切削原理與刀具7

1、12工件材料的切削加工性是指材料在一定條件下被切削加工成合格零件的難易程度。336003600rjvKv（2-10）4加工性 等級表2-12 材料相對加工性等級材料名稱及種類相對加工性Kr代 表 性 材 料1很易切削材料一般有色金屬3.0銅鋁合金，鋁銅合金，鋁鎂合金2容易切削材料易切削鋼2.53退火l5Cr，b0.373o.441GPa自動機鋼，b0.3930.491GPa3較易切削鋼1.62.5正火30鋼，b0.4410.549GPa4普通材料一般鋼、鑄鐵1.01.645鋼，灰鑄鐵5稍難切削材料0.651.02Crl3，調(diào)質(zhì)b0.834GPa85，鋼b0.883GPa6難加工材料較難切削材料

2、0.50.6545Cr，調(diào)質(zhì)b1.03GPa65Mn，調(diào)質(zhì)b0.9320.9817難切削材料0.150.550CrV, 調(diào)質(zhì)；1Crl8Ni9Ti, 鈦合金8很難切削材料0.15某些鈦合金，鑄造鎳基高溫合金5工件材料硬度的影響1）工件材料常溫硬度對切削加工性影響：工件材料硬度越高，切削力越大，切削溫度越高，刀具磨損越快。2）工件材料高溫硬度的影響：工件材料高溫硬度越高，加工性越差。這是因為切削溫度對切削過程的有利影響（軟化）對高溫硬度高的材料不起作用。3）金屬材料中硬質(zhì)點對加工性的影響：金屬中硬質(zhì)點越多，形狀越尖銳、分布越廣，則材料的加工性越差。4）材料的加工硬化對切削加工性的影響：加工硬化性

3、越嚴重，切削加工性越差。6強度越高的材料，產(chǎn)生的切削力越大，切削時消耗的功率越多，切削溫度亦越高，刀具容易磨損。因此，在一般情況下，加工性隨工件材料強度提高而降低。 工件材料強度的影響工件材料塑性的影響7工件材料韌性的影響韌性大的材料，切削加工性較差：在斷裂前吸收的能量多，切削功率消耗多；且斷屑困難。工件材料彈性模量的影響材料的彈性模量E是衡量材料剛度（抵抗彈性變形的性能）的指標，E值越大，材料剛度越大，切削加工性越差。材料的切削加工性是上述這些機械性能（硬度、強度、塑性、韌性、彈性模量等）綜合影響的結(jié)果。100圖3-47 碳鋼硬度與可切削性的關(guān)系0100200300400500255075可

4、切削性布氏硬度（HB）8如鎂合金易燃燒，鈦合金切屑易形成硬脆化合物等，不利于切削進行。工件材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響 工件材料物理化學(xué)反應(yīng)的影響9表2-13 工件材料加工性分級表切削加工易切削較易切削較難切削難 切 削等級代號01234567899a9b硬度HB5050100100 150150200200 250250300300350350 400400480480635635 HRC 1424.824.832.332.338.138.1434350506060 抗拉強度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 沖擊值k(kJ/m2)19619639239258858878478498098013721372176417641962196224502450294029403920 導(dǎo)熱系數(shù)k(W/mK)418.68293.08293.08167.47167.4783.7483.4762.8062.8041.8741.8733.533.525.1225.1216.7516.758.378.37 10有色金屬有色金屬（如

6、鋁及鋁合金，銅及銅合金等）通常屬于易切削材料。鑄鐵鑄鐵的加工性一般較碳鋼好。比較各種鑄鐵加工性的好壞，主要取決于石墨的存在形式、基體組織狀態(tài)、金屬組織成分和熱處理的影響。例如：灰鑄鐵，可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵中，石墨分別呈片狀、團絮狀和球狀，因此它們的強度依次提高，加工性隨之變差。，11碳素鋼，合金工具鋼12（1）調(diào)整化學(xué)成分 工件材料來自冶金部門，必要時工藝人員也可提出改善加工性的積極建議，如在不影響工件材料性能的條件下，適當調(diào)整化學(xué)成分，以改善其加工性。 如在鋼中加入少量的硫、硒、鉛、鉍、磷等，雖略降低鋼的強度，但也同時降低鋼的塑性，對加工性有利。13 硫能引起鋼的紅脆性，但若適當提高錳的含量，

