改善工件材料切削加工性的方法

第一篇：改善工件材料切削加工性的方法

改善工件材料切削加工性的措施

改善工件材料的切削加工性通常可通过以下三种方法：

一、选择加工性好的存在状态

低碳钢以冷拔及热轧状态最好加工；中碳钢以部分秋花的珠光体组织最好加工；高碳钢则以完全球化的的退火状态加工性最好。

二、通过热处理改善加工性

如工具钢，一般经退火处理可降低硬度、强度，提高加工性。白口铸铁可以加热到950～1100℃，保温、退火，来提高加工性。

有的工件材料通过调质处理，提高硬度、强度，降低塑性来改善加工性。如车制不锈钢2Cr13螺纹时，由于硬度太低，塑性较大，光洁度不易提高，当经调质处理后，硬度达到HRC28时，塑性下降，光洁度可以改善，生产效率也相应提高。

还有一些工件材料，如氮化钢，为了减小工件以加工表面的残余应力，可采取去应力退火。

时效处理也是改善加工性的方法，如加工Cr20Ni80Ti3之前，先加热到1000℃保持8小时，然后在900～950℃温度下时效处理16小时，再在空气里冷却，这样处理后可以提高切削加工性

用热处理的方法改善加工性，要在工艺允许范围内进行，而且具体采用哪一种热处理规范，要跟据工厂的条件而定。

三、在工艺要求许可的范围内，选用加工性好的工件材料

如机床用的某些丝杠，可以选用易切钢。自动机、自动线生产中使用易切材料，对提高刀具耐用度及保证稳定生产有重要作用。这是由于易切钢中的金属夹杂物（如MnS）具有润滑与脆化的作用，可以降低切削力，克服粘刀现象，并使切屑容易折断。随着切削加工技术和刀具材料的发展，工件材料的加工性也会发生变化。如电加工的出现，使一些原来认为难加工的材料，变得不难加工。“群钻”的发展，使碳素结构钢和合金结构钢钻孔的加工性差距变小了。

硬质合金的不断改进，新刀具材料的不断涌现，将使各种的加工性差距逐渐缩小。随着新的工件材料（如耐热材料、高强度材料、高硬材料、高纯材料）的出现，高精度、高光洁度加工以及自动化技术的发展，必然给工件材料的切削加工性带来新的矛盾，这就要求人们进一步的去认识它、分析和解决它。

第二篇：工件高硬度的加工方法（推荐）

高硬度工件加工方法

高硬度钢、硬粉末金属、超耐热合金以及双金属材料在工业中的应用越来越广。用这些材料制作的产品几乎坚不可摧，同时也给人们带来了新的难题：怎样才能以最经济的方式将这些材料加工成最后的产品。令人欣慰的是刀具供应厂家在开发铣削和车削加工高硬度材料的刀片方面有了新的进展。目前，涂层硬质合金、金属陶瓷、聚晶氮化硼（CBN）、以及聚晶金刚石（PCD）材料的刀片都得到了应用。这些先进材料制成的特殊形状的刀片，表层附着的特殊涂层在加工时可以承受机械冲击和磨损时产生的热量。但是，使用这些刀片时还需要其他外部条件，其中之一就是需要经验丰富的刀具供应商的密切配合。

刀片的费用相对较低，硬质合金刀片的成本约占总加工费用的3%，CBN刀片经过强化、导角，在加工硬度超过50RC的材料时，可以防止刀刃崩刃。

CBN刀片占到5-6%，所以使用便宜的刀片是一种错误的节约方式。采用先进材料的刀片可以在短期内收回投资，且废品率很低。

另一方面，在一副大铣刀上装上刀片未必就是一个代价昂贵的错误。CBN刀片的费用是硬质合金刀片的8-10倍。在使用这些先进材料的刀片时，如果切削速度和进给量不正确，将影响产品质量和刀具寿命。因为实现库存储备困难，选择合适的刀片需要正确评价加工效益及整个工艺过程。物有所值 从整个加工过程来看，如果考虑调校和更换刀片的时间的话，即使使用费用较低的硬质合金刀具来满足公差和表面精度要求，那么这笔费用也是昂贵的。只有对生产能力、加工周期以及刀片性能综合协调，才能最终形成真正的加工能力。

有一个很好的例子，在一次专门的小批量加工中，使用涂层硬质合金刀片，成功的对一个烧结碳化钡燃气涡轮叶片进行铣削加工。在切削速度为120sfm时，只用5-10分钟就完成了切削。在高硬度材料的大批量加工中，15-30分钟的刀片寿命是可以接受的。但对于小批量工件，较短的刀具寿命和经常性的更换刀具并不是主要缺陷。然而，在满负荷生产中延长刀片寿命变得很重要，这样可以减少换刀时间、换刀人员、提高机器利用率和生产力。现在硬质合金刀片可以很好加工涡轮叶片，如果加工量很大时，就应采用硬度更高、费用更昂贵的CBN刀片。

使用先进材料刀片进行加工必须选取正确的进刀深度和切削速度。Sandvik

Coromant公司的CBN刀片经过强化、导角，在加工硬度超过50RC的材料时，可以防止刀片崩刃。尽管CBN刀片刚性和韧性都很好，但仍需要修正切削机床的参数以保证加工精度的要求，切削速度偏差超过10%就会对加工效果产生很大的影响。

