第七节工件材料的切削加工性
机械制造技术基础重点知识
名词解释：1、积屑瘤：在切削速度不高而又能形成连续性切屑的情况下，加工钢料等醒材料时，常在前刀面切削处粘着一块剖面呈三角状的硬块，这块冷焊在签到面上的金属称为积屑瘤。
2、刀具磨钝标准：刀具磨损到一定限度就不能继续使用。
这个磨损限度称为磨钝标准。
国际标准化组织ISO统一规定以1/2背吃刀量处后刀面上测量的磨损带宽度作为刀具的磨钝标准。
3、刀具耐硬度（刀具使用寿命）：刃末好的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的净切削时间，称为刀具使用寿命，以T表示。
用刀具使用寿命乘以刃磨次数，得到的就是刀具的总寿命。
4、砂轮：砂轮的特性由以下五个因素决定：磨料、粒度、结合剂、硬度和组织。
常用的磨料有氧化物系、碳化物系、高硬磨料系三类：粒度表示磨粒的大小程度。
结合剂的作用是将磨粒粘合在一起，使砂轮具有必要的形状和硬度。
砂轮的强度、耐腐蚀性、耐热性、抗冲击性和告诉旋转而不破裂的性能，主要取决于结合剂的性能。
砂轮的硬度是反映磨粒在磨削力的作用下，从砂轮表面上脱落的难易程度。
砂轮的组织反映了磨粒、结合剂、气孔三者之间的比例关系。
5、六点定位原理：按一定要求分布的六个支承点来限制工件的六个自由度，从而使工件在夹具中得到正确位置的原理，称为六点定位原理。
6、复映误差：由于工艺系统受力变形的变化而使毛坯的形状误差复映到加工后工件表面的现象，称为误差复映。
因误差复映现象而使工件产生加工误差，称为复应误差。
7、工艺系统：机械制造系统中，机械加工所使用的机床、道具、夹具和工件组成了一个相对独立的系统，称为工艺系统。
8、装配：根据规定的技术要求将零件或部件进行配合和联接，使之称为半成品或成品的工艺过程称为装配。
9、机械加工工艺过程是指用机械加工的方法改变生产对象（毛坯）的形状、尺寸和表面质量，使之成为零件的过程。
10、工序：指一个活一组工人，在一个工作地对同一个或同事对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。
11、零件结构的工艺性：指所涉及的零件在能满足使用高要求的前提下制造的可行性和经济性。
机械制造技术基础第二版王靖东习题与思考题答案
机械制造技术基础（第二版）习题与思考题答案第一章1-1以下硬度标注方法是否正确？如何改正？1）HBW210-240 ； 2） 450〜480HBW ； 3） 180〜210HRC ；4） HRC20〜25 ； 5） HBW150〜200答：1） 210〜240HBW； 2）正确；3） 180〜210HBW； 4） 20〜25HRC1- 2 A与Z哪个指标表征材料的塑性更准确，为什么？答：延伸率和断面收缩率相比，延伸率用的更多些，因为它的测量和计算比断面收缩率要方便些，准确度二者差不多。
1-3说明以下符号的含义及其所表示的力学性能指标的物理意义：ReL,Rm,HRC, HBW答：ReL—（屈服强度）表示金属材料抵抗微量塑性变形的能力。
Rm——（抗拉强度）表示金属材料抵抗最大均匀塑性变形或断裂的能力。
HRC——洛氏硬度（c种）试验压头为120。
金刚石圆锥体。
HBW——布氏硬度，试验压头为硬质合金球。
1-4说明HBW和HRC两种硬度指标在测试方法、适用硬度范围以及应用范围上的区别。
答：HBW是用一定试验力，将直径为D的硬质合金球压入金属外表，保持一定时间后卸去试验力，然后测出金属外表的压痕直径d,载荷和压痕球形外表积的的比值。
适用于布氏硬度小于450的材料;尖圆弧半径左，可提高刀具强度和降低切削温度，均能提高刀具使用寿命。
（4）工件材料工件材料的强度、硬度和韧性越高、延伸率越小，均能使切削时切削温度升高，刀具使用寿命降低。
（5）刀具材料合理选用刀具材料、采用涂层刀具材料和使用新型刀具材料，是提高刀具使用寿命的有效途径。
