機(jī)械材料切削性能研究3

1、徐州建筑學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院 專業(yè)?？飘厴I(yè)論文 機(jī)械材料切削加工性能的研究 學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：專 業(yè)：年 級(jí)： 教 學(xué) 點(diǎn)：江蘇省交通技師學(xué)院二0一二年六月摘要：材料的化學(xué)成分不一樣, 材料的組織結(jié)構(gòu)不同, 熱處理的方法不同, 力學(xué)性能也不同, 其切削加工性也完全不同。而切削加工性又會(huì)影響刀具的耐用度、零件表面質(zhì)量、產(chǎn)品的生產(chǎn)率, 甚至使被加工零件變成次品、廢品。因此, 必須對(duì)影響工件材料切削加工性的因素進(jìn)行分析, 為以后選擇正確的加工工藝路線提供依據(jù)。主要對(duì)影響工件材料切削加工的各種因素如材料的力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能、化學(xué)成分、金相組織等進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析, 并提出了改善工件材

2、料切削加工性的基本途徑。關(guān)鍵詞：切削加工、熱處理、工藝路線，物理特性 abstract: chemical composition is not the same as the organizational structure of the material, heat treatment, mechanical properties, its machinability is also completely different. cutting would affect the durability of the tool parts surface quality, the product

3、 of productivity, even the parts to be processed into defective, waste. therefore, we must analyze the factors affecting the machinability of the workpiece material to provide a basis for the future to select the correct processing line. on a variety of factors influence the machining of the workpie

4、ce material, such as the mechanical properties, physical properties, chemical properties, chemical composition, microstructure, etc. in a more detailed analysis, and basic way to improve workpiece material machinability.keywords: machining, heat treatment, process route, the physical characteristics

5、 目錄1 緒論51.1 概述51.2 機(jī)械材料切削發(fā)展歷史51.3 材料切削的技術(shù)特點(diǎn)72 衡量材料切削加工性的指標(biāo)112.1 生產(chǎn)率和刀具耐用度112.2 切削力的大小和切削溫度高低112.3 加工質(zhì)量112.4 工作穩(wěn)定性和安全生產(chǎn)123 影響工件材料切削加工性的因素133.1力學(xué)性能對(duì)切削加工性的影響133.2物理、化學(xué)性能對(duì)切削加工性的影響133.3化學(xué)成分對(duì)切削加工性的影響143.4金相組織對(duì)切削加工性的影響153.5切削用量、刀具角度對(duì)切削加工性的影響153.6其他因素對(duì)切削加工性的影響164 改善工件材料切削加工性的途徑174. 1改變化學(xué)成分174. 2進(jìn)行合理的熱處理174.

6、 3改善切削條件174. 4優(yōu)選加工方法184. 5提高毛坯的質(zhì)量185 提高切削加工技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的途徑195.1縮減時(shí)間定額195.2采用合理的刀具角度195.3 采用合理的熱處理工藝195.4采用先進(jìn)工藝方法206 結(jié)論21致謝22參考文獻(xiàn)23231 緒論1.1 概述材料的切削加工性能是指工件材料被切削加工成合格零件或產(chǎn)品的難易程度。材料的化學(xué)成分不一樣, 材料的組織結(jié)構(gòu)不同, 熱處理的方法不同, 力學(xué)性能也不同, 其切削加工性也完全不同。而切削加工性又會(huì)影響刀具的耐用度、零件表面質(zhì)量、產(chǎn)品的生產(chǎn)率, 甚至使被加工零件變成次品、廢品。因此, 必須對(duì)影響工件材料切削加工性的因素進(jìn)行分析, 為以

7、后選擇正確的加工工藝路線提供依據(jù)。1.2 機(jī)械材料切削發(fā)展歷史機(jī)械材料切削原理的研究始于19世紀(jì)中葉。1851年，法國(guó)人m.科克基拉最早測(cè)量了鉆頭切削鑄鐵等材料時(shí)的扭矩，列出了切除單位體積材料所需功的表格1864年，法國(guó)人若塞耳首先研究了刀具幾何參數(shù)對(duì)切削力的影響1870年，俄國(guó)人.季梅首先解釋了切屑的形成過程，提出了金屬材料在刀具的前方不僅受擠壓而且受剪切的觀點(diǎn)。1896年，俄國(guó)人.布里克斯開始將塑性變形的概念引入金屬切削。至此，切屑形成才有了較完整的解釋。1904年，英國(guó)人j.f.尼科爾森制造了第一臺(tái)三向測(cè)力儀，使切削力的研究水平跨前了一大步。1907年美國(guó)人f.w.泰勒研究了切削速度對(duì)刀