7、則可避免； 硫與錳形成的硫化錳，與鐵形成硫化鐵等，質(zhì)地很軟，可成為切削時塑性變形區(qū)中的應(yīng)力集中源，能降低切削力，使切屑易折斷，減小積屑瘤的形成，減少刀具磨損；硒、鉛、鉍也有類似作用,磷能降低鐵素體的塑性，使切屑易于折斷。14 同樣成分的材料，金相組織不同，加工性也不同。低碳鋼通過正火處理后，細化晶粒，硬度提高，塑性降低，有利于減小刀具的粘結(jié)磨損，減小積屑瘤，改善工件表面粗糙度；高碳鋼球化退火后，硬度下降，可減小刀具磨損；不銹鋼以調(diào)質(zhì)到HRC28為宜，硬度過低，塑性大，工件表面粗糙度差，硬度高則刀具易磨損；白口鑄鐵可在9501000范圍內(nèi)長時間退火而成可鍛鑄鐵，切削就較容易。 （3）選擇加工性好

8、的材料狀態(tài) 低碳鋼經(jīng)冷拉后，塑性大為下降，加工性好；鍛造的坯件余量不均，且有硬皮，加工性很差，改為熱軋后加工性得以已改善。1516（4）改善金屬材料的切削加工性的其它方法 如采用合適的刀具材料，選擇合理的刀具幾何參數(shù)，合理地制訂切削用量與選用切削液等。等離子焰加熱工件切削（右圖示），即改善加工性的一種積極措施。切削時等離子焰裝置安放在工件上方，與刀具同步移動，火焰的溫度達1500，可根據(jù)切削深度ap適當調(diào)整A值（約512mm），使工件表面溫度達到1000左右,當ap切深層熔化后就被刀具,切去，所以工件并不熱，即不影響工件的材質(zhì)。等離子焰加熱工件切削171819 2021，表2-14 難切削金屬

9、材料的切削加工性比較（惡化順序1234）影響切削加工性的因素難切削金屬材料（淬火或析出硬化狀態(tài)）高錳鋼高 強 度 鋼不 銹 鋼高溫 合金低合金高合金馬氏體時效鋼沉淀硬化型奧氏體型馬氏體型索氏體型鐵基鎳基鈷基鈦合金硬度1234234131223122322高溫強度11221l21123332微觀硬質(zhì)點 121231111123321與刀具親和性111112222334導(dǎo)熱性42223322343444加工硬化性4221232133432粘附件21111231133421相對切削加工性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 水溶液主要起冷卻作用。由于水的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱和汽化熱均較大，故水溶液就是以水為主要成分并加入防銹添加劑的切削液。 常用的有電解水溶液和表面活性水溶液參見表。表表 水溶液配方水溶液配方26272829切削液也稱冷卻潤滑液。切削液的冷卻作用，能夠降低切削溫度，從而可以提高刀具耐用度和加工質(zhì)量。通常采用的從前刀面上方往下澆注切削液的方法，由于受切屑排出的影響，冷卻效果并不最好。有效的冷卻方法應(yīng)該使切削液從刀具主后刀面處往上噴射。也可采用噴霧冷卻方法，使高速噴射的液體細化成霧狀。然后在切削區(qū)域吸收大量熱量而產(chǎn)生汽化現(xiàn)象。加工精密

11、細長零件時，為減少切削熱影響而造成尺寸誤差，除了保證均勻充分冷卻外，應(yīng)在零件全長澆注切削液以擴大冷卻范圍。30潤滑作用邊界潤滑原理 切削液的潤滑作用是通過切削液滲透到刀具與切屑、工件表面之間形成潤滑膜而達到的。由于切削時各接觸面間具有高速、高溫、高壓和粘結(jié)等特點，故切削液的滲透作用是較困難的。31 有些資料介紹，滲透是由于接觸面間毛細管作用和刀具、工件、切屑間振動形成空隙后產(chǎn)生泵吸作用造成的。也有人認為，是與切削液分子的滲透作用有關(guān)。 潤滑性能的好壞與形成的潤滑油膜性質(zhì)有關(guān)。切削液滲入至接觸面間形成邊界潤滑狀態(tài)。 邊界潤滑原理可用下圖模型說明：a)單分子層 b)金屬實際接觸情況32 切削液中的