2-11什么是工件材料的切削加工性？改善工件材料切削加工性的主要措施是什么？答：工件材料的切削加工性是指工件材料被切削加工的难易程度。
改善工件材料切削加工性的措施（1）选择易切钢（2）进行适当的热处理（3）合理选择刀具材料（4）加工方法的选择2-12切削液的作用是什么？常用切削液有那儿种？答：切削液的作用：冷却作用润滑作用清洗与防锈作用切削液的种类：水溶性切削液油溶性切削液固体润滑剂2-13刀具的前角、主偏角有何作用？应如何选择？答：前角的功用增大前角能减小切削变形和摩擦，降低切削力、切削温度，减少刀具磨损，改善加工质量，抑制积屑瘤等。
工件材料的切削加工性
P E =7.5KW，取机床传动效率 η m =0.8，则
Pm 2.64
m
=
0.8
KW=3.3KW＜P =7.5KW E
校核结果表明，机床功率是足够的。
13
3.6.2 切削用量三要素的选用
（5）校核机床进给机构强度 由上可知，主切削力 Fz =1800N， 再 由 同 样 办 法 ， 分 别 计 算 出 本 例 的 背 向 力 Fy =392N ， 进 给 力 Fx =894N。考虑到机床导轨和溜板之间由 Fz 和 Fy 所产生的摩擦力， 设摩擦系数 μ s =0.1,则机床进给机构承受的力为
2.切削用量的选用原则
◆粗加工阶段切削用量的选用原则
粗加工阶段切削用量应根据切削用量对刀具耐用度的影响大小，首先 选取尽可能大的背吃刀量ap，其次选取尽可能大的进给量f，最后按照刀 具耐用度的限制确定合理的切削速度vc。
◆精加工阶段切削用量的选用原则
精加工阶段切削用量应选用较高的切削速度vc、尽可能大的背吃刀量ap 和较小的进给量f。
3.5.1 衡量材料切削加工性的指标
➢刀具耐用度T或一定耐用度下允许的切削速度vT指标 在切削普通金属材料时，常用刀具耐用度达到60min 时所允许的切削速度的高低来评定材料加工性的好坏 ，记作v60。 ➢切削力、切削温度或切削功率指标
在粗加工或机床刚性、动力不足时，可用切削力作 为工件材料切削加工性指标。在相同加工条件下，凡 切削力大、切削温度高、消耗功率多的材料较难加工 ，切削加工性差；反之，则切削加工性好。
9
3.6.2 切削用量三要素的选用
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3.6.2 切削用量三要素的选用
解 为达到规定的加工要求，此工序应安排粗车和半精车两
次走刀，粗车时将 50mm 外圆车至 45mm；半精车时将 45mm
第2-7节工件材料的切削加工性
参考资料1：不锈钢的切削加工性
与45钢相比，1Cr18Ni9Ti不锈钢的相对可切削性约为0.3-.05之间，是一 种难切削材料。 其难加工性主要表现在： 高温强度和高温硬度高，一般钢材切削时，随着切削温度的升高其强度 会明显降低，切屑易被切离，而1Cr18Ni9Ti在700度时仍不能降低其机 械性能，故切屑不易被切离，切削过程中切削力大，刀具易磨损。 塑性和韧性高，虽然1Cr18Ni9Ti的抗拉强度和硬度都不高，但综合性能 很好，塑性和韧性高，它的延伸率、断面收缩率和冲击值都较高， 1Cr18Ni9Ti的延伸率是40%，是40#的210-237%，是45#的250-280%， 是20Cr、40Cr钢的400-500%，所以切屑不易切离、卷曲和折断，切屑 变形所消耗的功能增多，如切除一定体积的1Cr18Ni9Ti所消耗的能量比 切除相同体积的低碳钢约高50%，并且大部分能量转化为热能，使切削 温度升高。 由 于1Cr18Ni9Ti不易加工，切屑不易切离和折断，故刀具和工件之间所 产生的摩擦热也多，而不锈钢1Cr18Ni9Ti的导热率低(约为普通钢的1/21/3)，散热差，由切屑带走的热量少。大部分的热量被刀具吸收，致使 刀具的温度升高，加剧刀具磨损。