8、具壽命的影響，發(fā)表了著名的泰勒公式。1915年，俄國(guó)人.烏薩喬夫?qū)犭娕疾宓娇拷邢魅械男】字袦y(cè)得了刀具表面的溫度（常稱人工熱電偶法），并用實(shí)驗(yàn)方法找出這一溫度同切削條件間的關(guān)系19241926年，英國(guó)人e.g.赫伯特、美國(guó)人h.肖爾和德國(guó)人k.科特文各自獨(dú)立地利用刀具同工件間自然產(chǎn)生熱電勢(shì)的原理測(cè)出了平均溫度（常稱自然熱電偶法）。 19381940年美國(guó)人h.厄恩斯特和m.e.麥錢特利用高速攝影機(jī)通過顯微鏡拍攝了切屑形成過程，并且用摩擦力分析和解釋了斷續(xù)切屑和連續(xù)切屑的形成機(jī)理。40年代以來，各國(guó)學(xué)者系統(tǒng)地總結(jié)和發(fā)展了前人的研究成果，充分利用近代技術(shù)和先進(jìn)的測(cè)試手段，取得了很多新成就，發(fā)表了

9、大量的論文和專著。例如，美國(guó)人s.拉馬林加姆和j.t.布萊克于1972年通過掃描電鏡利用微型切削裝置對(duì)切屑形成作了動(dòng)態(tài)觀察，得到用位錯(cuò)力學(xué)解釋切屑形成的實(shí)驗(yàn)根據(jù)。在切削加工過程中, 刀具與工件有著對(duì)立和統(tǒng)一的關(guān)系. 當(dāng)一方有了進(jìn)展或提出新的問題時(shí), 經(jīng)常推動(dòng)另外一方的發(fā)展與前進(jìn).一般來說, 由于生活、生產(chǎn)或戰(zhàn)爭(zhēng)的需要, 工件一方的情況經(jīng)常發(fā)生變化. 例如, 工件材料的機(jī)械性能(如強(qiáng)度、硬度) 不斷提高、產(chǎn)品的品種和批量逐漸增多、加工精度的要求日益提高、工件的結(jié)構(gòu)及形狀不斷復(fù)雜化和多樣化等. 這樣, 就不斷向刀具提出更新、更高的要求. 當(dāng)?shù)毒卟荒軡M足這些要求時(shí), 就促使人們改進(jìn)刀具, 提高其性能

10、, 以適應(yīng)新的情況.。刀具性能提高了,反過來推動(dòng)工件進(jìn)一步發(fā)展, 接著工件又推動(dòng)刀具繼續(xù)前進(jìn)。要全面論述這個(gè)問題, 要用很大篇幅和很多資料. 本文先從工件、刀具雙方材料的發(fā)展來加以說明. 從18 世紀(jì)中葉到19 世紀(jì)中葉, 工件材料多為灰鑄鐵、熟鐵和鋼合金, 它們較易加工, 當(dāng)時(shí)所用的高碳工具鋼刀具在切削性能方面已可勝任. 19 世紀(jì)中葉以后, 由于采用了轉(zhuǎn)爐和平爐煉鋼, 鋼的產(chǎn)量迅速增加, 逐步代替了灰鑄鐵、熟鐵等, 成為主要的結(jié)構(gòu)材料. 鋼的加工要難一些. 用高碳工具鋼刀具加工普通鋼材, 只能采用5 10 m m in- 1的切削速度. 生產(chǎn)率過低, 于是高碳工具鋼已不能適應(yīng)新的加工要求.