如果你需要加工高硬度材料，请考虑与你的刀具供应商联系，他们可以根据其他用户解决类似问题的经验为你提供解决方案。如果需要作试验，反复试验通常从硬质合金刀片开始，再逐步试用理度较高且较贵的刀片。现代刀片几何学、高刚性刀柄以及精确的加工程序使价格较低的硬质合金恨片能够胜任艰巨的切削工作。如果不使用硬质合金刀片，则需要根据具体情况选择其它刀片，但种类繁多的材料还是会给加工造成很大困难。

硬化钢

合金钢在各领域应用很广，其硬度正在逐步提高。以前工具钢的硬度一般是45RC，现在，经淬火处理的钢材硬度达到63RC的情况在模具制造业中已很普遍。模具厂家以前都是在热处理以前进行切削，现在为避免热处理引起的变形，必须在热处理硬化后对高硬度工具钢进行精加工。在对高硬度合金进行铣削加工时，产生的热量和压力会导致塑性变形而加速刀片磨损。

尽管如此，仍可以经济地用硬质合金刀片加工高硬度钢。比如在航天工业的加工中，一家专业航天器材制造商在一块大的300M-4340改良型锻造硬化钢上重镗孔时，转而使用Sandvik

GC1025硬质合金刀片。大部分金属材料都是在热处理以前，硬度为30-32RC时进行加工的，然而，为了修正变形，必须对大工件上精密度要求高的孔进行复镗，这时材料硬度高达54-55RC。

一些硬度达到60RC的材料中的碳化物颗粒的硬度达到90RC，在加工这些材料时，涂层硬质合金刀片易受磨损。

因为工件较厚，给加工增加了难度，需要对其重复镗三次才能达到公差要求和表面精度要求。在第一次镗孔还没完成时，就因为金属陶瓷刀具破损而中断了。这给我们一个警示：破损的刀刃有可能毁坏整个工件。相反，拥有坚硬的PVD涂层和锋利刀刃的先进的精细的硬质合金刀片，可以持续进行6-9次切削。为了使用硬质合金刀片，供应商推荐将切削速度从300sfm降低为175sfm,但仍保持相同的切削深度。用硬质合金刀片以低切削速度进行三次镗孔加工耗时80分钟左右，而陶瓷合金刀具加工时间为一个小时。更重要的是，其附加的安全刀刃将因刃口破损而损伤贵重工件的可能性降到最小。

为找到用硬质合金刀片铣削高硬度钢材的合适的加工参数，切削速度一般从100sfm开始试验。试验性切削的速度可以由150sfm逐渐增加到180sfm。通常进给速度为0.003-0.004英寸每齿。对于刀片的几何外形，零角度或微小的负前角刀片比正前角刀片的刃口强度高。圆形硬质合金刀片在加工高硬度材料时同样有优势，这是因为没有容易产生应力集中的尖角。在选择硬质合金刀具时，主要考虑其强度等级。安全性高的刃口可以承受很大的径向切削力，以及刀片接触和离开高硬度钢时产生的冲击。另一方面，这些经过特别处理的抗高温材料可以承受加工硬度达60RC的钢材时产生的热量，附有氧化铝涂层的抗冲击硬质合金刀片也能承受铣削时产生的高温。烧结金属

由于粉末冶金技术的进步，出现了应用渐广的高硬度烧结金属。一家生产商开发了一种含有钨、碳化钡的镍粉合金，其硬度可以达到53RC-60RC。在镍合金的矩阵结构中的碳化物颗粒硬度高达90RC。在加工这些材料时，涂层硬质合金刀片的刃面很快磨损，最初的刃口被磨平，这是由于显微结构中的超硬颗粒产生的细微振动会加速刀片的磨损。在加工这种高硬度材料时，硬质合金刀片也可能受剪切力而破碎。

CBN刀片提供了一种效率很高的加工含有钨和碳化钡的高硬度粉末金属的方法，其先进的几何形状可以克服细微振动。一位加工粉末合金的用户发现，使用CBN刀片比最好的硬质合金刀片的寿命要长2000倍。用一个有五块刀片的平面铣刀，以200sfm的切削速度和0.007英寸/齿的进给速度加工高硬度工件，结果比电火花加工的速度要快75%。

要充分利用CBN，切削参数必须保持在严格的范围：切削速度160sfm,进给速度0.004-0.006英寸/齿，看起来有点慢，但对于加工烧结金属来说，已经是高的加工效率了。精确的加工参数最好通过30-60秒的试切来确定。先从低速开始，再逐渐加速，直到切削刃出现过多磨损，这样才能取得最好的临界值。

加工高硬度金属时，通常是干式加工，主要是为了保证切削刃的等温性。在大多数情况下，带有双负前角的圆形刀片是效率最高的，这时切削深度限制在0.04-0.08英寸以内。

由于铣削不是连续加工，在加工洛氏硬度超过60或更高的材料时，产生的持续不断的冲击会造成独特的加工应力。因此机器和刀具必须保持最大的刚度，最小的外伸悬臂，以及最大的强度，以便于承受在加工中产生的冲击载荷。超耐热合金

航天工业中开发的超耐热合金（HRSAs）越来越多的应用到了汽车工业、医疗机械、半导体、以及电站设备等方面。常见的超耐热合金有Inconel 718、625、沃斯帕洛伊合金、钛6Al4V，现在又增添了钛合金以及铝镁合金。所有的这些材料都给加工增加了难度。

