u引言 在保证产品质量的前提下，尽可能的降低成本和提高生产率，就是提高金属切削加工的技术经济效益。…… u教学内容正文 1.4 提高加工质量与生产率的途径 提高产品质量、降低成本和提高生产率，就是提高金属切削加工的技术经济效益。 影响切削加工的技术经济效益的主要因素包括加工质量、生产率和生产成本。 1.4.1生产率 生产率指在单位时间内生产合格零件的数量。 提高生产率的途径： 缩短基本工艺时间 缩短辅助时间 缩短其他时间 1.4.2刀具角度的合理选择 （一）前角的选择 1.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。但前角过大会削弱刀头强度和散热能力，容易造成崩刃。因而前角不能太小，也不能太大， 应有一个合理数值。 2.前角的选择原则 （1）主要根据工件材料的性质选择 （2）兼顾根据刀具材料的性质和加工性质 （二）后角、副后角及后刀面的选择 1.后角的功用 增大后角能减小后刀面与工件上加工表面间的摩擦，减少刀具磨损，还可以减小切削刃钝圆半径，使刀刃锋利，可减小工件表面粗糙度值。但后角过大会减小刀刃强度和散热能力。 2.后角的选择原则 后角主要根据切削厚度选择。 3.副后角的选择 副后角通常等于后角的数值。 (三)主、副偏角的选择 1.主、副偏角的功用 主偏角κr影响切削分力的大小，κr↑， Ff↑，Fp↓； 主偏角影响加工表面粗糙度值的大小，主偏角↑，加工表面粗糙度值↑； 主偏角影响刀具耐用度，主偏角↑，刀具耐用度↓； 主偏角也影响工件表面形状，车削阶梯轴时，选用κr =90o，车削细长轴 时，选用κr =75o～90o；为增加通用性，车外圆、端面和倒角时，可选用 κr =45o。 减小副偏角κr′，会增加副切削刃与己加工表面的接触长度，能减小表面粗糙度数值，并能提高刀具耐用度。但过小的副偏角会引起振动。 2.主、副偏角的选择 主偏角的选择原则是，在工艺系统刚度允许的情况下，选择较小的主偏角这样有利于提高刀具耐用度。在生产中，主要按工艺系统刚性选取。副偏角κr，主要是根据加工性质选取，一般情况下选取κr´=10°～15°精加工时取小值。特殊情况，如切断刀，为了保证刀头强度，可选κr´=1°～2°。 （四）刃倾角的选择 1.刃倾角的功用 (1) 控制切屑的流向 (2) 控制切削刃切入时首先与工件接触的位置 (3) 控制切削刃在切入与切出时的平稳性断续切削时，当刃倾角为零，切削刃与工件同时接触，同时切离，会引起振动；若刃倾角不等于零则切削刃上各点逐渐切入工件和逐渐切离工件，故切削过程平稳。 (4) 控制背向力与进给力的比值 2.刃倾角的选择 选择刃倾角时，应按照刀具的具体工作条件进行具体分析，一般情况可按加工性质选取。精车λs =0°～5°；粗车λs =0°～-5°；断续车削λs＝-30°～-45°；大刃倾角精刨刀λs＝75°～80°。 1.4.3切削用量的合理选择 切削用量三要素υc、ƒ、ap （一）切削用量选择的基本原则 1. 根据工件加工余量和粗、精加工要求，选定背吃刀量。 2.根据加工工艺系统允许的切削力，其中包括机床进给系统、工件刚度及精加工时表面粗糙度要求，确定进给量。 3. 根据刀具耐用度，确定切削速度。 4. 所选定的切削用量应该是机床功率允许的。 （二）合理切削用量的选择方法 1.确定背吃刀量 2.确定进给量 3.确定切削速度 在选择切削速度时，还应注意考虑以下几点： (1)精加工时,应尽量避免积屑瘤和鳞刺的产生区域； (2)断续加工时,宜适当降低切削速度； (3)加工大型、细长、薄壁工件时,应选用较低的切削速度；端面车削应比外圆车削的速度高一些； (4)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。 1.4.4切削液的合理选择 1．切削液的作用 （1）冷却作用 （2）润滑作用 （3）清洗与防锈作用 2．切削液的种类 （1）水溶性切削液水溶性切削液主要有水溶液、乳化液和化学合成液三种。 （2）油溶性切削液油溶性切削液主要有切削油和极压切削油两种。 （3）固体润滑剂常用的固体润滑剂是二硫化钼。 3．