11、 1865 年, 英國(guó)人墨希特(m ushet r) 發(fā)明了合金工具鋼, 使切削速度提高到8 12m m in- 1. 這樣的提高幅度, 仍是很有限的. 1898 年, 泰勒和懷特發(fā)明了高速鋼, 切削普通鋼材的速度一下子提高到30m m in- 1. 這就使切削加工效率得到大幅度的提高, 成為金屬切削歷史上的一次重大變革.剛剛發(fā)明高速鋼時(shí), 刀具材料對(duì)于當(dāng)時(shí)加工的需要大體上是適應(yīng)的. 然而, 進(jìn)入20 世紀(jì)以后, 作為主要工件材料的各種合金鋼和鑄鐵, 其機(jī)械性能日益提高. 尤其是20 世紀(jì)中葉以來,各種高強(qiáng)度鋼、高錳鋼、不銹鋼、高硬耐磨鑄鐵、高溫合金、鈦合金, 以及各種非金屬材料、復(fù)合材料等難

12、加工材料相繼出現(xiàn), 高速鋼刀具加工這些材料時(shí)效率又嫌太低, 或者根本切不動(dòng). 于是, 人們又改進(jìn)高速鋼的化學(xué)成分與熱處理方法, 提高高速鋼的切削性能, 出現(xiàn)了很多新型高速鋼, 如含鈷、高釩超硬高速鋼等. 另外又利用高硬度的高溫碳化物和金屬粘結(jié)劑, 經(jīng)粉末冶金工藝制成硬質(zhì)合金. 本世紀(jì)20 年代至30 年代初, 先后制成鈷鎢類和鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金, 并逐步用于生產(chǎn). 硬質(zhì)合金刀具加工某些金屬的效率, 可比高速鋼提高4 10 倍. 而且硬質(zhì)合金硬度很高, 可以切削高速鋼所加工不了的材料. 但是, 硬質(zhì)合金脆性較大, 可加工性又差, 因此只能在部分加工范圍內(nèi)代替高速鋼使用. 隨后, 又出現(xiàn)了陶瓷、立方

13、氮化硼、人造金剛石等更為先進(jìn)的刀具材料, 它們的硬度和耐磨性又超過了硬質(zhì)合金. 然而, 這些新刀具材料都因?yàn)檫^脆, 加上價(jià)格昂貴、或?qū)δ承┘庸で闆r不適應(yīng)等原因, 直到最近它們的使用面還不夠廣. 目前, 切削加工仍處在大量使用高速鋼與硬質(zhì)合金的時(shí)代, 高速鋼材料約占全部刀具的40% 50% , 硬質(zhì)合金約占50% 60%. 用硬質(zhì)合金、陶瓷等先進(jìn)刀具材料, 可以切削硬度達(dá)hrc60 以上的淬硬鋼和冷硬鑄鐵, 也能夠解決其它各種難加工材料的加工問題. 正因?yàn)槿绱? 這些難加工材料才能夠用于工業(yè)生產(chǎn). 而在19 世紀(jì)或20 世紀(jì)初, 要加工這些材料, 是根本不可想象的。1.3 材料切削的技術(shù)特點(diǎn)（1

14、）切削力切削時(shí)刀具的前面和后面上都承受法向力和摩擦力，這些力組成合力f，在外圓車削時(shí)，一般將這個(gè)切削合力f分解成三個(gè)互相垂直的分力：切向力f它在切削速度方向上垂直于刀具基面，常稱主切削力；徑向力f在平行于基面的平面內(nèi)，與進(jìn)給方向垂直，又稱推力；軸向力f在平行于基面的平面內(nèi)，與進(jìn)給方向平行，又稱進(jìn)給力。一般情況下，由于刀具的幾何參數(shù)刃磨質(zhì)量和磨損情況的不同和切削條件的改變，f對(duì)f的比值在很大的范圍內(nèi)變化。切削過程中實(shí)際切削力的大小，可以利用測(cè)力儀測(cè)出。測(cè)力儀的種類很多，較常用的是電阻絲式和壓電晶體式測(cè)力儀。測(cè)力儀經(jīng)過標(biāo)定以后就可測(cè)出切削過程中各個(gè)分力的大小。 （2）切削熱 切削金屬時(shí)，由于切屑剪

