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1、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
2、越好。通常取T=60 min，vT写作v60；难加工材料，vT为v15或v30。,2.相对加工性Kr：以b=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)j,Kr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 1Cr18
3、Ni9Ti,（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、
4、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
5、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
6、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）HRC s b 38CrNi3Mo 3540 1.041.06GPa 1.11.14GPa 超高强度钢 35CrMnSiAVA 4449 1.35GPa 切削温度高（比切45钢高100200C）措施：1.刀具材料 选YT类，最好添加Ta、Nb如YW
7、；选YN类 2.刀具角度 ro较小，38CrNi3Mo ro=45 35CrMnSiAVA ro=0-4 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1.含锰量11%18%Mn 13（耐磨钢）40 M18Cr3（无磁高锰钢）2.水韧处理 3.特点 原始硬度不高，但、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、YG6X 2）刀具角度 ro=-55 0=812 s=-50 3）切削用量 一般Vc=2040m/min，用复合氧化铝陶瓷
8、 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=-40 0=46 s=-50 尽量减小Kr;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：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=2535 0=
9、112 锋利。,（五）不锈钢和高温合金的切削加工性,不锈钢品种：1）马氏体不锈钢 1Gr13 2Gr13 3Gr13 4Gr13 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 0Gr13 1Gr17 3Gr17Ti 1Gr28 铬不锈钢 应用于硝酸和氮肥工业,3）奥氏体不锈钢 0Gr18Ni9 1Gr18Ni9 1Gr18Ni9Ti 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 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 降低切削区材料的HB、b,2.低温切削（-180C)液氯、（-76C)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,
