第3章 金属切削基本条件的合理选择

第三节 切削液的选择
2、切削液的选用
基本上分为三类：水溶液、乳化液和切削油。
➢水溶液：水+少量碳酸钠、亚硝酸钠、硼砂等电解质，与水中 矿物质起化学反应，使水软化，增加水的渗透能力，增加水的 汽化作用和冲刷屑末的清洗能力。也可以加入少量脂肪酸皂钠 等表面活性剂及防锈剂亚硝酸钠等。 使用范围：高速钢刀具粗加工钢料或普通磨削。
➢其他刀具材料
•陶瓷 陶瓷与金属的亲和力小，切削不易粘刀，不易产生积屑瘤，
加工表面光洁。但由于陶瓷刀片性脆，抗弯强度和冲击韧性低， 一般用于钢、铸铁、高硬度材料的半精加工和精加工。 •金刚石
金刚石的耐热性差，一般低于800℃，高温易与铁发生反应， 所以不适合加工钢铁类材料。它适合于硬质合金、陶瓷、高硅 铝合金等耐磨材料的加工，以及有色合金和玻璃强化材料的加 工。 •立方氮化硼
➢乳化液：用乳化油加水稀释而成。 1、未加极压添加剂时：用于温度不高和切削力不大的场合，也 可用于有色金属加工。 2、加入了极压添加剂时：用于温度高和切削力大的场合，如车 削高强度合金钢、耐热钢和耐热合金等。 特点：浓度大，则润滑性能好；浓度低，则冷却性能好。
➢切削油：主要成分为矿物油或复合油。 1、煤油也可以单独使用：铸铁件的攻丝和绞孔。 2、矿物油中加入油性极压添加剂和防锈剂：可以用于精加工钢 料，如精加工齿轮、用高速钢刀具精加工螺纹、拉刀等。
➢好的工艺性能 刀具具有良好的可加工性，可磨削性、高温塑性；同时要求刀具 在热处理时变形性、脱碳层薄和淬透性好等。
➢经济性 刀具材料应尽量满足资源丰富和价格低廉的要求。
2、常用刀具材料的种类、特点及适用范围
常用的刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、 硬质合金、陶瓷、金刚石和立方氮化硼等。 碳素工具钢和合金工具钢由于其耐热性较差，仅用于手工 工具及切削速度较低的刀具。 陶瓷、金刚石和立方氮化硼则由于性质脆，工艺性差等原 因，目前只在 较小的范围内使用。 目前，用的最多的刀具材料仍然为高速钢和硬质合金。
影响轴向力和 径向力的大小
刃倾角的选择
1）加工一般的钢料和灰铸铁，有冲击时选择小的或负的 刃倾角； 2）加工淬硬钢、高强度钢、高锰钢，取λs=-20～30°； 3）工艺系统刚性不足时，尽量不要用负刃倾角； 4）微量精车外圆、精车孔和精刨削平面时，取 λs=45°～75 °。
3.4切削用量的选择
常用的几种车刀
1——刀杆 2——刀垫 3——刀片 4——夹紧元件 可转位刀具
麻花钻的结构 1——刃瓣 2——棱边 3——莫氏锥柄 4——
扁尾 5——螺旋槽
绞刀
常用的铣刀
内拉刀
外拉刀
➢刃数多少：单刃、多刃刀具 ➢一般通用刀具和复杂刀具（拉刀和齿轮刀具） ➢定尺寸刀具（钻头、扩孔钻和绞刀）和非定尺寸刀具（车刀、 镗刀、刨刀、插刀等） ➢整体式刀具（高速钢制造）、装配式刀具（硬质合金制造）、 复杂刀具（数控机床和自动线上使用）。
➢高压冷却法：深孔加工时，起排屑、冷却、润滑 作用；
➢喷雾冷却法：借助雾化设备使切削液雾化，能极 大地降低整个切削区的温度，冷却效果好，同时工 作地也比较干净。
内排屑深孔钻(The Single Tube System (STS))
