机械制造技术基础 第二章 第八节 合理切削用量选择及材料加工性

二、合理刀具寿命
1、理论上应根据优化目标函数而定。
有最高生产率刀具寿命Tp(单件工时最短），最低成本刀具寿命Tc （工序加工成本最低）。 Tp ＜Tc. 一般情况下取Tc，生产任务紧急时取TP 。 2、 生产实际中，刀具寿命的选择 ⑴ 刀具复杂制造刃磨成本高，刀具寿命可适当高些。 ⑵ 机夹可转位刀片，换刀时间短，为发挥其切削性能，刀具寿 命可适当 低些。 ⑶ 某一工序生产率限制了整个生产，该工序的刀具寿命可适当低些。 ⑷ 大型零件精加工时，避免中途换刀，刀具寿命可适当高些。
⑶ 以断屑性能衡量切削加工性 在对工件材料断屑性能要求很高的机床，如自动机床及自动线上进行加工时，或者 对断屑性能要求很高的工序，如深孔钻削、盲孔镗削等，可采用这种衡量指标 ⑷ 以刀具寿命衡量切削加工性 以刀具寿命衡量切削加工性，是比较通用的，它包括： ① 在保证相同的刀具寿命的前提下，考察切削这种工件材料的切削速度的高低； ② 在保证相同的切削条件下，看切削这种工件材料时刀具寿命的大小。
六、影响工件材料切削加工性的因素及改善切削加工性的途径
㈠ 影响工件材料切削加工性的因素 1、工件材料的硬度对切削加工性的影响 ⑴ 工件材料常温硬度对切削加工性的影响 一般情况下，同类材料中硬度高的加工性差。 ⑵ 工件材料高温硬度对切削加工性的影响 工件材料高温硬度越高，切削加工性越低。高温合金、耐热钢切削加工性低，这是 一个原因。 ⑶ 工件材料中硬质点对切削加工性的影响 工件材料中硬质点愈多，形状愈尖锐，分布愈广，则工件材料切削加工性愈低。 ⑷ 材料的加工硬化性能对切削加工性的影响 工件材料的加工硬化性能愈高，则切削加工性愈低。某些高锰钢及奥氏体不锈钢 切 削后的表面硬度，比原始基体高1.4~2.2倍。 2、工件材料的强度对切削加工性的影响 工件材料的强度包括常温和高温强度。一般情况下，工件材料的强度愈高，其切削 加工性愈低。 3、工件材料的塑性与韧性对切削加工性的影响 塑性过大或过小都使切削加工性下降。 韧性对切削加工性的影响与塑性相似。韧性对断屑的影响比较明显，在其它条件相 同时，材料的韧性愈高，断屑愈困难。
三、切削用量的选择原则
1、背吃刀量ap ⑴ 粗加工（Ra50~12.5um) 在系统刚性和机床功率允许的条件下，一次走刀尽可能切除全部余量，在中等功率 的 机床上，背吃刀量可达8~10mm。 若加工余量太大、工艺系统刚性不足、加工余量极不均匀或断续切削时，粗车可分几 次走刀，背吃刀量应依次递减。 ⑵ 半精加工（ Ra6.3~3.2um） 通常背吃刀量ap=0.5~2mm。 ⑶ 精加工（ Ra1.6~0.8um）或更小 通常背吃刀量ap=0.1~0.4mm。 ⑷ 若工件表皮有硬皮或硬化层，背吃刀量ap应越过硬皮或硬化层深度。 2、进给量f 粗加工：在加工工艺系统刚度、强度允许的条件下，取大值。 精加工：受加工精度及表面粗糙度限制。通常按粗糙度要求，根据工件材料，刀尖圆弧半 径，切削速度查切削用量手册来选取。 3、切削速度V 根据选定的背吃刀量ap、进给量 f 及刀具寿命T，就可按下述公式计算切削 速度V： T=CT/Vx f yapz。 在生产中，通常根据刀具材料和工件材料等查切削用量手册，作为参考。通常选择切 削速度应按下列规则： ⑴ 粗车时，背吃刀量ap和进给量 f均较大 应取较低的切削速度V。 精车时，背吃刀量ap和进给量 f均较小 应取较高的切削速度V。
⑵ 加工材料的强度及硬度较高时 通常应选较低的切削速度 V。反之则选高速度 。 ⑶ 刀具材料的切削性能（主要为耐热性）越好 切削速度就可选的越高。如：硬 质合金刀具的切削速度比高速钢刀具高好几倍，而涂层硬质合金刀具的切削速度又比未 涂层的刀片明显提高，陶瓷、金刚石和立方氮化硼刀具的切削速度又比硬质合金高很 多。 ⑷ 精加工时 应尽量避免积屑瘤产生的区域。 ⑸ 断续切削时，为减小冲击和热应力 应适当降低切削速度。 ⑹ 在易发生振动的情况下 切削速度应避开自激振动的临界速度。 ⑺ 加工大件、细长件和薄壁工件 时 应适当降低切削速度。 4、 综合切削用量的影响，粗、精加工切削用量一般选择原则 粗加工时，以提高生产率为主，同时还要保证规定刀具的寿命 一般选去较大 的背吃刀量和进给量，不高的切削速度。 精加工时，以保证加工精度和表面质量为主，同时考虑刀具寿命和生产率 常 选 用较小的背吃刀量和进给量，较高的切削速度。