15、切變形所作的功和刀具前面、后面摩擦所作的功都轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，這種熱叫切削熱。使用切削液時(shí)，刀具、工件和切屑上的切削熱主要由切削液帶走；不用切削液時(shí)，切削熱主要由切屑、工件和刀具帶走或傳出，其中切屑帶走的熱量最大，傳向刀具的熱量雖小，但前面和后面上的溫度卻影響著切削過程和刀具的磨損情況，所以了解切削溫度的變化規(guī)律是十分必要的。 （3）切削溫度 切削過程中切削區(qū)各處的溫度是不同的，形成一個(gè)溫度場(chǎng)切屑和工件的溫度分布，這個(gè)溫度場(chǎng)影響切屑變形、積屑瘤的大小、加工表面質(zhì)量、加工精度和刀具的磨損等，還影響切削速度的提高。一般說來，切削區(qū)的金屬經(jīng)過剪切變形以后成為切屑,隨之又進(jìn)一步與刀具前面發(fā)生劇烈摩擦，所以溫度

16、場(chǎng)中溫度分布的最高點(diǎn)不是在正壓力最大的刃口處，而是在前面上距刃口一段距離的地方。切削區(qū)的溫度分布情況，須用人工熱電偶法或紅外測(cè)溫法等測(cè)出。用自然熱電偶法測(cè)出的溫度僅是切削區(qū)的平均溫度。 （4）刀具磨損 刀具在切削時(shí)的磨損是切削熱和機(jī)械摩擦所產(chǎn)生的物理作用和化學(xué)作用的綜合結(jié)果。刀具磨損表現(xiàn)為在刀具后面上出現(xiàn)的磨損帶、缺口和崩刃等，前面上常出現(xiàn)的月牙洼狀的磨損，副后面上有時(shí)出現(xiàn)的氧化坑和溝紋狀磨損等。當(dāng)這些磨損擴(kuò)展到一定程度以后就引起刀具失效，不能繼續(xù)使用。刀具逐漸磨損的因素，通常有磨料磨損、粘著磨損、擴(kuò)散磨損、氧化磨損、熱裂磨損和塑性變形等。在不同的切削條件下，尤其是在不同切削速度的條件下，刀具

17、受上述一種或幾種磨損機(jī)理的作用。例如，在較低切削速度下，刀具一般都因磨料磨損或粘著磨損而破損；在較高速度下，容易產(chǎn)生擴(kuò)散磨損、氧化磨損和塑性變形。（5）刀具壽命刀具由開始切削達(dá)到刀具壽命判據(jù)以前所經(jīng)過的切削時(shí)間叫做刀具壽命(曾稱刀具耐用度)，刀具壽命判據(jù)一般采用刀具磨損量的某個(gè)預(yù)定值，也可以把某一現(xiàn)象的出現(xiàn)作為判據(jù)，如振動(dòng)激化、加工表面粗糙度惡化，斷屑不良和崩刃等。達(dá)到刀具壽命后，應(yīng)將刀具重磨、轉(zhuǎn)位或廢棄。刀具在廢棄前的各次刀具壽命之和稱為刀具總壽命。生產(chǎn)中常根據(jù)加工條件按最低生產(chǎn)成本或最高生產(chǎn)率的原則，來確定刀具壽命和擬定工時(shí)定額。 (6)切削加工性 指零件被切削加工成合格品的難易程度。它根

18、據(jù)具體加工對(duì)象和要求，可用刀具壽命的長(zhǎng)短、加工表面質(zhì)量的好壞、金屬切除率的高低、切削功率的大小和斷屑的難易程度等作為判據(jù)。在生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中，常以作為某種材料的切削加工性的指標(biāo)，它的含義是：當(dāng)?shù)毒邏勖鼮榉昼姇r(shí)，切削該材料所允許的切削速度。越高，表示加工性越好，一般取60、30、20或10分鐘。 (7)加工表面質(zhì)量 通常包括表面粗糙度加工硬化殘余應(yīng)力、表面裂紋和金相顯微組織變化等。切削加工中影響加工表面質(zhì)量的因素很多，例如刀具的刀尖圓弧半徑進(jìn)給量和積屑瘤等是影響表面粗糙度的主要因素，刀具的刃口鈍圓半徑和磨損及切削條件是影響加工硬化和殘余應(yīng)力的主要因素。因此，生產(chǎn)中常通過改變刀具的幾何形狀和選擇合