超耐热合金的硬度很高，一些钛金属的硬度高达330布氏硬度。使用传统的金属刀具，在切削带温度将高达2000°F，将会弱化分子间的约束力，形成金属流动层。而如果用超耐热合金刀具，在整个切削过程中，刀具将一直保持硬度不变。

超耐热合金在加工时也会产生加工硬化现象，会导致刀片过早失效。加工超耐热合金的难度是多方面的，未剥落的材料被磨蚀剂覆盖，其锋利的边缘甚至会更快地磨损刀片的切削刃。

考虑到这些切削困难，加工超耐热合金时一般速度较慢。比如用Sandvik GC2040型刀片加工Inconel

718材料的刹车零件时，切削速度为200 sfm；

圆形硬质合金刀片在加工高硬度材料时同样有优势，因为没有尖角结构，所以有很高的强度。

用Sandvik 7020 CBN 刀片加工同种金属时，切削速度调整为260 sfm。而用无涂层的硬质合金刀片切削工具钢时，速度为400

00 sfm。加工超耐热合金所采用的进刀量与加工工具钢的差不多。选择加工超耐热合金的刀片时主要考虑材料和工件。正前角硬质合金刀片用来加工超耐热合金材料的薄壁工件效率很高。但是，加工厚壁工件时，需要负前角的金属陶瓷刀片，因为这种刀片的切削效率要高一些。在大多数高硬度加工中采用干式加工以保证切削刃的同温性，而钛金属的加工，即使是很慢的切削速度也需要采取冷却措施。

加工中超耐热合金的不断硬化将加速切削刃刃尖的磨损。没有尖角的圆形刀片，它的切削刃强度很高，但超耐热合金的加工硬化现象会导致刀刃产生缺口。连续加工中改变切削深度，可以避免形成加工硬化带，防止刀具产生缺口，延长刀具寿命。吃刀深度可以这样变化：第一次0.3英寸，第二次0.125英寸，第三次0.1英寸。双金属材料

双金属元件是将硬度较高的材料放在易磨损区域，其它区域为较软的金属。这种方式在汽车工业和其它一些领域应用很广，但同时也给加工带来了困难。CBN切割硬度大于50RC的材料时效率很高，但如果切削较软的金属的话，反而会破碎。PCD刀片可以加工象铝金属，但用来加工铁类金属时，却会产生过多磨损。

要高效的加工双金属工件，需要对用户、刀具供应商、设备供应商提供的加工程序进行调整。有这样一个例子，前文提到的高硬度粉末合金，通过高温等静压机压制在价格较低的316不锈钢底层上。通过编程将螺旋形走刀路径输入机床，并选用最优的进刀量和切削速度，首先加工粉末合金，然后再加工其底层金属。这样可以避免上述问题的发生。

为了提高双金属汽缸体的加工效率，汽车制造商必须解决好如何加工研磨铝合金与铸铁的汽缸衬垫的问题。这种结构的设计意味着，硬度较高的铸铁耐磨区不可能与较软的铝金属完全隔离。但是我们可以通过机床程序选择很低的切削速度和很浅的吃刀深度来解决这一问题，这样我们可以只用抗磨的PCD刀片就能加工铝层和铸铁层，而不需要频繁的更换切削刀具。

第三篇：线切割加工工件表面质量的改善与提高

线切割加工工件表面质量的改善与提高

电火花线切割机按切割速度可分为高速走丝和低速走丝两种，低速走丝线切割机所加工的工件表面粗糙度和加工精度比高速走丝线切割机稍好，但低速走丝线切割机床的机床成本和使用成本都比较高，目前在国内还没有普及，而我国独创的高速走丝线切割机床它结构简单，机床成本和使用成本低，易加工大厚度工件，经近40年发展，已成为我国产量最大，应用最广泛的机床种类之一，在模具制造、新产品试制和零件加工中得到了广泛应用。

由于高速丝线切割机是采取线电极高速往复供丝的方式，线电极的损耗均匀地分布在近300米电极丝上，虽然电极丝的损耗极小，但电火花线切割机工作时影响其加工工件表面质量的因素很多，更需要对其有关加工工艺参数进行合理选配，才能保证所加工工件表面质量。

对线切割加工质量有直接影响的因素主要涉及人员、设备、材料等方面。为了改善加工工件表面质量，可以从影响最大的人为因素、机床因素和材料因素等三方面来考虑对加工质量的控制方式和改进方法。笔者在教学、科研和生产实践中对影响线切割加工工件表面质量的相关因素方面做了一些探索和研究，积累了少许行之有效的工作经验，现介绍如下。

一 影响线切割加工工件表面质量的人为因素的控制与改善

人为因素的控制与改善主要包括加工工艺的确定和加工方法的选择，这可以通过以下几点来实现：

（1）合理安排切割路线。该措施的指导思想是尽量避免破坏工件材料原有的内部应力平衡，防止工件材料在切割过程中因在夹具等的作用下，由于切割路线安排不合理而产生显著变形，致使切割表面质量下降。例如：工件与其夹持部分的分离应安排在最后，使加工中刚性较好。如下图，其中a为错误的切割路线，b为正确的切割路线。

