第7章_工件材料切削加工性

1、2022/2/241第 一 節(jié)第 一 節(jié) 切 削 加 工 性 的 概 念 和 衡 量 指 標(biāo)切 削 加 工 性 的 概 念 和 衡 量 指 標(biāo) (Machinability)n 概念概念：在一定條件下對(duì)工件材料進(jìn)行切削加工的難易：在一定條件下對(duì)工件材料進(jìn)行切削加工的難易程度。切削加工性是一個(gè)相對(duì)的概念。程度。切削加工性是一個(gè)相對(duì)的概念。n 衡量指標(biāo)：衡量指標(biāo)：2022/2/2422022/2/2432022/2/244例：例：（HB170229，b0.637GPa） 36003600rjvKv（7-1）7.1 材料切削加工性概念和指標(biāo)材料切削加工性概念和指標(biāo) 2022/2/245加工性 等級(jí)表

2、0 材料相對(duì)加工性等級(jí)材料名稱及種類(lèi)相對(duì)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(dòng)機(jī)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)；1Crl8N

3、i9Ti, 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7.1 材料切削加工性概念和指標(biāo)材料切削加工性概念和指標(biāo) 2022/2/2462022/2/247一、影響工件材料切削加工性的因素一、影響工件材料切削加工性的因素 材料力學(xué)性能材料力學(xué)性能 材料物理化學(xué)性能材料物理化學(xué)性能 化學(xué)成分化學(xué)成分 金相組織金相組織 加工條件等加工條件等2022/2/248工件材料硬度的影響1）工件材料常溫硬度對(duì)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?yàn)榍邢鳒囟葘?duì)切削過(guò)程的有利影響（軟化）對(duì)高溫硬度高

4、的材料不起作用。3）金屬材料中硬質(zhì)點(diǎn)對(duì)加工性的影響：金屬中硬質(zhì)點(diǎn)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(duì)切削加工性的影響：加工硬化性越嚴(yán)重，切削加工性越差。某些高錳鋼、奧氏體不銹鋼切削后的表面硬度，比原始基體高1.42.2倍。2022/2/249 強(qiáng)度越高的材料，產(chǎn)生的切削力越大，切削時(shí)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(qiáng)度提高而降低。 2.工件材料強(qiáng)度的影響2022/2/24102022/2/2411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

5、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(biāo)，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(jī)械性能（硬度、強(qiáng)度、塑性、韌性、彈性模量等）綜合影響的結(jié)果。2022/2/2412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(jìn)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2022/2/24132022/2/24142022/2/24152022/2/24162022/2/24172022/2/2418二、改善工件材料切削加工性的途徑二、改善工件材料切削加工性的途徑通過(guò)熱處理改變材料的組織和機(jī)械性能通過(guò)熱處理改變材料的組織和機(jī)械性能 1、高碳鋼

6、和工具鋼：、高碳鋼和工具鋼： 球化退火，降低硬度球化退火，降低硬度 2、熱軋狀態(tài)的中碳鋼：、熱軋狀態(tài)的中碳鋼： 正火、退火，使組織和硬度均勻。正火、退火，使組織和硬度均勻。 3、低碳鋼：、低碳鋼： 冷拔或正火冷拔或正火 ，提高硬度。，提高硬度。 4、馬氏體不銹鋼：、馬氏體不銹鋼： 調(diào)質(zhì)處理，降低塑性調(diào)質(zhì)處理，降低塑性 5、鑄鐵件：、鑄鐵件： 退火處理：降低表層硬皮硬度，消除內(nèi)應(yīng)力。退火處理：降低表層硬皮硬度，消除內(nèi)應(yīng)力。調(diào)整材料的化學(xué)成分調(diào)整材料的化學(xué)成分 在鋼中適當(dāng)添加一些元素，如硫、鈣、鉛等，使鋼的切削在鋼中適當(dāng)添加一些元素，如硫、鈣、鉛等，使鋼的切削加工性得到顯著改善，這樣的鋼叫加工性得

