第一篇-第六章 金屬切削加工中的實(shí)際應(yīng)用

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

潤(rùn)滑：切削液滲透到刀具與切屑、工件表面之間形成潤(rùn)滑膜，它具有物理吸附和化學(xué)吸附作用；清洗：沖走細(xì)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(diǎn)：（1）冷卻效果最好；（2）透明，可直接觀察切削區(qū)情況。缺點(diǎn)：（1）潤(rùn)滑性最差；（2）易導(dǎo)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(diǎn)：可提高切削液性能，潤(rùn)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(dòng)、植物油：油性最好，價(jià)格貴，易變質(zhì)；（3）復(fù)合油：礦物油加添加劑。為改善切削液性能而加入的化學(xué)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(rùn)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(diǎn)：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(xué)薄膜。特點(diǎn)：其強(qiáng)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(huì)降低切削液的效果。特點(diǎn)：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(xì)菌繁殖，乳化液長(zhǎng)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(xì)菌繁殖的效果。特點(diǎn)：對(duì)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(jī)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(hù)膜，或與金屬表面化合形成鈍化膜，保護(hù)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(tuán)和非極性基團(tuán)兩個(gè)部分組成。極性基因是親水的，叫做親水基團(tuán)，可溶于水；非極性基團(tuán)是親油的，叫做親油基團(tuán)，可溶于油。乳化機(jī)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(yīng)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(fù)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(rùn)滑性好切削液。切削液的種類及選用

序號(hào)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(rùn)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(dú)使用滾齒、插齒②礦物油加植物油或動(dòng)物油形成混合油，潤(rùn)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(qiáng)度和刀頭強(qiáng)度前角↗刀刃及刀頭強(qiáng)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(shí)：γO小，精加工時(shí)：γO大γ0選擇總原則：“銳字當(dāng)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(qiáng)度和刀頭強(qiáng)度后角↗刀刃及刀頭強(qiáng)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(shí)：αO小，精加工時(shí)：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(fù)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(dòng)，熨壓作用，強(qiáng)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(gè)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(zhǎng)度↗單位負(fù)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(shí)：Кγ取大值，

精加工時(shí)：Кγ，Кγ’取小值。HB↗Кr、Кr’選擇總原則：在不產(chǎn)生振動(dòng)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(qiáng)度：

λs<0，刀尖強(qiáng)度高，改善散熱條件，提高T。一般情況下：粗加工時(shí)：λs=0~-5o；精加工時(shí)：λs=0~+5o；工藝系統(tǒng)剛性不足，則λs>0；加工高強(qiáng)度鋼、淬硬鋼或強(qiáng)力切削時(shí)，為提高刀頭強(qiáng)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(shí)，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(yīng)優(yōu)先選擇大的背吃刀量，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)，由于要保證工件的加工質(zhì)量，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。一、背吃刀量ap的選擇原則：背吃刀量應(yīng)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(yīng)盡量用一次走刀就切除全部粗加工余量；當(dāng)加工余量過大或工藝系統(tǒng)剛性過差時(shí)，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(yīng)盡量使背吃刀量大于硬皮層的厚度，以保護(hù)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(jìn)給量f的選擇粗加工時(shí)，在工藝系統(tǒng)剛度和強(qiáng)度良好的情況下，盡量選擇大的進(jìn)給量。精加工取小的進(jìn)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(jìn)給量。三、切削速度vc的選擇原則：在背吃刀量和進(jìn)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(shí)，背吃刀量和進(jìn)給量都較大，切削速度受刀具耐用度和機(jī)床功率的限制，一般較低；精加工時(shí)，背吃刀量和進(jìn)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(shí)，還應(yīng)考慮工件材料的強(qiáng)度和硬度以及切削加工性等因素。vT：優(yōu)點(diǎn)：耐用度高，一般不需磨刀；缺點(diǎn)：加工精度差，成本高、產(chǎn)量低。vo：優(yōu)點(diǎn)：加工精度最好，成本下降，產(chǎn)量提高；缺點(diǎn)：耐用度下降，磨刀次數(shù)提高。vc：優(yōu)點(diǎn)：成本最低，產(chǎn)量提高；缺點(diǎn)：精度下降，耐用度下降，磨刀次數(shù)提高。vp：優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)量最高；缺點(diǎn)：成本提高，精度下降，磨刀次數(shù)提高。不合理精密加工時(shí)選擇vo普通工程上選擇vc生產(chǎn)任務(wù)緊急時(shí)選擇vp第四節(jié)工件材料的切削加工性“指對(duì)某種材料進(jìn)行切削加工，以達(dá)到預(yù)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(duì)性；HB↙切削加工性↗F,θ↙δ,ak↗切削加工性↙斷屑難，粘屑嚴(yán)重在不同的條件下，切削加工性要用不同的指標(biāo)來衡量。(1)刀具耐用度和Kr指標(biāo)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(duì)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(biāo)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(shí)，常用此項(xiàng)指標(biāo)來衡量切削加工性好壞。(3)切削力或切削溫度指標(biāo)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(shí)，常用此項(xiàng)指標(biāo)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(dòng)線，常用此項(xiàng)指標(biāo)來衡量。一、表示切削加工性的指標(biāo)相對(duì)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(xué)性能對(duì)切削加工性的影響HB,σb↗（3）↙F,θ↗δ↗（2）↙粘屑嚴(yán)重T↙（1）↙ak↗（4）↙斷屑困難含碳量對(duì)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(dāng)?shù)臒崽幚硎歉纳魄邢骷庸ば缘闹匾緩?；調(diào)整材料的化學(xué)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(yùn)動(dòng)：主運(yùn)動(dòng)：砂輪的旋轉(zhuǎn)。周向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：工件的旋轉(zhuǎn)?？v向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：工件相對(duì)于砂輪的縱向運(yùn)動(dòng)。切入運(yùn)動(dòng)：指砂輪徑向切入工件的運(yùn)動(dòng)，又稱橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。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(hào)以該顆粒能通過哪一號(hào)篩網(wǎng)的網(wǎng)號(hào)來表示，如46#粒度。微粉（<40μm）：用顯微測(cè)量法分類。它的粒度號(hào)以粉末顆粒最大直徑來表示，如W20。選擇：粗磨時(shí)選粗磨料，精磨時(shí)選較細(xì)的磨料。軟金屬選粗磨料，硬金屬選較細(xì)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(qiáng)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(qiáng)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(dá)50m/s以上。可制成薄片砂輪，用于切口、開槽。性能：強(qiáng)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(dǎo)輪。速度高達(dá)65m/s。性能：強(qiáng)度最高，導(dǎo)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(shí)，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(dǎo)熱性差，選用軟砂輪。反之，則選用硬砂輪。3、內(nèi)圓磨時(shí)切削液難進(jìn)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）