金属切削过程基本规律的应用

学习了金属切削过程基本规律的应用以后，就要学会运用规律，用于指导生产实践。本节主要从控制切屑、改善材料的切削加工性、合理选择切削液、合理选择刀具几何参数和切削用量等五个方面问题，来达到保证加工质量、降低生产成本和提高生产效率的目的。

一、工件材料的切削加工性

工件材料的切削加工性：是指工件材料被切削成合格零件的难易程度。其研究的目的是为了寻找改善材料切削加工性的途径。

1、评定工件材料的切削加工性的主要指标

·刀具耐用度指标：

切削普通金属材料：用刀具耐用度达到60min时允许的切削速度V60的高低来评定材料的加工性。

切削难加工金属材料：用刀具耐用度达到20min时允许的切削速度V20的高低来评定材料的加工性。

同样条件下，V60或V20大，加工性越好。

相对加工性：KV=V60/V060   ,(以45钢的V60为基准，记为V060）

·加工表面粗糙度指标：粗糙度值越小，加工性越好。

·另外，还用切屑形状是否容易控制、切削温度高低和切削力大小（或消耗功率多少）来评定材料加工性的好坏。

其中，粗加工时用刀具耐用度指标、切削力指标，精加工时用加工表面粗糙度指标，自动生产线时常用切屑形状指标。

此外，材料加工的难易程度主要决定于材料的物理、力学和机械性能，其中包括材料的硬度HB、抗拉强度σb、延伸率δ、冲击值αk和导热系数k，故通常还可按它们数值的大小来划分加工性等级。

2、改善材料切削加工性的措施

·调整化学成分

如在不影响工件材料性能的条件下，适当调整化学成分，以改善其加工性。如在钢中加入少量的硫、硒、铅、锁、磷等，虽略降低钢的强度，但也同时降低钢的塑性，对加工性有利。

·材料加工前进行合适的热处理

1.低碳钢通过正火处理后，细化晶粒，硬度提高，塑性降低，有利于减小刀具的粘结磨损，减小积屑瘤，改善工件表面粗糙度；

2.高碳钢球化退火后，硬度下降，可减小刀具磨损；

3.不锈钢以调质到HRC28为宜，硬度过低，塑性大，工件表面粗糙度差，硬度高则刀具易磨损；

4.白口铸铁可在950～1000 °C范围内长时间退火而成可锻铸铁，切削就较容易。

·选加工性好的材料状态

1.低碳钢经冷拉后，塑性大为下降，加工性好；

2.锻造的坯件余量不均，且有硬皮，加工性很差，改为热轧后加工性得以改善。

·其它

采用合适的刀具材料，选择合理的刀具几何参数，合理地制订切削用量与选用切削液等。

二、切削液

1、切削液的作用

·冷却作用：使切削热传导、对流和汽化，从而降低切削区温度。

·润滑作用（边界润滑原理）：切削液渗透到刀具与切屑、工件表面之间形成润滑膜，它具有物理吸附和化学吸附作用。

·洗涤和防锈作用：冲走细屑或磨粒；在切削液中添加防锈剂，起防锈作用。

2、常用切削液及其选用

1）水溶液：水溶液就是以水为主要成分并加入防锈添加剂的切削液。主要起冷却作用。常用的有电解水溶液和表面活性水溶液。

·电解水溶液：在水中加入各种电解质（如Na2CO3、亚硝酸钠），能渗透到表面油膜内部起冷却作用。主要用于磨削、钻孔和粗车等。

·表面活性水溶液:在水中加入皂类、硫化蓖麻油等表面活性物质，用以提高水溶液的润滑作用。常用于精车、精铣和铰孔等。

2）切削油:主要起润滑作用。 

·10号、20号机油：用于普通车削、攻丝

·轻柴油：用于自动机上。

·煤油：用于精加工有色金属、普通孔或深孔精加工。

·豆油、菜油、蓖麻油等：用于螺纹加工。

3）乳化液：由水和油混合而成的液体。生产中的乳化液是由乳化剂（蓖麻油、油酸或松脂）加水配置而成。

浓度低的乳化液含水多，主要起冷却作用，适于粗加工和磨削；浓度高的乳化液含水少，主要起润滑作用，适于精加工。

4）极压切削油和极压乳化液：在切削液中添加了硫、氯、磷极压添加剂后，能在高温下显著提高冷却和润滑效果。

三、刀具几何参数的合理选择

刀具几何参数主要包括：刀具角度、刀刃的刃形、刃口形状、前刀面与后刀面型式等。

1、前角、前刀面的功用与选择

·前刀面：有平面型、曲面型和带倒棱型三种。

·前角的功用：前角影响切削过程中的变形和摩擦，同时又影响刀具的强度。

前角γo对切削的难易程度有很大影响。增大前角能使刀刃变得锋利，使切削更为轻快，并减小切削力和切削热。

但前角过大，刀刃和刀尖的强度下降，刀具导热体积减少，影响刀具使用寿命。

前角的大小对表面粗糙度、排屑和断屑等也有一定影响。

·前角的选用原则：在刀具强度许可条件下，尽可能选用大的前角。

工件材料的强度、硬度低，前角应选得大些，反之小些（如有色金属加工时，选前角较大）；

刀具材料韧性好（如高速钢），前角可选得大些，反之应选得小些（如硬质合金）；

精加工时，前角可选得大些。粗加工时应选得小些。

2、后角、后刀面的功用与选择

·后角的功用：后角αo的主要功用是减小后刀面与工件间的摩擦和后刀面的磨损，其大小对刀具耐用度和加工表面质量都有很大影响。后角同时又影响刀具的强度。

·后角的选用原则：粗加工以确保刀具强度为主，可在4°-6°范围内选取； 精加工以加工表面质量为主，可在αo=8°-12°

一般，切削厚度越大，刀具后角越小；

工件材料越软，塑性越大，后角越大。

工艺系统刚性较差时，应适当减小后角（切削时起支承作用，增加系统刚性并起消振作用）；

尺寸精度要求较高的刀具，后角宜取小值。

3、主偏角、副偏角的功用与选择

主偏角κr：的大小影响切削条件（切削宽度和切削厚度的比例）和刀具寿命。

在工艺系统刚性很好时，减小主偏角可提高刀具耐用度、减小已加工表面粗糙度，所以κr宜取小值；

在工件刚性较差时，为避免工件的变形和振动，应选用较大的主偏角。

副偏角κr：影响加工表面粗糙度和刀具强度。其作用是可减小副切削刃和副后刀面与工件已加工表面之间的摩擦，防止切削振动。κr的大小主要根据表面粗糙度的要求选取。通常在不产生摩擦和振动条件下，应选较小的κr。

4、刃倾角的功用与选择

刃倾角λs主要影响刀头的强度和切屑流动的方向。

刃倾角λs选用原则：主要根据刀具强度、流屑方向和加工条件而定。

粗加工时，为提高刀具强度，λs取负值；精加工时，为不使切屑划伤已加工表面，λs常取正值或0。