19、理的切削條件來提高加工表面質(zhì)量。 (8)切削振動(dòng) 切削過程中，刀具與工件之間經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生自由振動(dòng)、強(qiáng)迫振動(dòng)或自激振動(dòng)(顫振)等類型的機(jī)械振動(dòng)。自由振動(dòng)是由機(jī)床零部件受到某些突然沖擊所引起，它會(huì)逐漸衰減。強(qiáng)迫振動(dòng)是由機(jī)床內(nèi)部或外部持續(xù)的交變干擾力（如不平衡的機(jī)床運(yùn)動(dòng)件、斷續(xù)切削等）所引起，它對(duì)切削產(chǎn)生的影響取決于干擾力的大小及其頻率。自激振動(dòng)是由于刀具與工件之間受到突然干擾力（如切削中遇到硬點(diǎn)）而引起初始振動(dòng)，使刀具前角、后角和切削速度等發(fā)生變化，以及產(chǎn)生振型耦合等，并從穩(wěn)態(tài)作用的能源中獲得周期性作用的能源，促進(jìn)并維持振動(dòng)。通常，根據(jù)切削條件可能產(chǎn)生各種原生型自激振動(dòng)，從而在加工表面上留下的振紋，

20、又會(huì)產(chǎn)生更為常見的再生型自激振動(dòng)。上述各種振動(dòng)通常都會(huì)影響加刀表面質(zhì)量，降低機(jī)床和刀具的壽命，降低生產(chǎn)率，并引起噪聲，極為有害，必須設(shè)法消除或減輕。 (9)切屑控制 指控制切屑的形狀和長(zhǎng)短。通過控制切屑的卷曲半徑和排出方向，使切屑碰撞到工件或刀具上，而使切屑的卷曲半徑被迫加大，促使切屑中的應(yīng)力也逐漸增加，直至折斷切屑的卷曲半徑可以通過改變切屑的厚度、在刀具前面上磨制卷屑槽或斷屑臺(tái)來控制，其排出方向則主要靠選擇合理的主偏角和刃傾角來控制?，F(xiàn)代人們已能用兩位或三位數(shù)字編碼的方式來表示各種切屑的形狀，通常認(rèn)為短弧形切屑是合理的斷屑形狀。(10)切削液也稱冷卻潤(rùn)滑液，用于減少切削過程中的摩擦和降低切削

21、溫度，以提高刀具壽命、加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。常用的切削液有切削油、乳化液和化學(xué)切削液3類。2 衡量材料切削加工性的指標(biāo)材料的切削加工性是一個(gè)綜合性指標(biāo), 主要表現(xiàn)在刀具的耐用度、零件的表面質(zhì)量、產(chǎn)品的生產(chǎn)率, 站在不同角度, 衡量工件材料加工性的指標(biāo)也就不同。這主要取決于所處的切削條件及在此條件下影響材料切削加工性的主要因素。2.1 生產(chǎn)率和刀具耐用度 (1) 在保證高生產(chǎn)率的條件下, 用加工這種材料時(shí)的刀具耐用度來衡量切削加工性。即耐用度和切削速度( 生產(chǎn)率) 都高, 說明材料的切削加工性好。(2) 在保證相同的耐用度前提下, 用切削這種材料允許的切削速度高低來衡量。即切削速度高, 則切削加工

22、性好。(3) 相同切削條件下( 切削速度、切削深度、切削進(jìn)給量) , 用刀具達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所切金屬的體積多少來衡量。即切下金屬愈多, 表明切削加工性愈好。2.2 切削力的大小和切削溫度高低切削阻力小、切削溫度低, 表明這種材料在切削過程中有著良好的切削加工性能。反之, 切削阻力大、切削溫度高, 則表明這種材料在切削過程中切削加工性能較差。2.3 加工質(zhì)量一般零件的精加工, 常以表面粗糙度來衡量其切削加工性, 即易獲得很小表面粗糙度值的材料切削加工性好。零件的粗加工, 主要是以提高生產(chǎn)率為目的,故考慮材料的切削加工性是用生產(chǎn)率和刀具耐用度衡量。對(duì)一些特殊精密零件及一些特殊零件, 則用已加工表面的

