切削原理与刀具7课件

1、12工件材料的切削加工性是指材料在一定条件下被切削加工成合格零件的难易程度。336003600rjvKv（2-10）4加工性 等级表2-12 材料相对加工性等级材料名称及种类相对加工性Kr代 表 性 材 料1很易切削材料一般有色金属3.0铜铝合金，铝铜合金，铝镁合金2容易切削材料易切削钢2.53退火l5Cr，b0.373o.441GPa自动机钢，b0.3930.491GPa3较易切削钢1.62.5正火30钢，b0.4410.549GPa4普通材料一般钢、铸铁1.01.645钢，灰铸铁5稍难切削材料0.651.02Crl3，调质b0.834GPa85，钢b0.883GPa6难加工材料较难切削材料

2、0.50.6545Cr，调质b1.03GPa65Mn，调质b0.9320.9817难切削材料0.150.550CrV, 调质；1Crl8Ni9Ti, 钛合金8很难切削材料0.15某些钛合金，铸造镍基高温合金5工件材料硬度的影响1）工件材料常温硬度对切削加工性影响：工件材料硬度越高，切削力越大，切削温度越高，刀具磨损越快。2）工件材料高温硬度的影响：工件材料高温硬度越高，加工性越差。这是因为切削温度对切削过程的有利影响（软化）对高温硬度高的材料不起作用。3）金属材料中硬质点对加工性的影响：金属中硬质点越多，形状越尖锐、分布越广，则材料的加工性越差。4）材料的加工硬化对切削加工性的影响：加工硬化性

3、越严重，切削加工性越差。6强度越高的材料，产生的切削力越大，切削时消耗的功率越多，切削温度亦越高，刀具容易磨损。因此，在一般情况下，加工性随工件材料强度提高而降低。 工件材料强度的影响工件材料塑性的影响7工件材料韧性的影响韧性大的材料，切削加工性较差：在断裂前吸收的能量多，切削功率消耗多；且断屑困难。工件材料弹性模量的影响材料的弹性模量E是衡量材料刚度（抵抗弹性变形的性能）的指标，E值越大，材料刚度越大，切削加工性越差。材料的切削加工性是上述这些机械性能（硬度、强度、塑性、韧性、弹性模量等）综合影响的结果。100图3-47 碳钢硬度与可切削性的关系0100200300400500255075可

4、切削性布氏硬度（HB）8如镁合金易燃烧，钛合金切屑易形成硬脆化合物等，不利于切削进行。工件材料导热系数的影响 工件材料物理化学反应的影响9表2-13 工件材料加工性分级表切削加工易切削较易切削较难切削难 切 削等级代号01234567899a9b硬度HB5050100100 150150200200 250250300300350350 400400480480635635 HRC 1424.824.832.332.338.138.1434350506060 抗拉强度b（GPa）0.1960.1960.4410.4410.5880.5880.7840.7840.980.981.1761.176

5、1.3721.372l.5681.6581.7641.7641.961.962.452.45延伸率()101015152020252530303535404050506060100100 冲击值k(kJ/m2)19619639239258858878478498098013721372176417641962196224502450294029403920 导热系数k(W/mK)418.68293.08293.08167.47167.4783.7483.4762.8062.8041.8741.8733.533.525.1225.1216.7516.758.378.37 10有色金属有色金属（如

6、铝及铝合金，铜及铜合金等）通常属于易切削材料。铸铁铸铁的加工性一般较碳钢好。比较各种铸铁加工性的好坏，主要取决于石墨的存在形式、基体组织状态、金属组织成分和热处理的影响。例如：灰铸铁，可锻铸铁和球墨铸铁中，石墨分别呈片状、团絮状和球状，因此它们的强度依次提高，加工性随之变差。，11碳素钢，合金工具钢12（1）调整化学成分 工件材料来自冶金部门，必要时工艺人员也可提出改善加工性的积极建议，如在不影响工件材料性能的条件下，适当调整化学成分，以改善其加工性。 如在钢中加入少量的硫、硒、铅、铋、磷等，虽略降低钢的强度，但也同时降低钢的塑性，对加工性有利。13 硫能引起钢的红脆性，但若适当提高锰的含量，