(2)正确选择切割参数。对于不同的粗、精加工，其丝速和丝的张力应以参数表为基础作适当调整，为了保证加工工件具有更高的精度和表面质量，可以适当调高线切割机的丝张力，虽然制造线切割机床的厂家提供了适应不同切割条件的相关参数，但由于工件的材料、所需要的加工精度以及其他因素的影响，使得人们不能完全照搬书本上介绍的切割条件，而应以这些条件为基础，根据实际需要作相应的调整。例如若要加工厚度为27mm的工件，则在加工条件表中找不到相当的情况，这种条件下，必须根据厚度在20mm～30mm间的切割条件做出调整，主要办法是：加工工件的厚度接近哪一个标准厚度就选择其为应设定的加工厚度。

(3)采用近距离加工。为了使工件达到高精度和高表面质量，根据工件厚度及时调整丝架高度，使上喷嘴与工件的距离尽量靠近，这样就可以避免因上喷嘴离工件较远而使线电极振幅过大影响加工工件的表面质量。

(4)注意加工工件的固定。当加工工件即将切割完毕时，其与母体材料的连接强度势必下降，此时要防止因加工液的冲击使得加工工件发生偏斜，因为一旦发生偏斜，就会改变切割间隙，轻者影响工件表面质量，重者使工件切坏报废，所以要想办法固定好被加工工件。

二 影响线切割加工工件表面质量的机床因素的控制与改善

高速走丝电火花线切割机属于高精度机床，机床的维护保养非常重要，因为加工工件的高精度和高质量是直接建立在机床的高精度基础上的，因此在每次加工之前必须检查机床的工作状态，才能为获得高质量的加工工件提供条件。需注意的环节和应采取的措施如下：

?(1)在加工前，必须检查电极丝，电极丝的张力对加工工件的表面质量也有很大的影响，加工表面质量要求高的工件，应在不断丝的前提下尽可能提高电极丝的张力。 ?(2)高速走丝线切割机一般采用乳化油与水配制而成的工作液。火花放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行，工作液的绝缘性能可使击穿后的放电通道压缩，从而局限在较小的通道半径内火花放电，形成瞬时和局部高温来熔化并气化金属，放电结束后又迅速恢复放电间隙成为绝缘状态。绝缘性能太低，则工作液成了导电体，而不能形成火花放电；绝缘性能太高，则放电间隙小，排屑难，切割速度降低。加工前要根据不同的工艺条件选择不同型号的乳化液。再者必须检查与冷却液有关的条件，检查加工液的液量及赃污程度，保证加工液的绝缘性能、洗涤性能、冷却性能达到要求。

?(3)必须检查导电块的磨损情况。高速走丝线切割机一般在加工了50～80小时后就须考虑改变导电块的切割位置或者更换导电块，有脏污时需用洗涤液清洗。必须注意的是：当变更导电块的位置或者更换导电块时，必须重新校正电极丝的垂直度，以保证加工工件的精度和表面质量。

?(4)检查导轮的转动情况，若转动不好则应更换，还必须仔细检查上、下喷嘴的损伤和脏污程度，用清洗液清除脏物，有损伤时需及时更换。还应经常检查贮丝筒内丝的情况，丝损耗过大就会影响加工精度及表面质量，需及时更换。此外，导电块、导轮和上、下喷嘴的不良状况也会引起线电极的振动，这时即使加工表面能进行良好的放电，但因线电极振动，加工表面也很容易产生波峰或条纹，最终引起工件表面粗糙度变差。

(5)保持稳定的电源电压。电源电压不稳定会造成电极与工件两端不稳定，从而引起击穿放电过程不稳定而影响工件的表面质量。

三 影响线切割加工工件表面质量的材料因素的控制与改善

为了加工出尺寸精度高、表面质量好的线切割产品，必须对所用工件材料进行细致考虑：

(1)由于工件材料不同，熔点、气化点、导热系数等都不一样，因而即使按同样方式加工，所获得的工件表面质量也不相同，因此必须根据实际需要的表面质量对工件材料作相应的选择。例如要达到高精度，就必须选择硬质合金类材料，而不应该选不锈钢或未淬火的高碳钢等，否则很难达到所需要求。(2)由于工件材料内部残余应力对加工的影响较大，在对热处理后的材料进行加工时，由于大面积去除金属和切断加工会使材料内部残余应力的相对平衡受到破坏，从而可能影响零件的加工精度和表面质量。为了避免这些情况，应选择锻造性好、淬透性好、热处理变形小的材料。

(3)加工过程中应将各项参数调到最佳状态，以减少断丝现象。如果发生断丝势必会回到起始点，重新上丝再次进行加工，使加工工件表面质量和加工精度下降。在加工过程中还应注意倾听机床发出的声音，正常加工的声音应为很光滑的“哧-哧”声。同时，正常加工时，机床的电流表、电压表的指针应是振幅很小，处于稳定状态，此时进给速度均匀而且平稳。

影响电火花线切割加工工件表面质量的因素很多，但只要对其进行系统的分析和科学的分类，就可以对这类复杂而且零乱的因素进行控制与调配，从而改善和提高工件表面质量

第四篇：第一章 切削加工基础知识

第一章 切削加工基础知识

一、本章的教学目的与要求

本章主要介绍了机械加工基础知识。重点应掌握切削运动及切削用量概念；切削刀具及其材料基本知识；切削过程的物理现象及控制；砂轮及磨削过程基本知识；材料切削加工性概念；机械加工工艺过程基本概念；机械加工质量的概念等。掌握本章内容为后续内容的学习打基础，为初步具备分析、解决工艺问题的能力打基础，为学生了解现代机械制造技术和模式及其发展打基础。学生学习本章要注意理论联系生产实践，才能更好体会，加深理解。可通过课堂讨论、作业练习、实验、校内外参观等及采用多媒体、网络等现代教学手段学习，以取得良好的教学效果。为学好本章内容，可参阅邓文英主编《金属工艺学》第4版、傅水根主编《机械制造工艺基础》(金属工艺学冷加工部分)、李爱菊等主编《现代工程材料成形与制造工艺基础》下册及相关机械制造方面的教材和期刊。

