7章工件材料的切削加工性

第七章工件材料的切削加工性一、衡量材料切削加工性的指标工件材料切削加工性指材料被加工成合格零件的难易程度是一个相对的概念1.以刀具使用寿命T或切削速度vT来衡量相同切削条件比T；T一定，比速度vT或切除材料体积3.以已加工表面质量来衡量一般精加工，用Ra；精密零件，用加工硬化、残余应力2.以切削力或切削温度来衡量粗加工、机床刚性或功率不足用力或功率;导热差用温度4.以断屑性能来衡量自动机床、数控机床、自动线等，断屑性能是主要指标工件材料的相对加工性1.切削速度vT的含义：当刀具使用寿命为T(min)时切削某种材料所允许的切削速度。vT越高，材料的切削加工性越好。通常取T=60min，vT写作v60；难加工材料，vT为v15或v30。2.相对加工性Kr：以σb=0.637GPa的45钢的v60作为基准，写作(v60)j，将某种材料的v60与其相比的比值，即Kr＝v60/(v60)jKr仅反映不同材料对刀具使用寿命的影响程度，并未反映表面粗糙度和断屑问题，仅对选择切削速度有指导意义。若以某材料的Kr乘以45钢的切削速度即得该材料的许用切削速度。二、影响切削加工的因素（一）材料物理力学性能1.强度和硬度2.塑性3.韧性4.导热性5.其他物理性能及化学性质线膨胀系数弹性模量工件材料的物理力学性能对加工性的影响例45钢1Cr18Ni9Ti（二）材料化学成分1.碳钢低碳钢C%≼0.25%塑性韧性高、加工性差中碳钢C%0.3%~0.55%切削加工性好高碳钢C%≽0.60%强度硬度高、加工性差2.合金钢Ni、Si、Co、AL、与C亲合力弱，溶于铁素体，固溶强化强度硬度提高，塑性韧性下降；Ni例外，使F强度、韧性同时增加。Cr、W、Mo、V、Ti、Nb、与C亲合力强，形成碳化物、硬度提高、韧性增强。一般合金钢综合性能提高，常温及高温强度硬度提高、韧性增强；导热率降低；钢中硬质点增多。切削性能比碳素钢差（三）材料热处理状态和金相组织的影响1.F塑性高，纯铁加工性差2.P塑性适中，F、P比例接近加工性好2.M、S、Fe3C硬度高、刀具磨损大4.A塑性韧性高、加工性差三、常用金属材料的切削加工性（一）有色金属普通铝及铝合金、铜及铜合金，强度硬度低，导热性好，易切削。（二）铸铁白口铸铁硬度高（HBS600)，难切削；灰口铸铁硬度适中，强度塑性小，切削力较小，但高硬度碳化物对刀具有擦伤，崩碎切屑，切削力热集中刀刃上且有波动，刀具磨损率并不低，应采用低于加工钢的切削速度。球墨铸铁、可锻铸铁的强度塑性比灰铁高，切削性良好工件表面若有硬皮应进行退火处理。（三）结构钢碳素结构钢切削加工性取决于含碳量。低碳钢硬度低，塑韧性高，变形大，断屑难，粘屑，加工表面粗糙，加工性较差；高碳钢硬度高，塑性低，切削力大，温度高，刀具耐用度低，加工性差；中碳钢性能适中，加工性良好。合金结构钢强度硬度提高，切削加工性变差。四、改善切削加工性的途径（一）改善材料切削加工性的途径1.调整材料的化学成分钢中加硫、铅、钙等元素；铸铁中增加石墨成分2.进行适当的热处理低碳钢正火，降低塑性，提高整硬度；高碳钢（先正火）球化退火,降低硬度,均匀组织,改善加工性；中碳钢（正火）退火，均匀组织、硬度；不锈钢常要进行调质处理，降低塑性，以便加工；铸铁需进行退火处理，降低表皮硬度，消除内应力（二）改善切削加工条件1.选择合适的刀具材料和切削用量难加工材料，导热性差，选YG、YW合金或涂层刀片；刀具合理几何参数，断屑槽、卷屑槽，控制排屑；选择合理切削用量等。2.选用合适的设备和加工方法难加工材料加工，机床要有足够的功率和刚性；选择合适的切削液，供给充足；高硬度材料加工采用磨削加工更容易；3.选择切削加工性好的材料状态低碳钢选冷拔状态；中碳钢选热轧状态五、难加工材料的切削加工性（一）高强度钢、超高强度钢的切削加工性工性切高强度钢（调质）HRCσsσb38CrNi3Mo35~401.04~1.06GPa1.1~1.14GPa超高强度钢35CrMnSiAVA44~491.35GPa切削温度高（比切45钢高100~200°C）措施：1.刀具材料选YT类，最好添加Ta、Nb如YW；选YN类2.刀具角度ro较小，38CrNi3Moro=4~5°35CrMnSiAVAro=0~-4°尽量减小Kr;增大rε。3.降低Vc；4.切削液（二）高强锰钢的切削加工性工性切1.含锰量11%—18%Mn13（耐磨钢）40M18Cr3（无磁高锰钢）2.水韧处理3.特点原始硬度不高，但δ、ak特高（4倍45钢，8倍45钢）加工硬化严重，HB500；导热系数小，0.25倍45钢；加工形成高硬氧化层。4.措施1）刀具材料粗加工选YG、YW；精加工选YT14、YG6X2）刀具角度ro=-5~5°α0=8~12°λs=-5~0°3）切削用量一般Vc=20~40m/min，用复合氧化铝陶瓷100m/min；f、ap不能过小，避免硬化层。（三）冷硬铸铁和淬硬钢的切削加工工性切1.冷硬铸铁（激冷铸铁）概念：加入少量B，Cr，Mo等元素的低合金铸铁表面激冷表面硬度高，耐磨；心部有一定韧性。应用：轧辊、发动机凸轮轴、气门摇臂及挺杆。措施:1）刀具材料选细晶粒或超细晶粒YG类；或复合氧化铝陶瓷。2）刀具角度ro=-4~0°α0=4~6°λs=-5~0°尽量减小Kr;增大rε。2.淬硬钢组织M回火HRC60选CBN或磨削加工（四）纯金属的加工紫铜、纯铝、纯铁特点：HBσb小，导热系数大，F小δ高，冷焊，积屑瘤，断屑难，精加工性差措施:选高速钢、硬质合金均可。ro=25~35°α0=1~12°锋利。（五）不锈钢和高温合金的切削加工性1.不锈钢品种：1）马氏体不锈钢1Gr132Gr133Gr134Gr13铬不锈钢耐蚀结构钢耐蚀性稍差淬火+高温回火淬火+低温回火S回M气轮机叶片工具钢、医疗器械锅炉管附件2）铁素体不锈钢0Gr131Gr173Gr17Ti1Gr28铬不锈钢应用于硝酸和氮肥工业3）奥氏体不锈钢0Gr18Ni91Gr18Ni91Gr18Ni9Ti铬镍不锈钢应用于硝酸和氮肥工业加工：M、F不锈钢加工不太难；A不锈钢加工难加工A不锈钢措施：1）刀具材料选YG、YW、YN类；不选YT。2）刀具角度ro=15°~30°λs=-5°~-10°2.高温合金六、难加工材料切削技术的新发展1.加热切削法等离子加热、激光加热、电加热降低切削区材料的HB、σb2.低温切削（-180⁰C)液氯、（-76⁰C)液体CO2降低切削区温度3.振动切削法超声波加工4.真空中切削法Ti合金加工5.在惰性气体保护下切削Ti合金加工6.绝缘切削7.超高速切削