第7章工件材料的切削加工性

第第7 7章工件材料的切削加工性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性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v T来衡量相同切削条件比T T T一定 比速度v T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v T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 时切削某种材料所允许的切削速度 v T越高 材料的切削加工性越好 通常取T T 60min v T写作v60 难加工材料 v T为v15或v30 2 相对加工性K r以 b 0 637GPa的45钢的v60作为基准 写作作为基准 写作 v60 j 将某种材料的v60与其相比的比值 即K r v60 v60 j K r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 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 6 0 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 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 Fe33C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 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 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 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 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 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 钢高碳钢 先正火 球化退火 降低硬度 均匀组织 改善加工性 钢中碳钢 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 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 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 加工性工性切工性切高强度钢 调质 HRC s b38CrNi3Mo35 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r o较小 38CrNi3Mo r o 4 5 35CrMnSiAVA r o 0 4 尽量减小 尽量减小Kr 增大r 3 降低Vc 4 切削液 二 高强锰钢的切削加工性工性切工性切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 a k特高 4倍45钢 8倍45钢 加工硬化严重 HB500 导热系数小 导热系数小 0 25倍45钢 加工形成高硬氧化层 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YT 14 YG6X2 刀具角度r o 5 5 0 8 12 s 5 0 3 切削用量一般Vc 20 40m min瓷 用复合氧化铝陶瓷100m m in 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工性切1 冷硬铸铁 激 冷铸铁 概念量加入少量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 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 料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r o 4 0 0 4 6 s 5 0 尽量减小Kr 增大增大r 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 四 纯金属的加工紫铜 纯铝 纯铁特点HB b 小 导热系数大 F小 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 0 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 钢马氏体不 锈钢1Cr132Cr133Cr134Cr13铬不锈钢耐蚀结构钢耐蚀性稍差淬火铬 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气轮机叶片工具钢 医疗器 械锅炉管附件2 钢铁素体不锈钢0Cr131Cr173Cr17Ti1Cr28铬不锈钢 应用于硝酸和氮肥工业3 奥氏体不锈钢0Cr18Ni91Cr18Ni91Cr18Ni9 Ti铬镍不锈钢应用于硝酸和氮肥工业加工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 料刀具材料选YG YW YH类 不选YT 2 刀具角度ro 15 30 s 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