7、到顯著改善，這樣的鋼叫“易切鋼易切鋼”。2022/2/2419有色金屬有色金屬（如鋁及鋁合金，銅及銅合金等）通常屬于易切削材料。，7.3 常用金屬材料的切削加工性常用金屬材料的切削加工性2022/2/2420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(tuán)絮狀和球狀，因此它們的強(qiáng)度依次提高，加工性隨之變差。鑄鐵 有色金屬（如鋁及鋁合金，銅及銅合金等）通常屬于易切削材料。7.3 常用金屬材料的切削加工性常用金屬材料的切削加工性有色金屬2022/2/2421碳素鋼，7.3

8、 常用金屬材料的切削加工性常用金屬材料的切削加工性合金工具鋼2022/2/2422常用金屬材料的切削加工性常用金屬材料的切削加工性表1 工件材料加工性分級(jí)表切削加工易切削較易切削較難切圍難 切 削等級(jí)代號(hào)01234567899a9b硬度HB5050100100 150150200200 250250300300350350 400400480480635635 HRC 1424.824.832.332.338.138.1434350506060 抗拉強(qiáng)度b（GPa）0.1960.1960.4410.4410.5880.5880.7840.7840.980.981.1761.1761.3721.

9、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 2022/2/2423難加工金屬材料的

10、切削加工性難加工金屬材料的切削加工性 難加工的原因一般是以下幾個(gè)方面：難加工的原因一般是以下幾個(gè)方面：高硬度；高強(qiáng)度高硬度；高強(qiáng)度；高塑性和高韌性；低塑性和高脆性；低導(dǎo)熱性；有；高塑性和高韌性；低塑性和高脆性；低導(dǎo)熱性；有大量微觀硬質(zhì)點(diǎn)或硬夾雜物；化學(xué)性質(zhì)活潑。大量微觀硬質(zhì)點(diǎn)或硬夾雜物；化學(xué)性質(zhì)活潑。這些特性一般這些特性一般都能使切削過(guò)程中的切削力加大，切削溫度升高，刀具磨損加都能使切削過(guò)程中的切削力加大，切削溫度升高，刀具磨損加劇，刀具使用壽命縮短；有時(shí)還將使已加工表面質(zhì)量惡化，切劇，刀具使用壽命縮短；有時(shí)還將使已加工表面質(zhì)量惡化，切屑難以控制；最終則使加工效率和加工質(zhì)量降低，加工成本提屑難

11、以控制；最終則使加工效率和加工質(zhì)量降低，加工成本提高。高。2022/2/2424高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼HRC35-50、強(qiáng)度超過(guò)、強(qiáng)度超過(guò)1000MPa，如：連桿、曲軸、葉，如：連桿、曲軸、葉片、炮管等片、炮管等30CrMnSi、20CrMnTi等等 切削力大、溫度高、刀具磨損快、斷屑難切削力大、溫度高、刀具磨損快、斷屑難 高強(qiáng)度鋼在退火狀態(tài)下加工比較容易高強(qiáng)度鋼在退火狀態(tài)下加工比較容易 刀具：刀具：YT類(lèi)、類(lèi)、TiC基、陶瓷、涂層刀具等?；?、陶瓷、涂層刀具等。2022/2/2425典型難加工材料的加工典型難加工材料的加工高錳鋼高錳鋼n 含含Mn量量11-18%，如：鐵軌、挖掘機(jī)鏟斗

12、、履帶等，如：鐵軌、挖掘機(jī)鏟斗、履帶等n 高錳奧氏體鋼，塑性變形大、耐磨性好高錳奧氏體鋼，塑性變形大、耐磨性好n 高錳鋼線膨脹系數(shù)大，影響加工精度高錳鋼線膨脹系數(shù)大，影響加工精度n 加工硬化嚴(yán)重、切削力大、溫度高、斷屑難：加工硬化嚴(yán)重、切削力大、溫度高、斷屑難：180220HBS450500HBSn 導(dǎo)熱性差導(dǎo)熱性差,為為45號(hào)鋼的號(hào)鋼的1/4n 刀具：刀具：YW類(lèi)、陶瓷、涂層刀具等。類(lèi)、陶瓷、涂層刀具等。n P126頁(yè)頁(yè)5項(xiàng)措施項(xiàng)措施2022/2/2426典型難加工材料的加工典型難加工材料的加工淬火鋼（白口鑄鐵）淬火鋼（白口鑄鐵）n 硬度高，大于硬度高，大于HRC50，工具鋼、模具鋼等，工具