23、變質(zhì)層深度、殘余應(yīng)力和硬化程度來衡量它們的切削加工性。2.4 工作穩(wěn)定性和安全生產(chǎn)在自動(dòng)機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線上進(jìn)行切削時(shí), 用某種材料是否容易斷屑來衡量其切削加工性。凡是切屑易控制或容易斷屑的材料, 其加工性較好。3 影響工件材料切削加工性的因素3.1力學(xué)性能對(duì)切削加工性的影響( 1) 硬度: 工件材料硬度愈高, 切削力愈大, 切削溫度愈高, 刀具磨損愈快, 刀具耐用度愈低, 加工性愈差; 工件材料高溫硬度高, 加工性也差; 金屬材料中硬質(zhì)點(diǎn)愈多、形狀愈尖銳、分布愈廣, 材料的加工性愈差; 加工硬化愈嚴(yán)重, 加工性愈差。( 2) 強(qiáng)度: 工件材料在常溫、高溫下的強(qiáng)度愈高,切削力愈大, 切削

24、溫度增高, 刀具磨損就會(huì)加快, 刀具耐用度就會(huì)降低, 因而切削加工性差。( 3) 塑性: 工件材料的塑性愈大, 塑性變形也愈大, 切削力就大, 刀具耐用度就會(huì)降低。同時(shí), 因塑性大, 斷屑也困難。因此材料塑性愈大, 切削加工性愈差。但是, 材料塑性太小, 切屑與前刀面接觸長(zhǎng)度短, 切削力和切削熱集中在刀刃附近, 使刀具磨損快,甚至崩刀, 切削加工性也不好。( 4) 韌性: 韌性大的材料在塑性變形時(shí), 吸收塑性變形功較大, 切削力也大。這種材料切削時(shí)很難斷屑, 加工表面的質(zhì)量差, 切削加工性不好。 3.2物理、化學(xué)性能對(duì)切削加工性的影響( 1) 導(dǎo)熱系數(shù): 導(dǎo)熱系數(shù)小的材料, 散熱慢, 切削加工

25、性差。一般情況下, 純金屬、有色金屬、碳素結(jié)構(gòu)鋼、鑄鐵的導(dǎo)熱性較好; 低合金鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼的導(dǎo)熱性較差, 耐熱鋼和不銹鋼的導(dǎo)熱性更差;非金屬的導(dǎo)熱性最差。( 2) 切屑形狀: 切屑形狀與工件材料的力學(xué)性能、切削用量、刀具角度有關(guān)。加工塑性金屬材料, 切削速度較高、切削厚度較小、刀具前角較大時(shí)易形成帶狀切屑, 這樣切削力波動(dòng)較小、加工表面質(zhì)量高, 故切削加工性好; 當(dāng)切削速度較低、切削厚度較大、刀具前角較小時(shí)易形成片狀切屑, 這樣切削力波動(dòng)較大、加工表面質(zhì)量較差, 切削加工性差。( 3) 氧化性: 高溫條件下材料的氧化和切削液作用下的氧化都會(huì)導(dǎo)致刀具的磨損和已加工表面粗糙度值大。碳鋼、鑄

26、鐵常溫下容易氧化, 加熱后更容易氧化, 切削加工性不好; 加入cr 、t i、si 等合金元素, 可以提高材料的抗氧化性, 也提高材料的切削加工性。( 4) 化學(xué)親和性: 隨著切削溫度的升高, 被加工材料與刀具材料更容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng), 這種化學(xué)親和性越強(qiáng), 刀具磨損越嚴(yán)重。切削加工過程中, 硬質(zhì)合金刀具與t i、ni、co 及合金材料化學(xué)親和性較強(qiáng), 金剛石刀具與fe 的化學(xué)親和性強(qiáng), 碳素工具鋼刀具與碳鋼、鑄鐵的化學(xué)親和性強(qiáng), 因此, 刀具的耐用度都低, 切削加工性都不好。3.3化學(xué)成分對(duì)切削加工性的影響( 1) 鋼的化學(xué)成分的影響: 鋼隨含碳量的增加, 其、強(qiáng)度越來越高; 而含碳量的降低使

27、塑性和韌性也會(huì)大大提高, 這種變化均會(huì)使加工性能變壞。合金元素( cr、mn、v、ni、w 等) 的加入, 形成固溶體和金屬化合物的晶體結(jié)構(gòu), 從而使材料得到強(qiáng)化, 鋼的強(qiáng)度和硬度大大提高, 其加工性能變壞。碳化鈦、氧化硅和氧化鋁等硬質(zhì)點(diǎn), 加劇了刀具的磨損, 使切削性能變壞, 故必須控制碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0. 3%以下。s、p、pb 等元素加入, 既降低了鋼的強(qiáng)度, 又降低了鋼的塑性, 使加工性能變好, 由此稱為“易切削鋼”。( 2) 鑄鐵的化學(xué)成分的影響: 鑄鐵加工性能的好壞與石墨的形態(tài)有極大的關(guān)系, 凡能促使石墨化的元素, 如c、si、al、ni、cu、t i 等, 均能提高鑄鐵的切削加工性