二、授课主要内容

1切削运动和切削要素

主要学习零件表面的形成、切削运动、切削用量、切削层参数 2切削刀具和切削过程

主要学习切削刀具材料、车刀、刨刀、镗刀、麻花钻、铣刀的结构及刀具几何角度，切削的形成及形态、积屑瘤、切削力、切削热和切削温度、刀具磨损和刀具耐用度

3磨具和磨料切削 主要学习磨具和磨削原理 4材料的切削加工性

主要学习衡量材料切削加工性能的指标、常用材料的切削加工性、改善材料切削加工性的方法

5机械加工工艺过程基本概念

主要学习工艺过程的基本概念、工件的安装和夹具、基准及其选择原则、工件在夹具中的定位

6机械加工质量的概念

主要学习机械加工精度、机械加工表面质量

三、重点、难点及对学生的要求（掌握、熟悉、了解、自学）

让学生重点掌握切削运动及切削用量概念、切削刀具及其材料基本知识、切削过程、砂轮及磨削过程、材料切削加工性、机械加工工艺过程基本概念；机械加工质量等概念。

四、要外语词汇

主运动：primary motion 进给运动：feed movement 车刀：turning tools 刀具材料：cutting tools materials 切削过程：cutting process 磨具：abrasive grinding tools 表面质量：machining quality of machined surfaces

五、辅助教学情况（多媒体课件、板书、绘图、标本、示数等）

主讲（板书）+课堂讨论+作题练习+实验+多媒体课件+实物

六、复习思考题

1.试说明下列加工方法的主运动和进给运动：

a.车端面；b.在钻床上钻孔；c.在铣床上铣平面；d.在牛头刨床上刨平面；e.在平面磨床上 磨平面。

2.试说明车削时的切削用量三要素，并简述粗、精加工时切削用量的选择原则。

3.车外圆时，已知工件转速n=320 r/min，车刀进给速度vf=64 mm/min，其它条件如题图1-1所示，试求切削速度vc、进给量f、背吃刀量ap、切削层公称横截面积AD、切削层公称宽度bD和厚度hD。

4.弯头车刀刀头的几何形状如题图1-2所示，试分别说明车外圆、车端面(由外向中心进给)时的主切削刃、刀尖、前角γ0、主后角ao、主偏角kr和副偏角kr'。

题图1-1

题图1-2 5.简述车刀前角、后角、主偏角、副偏角和刃倾角的作用及选择原则。

6.机夹可转位式车刀有哪些优点? 7.刀具切削部分材料应具备哪些基本性能?常用的刀具材料有哪些? 8.高速钢和硬质合金在性能上的主要区别是什么?各适合做哪些刀具? 9.切屑是如何形成的?常见的有哪几种? 10.积屑瘤是如何形成的?它对切削加工有哪些影响?生产中最有效的控制积屑瘤的手段是什么? 11.设用γ0=15°, ao=8°, kr=75°, kr'=10°,s =0°的硬质合金车刀，在C6132型卧式车床上车削45钢(正火，187HBS)轴件的外圆，切削用量为vc=100 mm/min、f=0.3 mm/r、ap=4 mm，试用切削层单位面积切削力kc计算切削力Fc和切削功率Pm。若机床传动效率η=0.75，机床主电动机功率PE=4.5 kW，试问电动机功率是否足够? 12.切削热对切削加工有什么影响? 13.背吃刀量和进给量对切削力和切削温度的影响是否一样?如何运用这一规律指导生产实践? 14.切削液的主要作用是什么?常根据哪些主要因素选用切削液? 15.刀具的磨损形式有哪几种?在刀具磨损过程中一般分为几个磨损阶段?刀具寿命的含义和作用是什么? 16.试分析砂轮磨削金属与刀具切削金属的过程及原理有何异同?原因何在? 17.如何评价材料切削加工性的好坏?最常用的衡量指标?如何改善材料切削加工性? 18.什么是生产过程、工艺过程、工序和安装? 19.生产类型有哪几种? 汽车、电视机、金属切削机床、大型轧钢机的生产各属于哪种生产类型? 各有何特征? 20.机械加工中，工件的安装方法有哪几类? 各适用于什么场合? 21.什么是夹具? 按其用途不同，夹具分为哪几类? 各适用于什么场合? 22.何谓基准?根据作用的不同，基准分为哪几种? 23.何谓粗基准和精基准? 试述粗、精基准的选择原则各是什么? 24.试选择如题图1-3所示三个零件的粗、精基准。其中题图1-3a是齿轮，m=2,Z=37，毛坯为热轧棒料；题图1-3b是液压油缸，毛坯为铸铁件，孔已铸出；题图1-3c是飞轮，毛坯为铸件。均为批量生产。图中除了标有不加工符号的表面外，均为加工表面。25.何谓工件的六点定位原理?加工时，工件是否都要完全定位? 26.什么是加工精度?包括哪些内容? 27.机械加工表面质量的含义是什么?它与表面粗糙度有何区别?图样上常标注哪一项?