切削液的合理选用 切削液应根据工件材料、刀具材料、加工方法和技术要求等具体情况进行选用。高速钢刀具耐热性差，需采用切削液。通常粗加工时，主要以冷却为主，同时也希望能减少切削力和降低功率消耗，可采用3%～5%的乳化液；精加工时，主要目的是改善加工表面质量，降低刀具磨损，减少积屑瘤，可以采用15%～20%的乳化液。 硬质合金刀具耐热性高，一般不用切削液。若要使用切削液，则必须连续、充分地供应，否则因骤冷骤热，产生的内应力将导致刀片产生裂纹。切削铸铁一般不用切削液。 切削铜合金等有色金属时，一般不用含硫的切削液，以免腐蚀工件表面。切削铝合金时一般可不用切削液，但在铰孔和攻丝时，常加5:1的煤油与机油的混合液或轻柴油，要求不高时，也可用乳化液。 4．切削液的使用方法 切削液的其浇注部位、充足的程度与浇注方法的差异，将直接影响切削液的使用效果。切削变形区是发热的核心区，切削液应尽量浇注在该区。 1.4.5工件材料的切削加工性 工件材料的可切削加工性(machinability)是指对某种材料进行切削加工的难易程度。 1）以一定耐用度下的切削速度vT衡量加工性； 2）以切削力或切削温度衡量加工性； 3）以加工表面质量衡量加工性； 4）以切屑控制或断屑的难易衡量加工性； 5）相对加工性 Kv=υ60/(υ60)j 刀具寿命为60min时所允许的切削速度，用υ60表示以σb=0.735GPa的45钢的υ60为基准（υ60)j。 其它工件材料的υ60与(υ60)j的比值即为相对加工性Kv。 当Kv＞1时，该材料比45钢容易切削，例如有色金属Kv＞3； 当Kv＜1时，该材料比45钢难切削，例如高锰钢、钛合金Kv≤0.65，均属难加工材料。 1.碳素钢 低碳钢(<0.25%)：性软而韧。粗加工时不易断屑而影响操作过程，精加工时因切屑脱离母体时使已加工表面发生严重撕扯而产生大量细裂纹（鳞刺），又因易形成积屑瘤而严重影响精加工质量，故切削加工性较差；可通过正火处理使晶粒细化、硬度增加、韧度下降，便于切削加工。 中碳钢（0.3%～0.6%）：有较好的综合性能，其切削加工性较好； 高碳钢（0.6%～0.8%）：切削加工性次于中碳钢； （>0.8%）：性硬而脆，切削时刀具易磨损，故其切削加工性不好。 可通过球化退火来改善其切削加工性。 2.合金结构钢 合金结构钢的切削加工性一般低于含碳量相近的碳素结构钢。 3.普通铸铁 与具有相同基体组织的碳素钢相比，切削加工性好，其金相组织是金属基体加游离态石墨。 石墨：降低了铸铁的塑性，切屑易断，有润滑作用，使切削力小，刀具磨损小。 但石墨易脱落，使已加工表面粗糙。切削铸铁时形成崩碎切屑，造成切屑与前刀面的接触长度非常短，使切削力、切削热集中在刃区，最高温度在靠近切削刃的后刀面上。 4.铝、镁等非铁合金 硬度较低，且导热性好，故具有良好的切削加工性。 加工铝合金时，不宜采用陶瓷刀具。一般不使用切削液。 铝合金：乳化液和煤油 镁合金：严禁使用水剂和油剂，宜于自然空冷和采用压缩空气冷却。 可通过热处理方法，改变材料的金相组织和物理力学性能，也可通过调整材料的化学成分等途径。 生产实际中，热处理是常用的处理方法。 难加工材料包括难切金属材料和难切非金属材料两大类。 难切金属材料：高锰钢、高强度钢、不锈钢、高温合金、钛合金、高熔点金属及其合金、喷涂(焊)材料等。 难切非金属材料：陶瓷 (1) 改善切削加工条件 要求机床有足够大的功率，并处于良好的技术状态；加工工艺系统 应具有足够的强度和刚性，装夹要可靠；在切削过程中，要求均匀的机械进给，切忌手动进给，不容许刀具中途停顿。 (2) 选用合适的刀具材料 (3) 优化刀具几何参数和切削用量 (4) 对材料进行适当热处理 (5) 选用合适的切削液切削液供给要充足，且不要中断。 (6) 重视切屑控制根据加工要求控制切屑的断屑、卷屑、排屑并有足够的容屑空间，以提 高刀具寿命和加工质量。 |
（1）切削速度切削速度是指切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度。若主运动为旋转运动，切削速度为其最大的线速度。计算公式为:
（3）背吃刀量背吃刀量是指工件上已加工表面与待加工表面间的垂直距离。
工艺范围：