值。最后根据刀具寿命要求，针对不同的刀具材料和工件材料，计算或参考手册选用合适的切削速度vc。2.精加工时的选择 精加工时首先应保证获得要求的加工精度加工精度和表面粗糙度和表面粗糙度，同时也要考虑必要的刀具寿命和生产率。通常采用较小的背吃刀量ap和进给量f，为了避免或减少积屑瘤，硬质合金刀具
37、一般多采用较高的切削速度；高速钢刀具则采用较低的切削速度。当然，选择切削速度时，应避开工艺系统的震动区，以防止因震动而影响加工精度和表面粗糙度。2.精加工时的选择 一般情况下，精车时切削用量的大致范围如下：在高速精车时，背吃刀量ap约为0.30.5 mm；低速光刀时，背吃刀量ap约为0.050.1mm。进给量f取0.050.2 mm/r。用硬质合金车刀精车中碳钢时，切削速度vc约为1.73.34 m/s；车铸铁时，切削速度vc约为11.7 m/s；用高速钢宽刃精车刀精车中碳钢时，切削速度vc约为0.050.084 m/s。3.切削用量选择举例 已知：工件材料45钢(热轧)，b=0.637GPa
38、。毛坯尺寸dwlw=50mm350mm，加工要求：车外圆至 44mm，表面粗糙度为Ra3.2rn，加工长度lm=300mm。机床 CA6140卧式车床，刀具为焊接式硬质合金外圆车刀，刀片材料为P20，刀杆截面尺寸为16mm25mm；几何参数：0=15，0=8，kr=75，kr=10，s=6、，1mm（为刀尖圆弧半径）。试确定车削外圆的切削用量。3.切削用量选择举例解 因表面粗糙度有一定要求，故应分粗车和半精车两道工步加工。(1)粗车工步：a.确定背吃刀量ap，单边加工余量为3mm，粗车取ap1=2.5mm，半精车取ap2=0.5mm。b.确定进给量f，根据工件材料、刀杆截面尺寸、工件直径及背吃
39、刀量，查表得f=0.40.5mm/r。按机床说明书中实有的进给量，取f=0.5mm/r。3.切削用量选择举例 c.确定切削速度vc 根据已知条件和已确定的ap和f值，切削速度也可从表中查出。vc=90m/min，然后求出机床主轴转速为：n=1000*90/3.14*50=573(r/min）机床说明书选取实际的机床主轴转速为560r/min，故实际的切削速度为：vc=3.14*50*560/1000=87.9（m/min）3.切削用量选择举例 (2)半精车工步：a.确定背吃刀量 ap=0.5mm。b.确定进给量 根据表面粗糙度Ra3.2um，按机床说明书中实有的进给量，确定f=0.30mm/r
40、。c.确定切削速度 根据已知条件和已确定的ap和f值，查表选用vc=130m/min。然后计算出机床主轴转速为：n=1000*130/3.14*（50-5）=920r/min3.切削用量选择举例按机床说明书选取机床主轴实际转速为900r/min，故实际切削速度为：vc=3.14*（50-5）*900/1000=127.2m/min本题的解为：粗车切削用量：ap=2.5mm，f=0.5mm/r，vc=87.9m/min；半精车切削用量：ap=0.5mm，f=0.30mm/r，vc=127.2m/min；2.3.32.3.3提高切削用量的途径提高切削用量的途径 1.采用切削性能更好的新型刀具材料