题图1-3

七、参考教材（资料）孙大涌主编.先进制造技术.北京：机械工业出版社，2000 2 李伟光主编.现代制造技术.北京：机械工业出版社，2001 3 机械工程手册编辑委员会.机械工程手册：机械制造工艺及设备卷(二)第2版.北京：机械工业出版社，1997 4 邓文英主编.金属工艺学第4版.北京：高等教育出版社，2000 5 吴桓文主编.工程材料及机械制造基础(Ⅲ)机械加工工艺基础.北京：高等教育出版社，1990 6 卢秉恒主编.机械制造技术基础.北京：机械工业出版社，1999 7 张世昌，李 旦等.机械制造技术基础.北京：高等教育出版社，2001 8 傅水根主编.机械制造工艺基础(金属工艺学冷加工部分).北京：清华大学出版社，1998 9 李爱菊，王守成等.现代工程材料成形与制造工艺基础(下册).北京：机械工业出版社，2001 10 贾青云，李冬妮等.现代汽车制造技术之机械加工：世界汽车技术发展跟踪研究(一).汽车工艺与材料，2002，(4)11 苗赫濯，齐龙浩等.新型陶瓷刀具在机械工程中的应用.机械工程学报，2002，38(2)

第一章 机械加工基础知识

切削加工是使用切削工具(包括刀具、磨具和磨料)，在工具和工件的相对运动中，把工件上多余的材料层切除，使工件获得规定的几何参数(尺寸、形状、位置)和表面质量的加工方法。

第一节 切削运动及切削要素

一、零件表面的形成

1.基本表面：外圆面、内圆面(孔)、平面 2.成形面：螺纹、齿轮的齿形等

这些表面可分别用图1-1所示的相应加工方法来获得。

图1-1 零件不同表面加工时的切削运动

二、切削运动

切削运动(cutting motions)：在切削加工中，刀具和工件间必须有一定的相对运动。切削运动可以是旋转运动或直线运动，也可以是连续的或间歇的 切削运动包括主运动(图中Ⅰ)和进给运动(图中Ⅱ)。

主运动(primary motion)是使刀具和工件之间产生相对运动，促使刀具接近工件而实现切削的运动。如图1-2所示工件的旋转运动。主运动速度最高，消耗功率最大。主运动只有一个。

进给运动(feed movement)使刀具与工件之间产生附加的相对运动，加上主运动，即可连续地切除余量，如图1-2所示车刀的移动。进给运动可以是1个或多个

图1-2 切削运动和加工表面

三、切削用量

切削用量(cutting conditions)包括切削速度vc、进给量f(或进给速度vf)和背吃刀量aP；三要素。

1.切削速度

切削刃上选定点相对工件主运动的瞬时速度称为切削速度(cutting speed)，以vc表示，单位为m/s或m/min。

若主运动为旋转运动(如车削、铣削等)，切削速度一般为其最大线速度。 vcdn1000 m/s或m/min 式中：d—工件(或刀具)的直径，mm；n—工件(或刀具)的转速，r/s或r/min。

若主运动为往复直线运动(如刨削、插削等)，则常以其平均速度为切削速度，即：  vc2Lnr m/s或m/min 1000式中：L—往复行程长度，mm；nr——主运动每秒或每分钟的往复次数，str/s或str/min。

2.进给量

刀具在进给运动方向上相对工件的位移量称为进给量(feed rate)。

用单齿刀具(如车刀、刨刀等)加工时，进给量常用刀具或工件每转或每行程刀具在进给

运动方向上相对工件的位移量来度量，称为每转进给量或每行程进给量，以f表示，单位为mm/r或mm/str。

用多齿刀具(如铣刀、钻头等)加工时，进给运动的瞬时速度称进给速度，以vf表示，单位为mm/s或mm/min。刀具每转或每行程中每齿相对工作进给运动方向上的位移量，称每齿进给量，以fz表示，单位为mm/z。fz、f、vf之间有如下关系：

 vffnfzzn mm/s或mm/min 式中：n—刀具或工件转速，r/s或r/min；z—刀具的齿数。

3.背吃刀量

在通过切削刃上选定点并垂直于该点主运动方向的切削层尺寸平面中，垂直于进给运动方向测量的切削层尺寸，称为背吃刀量(back engagement of the cutting edge)，以aP表示，单位为mm。如图1-2所示，车外圆时，aP可用下式计算，即  apdwdm mm 2式中：dw、dm—工件待加工和已加工表面直径，mm。

工件上由主切削刃形成的那部分表面是过渡表面。

四、切削层参数

切削层是指切削过程中，由刀具切削部分的一个单一动作(如车削时工件转一圈，车刀主切削刃移动一段距离)所切除的工件材料层。它决定了切屑的尺寸及刀具切削部分的载荷。切削层的尺寸和形状，通常是在切削层尺寸平面中测量的，如图1-3所示。

(1)切削层公称横截面积AD 在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面积，单位为mm2。

(2)切削层公称宽度bD 在给定瞬间，作用于主切削刃截形上两个极限点间的距离，在切削层尺寸平面中测量，单位为mm。

(3)切削层公称厚度hD 同一瞬间切削层公称横截面积与其公称宽度之比，单位为mm。由定义可知

 ADbDhDmm2

因AD不包括残留面积，而且在各种加工方法中AD与进给量和背吃刀量的关系不同，所以AD不等于f和aP的积。只有在车削加工中，当残留面积很小时才能近似地认为它们相等，即