28、能; 凡阻礙石墨化的元素, 如cr、v、mn、mo、p、s 等的加入均使鑄鐵的切削加工性能大大降低。3.4金相組織對(duì)切削加工性的影響( 1) 鋼中金相組織的影響: 純鐵是完全的鐵素體,塑性很高, 切削時(shí)不易斷屑, 切屑易粘在前刀面上, 使已加工表面粗糙度值大, 因此切削加工性能很差; 低碳鋼的金相組織多為鐵素體, 故強(qiáng)度、硬度低, 延伸率高, 易塑性變形, 切削加工性能好; 中碳鋼的金相組織為珠光體加鐵素體, 其強(qiáng)度中等, 硬度比鐵素體組織高, 而塑性、韌性較低, 切削加工性能好; 淬火鋼的金相組織為回火馬氏體, 其強(qiáng)度、硬度比珠光體組織高, 切削加工性能差; 冷硬鑄鐵表面滲碳體多, 硬度極高

29、, 很難切削。( 2) 鑄鐵中金相組織的影響: 鑄鐵按金相組織分為白口鑄鐵、麻口鑄鐵、珠光體灰鑄鐵、珠光體加鐵素體灰鑄鐵、鐵素體灰鑄鐵, 它們的塑性依次遞增而硬度依次遞減, 因此, 切削加工性依次增加。鑄鐵中石墨形態(tài)不同、加工性不同, 片狀石墨比球狀石墨的切削性能好。灰鑄鐵石墨多, 片狀分布, 故硬度低, 易切削。3.5切削用量、刀具角度對(duì)切削加工性的影響( 1) 切削用量大小的影響: 切削用量( 切削速度、進(jìn)給量、切削深度或背吃刀量) 的大小影響加工零件的質(zhì)量和生產(chǎn)率。當(dāng)切削用量大時(shí), 生產(chǎn)率高, 但切削力大、切削熱高, 刀具耐用度低, 加工質(zhì)量低; 反之,當(dāng)切削用量小時(shí), 切削力小、切削熱

30、低, 刀具耐用度高, 加工質(zhì)量高, 但生產(chǎn)率低。通常精加工時(shí), 切削速度大、進(jìn)給量小、切削深度小; 粗加工時(shí), 切削速度小、進(jìn)給量大、切削深度大。( 2) 刀具前角、后角的影響: 增大刀具前角、后角, 可以減小切屑變形, 從而減小切削力、切削熱, 提高刀具耐用度, 有利于減小加工硬化, 抑制積屑瘤的產(chǎn)生, 減小切削振動(dòng), 有利于加工表面質(zhì)量的提高。但前角、后角過大, 會(huì)降低刀具強(qiáng)度、耐磨性, 增大切削力, 降低刀具耐用度, 增大加工表面的粗糙度值, 使切削加工性下降。3.6其他因素對(duì)切削加工性的影響( 1) 毛坯的結(jié)構(gòu)形狀愈復(fù)雜, 生產(chǎn)效率就愈低, 其切削加工性就愈差。( 2) 毛坯表面粗硬層

31、愈厚、面積愈廣, 則切削阻力愈大, 刀具的磨損愈嚴(yán)重, 刀具耐用度就低, 其切削加工性就愈差。( 3) 材料內(nèi)部的氣孔、疏松、夾雜等組織缺陷愈多, 則切削過程愈不平穩(wěn), 切削力就愈大, 刀具易于磨損和損壞, 耐用度就低, 其切削加工性就愈差。( 4) 冷卻潤(rùn)滑液可以降低切削溫度, 減小摩擦力,從而減小切削力, 減小刀具磨損, 提高切削加工性。4 改善工件材料切削加工性的途徑4. 1改變化學(xué)成分適當(dāng)加入s、p、pb 可以改善切削加工性能。在金屬結(jié)晶時(shí)采取增加過冷度、變質(zhì)處理、附加振動(dòng)等方法來細(xì)化晶粒, 可以獲得質(zhì)量好的加工表面, 便于切削。硬度過低, 切削時(shí)易粘刀, 易形成刀瘤, 加工表面光潔度