3、后角的选择 后角的正负作用a0 ↑， 1）可以减少后刀面与过渡 表面之间的摩擦；2）楔角B0 减小，切削刃的强度降 低，散热能力降低。
4、主偏角、副偏角及刀尖形状的选择
➢ 合理主偏角的选择
粗加工或半精加工，为减小振动，选择大的主偏角； 加工硬的材料，为减少单位长度切削刃上载荷，选择较小的主偏角； 工艺系统刚性较好时，减小主偏角提高刀具耐用度；工艺系统刚性较差
➢足够的强度和韧性 承受较大的切削力、冲击载荷和振动，防止刀具的脆性断裂和崩 刃等。
➢好的耐磨性 耐磨性表示材料抵抗磨损的能力。硬度越高，耐磨性越好。耐磨 性与刀具材料中硬质点的性质、数量、大小、分布情况有关，还 与刀具材料对工件材料的抗粘结性有关。
➢高的耐热性 刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。材料 高温硬度越高，耐热性越好。
•YT类，即WC-Ti-Co类硬质合金 •YW类，即WC-Ti-TaC（NbC）-Co类硬质合金
•YG类，即WC-Co类硬质合金 适合于产生崩刃切屑，有冲击切削力作用在刃口附近的脆性
金属，如铸铁、有色金属，并适合加工导热系数低的不锈钢等 难加工材料。
•YT类，即WC-Ti-Co类硬质合金 高硬度、高耐磨性，特别高的耐热性，高的抗粘结扩散能力
1、粗加工时切削用量的选择—尽量保证较高的金属 切除量和必要的刀具耐用度。
①先采用大的切削深度asp，其次f，最后计算出Vc。 ②除了计算法外，也可以根据图表法或查《切削用量手册》 查出相关的切削用量。
2、半精加工、精加工时的切削用量的选择—保证加 工精度和表面质量，同时兼顾耐用度和生产效率。
①背吃刀量asp是根据粗加工留下的余量来确定； ②表面粗糙度是限制进给量的主要因素。然后根据耐用度 公式计算出Vc。
注意： 1、高速切削时一般不采用切削液的原因： 1）
切削液与切削区接触时间短，能以发挥冷却润滑 作用；2）切削液容易飞溅，不利于切削； 3） 刀具骤热骤冷易开裂。
2、对于脆性材料，如铸铁，一般也不使用切 削液：切屑粉末渗入机床零部件滑动工作表面， 不易清除，加速这些表面的磨损，降低机床寿命。
3、切削液的使用方法 ➢浇注法：最方便，应用也最广泛。流量慢，压力 低，难直接渗透入刀具最高温度处，效果较差；
•普通高速钢 •高性能高速钢 •粉末冶金高速钢
•普通高速钢 加工一般金属材料用的高速钢。加工材料硬度HB250-280以
下结构钢和铸铁。 •高性能高速钢
通过改变高速钢的化学成分来改进其切削性能而发展起来的高 速钢。硬度高HRC65~70，加热到630~650℃时仍然可以保持 HRC60的硬度。主要用于加工耐热钢，不锈钢、高温合金、超高 强度钢等难加工材料。
3.2 刀具合理几何参数的选择
1、 概念
刀具合理的几何参数：指在保证加工质量的前提下， 能够获得最高刀具耐用度，从而达到提高切削效率或 降低生产成本木的的几何参数。由工件材料、刀具材 料、刀具类型及其具体工艺条件决定。
刀具几何参数包括：刀具角度、刀面形状、切削刃 形式等。
2、 前角及其前刀面的选择 前角的正负双面作用r0↑，1）切削力↓，切削温度 ↓；2）楔角B0 ↓，刀具强度↓，散热条件↓。根据 工件材料和刀具材料来选择前角的具体数值。
时，应选择较大的主偏角；
➢合理副偏角的选择