2、工件材料化学成分的影响 （1）钢材的化学成分对切削加工性的影响
碳素钢的强度与硬度随含碳量的增加而提高，而塑性与韧性 随含碳量的增加而减小。低碳钢的塑性和韧性较高，又不易断 屑，因此切削加工性较差；高碳钢的强度和硬度较高，易使刀 具磨损，因此切削加工性较差；中碳钢的切削加工性较好。 在钢中加入铬、镍、钒、钼、钨、锰、硅、铝等合金元素可 以改变钢的切削加工性。
铁的加工性比冷硬铸铁好。
（3）以切屑控制或断屑的难易为衡量指标
在自动线上或自动机床上，常以切屑控制或断屑的难易程度 作为衡量材料切削加工性的指标。
机械制造基础判断题大全
1．计算车外圆的切削速度时，应按照待加工表面直径和已加工表面直径的平均值来计算。
（×）2．刀具的前角越大，切削越轻快，产生热量少，所以切削温度较低。
（√）3．用中等速度切削脆性材料时容易产生积屑留。
（×）4．车削细长轴类零件外圆时,最好采用主偏角为90°的车刀。
( √）5．刀具的主偏角和副偏角选得适当小些，可以减小表面粗糙度. （√）6．刀具后角的大小，可以根据加工情况不同而有所选择，可大些,可小些,也可为负值。
( ×）7．高速钢的工艺性比硬质合金好，所以用于制造各种复杂刀具。
（√）8．硬质合金的硬度和耐磨性比高速钢好，所以在相同条件下，它的前角比高速钢刀具选得大些。
（×）切屑的种类是由工件的材料决定的,无法改变. （× ) 10．节状切屑的形成过程是最典型的切屑过程，形成的表面质量也最好。
（×）11．切削温度是指刀尖处的最高温度。
( ×）12．因为硬质合金刀具的耐高温性能好，所以用它切削时一般不用切削液.( √ )13．刀具刃磨后，用于各刀面微观不平及刃磨后具有新的表面层组织,所以当开始切削时，初期磨损最为缓慢。
（×）工件材料的切削加工性是以标准切削速度下，刀具使用寿命的大小作为比较标准的. （× )当刀具安装高于工件回转中心时,实际工作角度会使前角增大，后角减小。
（√ )1．用六个支承点就可使工件实现完全定位。
( √）2．工件夹紧变形会使被加工工件产生形状误差。
（×）3．专用夹具是专为某一种工件的某道工序的加工而设计制造的夹具。
（√） P171 4．随行夹具一般是用于自动线上的一种夹具。
( √）5．斜楔夹紧的自锁条件是:斜角应小于两接触面摩擦角之和。
( √）6．车床夹具应保证工件的定位基准与机床的主轴回转中心线保持严格的位置关系。
（√ )7．机床、夹具、刀具三者就可以构成完整的工艺系统。
第七章 工件材料切削加工性
二、复合材料的切削加工性
复合材料是指用两种或两种以上物理与化学形状 不同的物质，人工制成的多组元固体材料。复合材 料是多组元（相）体系。
复合材料的组成相: 基体相（起粘结作用）和增 强相（提高强度和刚度的作用）
第七章 工件材料切削加工性
7.1 工件材料切削加工性的概念和衡量指标
一、切削加工性的概念
切削加工性是指在一定切削条件下，对工件材料进行 切削加工的难易程度。 如难加工材料， 加工性差。
切削加工性是相对的
二、
1、以加工质量衡量切削加工性：在一定条件下， 以是否易达到所要求的表面质量的各项指标来衡量。
常以σb＝0.637GPa(60 kgf／min)的45钢的
V之6相0作比为，基则准得，相写对作加工(KVv性60K()VvVj，6为600)其j 它被切材料的V60与
当Kv>1时, 表明该材料比45钢易切削； 当Kv<1时, 表明该材料比45钢难切削。 各种材料的相对加工性Kv乘以45钢的切削速度, 即可得出 切削各种材料的可用切削速度。
材料的化学成分是通过对其物理力学性能的影响而影响 切削加工性的。钢（高碳钢、中碳钢、低碳钢）
钢中加入Cr、Ni、Mn、V、Mo等可提高强度和硬度； 而加入Al、Si等易形成硬质点，加剧刀具磨损。
易切钢
铸铁（化学元素对碳的石墨化作用，促进石墨化作用 （Al、Si、Ni、Cu、Ti）时切削加工性提高，反之降低。