ADfap mm

第五篇：难加工材料的切削加工技术

难加工材料的切削加工技术

潘 飞

（常州铁道高等职业技术学校机械工程系

江苏

常州

213011）

摘 要：随着社会的不断发展，对材料的要求也越高，对切削加工也提出了更高的要求。本文针对这一问题，着重讲述切削难加工材料应考虑的几个方面。

关键词：难加工材料；切削加工

近年来，机械产品多功能、高功能化的发展势头十分强劲，要求零件必须实现小型化、微细化。为了满足这些要求，则所用材料必须具有高硬度、高韧性和高耐磨性，而具有这些特性的材料其加工难度也特别大，因此又出现了新的难加工材料。难加工材料就是这样随着时代的发展及专业领域的不同而出现，其特有的加工技术也随着时代及各专业领域的研究开发而不断向前发展。另一方面，随着信息化社会的到来，难加工材料切削技术信息也可通过因特网互相交流，因此，今后有关难加工材料切削加工的数据等信息将会更加充实，加工效率也必然会进一步提高。难加工材料的界定及具体品种，随时代及专业领域而各有不同。

一、切削领域中的难加工材料

在切削加工中，通常出现的刀具磨损包括如下两种形态：(1)由于机械作用而出现的磨损，如崩刃或磨粒磨损等；(2)由于热及化学作用而出现的磨损，如粘结、扩散、腐蚀等磨损，以及由切削刃软化、溶融而产生的破断、热疲劳、热龟裂等。切削难加工材料时，在很短时间内即出现上述刀具磨损，这是由于被加工材料中存在较多促使刀具磨损的因素。例如，多数难加工材料均具有热传导率较低的特点，切削时产生的热量很难扩散，致使刀具刃尖温度很高，切削刃受热影响极为明显。这种影响的结果会使刀具材料中的粘结剂在高温下粘结强度下降，WC(碳化钨)等粒子易于分离出去，从而加速了刀具磨损。另外，难加工材料中的成分和刀具材料中的某些成分在切削高温条件下产生反应，出现成分析出、脱落，或生成其他化合物，这将加速形成崩刃等刀具磨损现象。在切削高硬度、高韧性被加工材料时，切削刃的温度很高，也会出现与切削难加工材料时类似的刀具磨损。如切削高硬度钢时，与切削一般钢材相比，切削力更大，刀具刚性不足将会引起崩刃等现象，使刀具寿命不稳定，而且会缩短刀具寿命，尤其是加工生成短切屑的工件材料时，会在切削刃附近产生月牙洼磨损，往往在短时间内即出现刀具破损。在切削超耐热合金时，由于材料的高温硬度很高，切削时的应力大量集中在刃尖处，这将导致切削刃产生塑性变形；同时，由于加工硬化而引起的边界磨损也比较严重。由于这些特点，所以要求用户在切削难加工材料时，必须慎重选择刀具品种和切削条件，以获得理想的加工效果。

二、难加工材料在切削加工中应注意的问题

切削加工大致分为车削、铣削及以中心齿为主的切削(钻头、立铣刀的端面切削等)，这些切削加工的切削热对刃尖的影响也各不相同。车削是一种连续切削，刃尖承受的切削力无明显变化，切削热连续作用于切削刃上；铣削则是一种间断切削，切削力是断续作用于刃尖，切削时将发生振动，刃尖所受的热影响，是切削时的加热和非切削时的冷却交替进行，总的受热量比车削时少。铣削时的切削热是一种断续加热现象，刀齿在非切削时即被冷却，这将有利于刀具寿命的延长。日本理化研究所对车削和铣削的刀具寿命作了对比试验，铣削所用刀具为球头立铣刀，车削为一般车刀，两者在相同的被加工材料和切削条件(由于切削方式不同，切削深度、进给量、切削速度等只能做到大体一致)及同一环境条件下进行切削对比试验，结果表明，铣削加工对延长刀具寿命更为有利。利用带有中心刃(即切削速度=0m/min的部位)的钻头、球头立铣刀等刀具进行切削时，经常出现靠近中心刃处工具寿命低下的情况，但仍比车削加工时强。在切削难加工材料时，切削刃受热影响较大，常常会降低刀具寿命，切削方式如为铣削，则刀具寿命会相对长一些。但难加工材料不能自始至终全部采用铣削加工，中间总会有需要进行车削或钻削加工的时候，因此，应针对不同切削方式，采取相应的技术措施，提高加工效率。