在不引起振动的情况下选择较小的副偏角； 精加工刀具的副偏角应取得更小些； 加工高强度高硬度材料或断续切削时，应选择小的副偏角，增加刀尖强 度；
➢刀尖形状
交点刀尖、修圆刀尖和倒角刀尖
5、刃倾角的选择
刃倾角功用 控制切屑 流出的方向 影响刀头的强 度 影响刀刃的 锋利程度度
3.5 切削液的选择
1、切削液的作用
➢冷却作用 降低切削区域的温度，提高刀具耐用度和加工质量。 ➢润滑作用 切削液渗入到切屑、刀具工件接触表面之间，形成润滑膜，减小切 屑与前刀面，工件和后刀面之间的摩擦系数，减轻粘接现象，抑制 积屑瘤的产生，提高刀具耐用度，降低表面粗糙度。 ➢清洗、排屑 作用：精密加工、磨削。深孔加工，靠切削液来排 屑。 ➢防锈作用：加入防锈填加剂，金属表面形成保护膜，防止金属和 腐蚀介质接触。
•粉末冶金高速钢 在保护气体罐中，将高速钢钢水用高压惰性气体（Ar）雾
化成细小粉末，高速冷却下获得细小而均匀的组织，将粉末在 高温高压下压制成紧密的钢坯，在轧制或锻造成材。
与熔炼高速钢相比：韧性大、硬度高、磨削性能显著改善， 材料均匀，热处理变形小，质量稳定可靠，刀具耐用度较高。 成本较高。
➢硬质合金
和抗氧化能力；但抗弯强度、磨削性和导热性较低，低温脆性 大，韧性差，适合于高速切削钢料。
•YW类，即WC-Ti-TaC（NbC）-Co类硬质合金 在YT类的基础上加入了TaC（NbC）可以提高其抗弯强度、
疲劳强度、冲击韧性、高温硬度和强度、抗氧化能力、耐磨性 等。既可以加工铸铁及有色合金，又可以加工钢。
由硬度和熔点很高的金属碳化物和粘接剂烧结而成。常温硬度 HRC74-81，能耐800-1000 ℃高温，耐磨性好。
硬质合金的特点：允许的切削速度比高速钢高几倍甚至几十倍， 能切削某些难加工材料。抗弯强度和冲击、韧性比高速钢低得多， 切削刃不易磨得如高速钢那样锋利。
国际标准化组织ISO将切削用的硬质合金分为3 类 •YG类，即WC-Co类硬质合金
其热稳定性和化学惰性大大优于金刚石。不与铁原子反应， 可以加工铁基合金，钛合金和高硅铝合金，以及一些高温合金 等难加工材料。
3、刀具类型及结构的选择
➢根据刀具的用途和加工方法的不同分类
•切刀（车刀、刨刀、插刀、镗刀、成形车刀） •孔加工刀具（钻头、扩孔钻、绞刀） •拉刀、铣刀（圆柱形铣刀、端铣刀、立铣刀、横铣刀、 锯片铣刀） •螺纹刀具（丝锥、板牙和螺纹切刀）、齿轮刀具、磨 具（砂轮、砂带、油石） •数控机床用刀具、自动线刀具
➢高速钢
加入了较多w、mo、cr、v和co等合金元素的高合金工具钢。 淬火硬度HRC62-70。高速钢的耐热性好，可达到540-600℃， 耐磨性也有所提高。普通高速钢的切削速度可达0.4-0.5m/s。
高速钢的特点：硬度、耐磨性、耐热性不如硬质合金；但是它 的抗弯强度、冲击韧性比硬质合金好；而且工艺性能好，高温塑 性好，容易磨出锋利的切削刃，主要用于制造复杂刀具。它与硬 质合金相互补充不足▪ 刀具几何参数 ▪ 切削用量 ▪ 切削液
3.1 刀具材料、类型及结构的合理选择
1、刀具材料应具备的性能
刀具的工作环境：承受很大的切削力，很高的切削温度，强烈 的摩擦。对刀具切削部分材料的要求：
➢高的硬度 刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。切削刃的硬度一般 HRC60以上。