4.切削条件对切削加工性的影响
二、改善工件材料切削加工性的途径
1.调整化学成分，
易切钢：切削力小，容易断屑刀具耐用度高加工表面 质量好。
淮阴工学院机械制造基础题库部分解答题答案
1 什么是切削用量三要素?在外圆车削中，它们与切削层参数有什么关系？切削用量是指切削速度 v c 、进给量 f （或进给速度 v f ）、背吃刀量 a p 三者的总称，也称为切削用量三要素。
它是调整刀具与工件间相对运动速度和相对位置所需的工艺参数.关系：切削层公称厚度h: r K f h sin = ; 切削层公称宽度b: r p K a b sin = ; 切削层公称横截面积A ：p fa hb A ==3 刀具标注角度参考系是由哪些参考平面构成的，如何定义?基面Pr ：通过切削刃上某一指定点，并与该点切削速度方向相垂直的平面切削平面Ps ：通过主切削刃上某一指定点，与主切削刃相切并垂直与基面的平面正交平面0p ：通过主切削刃上某一指定点，同时垂直与基面和切削平面的平面6 切断车削时，进给运动怎样影响刀具工作角度?横向进给车削：当进给量f 增大，则η值增大，当瞬时直径d 减小，η值也增大。
车削至接近工件中心时，η值增长很快，工作后角由正变负，使工件最后被挤断。
纵向进给车削：进给量f 越大，工件直径dw 越小，工作角速度值的变化就越大。
一般η值不超过30°到40° 7 镗内孔时，刀具安装高低怎样影响刀具工作角度?刀尖高于工件轴线时，工作前角oe γ减小，工作后角oe α增大；刀尖时情况相反。
8 刀具切削部分的材料必须具备哪些基本性能？高的硬度；高的耐磨性；足够的强度和韧性；高的耐热性；良好的导热性和耐热冲击性能；经济性9 常用的硬质合金有哪几类？如何选用？P51K 类，M 类，P 类。
具体参见p5110 什么是积屑瘤？它对切削过程有什么影响？如何控制积屑瘤的产生？P17在切削速度不高而又能形成连续性切屑的情况下，加工钢料等塑性材料时，常在前刀面切削处粘着一块剖面呈三角形的硬块，这块冷焊在前刀面上的金属是积屑瘤。
影响：增大前角；切削厚度；增大已加工表面粗糙度；影响刀具使用寿命。
工件材料的切削加工性
用切削速度来衡量 的相对切削加工性
也可用加工材料的物理、化学和力学性能的高低 来衡量切削该材料的难易程度。见表4.2
1.2 影响材料切削加工性的因素
工件材料切削加工性的好坏，主要决定于工件材料的物 理、力学性能、化学成分、热处理状态和表层质量等。
1.材料的硬度和强度
工件材料在常温和高温下的硬度和强度越高，则在加 工中的切削力越大，切削温度越高，刀具耐用度越低，故 切削加工性就越差。有些材料在常温下其硬度和强度并不 高，但随着切削温度的升高，其硬度和强度也提高，切削 加工性变差。例如不锈钢。
●适当选择热处理方法——例如对于低碳钢进行正火处 理，可适当提高硬度、降低塑性和韧性，使切削加工性得到 改善。对高碳钢或工具钢进行球化退火处理，使金相组织中 的片状和网状渗碳体转变为球状渗碳体，从而降低其硬度， 改善了切削加工性。对于高强度合金钢，通过退火、回火或 正火处理可改善切削加工性。
●采用新的切削加工技术——例如加热切削、低温切削、 振动切削、真空中切削和绝缘切削等，可有效的解决难加工 材料的切削难题。当然，新的切削方法需要专门的设备，增 加了加工成本。
● 此外，还可通过选择加工性能较好的材料状态，以及 选择合理的刀具几何参数，制定合理的切削用量，选用合适 的切削液等措施来改善难加工材料的切削加工性。
金属切削加工
金属切削加工
工件材料的切削加工性
工件材料的切削加工性——是指工件材料可被切削的难 易程度。
1.1 切削加工性的评定指标
●考虑生产率和刀具耐用度的标志方法 生产率一定时，刀具耐用度越高，切削加工性越好。 刀具耐用度一定时，所允许的切削速度越高，切削加工性 越好。切削速度一定时，以达到刀具磨钝标准时所切除的 金属材料体积越大，则材料的切削加工性就越好。
