南通大机械制造工程学课件05影响切削加工效率及加工表面质量的因素

第五章

影响切削加工效率及加工表面质量的因素

第一节工件材料的切削加工性

1.工件材料的切削加工性的概念和衡量标志

材料的切削加工性笼统地说是指对某种材料进行切削加工的难易程度

衡量切削加工性的指标：常用材料的相对加工性Kv分八级,见表(4-1)2）以切削力或切削温度衡量切削加工性3）以已加工表面质量衡量切削加工性4）以切削控制或断屑的难易衡量切削加工性

一般以切削正火状态45钢的V60作为基准[写作(V60)ｊ],而把其他各种材料的V60同它相比，这个比值Kv称为相对加工性。1）以刀具寿命T或一定寿命下的切削速度vT衡量加工性2.影响工件材料切削加工性的因素

1）金属材料物理力学性能的影响

a.硬度和强度

硬度适中(HB160-200),加工性好.太硬,太软都不好加工.b.塑性

材料的塑性越大,越难加工.c.韧性

材料的韧性越大,越难加工.d.导热性

材料的导热性越好,越好加工.e.其他物理机械性能及化学性质

线膨胀系数弹性模量2)金属材料化学成分的影响

9.磷P*CMnSiCrNiMoPbPS0有利于加工方向不利于加工方向%1.碳C2.锰Mn3.硅Si4.铬Cr

5.镍Ni6.钼Mo7.铅Pb*8.硫S

*铸铁的切削加工性取决于其中的石墨数量和形态:灰铸铁:Fe3C和其他碳化物与片状石墨的混合体,硬度与中碳钢相近,脆性大,力为钢的45%球墨铸铁

可锻铸铁

:

切削加工性比灰铸铁和钢都好白可铁

(HRC52-55)

合金耐磨铸铁

(HRC62):

是目前最难加工的金属材料之一.3)金属材料热处理状态和金相组织的影响

铁素体

太软太韧

渗碳体

硬度高

珠光体

球状珠光体加工性最好

片状珠光体硬度较高

索氏体和托氏体

比珠光体硬度高

马氏体

硬度高韧性和塑性低

切削加工性很差

奥氏体

韧性和塑性很高切削加工性较差3.改善切削加工性的途径

a.通过热处理改变材料的组织和机械性能

高碳钢:

硬度高加工困难可球化退火降低硬度

中碳钢:

组织不均匀可正火或退火

低碳钢:

硬度低塑性高可正火或调质

铸铁

:

一般在加工前退火b.调整材料的化学成分硫,磷,硒,铋,钙,铅━━有利于切削加工

4.难加工金属材料的切削加工性

随着科学技术的不断发展,对材料的要求不断提高……难加工金属材料主要特征:

1)

高硬度

2)高强度

3)高塑性和高韧性

4)低塑性和高脆性

5)低导热性

6)有大量硬质点或硬夹杂物

7)化学性能活泼1)高强度、超高强度钢的切削加工性

2)高锰钢的切削加工性

3)冷硬铸铁和淬硬钢的切削加工性

4)纯金属的加工

5)不锈钢和高温合金的切削加工性

6)钛合金的切削加工性一、刀具材料应当具备的性能第二节刀具材料的合理选择1.刀具材料基本要求：1)硬度：

必须高于工件材料（>HRC62）2)耐磨性：

抵抗刀具磨损的能力3)强度和韧性：

承受切削力,冲击和振动的能力

（强度:抗弯强度σ

韧性:冲击值φ）4)耐热性：

在高温下保持以上性能的能力5)导热性和膨胀系数：导热性:传递热量的能力.

（膨胀系数:刀具热变形大小）6)工艺性：

便于制造,加工

碳素工具钢,合金工具钢,高速钢,硬质合金2.刀具材料类型陶瓷,金刚石,立方氮化硼常见的刀具材料有:韧性硬度高速钢硬质合金二、

高速钢高速钢是加入了钨(W)，钼(Mo)，铬(cr)，钒(V)等合金元素的高合金工具钢。钨和钼提高了硬度和耐磨性，为了提高温度硬度，添加了钴，铝等；为了提高耐磨性，可适当增加含钒量。高速钢的强度，韧性和工艺性能都较好，刀具都可用高速钢制造，尤其是形状复杂的刀具和小型刀具。目前，高速钢占刀具材料总使用量的60%以上。

HighSpeedSteel----HSS1.普通高速钢

1）W18Cr4V

(18-4-1)

属钨系高速钢2）W6Mo5Cr4V2

(6-5-4-2)

属钨钼系高速钢3）W9Mo3Cr4V

是近年我国研制的一种钨钼系高速钢4）W14Cr4VMn-RE

有较大的塑性，可以作热轧刀具用2.高性能高速钢

高性能高速钢的常温度可达HRC67-70,可以用于高强度钢，高温合金，钛合金等难加工材料的切削加工，并可以提高刀具的使用寿命。

3）铝高速钢

W6Mo5Cr4V2Al:(501)

我国独创无钴高速钢,与M42相当.无钴,便宜.可磨性略低于M42.1）钴高速钢

M42:(W2Mo9C4VCo8)综合性好,硬度高(HRC70).价格高(钴贵).适合加工高温合金、不锈钢.