7、则可避免； 硫与锰形成的硫化锰，与铁形成硫化铁等，质地很软，可成为切削时塑性变形区中的应力集中源，能降低切削力，使切屑易折断，减小积屑瘤的形成，减少刀具磨损；硒、铅、铋也有类似作用,磷能降低铁素体的塑性，使切屑易于折断。14 同样成分的材料，金相组织不同，加工性也不同。低碳钢通过正火处理后，细化晶粒，硬度提高，塑性降低，有利于减小刀具的粘结磨损，减小积屑瘤，改善工件表面粗糙度；高碳钢球化退火后，硬度下降，可减小刀具磨损；不锈钢以调质到HRC28为宜，硬度过低，塑性大，工件表面粗糙度差，硬度高则刀具易磨损；白口铸铁可在9501000范围内长时间退火而成可锻铸铁，切削就较容易。 （3）选择加工性好

8、的材料状态 低碳钢经冷拉后，塑性大为下降，加工性好；锻造的坯件余量不均，且有硬皮，加工性很差，改为热轧后加工性得以已改善。1516（4）改善金属材料的切削加工性的其它方法 如采用合适的刀具材料，选择合理的刀具几何参数，合理地制订切削用量与选用切削液等。等离子焰加热工件切削（右图示），即改善加工性的一种积极措施。切削时等离子焰装置安放在工件上方，与刀具同步移动，火焰的温度达1500，可根据切削深度ap适当调整A值（约512mm），使工件表面温度达到1000左右,当ap切深层熔化后就被刀具,切去，所以工件并不热，即不影响工件的材质。等离子焰加热工件切削171819 2021，表2-14 难切削金属

9、材料的切削加工性比较（恶化顺序1234）影响切削加工性的因素难切削金属材料（淬火或析出硬化状态）高锰钢高 强 度 钢不 锈 钢高温 合金低合金高合金马氏体时效钢沉淀硬化型奥氏体型马氏体型索氏体型铁基镍基钴基钛合金硬度1234234131223122322高温强度11221l21123332微观硬质点 121231111123321与刀具亲和性111112222334导热性42223322343444加工硬化性4221232133432粘附件21111231133421相对切削加工性0.20.40.20.50.20.450.10.250.30.40.50.60.50.70.60.80.150.3

10、0.80.20.050.150.250.3822232425（1）水溶液 水溶液主要起冷却作用。由于水的导热系数、比热和汽化热均较大，故水溶液就是以水为主要成分并加入防锈添加剂的切削液。 常用的有电解水溶液和表面活性水溶液参见表。表表 水溶液配方水溶液配方26272829切削液也称冷却润滑液。切削液的冷却作用，能够降低切削温度，从而可以提高刀具耐用度和加工质量。通常采用的从前刀面上方往下浇注切削液的方法，由于受切屑排出的影响，冷却效果并不最好。有效的冷却方法应该使切削液从刀具主后刀面处往上喷射。也可采用喷雾冷却方法，使高速喷射的液体细化成雾状。然后在切削区域吸收大量热量而产生汽化现象。加工精密

11、细长零件时，为减少切削热影响而造成尺寸误差，除了保证均匀充分冷却外，应在零件全长浇注切削液以扩大冷却范围。30润滑作用边界润滑原理 切削液的润滑作用是通过切削液渗透到刀具与切屑、工件表面之间形成润滑膜而达到的。由于切削时各接触面间具有高速、高温、高压和粘结等特点，故切削液的渗透作用是较困难的。31 有些资料介绍，渗透是由于接触面间毛细管作用和刀具、工件、切屑间振动形成空隙后产生泵吸作用造成的。也有人认为，是与切削液分子的渗透作用有关。 润滑性能的好坏与形成的润滑油膜性质有关。切削液渗入至接触面间形成边界润滑状态。 边界润滑原理可用下图模型说明：a)单分子层 b)金属实际接触情况32 切削液中的