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3. 粗、精加工中切削用量的选择原则
粗加工时，应以提高生产率为主，同时保证 规定的刀具寿命。
➢ 切削深度：在机床功率足够时，尽量一次完 成加工余量。
➢ 进给量：根据机床-刀具-夹具-工艺系统刚性 选择最大的进给量。
➢ 切削速度：根据已选定的切削深度和进给量、 工件材料、刀具材料，选择中等偏下的切削 速度。
最低成本刀具寿命：以每件产品（或工序）的
加工费用最低而确定的刀具寿命。
其它原则
➢ 根据刀具的复杂程度，即制造和磨刀成本选择。 ➢ 机夹可转位刀具寿命可选择的短一些。 ➢ 对装刀、换刀、调刀比较复杂的多刀机床、组
合机床、自动化加工刀具，刀具寿命要选得高 一些。 ➢ 关键工序的刀具寿命要选得低一些。 ➢ 要保证大件加工一次走刀完成加工。
第七节
工件材 料的切 削加工
性
1. 切削加工性：指工件材料被切削加工 的难易程度。
2. 衡量切削加工性的指标
以加工质量的好坏衡量切削加工性 以刀具耐用度衡量切削加工性
➢
在保证相同刀具耐用度的前提下，切削这种材料允
Hale Waihona Puke 许的最大切削速度。➢
在相同的切削条件下，切削这种材料的刀具耐用度。
➢
在相同的切削条件下，保证切削这种材料达到磨钝
2. 制定切削用量时应考虑的因素
加工质量 切削加工生产率 刀具寿命 在多刀切削和使用组合刀具切削时，应把
各刀具中允许的切削用量中最低的参数作 为调整机床的参数。在自动线加工中，还 要考虑生产节拍。
最高生产率刀具寿命：以单位时间生产最多数
量的产品或加工每个零件所消耗的生产时间最 短而确定的刀具寿命。
➢ 粗加工 根据工件材料、刀杆尺寸、 工件直径和已确定的背吃刀量选择。
➢ 半精加工和精加工 则按表面 粗糙度要求，根据工件材料、 刀尖圆弧半径、切削速度范 围选择进给量。
➢ 加工耐热合金及钛合金时进 给量的修正系数
切削速度的确定 根据已经选定 的背吃刀量、进给量及刀具耐用 度，按下述公式计算切削速度。 然后确定转速。
标准时所切的金属体积。
以单位切削力来衡量（在机床动力不足或工艺
系统刚性不足的情况下，常用单位切削力的大 小来衡量）
以断屑性能来衡量切削加工性 （在自动机床、
组合机床及自动线上进行切削时，或者断屑性能要
求很高的工序时所用的标志方法）
3. 常用指标
当刀具耐用度为T时，切削某
种材料所允许的最高切削速度。
相对加工性Kr：在判别材料的切 削加工性时，一般以切削正火状 态45钢的V60作为基准，写作 （V60）j，而其它材料的V60同它 相比，其比值Kr称为相对加工性。
Kr
v60 (v60 ) j
第八节 切削用量的合理选择
1. 合理的切削用量:指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 工成本的切削用量。
精加工时，应以保证零件的加工精度 和表面质量为主，然后才是考虑高的 生产率和刀具寿命。
➢ 一般是小的切削深度和进给量，较高 的切削速度。
4. 切削用量制定的步骤
背吃刀量的选择 根据加工余量制定 ➢ 粗加工 8-10mm ➢ 半精加工 0.5-2mm ➢ 精加工 0.1-0.4mm
进给量的选择（粗加工时应是工艺 系统所能承受的最大进给量，半精 加工和精加工时主要考虑表面粗糙 度要求。）
v
T
Cv am xv
p
f
yv
Kv
切削用量三要素选定以后，还应 校核机床功率。
5. 提高切削用量的途径（从金属切削
原理的角度）
➢ 采用切削性能更好的新型刀具材料。 ➢ 在保证工件力学性能的前提下，改
善工件材料的加工性。 ➢ 改善冷却润滑条件 ➢ 改进刀具结构，提高刀具制造质量。