模塊一金屬切削原理課題四工件材料的切削加工性

機(jī)械制造工藝與裝備課題四工件材料的切削加工性模塊一金屬切削原理知識(shí)點(diǎn)評(píng)定材料切削加工性的主要指標(biāo)常用材料的切削加工性及改善措施技能點(diǎn)正確認(rèn)識(shí)評(píng)定材料切削加工性的主要指標(biāo)掌握常用材料的切削加工性及改善措施課題四工件材料的切削加工性一.任務(wù)引入在車削一批1Cr18Ni9Ti的不銹鋼圓軸時(shí)，發(fā)現(xiàn)切削溫度高，刀具易磨損，粘屑嚴(yán)重，斷屑困難，不易得到小的表面粗糙度值，刀具壽命低。為什么這種材料切削加工性差？如何評(píng)定一種材料的切削加工性？如何改善其切削加工性？

材料的切削加工性是指對(duì)某種材料進(jìn)行切削加工的難易程度。根據(jù)不同的要求，可以用不同的指標(biāo)來衡量材料的切削加工性。

不同的材料有不同的力學(xué)性能，由于強(qiáng)度、硬度、塑性等不同，在切削加工中，切削層的變形、所產(chǎn)生的切削力和切削熱、刀具的磨損及耐用度、加工表面的質(zhì)量也都不一樣，因此，正確認(rèn)識(shí)材料切削加工性及改善措施，對(duì)提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本有重要的影響。二.任務(wù)分析

1.以刀具耐用度T或一定耐用度下的切削速度vT衡量加工性

在相同切削條件下加工不同材料時(shí)，若一定切削速度下刀具耐用度T較長(zhǎng)或一定耐用度下切削速度vcT較大的材料，其加工性較好；反之，T較短或vcT較小的材料，其加工性較差。

（一）評(píng)定材料切削加工性的主要指標(biāo)

三.相關(guān)知識(shí)

在切削普通金屬材料時(shí)，用刀具耐用度達(dá)到60min時(shí)所允許的切削速度vc60高低來評(píng)定材料加工性的好壞。難加工材料用vc20來評(píng)定。此外，經(jīng)常使用相對(duì)加工性指標(biāo)，即以正火狀態(tài)45鋼的vc60為基準(zhǔn)，記作(vc60)j，其他材料的vc60與(vc60)j之比Kr稱為相對(duì)加工性，即

常用材料的相對(duì)加工性Kr分為八級(jí)。凡Kr大于1的材料，其加工性比45鋼好；Kr小于1者，加工性比45鋼差。2.加工表面質(zhì)量指標(biāo)在相同的加工條件下，比較加工后的表面質(zhì)量好壞（常用表面粗糙度，此外，還有用加工硬化和殘余應(yīng)力等）。加工后表面質(zhì)量好，加工性好；反之，加工性差。精加工時(shí)，常以此作為切削加工性指標(biāo)。

3.切削力、切削溫度和切削功率指標(biāo)

在相同切削條件下，切削力大，切削溫度高，消耗功率多，加工性差；反之，加工性好。在粗加工或機(jī)床剛性、動(dòng)力不足時(shí)，可用切削力或切削功率作為加工性指標(biāo)。

4.切屑控制難易程度指標(biāo)凡切屑容易控制或易斷屑的材料，其加工性好；反之，加工性差。在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，常以此為切削加工性指標(biāo)。

(1)硬度低、韌性好的材料

例如低碳鋼、鋁合金等材料，其硬度低、韌性好，切削時(shí)斷屑困難，易產(chǎn)生積屑瘤，影響加工表面質(zhì)量。

加工這類材料時(shí)常采用大前角、高速切削或大前角、低速、加切削液切削。在刀具上磨出斷屑槽并提高切削刃和刀面的刃磨質(zhì)量。此外對(duì)低碳鋼，進(jìn)行正火處理以細(xì)化晶粒，對(duì)鋁合金，用冷變形方法來提高材料的硬度，改善這類材料的切削加工性。

（二）常用材料的切削加工性及改善措施

1.普通金屬材料(2)硬度高、韌性差的材料

例如高碳鋼、碳素工具鋼及鑄鐵等材料，其硬度高、韌性差，切削時(shí)產(chǎn)生的切削力大，消耗功率多，刀具易磨損。

加工這類材料時(shí)常采用耐磨性高的YG、YT和YW類硬質(zhì)合金刀片，小的前角和主偏角，低的切削速度切削。此外，對(duì)于有“白口”的灰碳鐵可進(jìn)行高溫退火處理；對(duì)硬的可鍛鑄鐵、高碳鋼及碳素工具鋼采用退火處理，降低硬度，改善切削加工性。