四、提高切削用量的途径
1、选用切削性能更好的刀具材料。 采用耐热性和耐磨性高的刀具材料是提高切削用量的主要途径。 2、改善工件材料的加工性。 如添加硫、铅的易切钢；对钢材进行不同热处理以改善其金相显微组织。
3、提高刀具刃磨质量。 4、改善冷却润滑化条件 5、改进刀具结构和选用合理刀具几何参数。
五、工件材料的切削加工性及改善途径
4、工件材料的导热性对切削加工性的影响 在一般情况下，导热系数高的材料，其切削加工性都比较高；而导热性低的材料， 切削加工性都较低。但，导热性高的工件材料，在加工过程中温升较高，会影响工件尺 寸。 5、化学成分对切削加工性的影响
含硫、含铅易切钢。含Cr、Ni、V、Mo、W、Mn等大都能使钢的强度硬度提高。 6、金属的金相组织对切削加工性的影响 ㈡ 改善工件材料切削加工型的途径 1、调整工件材料化学成分 在满足使用要求的前提下，通过调整工件材料化学成分来改善切削加工性。如：S—Pb 易切钢，切削力小、容易断屑，刀具寿命高及加工表面质量好。 2、通过热处理改变工件材料的金相组织而改善切削加工性 如：高碳钢硬度偏高，且有较多的网状和片状渗碳组织，较难切削。通过球化退火， 可降低它的硬度，并能得到球状渗碳体，因而改善了切削加工性。低碳钢的塑性过高，也 不好切削。通过正火处理，可以适当降低塑性，提高硬度使其加工性得到改善。
1、对加工生产率（加工基本时间）的影响 在不考虑辅助工时的前提下，切削用量三要素对加工生产率的影 响是相同的。任何一个要素增 加一倍，加工生产率均可增大一倍。 2、对加工质量的影响 ⑴ 进给量f↑ 已加工表面粗糙度显著↑，工件加工精度↓。 ⑵ 背吃刀量ap ↑ 已加工表面粗糙度↑，工件加工精度↓。 ⑶ 切削速度v ↑ 通常是已加工表面粗糙度↓ ，工件加工精度↑ 3、对刀具寿命的影响 刀具寿命经验公式：T=CT/Vx f yapz ，且x＞y＞z .所以， 在切 削用量中，切削速度对刀具寿命影响最大，进给量次之，背吃刀量影 响最小。
※ 生产中通常使用一定刀ห้องสมุดไป่ตู้寿命下的切削速度VT及相对加工性KV来衡量工件材
料 切削加工性。 一定刀具寿命下的切削速度VT的含义： 当刀具寿命为T（min)时，切削某种工件材料所允许的最大切削速度值。 VT越高，则 切削加工性越好。一般可取T=60min。 相对加工性： 以正火状态45钢的V60作为基准，写作（V60）j，其它被切削的工件材料的V60与之 相比的数值，记为kV，即相对加工性： KV=V60/（V60)j 目前常用的工件材料，按相对加工性分为8级，KV越大，切削加工性越好； KV越小， 切削加工性越差。
第八节 切削用量选择及工件材料加工性


一、制定合理切削用量应考虑的因素 二、合理刀具寿命 三、合理切削用量的选择 四、提高切削用量的途径 五、工件材料加工性 六、影响工件材料切削加工性的因素及改善切削加工 性的途径
一、制定合理切削用量应考虑的因素
合理切削用量：指充分利用刀具的切削性能和机床性能（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。
1、工件材料切削加工性 是指在一定的切削条件下，对工件材料进行切削加工的难易程度。 2、衡量工件材料切削加工性指标 ⑴ 以加工质量衡量切削加工性 一般零件的精加工，以表面粗糙度衡量切削加工性，易获得很小的表面粗糙度的工 件材料，其切削加工性高。 对一些特殊精密零件以及有特殊要求的零件，则以已加工表面变质层深度、残余 应力和硬化程度来衡量其切削加工性。因为变质层的深度、残余应力和硬化程度对零件 尺寸和形状的稳定性以及导磁、导电和抗蠕变等性能有很大的影响。 ⑵ 以单位切削力衡量切削加工性 在机床动力不足或机床—夹具—刀具—工件系统刚性不足时，常用这种衡量指标。