41、例如对于一些高强度、高硬度的难加工材料，若用超硬高速钢、涂层高速钢代替普通高速钢；用含有添加剂的新型硬质合金、涂层硬质合金或新型陶瓷、立方氮化硼等代替普通硬质合金，可以使切削用量大幅度提高。可见改进刀具材料的潜力是很大的。2.3.32.3.3提高切削用量的途径提高切削用量的途径 2.在保证工件力学性能的前提下，改善工件材料加工性 如采用含硫、铅等添加剂的易切钢，或对钢材在加工前进行必要的热处理使工件的硬度适中，或对工件表面进行一些必要的预处理等，均可改善工件材料加工性，从而可使切削用量提高。2.3.32.3.3提高切削用量的途径提高切削用量的途径 3.改善冷却润滑条件 采用新型性能优良的切削液
42、和高效率的冷却、润滑方法，可以大大降低切削力和切削温度，从而改善刀具使用条件，因此也可以使刀具的切削用量提高。但是，必须指出，切削液虽然对改善切削条件有显著的作用，但同时也污染环境，不符合现代生产观念要求，因此一些发达国家都在研究相应的措施以取消切削液实现干切。2.3.32.3.3提高切削用量的途径提高切削用量的途径 4.改进刀具结构，提高刀具制造质量 例如采用可转位硬质合金刀片的车刀比焊接式硬质合金车刀可提高切削速度1530。采用金刚石砂轮代替碳化硅砂轮刃磨硬质合金刀具，刃磨后不会出现裂纹和烧伤，刀具使用寿命可提高50%100%。刀具几何参数的合理选择，更是具有很大的潜力。2.4工件材料的切
43、削加工性 工件材料的切削加工性是指在一定的切削条件下，工件材料切削加工的难易程度。切削加工性的概念是相对的，如低碳钢，从切削力和切削功率方面来衡量，则加工性好；如果从已加工表面粗糙度方面来衡量，则加工性不好。2.4.1衡量切削加工性的指标1.刀具寿命T或一定刀具寿命下允许的切削速度vT在相同的切削条件下加工不同材料时，在一定的切削速度下，刀具寿命T越大或一定刀具寿命下所允许的切削速度vT越高，切削加工性越好；反正加工性越差。在一定刀具寿命下，某种材料允许的切削速度vT是最常用的衡量加工性的指标。通常以b=0.735GPa的状态下，45钢的刀具寿命T=60min允许的切削速度v60为基准，写作(
44、v60)j，而把其他材料的v60与之相比，比值为Kr即为这种材料的相对加工性，即 Kr=v60/(v60)j Kr r l l，其加工性比，其加工性比45钢好，钢好，Kr r11，其加工性比，其加工性比45钢差。钢差。2.4.1衡量切削加工性的指标2.已加工表面质量 如果切削加工时容易获得好的表面质量，材料的切削加工性就好；反之则差。精加工时常以此作为衡量加工性的指标。3.切削的处理性能 切削加工时切屑的处理性能（指切屑的卷曲、折断和清理等）越好，则材料的加工性越好；反之，加工性越差。数控机床、组合机床或自动生产线加工时，常以此作为衡量切削加工性的指标。2.4.1衡量切削加工性的指标 4.切削
45、力或切削功率 在相同切削条件下加工不同材料时，切削力或切削功率越大，切削温度越高，则材料的切削加工性越差；反之，切削加工性越好。在粗加工或机床的刚性、动力不足时，可采用切削力或切削功率作为衡量切削加工性的指标。2.4.2改善切削加工性的途径用热处理方法来改善切削加工性：如：高碳钢和工具钢：球化退火，硬度；热轧中碳钢：正火，组织与硬度均匀，中碳钢：退火后加工，硬度；低碳钢：正火，硬度，塑性，表面质量。马氏体不锈钢：调质处理，塑性。铸铁工件：切削加工前退火，表层硬度，消除内应力。2.4.2改善切削加工性的途径 通过调整材料的化学成分来改善其切削加工性。在钢中适当加入硫、铅等元素，叫“易切钢”，可提高刀具寿命，减小切削力，而且使加工表面质量好。五项指标：材料强度b，硬度HB延伸率冲击韧性ae导热系数1.材料强度、硬度强度硬度F功率温度加工性2.塑性、韧性 塑料、韧性变形温度刀具磨损加工性3.导热性导热温度刀具磨损 加工性