難加工的金屬材料有高強(qiáng)度鋼、超高強(qiáng)度鋼、高錳鋼、冷硬鑄鐵、純金屬、不銹鋼、高溫合金、鈦合金等。

(1)高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度鋼

高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度鋼的半精加工、精加工和部分粗加工常在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下進(jìn)行。與加工正火45鋼相比，其切削力約提高20％～30％，切削溫度也相應(yīng)提高，故刀具磨損快，耐用度低。

根據(jù)以上特點(diǎn)，必須選用耐磨性強(qiáng)的刀具材料。在粗加工、半精加工和精加工時(shí)，應(yīng)分別采用不同牌號(hào)的YT類硬質(zhì)合金，刀具前角應(yīng)較小。例如加工38CrNi3MoVA時(shí)，取γo=4o～6o，加工35CrMnSiA時(shí)，取γo=0o～-4o。在工藝系統(tǒng)剛性允許的情況下，應(yīng)采用較小的主偏角和較大的刀尖圓弧半徑，以提高刀具的強(qiáng)度。切削用量應(yīng)比加工中碳正火鋼時(shí)適當(dāng)降低。2.難加工金屬材料

常用的高錳鋼有水韌處理的高錳鋼Mn13,無磁高錳鋼40Mn18Cr3、50Mn18Cr4WN等。它們的硬度、強(qiáng)度雖不高，但其塑性特別高，加工硬化特別嚴(yán)重。加工硬化后，硬度可達(dá)到500HBS，切削時(shí)表面易形成高硬度氧化膜。其熱導(dǎo)率小，切削溫度高又不易散熱。加工高錳鋼時(shí)，應(yīng)選用硬度高、有一定韌性、熱導(dǎo)率較大、高溫性能好的刀具材料。粗加工時(shí)，可采用退火處理YG類或YW類硬質(zhì)合金；精加工時(shí)，可采用YT14、YG6X等硬質(zhì)合金，用復(fù)合氧化鋁陶瓷刀具切削效果更好。適當(dāng)增大刀具前角，使切削力小、切削溫度低。減小主偏角、用負(fù)刃傾角改善散熱條件。磨出斷屑槽，確保斷屑。切削速度應(yīng)較低，一般為vc=20m/min～40m/min；用復(fù)合氧化鋁陶瓷刀具時(shí)，切削速度可達(dá)100m/min以上。加大切削深度和進(jìn)給量防止在硬化層內(nèi)切削。此外，在切削前，也可對(duì)高錳鋼進(jìn)行高溫回火處理來改善其切削加工性。(2)高錳鋼

(3)不銹鋼

不銹鋼有鉻不銹鋼，例如1Cr13、2Cr13、3Cr13，鎳不銹鋼常用的牌號(hào)是1Cr18Ni9Ti。不銹鋼的硬度、強(qiáng)度低，但伸長(zhǎng)率，沖擊韌度高，是45鋼的3倍，熱導(dǎo)率小，只為45鋼的1/3高溫硬化嚴(yán)重。因此，加工時(shí)切削溫度高，刀具易磨損，粘屑嚴(yán)重，斷屑困難，不易得到小的表面粗糙度值，刀具耐用度低。加工不銹鋼通常用韌性高的YG8、YG8N刀片，用YW類刀片能提高刀具耐用度，也可采用高性能高速鋼。選用較大前角(15o～20o、較大后角(10o)可減小切削變形和摩擦，選用較大的主偏角和負(fù)刃傾角，使切削力減小，刀頭強(qiáng)度增大。磨斷屑槽，使斷屑可靠。宜選用中等以上切削速度vc=40m/min～120m/min，切削深度和進(jìn)給量均宜適當(dāng)加大，避免切削刃和刀尖劃過硬化層。(4)高溫合金