2）低钴高速钢

W12Mo3Cr4V3Co5Si:耐磨性比M42好,韧性比M42差.3.粉末冶金高速钢

4.涂层高速钢

优点：1）提高钢材的强度和硬度2）减少热处理变形和应力3)显著提高磨削加工性4)显著提高材料利用率高速钢粉末→压制成形→高温烧结→粉末冶金高速钢

表层镀膜（2μm）（TiN,TiC,TiCN,TiAlN,AlTiN,TiAlCN,DLC,CBC)硬度>2200HV使切削力，温度下降25%三、硬质合金

硬质合金:由高硬度,难熔的金属化合物(WC,TiC)的粉末,用钴,镍等金属作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品.硬质合金是当今应用最广泛的刀具材料之一.(30-40%)

表4-7常用硬质合金牌号与性能P78

允许切削温度达800-1000°C

切削速度达100-200m/min

硬质合金是脆性材料,冲击韧性仅为高速钢的1/8--1/30(最大弱点)

HardCarbide----HC1.高温碳化物

1）碳化物的种类和性能2）碳化物粒度WC

熔点低

硬度低

弹性模量高

密度高TiC

熔点高

硬度高

弹性模量低

密度低碳化物的粒度越细，则有利于提高硬质合金硬度与耐磨性。

碳化物粒度均匀性，也影响硬质合金性能。2.硬质合金的种类和牌号

YT类(ISOP类

)

钨钛钴类

主要用于加工钢.(YT30TiC含量)YG类(ISOK类

)

钨钴类

主要用于加工铸铁,有色金属,非金属材料.(YG6Co含量)YW类(ISOM类

)

钨钛钽钴类3.硬质合金的性能

5）抗冷焊性

与钢发生冷焊的温度高于高速钢1）硬度

硬度随WC,TiC成正比,随粘结剂含量成反比.2）抗弯强度和韧性

随粘结剂含量成正比.3）导热系数

(TiC<WC)4）线膨胀系数

(硬质合金<<高速钢)4.硬质合金的选用

主要用于高速切削钢.(与钢料摩擦时,抗磨损性好.)WC-Co

(YG)：

K类

主要用于加工铸铁,有色金属,非金属材料.(韧性好,抗冲击性好)WC-Ti-Co

(YT)：P类

表4-8硬质合金的用途P80

5.新型硬质合金

6）高速钢基硬质合金1）添加钽,铌的硬质合金2）涂层硬质合金3）细晶粒和超细晶粒硬质合金4）TiC基和Ti(C,N)基硬质合金5）添加稀土元素的硬质合金四、其他刀具材料

1.陶瓷

抗弯强度：0.4--0.5GPa(40--50kgf/mm2)

(HSS:3-3.5GPa;HC:1-1.5GPa)

硬度：HRA91--95

(HSS:65-70HRC;HC:90HRA)2.金刚石

硬度高：HV10000(HC:HV1300-1800)

适合加工陶瓷,硬质合金,也可加工有色金属.

*不适合加工钢,铁;

<700°C;造价高

天然金刚石

人造金刚石石墨经高温高压处理转化而来.3.立方氮化硼(CBN)

立方氮化硼(CBN)高温高压处理转化而来.硬度HV8000第三节合理的刀具几何参数的选择

一、选择刀具合理几何参数的意义和内容

1.概述

在保证加工质量的前提下，能够满足刀具使用寿命长、生产效力高、加工成本低的刀具几何参数，称为刀具的合理几何参数。2.刀具合理几何参数的基本内容

1）刃形2）切削刃刃区的剖面型式及参数3）刀面型式及参数图4）刀具角度3.选择刀具合理几何参数的一般性原则

1）要考虑工作的实际情况

2）要考虑刀具材料和刀具结构

3）要注意各个几何参数之间的联系

4）要考虑具体的加工条件

二、前角、后角的功能及其选择

1.前角的功用（1）影响切削区域的变形程度

（2）影响切削刃与刀头的强度、受力性质和散热条件

（3）影响切屑形态和断屑效果

（4）影响已加工表面质量

2.合理前角值的选择合理前角γopt的概念

3.前刀面的选择4.后角的功用5.合理后角值的选择三、主偏角、副偏角的功能及其选择

1.主偏角的功用2.主偏角的选用3.副偏角的功用4.副偏角的选用5.刀尖角的功用和选用四、刃倾角的功能及其选择

第四节切削液及其选用

一、切削液的分类

水溶液

主要成份是水,冷却性能好.

乳化液

乳化油用水稀释性能界于两者之间.

切削油

主要成份是矿物油,润滑性能好.

二、切削液的作用机理

a)切削液的冷却作用

b)切削液的润滑作用

c)切削液的清洗作用d)切削液的防锈作用

三、切削液的添加剂

1.油性添加剂和极压添加剂

1）含硫的极压添加剂

2）含氯的极压添加剂

3）含磷的极压添加剂

2.防锈添加剂

1）水溶性防锈添加剂

2）油溶性防锈添加剂3.防霉添加剂4.抗泡沫添加剂5.乳化剂

a)乳化液形成