12、極性分子吸附在金屬表面上形成一層單分子膜（甚至達到數(shù)個分子層程度）。 如圖（a）所示，分子的極性端吸附在金屬表面上，接觸面間的相對運動是在分子尾部非極性端之間進行。若在外力作用下，接觸面產(chǎn)生塑性變形，潤滑油膜局部破裂出現(xiàn)了如圖（b）接觸點的粘結(jié)，形成邊界潤滑狀態(tài)。邊界潤滑的摩擦力Ff是由粘結(jié)點摩擦力和潤滑膜間摩擦力組成，即： 式中 A支承負荷面積； 實際接觸面積所占比例； （1-）潤滑膜面積所占比例； 1 、 2 分別為粘結(jié)點和潤滑膜的剪切強度。)1 (21 AFf33 由上式可知，具有潤滑膜的作用面間摩擦力與潤滑膜的剪切強度2有關(guān)。剪切強度2小，阻力小，摩擦力Ff小。如果極性分子具有牢固的吸

13、附能力，適當?shù)逆滈L，低的剪切強度，則可獲得良好的潤滑效果。 邊界潤滑形成的油膜具有物理吸附和化學(xué)吸附兩種結(jié)合性質(zhì)。形成物理吸附的有動植物油、油酸、胺類和脂類等。切削液與金屬接觸生成化合物就形成化學(xué)吸附，例如切削液中加入極性高的硫、氯和磷添加劑稱為“極壓添加劑”，由它們形成的化學(xué)吸附在高溫高壓條件下不破裂，仍能有效地產(chǎn)生潤滑作用。含氯極壓添加劑在200300時與金屬表面生成氯化物，它的剪切強度低、摩擦力??；含硫極壓添加劑能形成牢固的吸附膜，雖然摩擦系數(shù)較大，但可耐750高溫。34 澆注切削液能沖走在切削過程中留下的細屑或磨粒，從而能起到清洗、防止刮傷加工表面和機床導(dǎo)軌面的作用。 例如，在磨削、自

14、動生產(chǎn)線和深孔加工時，澆注切削液能起到清除切屑的作用。 如在切削液中加入防銹添加劑，如亞硝酸鈉、磷酸三鈉、三乙醇胺和石油磺酸鋇等，可使金屬表面生成保護膜，防止機床和工件受空氣、水分和酸等介質(zhì)的腐蝕，起到防銹作用。 此外，切削液應(yīng)滿足對人體無害，資源豐富，不變質(zhì)和便于保存等要求。35363738 高速鋼刀具粗加工時高速鋼刀具粗加工時，應(yīng)選用以冷卻作用為主的切削液，主要目的是降低切削溫度；硬質(zhì)合金刀具粗加工時硬質(zhì)合金刀具粗加工時可以不用切削液，必要時也可以來用低濃度的乳化液或水溶液，但必須連續(xù)地、充分地澆注。精加工切削時精加工切削時（包括鉸削、拉削、螺紋加工、剃齒等），應(yīng)選用潤滑性能好的極壓切削油

15、或高濃度的極壓乳化液。硬質(zhì)合金刀具精加工時硬質(zhì)合金刀具精加工時采用的切削液與粗加工時基本相同，但應(yīng)適當注意提高其潤滑性能。切削高強度鋼和高溫合金等難加工材料，對切削液的冷卻、潤滑作用都有較高的要求，此時應(yīng)盡可能采用極壓切削油或極壓乳化液。加工銅、鋁及其合金加工銅、鋁及其合金不能用含硫的切削液。 39 生產(chǎn)中使用的乳化液是由乳化劑加水配制而成。濃度低的乳化液含水比例多，主要起冷卻作用，適用于粗加工和磨削；濃度高的乳化液，主要起潤滑作用，適用于精加工。4,極壓切削油和極壓乳化液 在切削油或乳化液中加入了硫、氯和磷極壓添加劑后，能在高溫條件下顯著提高冷卻和潤滑效果，特別在精加工、關(guān)鍵工序和難加工材料切削時尤為需要。 例如鉆削50Mn19Cr4無磁耐熱合金鋼，它的硬度高（HRC3842）、強度高（b = 0.88GPa）、韌性大和導(dǎo)熱性差，由于鉆削力大，切削溫度高，積屑瘤和冷硬嚴重，故鉆頭磨損很大。若選用20%氯