12、极性分子吸附在金属表面上形成一层单分子膜（甚至达到数个分子层程度）。 如图（a）所示，分子的极性端吸附在金属表面上，接触面间的相对运动是在分子尾部非极性端之间进行。若在外力作用下，接触面产生塑性变形，润滑油膜局部破裂出现了如图（b）接触点的粘结，形成边界润滑状态。边界润滑的摩擦力Ff是由粘结点摩擦力和润滑膜间摩擦力组成，即： 式中 A支承负荷面积； 实际接触面积所占比例； （1-）润滑膜面积所占比例； 1 、 2 分别为粘结点和润滑膜的剪切强度。)1 (21 AFf33 由上式可知，具有润滑膜的作用面间摩擦力与润滑膜的剪切强度2有关。剪切强度2小，阻力小，摩擦力Ff小。如果极性分子具有牢固的吸

13、附能力，适当的链长，低的剪切强度，则可获得良好的润滑效果。 边界润滑形成的油膜具有物理吸附和化学吸附两种结合性质。形成物理吸附的有动植物油、油酸、胺类和脂类等。切削液与金属接触生成化合物就形成化学吸附，例如切削液中加入极性高的硫、氯和磷添加剂称为“极压添加剂”，由它们形成的化学吸附在高温高压条件下不破裂，仍能有效地产生润滑作用。含氯极压添加剂在200300时与金属表面生成氯化物，它的剪切强度低、摩擦力小；含硫极压添加剂能形成牢固的吸附膜，虽然摩擦系数较大，但可耐750高温。34 浇注切削液能冲走在切削过程中留下的细屑或磨粒，从而能起到清洗、防止刮伤加工表面和机床导轨面的作用。 例如，在磨削、自

14、动生产线和深孔加工时，浇注切削液能起到清除切屑的作用。 如在切削液中加入防锈添加剂，如亚硝酸钠、磷酸三钠、三乙醇胺和石油磺酸钡等，可使金属表面生成保护膜，防止机床和工件受空气、水分和酸等介质的腐蚀，起到防锈作用。 此外，切削液应满足对人体无害，资源丰富，不变质和便于保存等要求。35363738 高速钢刀具粗加工时高速钢刀具粗加工时，应选用以冷却作用为主的切削液，主要目的是降低切削温度；硬质合金刀具粗加工时硬质合金刀具粗加工时可以不用切削液，必要时也可以来用低浓度的乳化液或水溶液，但必须连续地、充分地浇注。精加工切削时精加工切削时（包括铰削、拉削、螺纹加工、剃齿等），应选用润滑性能好的极压切削油

15、或高浓度的极压乳化液。硬质合金刀具精加工时硬质合金刀具精加工时采用的切削液与粗加工时基本相同，但应适当注意提高其润滑性能。切削高强度钢和高温合金等难加工材料，对切削液的冷却、润滑作用都有较高的要求，此时应尽可能采用极压切削油或极压乳化液。加工铜、铝及其合金加工铜、铝及其合金不能用含硫的切削液。 39 生产中使用的乳化液是由乳化剂加水配制而成。浓度低的乳化液含水比例多，主要起冷却作用，适用于粗加工和磨削；浓度高的乳化液，主要起润滑作用，适用于精加工。4,极压切削油和极压乳化液 在切削油或乳化液中加入了硫、氯和磷极压添加剂后，能在高温条件下显著提高冷却和润滑效果，特别在精加工、关键工序和难加工材料切削时尤为需要。 例如钻削50Mn19Cr4无磁耐热合金钢，它的硬度高（HRC3842）、强度高（b = 0.88GPa）、韧性大和导热性差，由于钻削力大，切削温度高，积屑瘤和冷硬严重，故钻头磨损很大。若选用20%氯