13、鋼、模具鋼等n 一般磨削加工一般磨削加工n 切削力大、溫度高、刀具磨損塊切削力大、溫度高、刀具磨損塊n 刀具：刀具：YW類(lèi)、陶瓷、超細(xì)晶粒合金、涂層刀具等。類(lèi)、陶瓷、超細(xì)晶粒合金、涂層刀具等。2022/2/2427純金屬的加工純金屬的加工 常用的純金屬如紫銅、純鋁、純鐵等，其硬度、強(qiáng)度都較常用的純金屬如紫銅、純鋁、純鐵等，其硬度、強(qiáng)度都較低，導(dǎo)熱系數(shù)大，對(duì)切削加工有利；但其塑性很高，切屑變形低，導(dǎo)熱系數(shù)大，對(duì)切削加工有利；但其塑性很高，切屑變形大，刀大，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，不容易獲得好的已加工表面質(zhì)量，斷屑困難

14、。此外削力較大，不容易獲得好的已加工表面質(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，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。2022/2/2428不銹鋼和高溫合金的切削加工性不銹鋼和高溫合金的切削加工性 1、不銹鋼按金相組織分，有鐵素體、馬氏體、奧氏體三種。、不銹鋼按金相組織分，有鐵素體、馬氏體、奧氏體三種。鐵素體、馬氏體不銹鋼鐵素體、馬氏體不銹鋼的成分以鉻為主，經(jīng)常在淬火的成分以鉻為主，經(jīng)常在淬火回火或回火或退火狀態(tài)下使用，綜合機(jī)械性能適中，切削加工一般不太難。退火狀態(tài)下使用，綜合機(jī)械性能適中，切削加工一般不太難。奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼的成分以

15、鉻、鎳等元素為主，淬火后呈奧氏體組的成分以鉻、鎳等元素為主，淬火后呈奧氏體組織，切削加工性比較差?？?，切削加工性比較差。2、高溫合金中含有許多高熔點(diǎn)合金元素，如鐵、鈦、鉻、鈷、高溫合金中含有許多高熔點(diǎn)合金元素，如鐵、鈦、鉻、鈷、鎳、釩、鎢、鉬等，它們與其他合金元素構(gòu)成純度高、組織、鎳、釩、鎢、鉬等，它們與其他合金元素構(gòu)成純度高、組織致密的奧氏體合金。致密的奧氏體合金。 (1)強(qiáng)度較高強(qiáng)度較高 (2)硬度較高硬度較高 (3)導(dǎo)熱系數(shù)小導(dǎo)熱系數(shù)小 (4)合金中的高硬度化合物構(gòu)成硬質(zhì)點(diǎn)合金中的高硬度化合物構(gòu)成硬質(zhì)點(diǎn) (5)在中、低切削速度下在中、低切削速度下，易與刀具發(fā)生冷焊，易與刀具發(fā)生冷焊 20

16、22/2/2429鈦合金的切削加工性鈦合金的切削加工性 鈦合金的切削加工性也很差，刀具磨損快，刀具耐用度低鈦合金的切削加工性也很差，刀具磨損快，刀具耐用度低，其原因?yàn)?，其原因?yàn)?(1)加工鈦合金時(shí)，剪切角很大，刀屑接觸長(zhǎng)度短，使前刀加工鈦合金時(shí)，剪切角很大，刀屑接觸長(zhǎng)度短，使前刀面壓力增大，加速了刀具磨損；面壓力增大，加速了刀具磨損；(2)導(dǎo)熱系數(shù)極??；導(dǎo)熱系數(shù)極小；(3)已加工表面經(jīng)常出現(xiàn)硬而脆的外皮；已加工表面經(jīng)常出現(xiàn)硬而脆的外皮；(4)彈性模量小，已加工表面回彈量大，加劇了對(duì)后刀面的彈性模量小，已加工表面回彈量大，加劇了對(duì)后刀面的摩擦。摩擦。鈦合金加工注意事項(xiàng)，鈦合金加工注意事項(xiàng)，6項(xiàng)，