三、切削难加工材料用的刀具材料

立方氮化硼CBN(Cubic Boron Nitride)的高温硬度是现有刀具材料中最高的，最适合用于难加工材料的切削加工。新型涂层硬质合金是以超细晶粒合金作基体，选用高温硬度良好的涂层材料加以涂层处理，这种材料具有优异的耐磨性，也是可用于难加工材料切削的优良刀具材料之一。难加工材料中的钛、钛合金由于化学活性高，热传导率低，可选用金刚石刀具进行切削加工。CBN烧结体刀具适用于高硬度钢及铸铁等材料的切削加工，CBN成分含量越高，刀具寿命也越长，切削用量也可相应提高。据报道，目前已开发出不使用粘结剂的CBN烧结体。金刚石烧结体刀具适用于铝合金、纯铜等材料的切削加工。金刚石刀具刃口锋利，热传导率高，刃尖滞留的热量较少，可将积屑瘤等粘附物的发生控制在最低限度之内。在切削纯钛和钛合金时，选用单晶金刚石刀具切削比较稳定，可延长刀具寿命。涂层硬质合金刀具几乎适用于各种难加工材料的切削加工，但涂层的性能(单一涂层和复合涂层)差异很大，因此，应根据不同的加工对象，选用适宜的涂层刀具材料。据报道，最近已开发出金刚石涂层硬质合金和DLC(Diamond Like Carbon)涂层硬质合金，使涂层刀具的应用范围进一步扩大，并已可用于高速切削加工领域。

四、切削难加工材料的刀具形状

在切削难加工材料时，刀具形状的最佳化可充分发挥刀具材料的性能。选择与难加工材料特点相适应的前角、后角、切入角等刀具几何形状和对刃尖进行适当处理，对提高切削精度和延长刀具寿命有很大的影响，因此，在刀具形状方面决不能掉以轻心。但是，随着高速铣削技术的推广应用，近来已逐渐采用小切深以减轻刀齿负荷，采用逆铣并提高进给速度，因此，对切削刃形状的设计思路也有所改变。对难加工材料进行钻削加工时，增大钻尖角，进行十字形修磨，是降低扭矩和切削热的有效途径，它可将切削与切削面的接触面积控制在最小范围之内，这对延长刀具寿命和提高切削条件十分有利。钻头在钻孔加工时，切削热极易滞留在切削刃附近，而且排屑也很困难，在切削难加工材料时，这些问题更为突出，必须给以足够的关注。

为了便于排屑，通常在钻头切削刃后侧设有冷却液喷出口，可供给充足的水溶性冷却液或雾状冷却剂等，使排屑变得更为顺畅，这种方式对切削刃的冷却效果也很理想。近年来，已开发出一些润滑性能良好的涂层物质，这些物质涂镀在钻头表面后，用其加工3～5D的浅孔时，可采用干式钻削方式。孔的精加工历来采用镗削方式，不过近来已逐渐由传统的连续切削方式改变为采用等高线切削这类间断切削方式，这种方式对提高排屑性能和延长工具寿命均更为有利。因此，这种间断切削用的镗削刀具设计出来后，立即被应用于汽车零件的CNC切削加工。在螺纹孔加工方面，目前也采用螺旋切削插补方式，切螺纹用的立铣刀已大量投放市场。如上所述，这种由原来连续切削向间断切削的转换，是随着对CNC切削理解的加深而进行的，这是一个渐进的过程。采用此种切削方式切削难加工材料时，可保持切削的平稳性，且有利于延长工具寿命。

五、难加工材料的切削条件

难加工材料的切削条件历来都设定得比较低，随着刀具性能的提高，高速高精度CNC机床的出现，以及高速铣削方式的引进等，目前，难加工材料的切削已进入高速加工、刀具长寿命化的时期。现在，采用小切深以减轻刀具切削刃负荷，从而可提高切削速度和进给速度的加工方式，已成为切削难加工材料的最佳方式。当然，选择适应难加工材料特有性能的刀具材料和刀具几何形状也极为重要，而且应力求刀具切削轨迹的最佳化。例如，钻削不锈钢等材料时，由于材料热传导率很低，因此，必须防止切削热大量滞留在切削刃上，为此应尽可能采用间断切削，以避免切削刃和切削面摩擦生热，这将有助于延长工具寿命和保证切削的稳定。用球头立铣刀对难加工材料进行粗加工时，工具形状和夹具应很好配合，这样可提高刀具切削部分的振摆精度和夹持刚性，以便在高速回转条件下，保证将每齿进给量提高到最大限度，同时也可延长工具寿命。

如前所述，难加工材料的最佳切削方法是不断发展的，新的难加工材料不断出现，对新材料的加工总是不断困扰着工程技术人员。最近，新型加工中心、切削工具、夹具及CNC切削等技术发展非常迅速，而且在切削加工之外，CNC磨削、CNC电加工等技术也得到空前的发展，难加工材料的加工技术选择范围已大为扩展。当然，有关难加工材料加工信息的收集与对该技术的深入理解，还不能尽如人意，正因为如此，而对难加工材料的不断涌现，人们总是感到加工技术有些力不从心。例如，前述车削加工由连续切削向间断切削转换，便有利于延长工具寿命，新型涂层硬质合金刀具的使用，使难加工材料切削技术水平得到进一步提高。在难加工材料的切削加工中应特别重视工具寿命的稳定，不仅工件材料要和刀具性能妥善配伍，而且对加工尺寸、加工表面粗糙度、形状精度等的要求也极严格，因此，不仅应特别注意刀具选用，对工件的夹持方式等相关技术也不能掉以轻心。今后，难加工材料零件的加工将采取CAD/CAM、CNC切削加工等计算机控制的生产方式，因此，数据库的建构、工具设计与制作等工具管理系统的完善，都极为重要。难加工材料切削加工中，适用的刀具、夹具、工序安排、工具轨迹的确定等有关切削条件的数据，均应作为基础数据加以积累，使零件生产方式沿着以IT化为基础的方向发展，这样，难加工材料的切削加工技术才能较快地步入一个新的阶段。