高溫合金主要分為：鐵基合金、鎳基合金、鐵鎳基合金、鈷基合金。高溫合金在常溫時(shí)力學(xué)性能并不高，但由于組織中含有許多高熔點(diǎn)合金元素，如鐵、鈦、鉻、鎳、釩、鎢、鉬等，它們與其他合金元素及非金屬元素結(jié)合形成高硬度的化合物，所以高溫硬度、強(qiáng)度高。切削高溫合金變形阻力大，切削力大，加工硬化嚴(yán)重。熱導(dǎo)率小，切削溫度可達(dá)1000℃，所以高溫合金的切削加工性較差。加工高溫合金時(shí)可采用韌性好，導(dǎo)熱性好的YG、YW類硬質(zhì)合金加工，也可采用高性能高速鋼加工。宜采用偏小的前角(γo=0o～10o)以提高切削刃的強(qiáng)度，選用偏低的切削速度(vc

=30m/min～50m/min)，以降低切削溫度。此外，應(yīng)加大切削深度和進(jìn)給量，避免在硬化層內(nèi)切削。(5)鈦合金

常用的鈦合金有α鈦合金（TA）和α+β鈦合金(TC)。鈦合金的伸長(zhǎng)率、沖擊韌度均很小，所以在切削時(shí)，塑性變形小，變形系數(shù)很小切屑流出時(shí)與前刀面接觸面積小，僅為45鋼的1/2～1/3。其熱導(dǎo)率小，只為45鋼的1/5～1/7。切削熱集中在切削刃附近，切削溫度很高。加工表面經(jīng)常出現(xiàn)硬而脆的外皮，給以后工序帶來困難。

通常選用YG8、YG6X硬質(zhì)合金切削鈦合金，用YG6A切削效果更好。為提高切削刃強(qiáng)度和散熱條件，應(yīng)采用較小的前角(γ0=5o～10o)及磨負(fù)倒棱，磨出刀尖圓弧半徑，擴(kuò)大刀尖處散熱面積。切削速度不宜過高，一般為vc

=40m/min～50m/min。切削深度和進(jìn)給量宜適當(dāng)加大。(6)冷硬鑄鐵

冷硬鑄鐵的表面硬度很高，可達(dá)60HRC。此外，鎳鉻冷硬鑄鐵的高溫強(qiáng)度高，熱導(dǎo)率小，塑性很低，刀屑接觸長(zhǎng)度很小，切削力和切削熱都集中在切削刃附近，且不易傳散，因而切削很容易崩刃，刀具易磨損，耐用度低，所以，冷硬鑄鐵的切削加工性差。

可選用YG6、YG6X、YH3切削冷硬鑄鐵。用氧化鋁陶瓷或氮化硅陶瓷刀具加工，可提高刀具耐用度。為了提高切削刃和刀尖強(qiáng)度，一般選用較小的前角(γo=0o～-4o)，小主偏角(κr=15o～30o)，負(fù)刃傾角(λs≤0o～-5o)，較大刀尖圓弧半徑。用普通硬質(zhì)合金刀具切削冷硬鑄鐵的速度較低(vc<20m/min)，用氧化鋁陶瓷刀具可達(dá)60m/min。(7)純金屬

常用的純金屬如紫銅、純鋁、純鐵等，其硬度、強(qiáng)度都較低，熱導(dǎo)率大，對(duì)切削加工有利；但其塑性很高，切屑變形大，刀屑接觸長(zhǎng)度大并容易發(fā)生冷焊，生成積屑瘤，因此切削力較大，不易獲得好的加工表面質(zhì)量，斷屑困難。此外，它們的線膨脹系數(shù)較大，精加工時(shí)不易控制工件的加工精度。

加工純金屬，可以用高速鋼刀具，也可以用硬質(zhì)合金刀具。YG或YW類硬質(zhì)合金可用于加工紫銅、純鋁，YT或YW類硬質(zhì)合金可用于加工純鐵，應(yīng)采用大前角(γo=25o～35o,αo=10o～12o)，磨出鋒利的切削刃，以減小切屑變形。應(yīng)盡量采用較高的切削速度和較大的切削深度、進(jìn)給量，以提高生產(chǎn)率。加工不銹鋼通常用韌性高的YG8、YG8N刀片，用YW類刀片能提高刀具耐用度，也可采用高性能高速鋼。選用較大前角()、較大后角()可減小切削變形和摩擦，選用較大的主偏角和負(fù)刃傾角，使切削力減小，刀頭強(qiáng)度增大。磨斷屑槽，使斷屑可靠。宜選用中等以上切削速度=40m/min～120m/min，切削深