17、項(xiàng)，P1302022/2/24307.4 難切削材料難切削材料，表2 難切削金屬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(qiáng) 度 鋼不 銹 鋼高溫 合金低合金高合金馬氏體時(shí)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(qiáng)度11221l21123332微觀硬質(zhì)點(diǎn) 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(duì)切削加工性0.20.40.20.50.20.

18、450.10.250.30.40.50.60.50.70.60.80.150.30.80.20.050.150.250.382022/2/2431 1 1 、選擇合適的刀具材料、選擇合適的刀具材料 2 2、對(duì)工件進(jìn)行相應(yīng)的熱處理；、對(duì)工件進(jìn)行相應(yīng)的熱處理； 3 3、提高機(jī)床夾具刀具工件這一工藝系統(tǒng)的剛性，、提高機(jī)床夾具刀具工件這一工藝系統(tǒng)的剛性，提高機(jī)床的功率；提高機(jī)床的功率； 4 4、刀具表面研磨，減小粗糙度；、刀具表面研磨，減小粗糙度； 5 5、合理選擇刀具幾何參數(shù)和切削用量；、合理選擇刀具幾何參數(shù)和切削用量； 6 6、對(duì)斷屑、卷屑、排屑和容屑給予足夠的重視；、對(duì)斷屑、卷屑、排屑和容屑給予

19、足夠的重視； 7 7、使用切削液，以提高刀具耐用度、使用切削液，以提高刀具耐用度2022/2/24327.5 7.5 非金屬材料的加工非金屬材料的加工n 塑料塑料n 陶瓷陶瓷n 復(fù)合材料復(fù)合材料n 石材石材n 橡膠等橡膠等2022/2/2433 普通陶瓷與特種陶瓷（精細(xì)陶瓷）普通陶瓷與特種陶瓷（精細(xì)陶瓷） 精細(xì)陶瓷分為精細(xì)陶瓷分為結(jié)構(gòu)陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷及及功能陶瓷功能陶瓷。 精細(xì)陶瓷材料切削加工特點(diǎn)：精細(xì)陶瓷材料切削加工特點(diǎn)：采用金剛石刀具或立方氮采用金剛石刀具或立方氮化硼刀具進(jìn)行切削加工，或采用磨削加工方式化硼刀具進(jìn)行切削加工，或采用磨削加工方式。該材料額韌。該材料額韌性低，脆性大，切削時(shí)刀具破損

20、和磨損嚴(yán)重性低，脆性大，切削時(shí)刀具破損和磨損嚴(yán)重 ，刀具耐用度低。刀具耐用度低。2022/2/2434 復(fù)合材料是指用兩種或兩種以上物理與化學(xué)形狀不同復(fù)合材料是指用兩種或兩種以上物理與化學(xué)形狀不同的物質(zhì)，人工制成的多組元固體材料。復(fù)合材料是多組元的物質(zhì)，人工制成的多組元固體材料。復(fù)合材料是多組元（相）體系。（相）體系。 復(fù)合材料的組成相：復(fù)合材料的組成相：基體相基體相（起粘結(jié)作用）和（起粘結(jié)作用）和增強(qiáng)相增強(qiáng)相（提高強(qiáng)度和剛度的作用）（提高強(qiáng)度和剛度的作用） 復(fù)合材料分為復(fù)合材料分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料及及功能復(fù)合材料兩類(lèi)功能復(fù)合材料兩類(lèi)。 2022/2/2435 軟橡膠：軟橡膠：不同性能的生橡膠加入各種添加劑后制成的不同性能的生橡膠加入各種添加劑后制成的具有不同硬度和性能的橡膠制品。具有不同硬度和性能的橡膠制品。 硬橡膠：硬橡膠：由含由含2525