32、差; 硬度過高, 切削抗力大, 刀具易磨損。4. 2進(jìn)行合理的熱處理適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行熱處理, 改變材料內(nèi)部的金相組織, 使其易于加工。如低中碳鋼的正火處理、高碳鋼和工具鋼的球化退火處理、鑄鐵進(jìn)行較高溫度的長(zhǎng)期退火處理均得到了較好的效果。金屬材料的硬度在170 hbs230 hbs時(shí)其切削加工性較好。4. 3改善切削條件( 1) 在條件允許的情況下, 盡量使用具有冷卻潤(rùn)滑作用的切削液, 減小摩擦力, 降低切削溫度。( 2) 合理選擇切削用量, 可以避免材料硬化、產(chǎn)生積屑瘤, 并能控制切屑形狀。粗加工時(shí)選用中低切削速度、大進(jìn)給量、大切削深度; 精加工時(shí)選用高切削速度、小進(jìn)給量、小切削深度。( 3) 合理

33、選擇刀具幾何角度, 使其加工相適應(yīng)的強(qiáng)度和硬度的材料; 一般選擇前角、后角、主偏角較小的刀具。耐磨鋼前角取負(fù)、后角偏大, 切削速度不宜太高, 進(jìn)給量和背吃刀量不宜太小。對(duì)塑性好的材料, 前角、后角取大, 主偏角較小。對(duì)脆性材料, 前角、后角、主偏角的影響不大。( 4) 應(yīng)合理選用刀具材料, 加工刀具不能選可能會(huì)與被加工零件發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的材料。( 5) 常用的帶狀切屑可以使切削過程平穩(wěn), 切削力波動(dòng)較小、加工表面質(zhì)量高。( 6) 淬硬鋼、冷硬鑄鐵的硬度達(dá)50hrc 以上, 高溫合金、耐熱鋼在高溫時(shí)仍能保持較高硬度。對(duì)于易產(chǎn)生碳化鈦、氧化鋁等硬質(zhì)點(diǎn)的材料, 都可采取相應(yīng)的工藝措施來改善切削條件。4

34、. 4優(yōu)選加工方法不同金相組織、不同硬度對(duì)不同切削加工方法( 如車削、銑削、刨削、拉削等) 的切削加工性是不同的。球化組織的中碳鋼, 其車削加工性較好, 鉆削加工性一般, 拉削、插削加工性較差; 灰鑄鐵車削、刨削、鉆削、銑削加工性較好, 磨削加工性較差; 硬度低的材料不適用于車削、磨削加工; 硬度高的材料不適用于拉削、插削、刨削、鉆削、銑削加工; 硬度非常高的材料只能鑄造成形, 不能切削加工。4. 5提高毛坯的質(zhì)量提高毛坯外形的幾何精度和保證其硬度及組織的均勻性, 有利于減少切削力的波動(dòng)、加工過程的振動(dòng)和刀具的磨損, 便于切削加工, 從而有利于加工質(zhì)量的提高。 5 提高切削加工技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的途徑5.1縮減時(shí)間定額(1)縮減基本時(shí)間(2)減小切削長(zhǎng)度。通常采用多刀加工、平行多件加工和平行順序多件加工三種方式。(3)縮減輔助時(shí)間。實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化,或使輔助時(shí)間與基本時(shí)間重合。具體措施:采用先進(jìn)高效夾具、多位連續(xù)加工等。5.2采用合理的刀具角度當(dāng)粗加工時(shí),為保證刀具強(qiáng)度,提高切削生產(chǎn)率,宜選用較小的前角和負(fù)的刃傾角,較小的主偏角以增加刀具強(qiáng)度;精加工時(shí),為保證加工精度,減小切削變形,宜選用較大的刀具前角;當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性不夠時(shí),宜選用較大的主偏角和正的刃傾角以減小系統(tǒng)變形。5.3 采用合理的熱處理工藝改善工件材料的切削加工性,優(yōu)化切削條件。材料的切削加工性與材料的力學(xué)