模塊一金屬切削原理課題四 工件材料的切削加工性

1、機械制造工藝與裝備機械制造工藝與裝備課題四課題四 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性 模塊一 金屬切削原理l評定材料切削加工性的主要指標評定材料切削加工性的主要指標l常用材料的切削加工性及改善措施常用材料的切削加工性及改善措施l正確認識評定材料切削加工性的主要指標正確認識評定材料切削加工性的主要指標l掌握常用材料的切削加工性及改善措施掌握常用材料的切削加工性及改善措施一一 . 任務引入任務引入 在車削一批在車削一批1Cr18Ni9Ti的不銹鋼圓軸時，發(fā)現切削溫的不銹鋼圓軸時，發(fā)現切削溫度高，刀具易磨損，粘屑嚴重，斷屑困難，不易得到小的度高，刀具易磨損，粘屑嚴重，斷屑困難，不易得到小的表面

2、粗糙度值，刀具壽命低。為什么這種材料切削加工性表面粗糙度值，刀具壽命低。為什么這種材料切削加工性差？如何評定一種材料的切削加工性？如何改善其切削加差？如何評定一種材料的切削加工性？如何改善其切削加工性？工性？ 材料的切削加工性是指對某種材料進行切削加工的難材料的切削加工性是指對某種材料進行切削加工的難易程度。根據不同的要求，可以用不同的指標來衡量材料易程度。根據不同的要求，可以用不同的指標來衡量材料的切削加工性。的切削加工性。 不同的材料有不同的力學性能，由于強度、硬度、塑不同的材料有不同的力學性能，由于強度、硬度、塑性等不同，在切削加工中，切削層的變形、所產生的切削性等不同，在切削加工中，切

3、削層的變形、所產生的切削力和切削熱、刀具的磨損及耐用度、加工表面的質量也都力和切削熱、刀具的磨損及耐用度、加工表面的質量也都不一樣，因此，正確認識材料切削加工性及改善措施，對不一樣，因此，正確認識材料切削加工性及改善措施，對提高加工質量和生產效率、降低生產成本有重要的影響。提高加工質量和生產效率、降低生產成本有重要的影響。二二 . 任務分析任務分析 1.以刀具耐用度以刀具耐用度T或一定耐用度下的切削速度或一定耐用度下的切削速度vT衡量加衡量加工性工性 在相同切削條件下加工不同材料時，若一定切削速度在相同切削條件下加工不同材料時，若一定切削速度下刀具耐用度下刀具耐用度T較長或一定耐用度下切削速度

4、較長或一定耐用度下切削速度vcT較大的材較大的材料，其加工性較好；反之，料，其加工性較好；反之，T較短或較短或vcT較小的材料，其加較小的材料，其加工性較差。工性較差。 （一）評定材料切削加工性的主要指標（一）評定材料切削加工性的主要指標 在切削普通金屬材料時，用刀具耐用度達到在切削普通金屬材料時，用刀具耐用度達到60min時所時所允許的切削速度允許的切削速度vc60高低來評定材料加工性的好壞。難加工高低來評定材料加工性的好壞。難加工材料用材料用vc20來評定。來評定。 此外，經常使用相對加工性指標，即以正火狀態(tài)此外，經常使用相對加工性指標，即以正火狀態(tài)45鋼的鋼的vc60為基準，記作為基準，

5、記作(vc60) j，其他材料的，其他材料的vc60與與(vc60) j之比之比Kr稱為稱為相對加工性，即相對加工性，即 常用材料的相對加工性常用材料的相對加工性Kr分為八級。凡分為八級。凡Kr大于大于1的材料，的材料，其加工性比其加工性比45鋼好；鋼好；Kr小于小于1者，加工性比者，加工性比45鋼差。鋼差。jccrvvK)(6060 2.加工表面質量指標加工表面質量指標 在相同的加工條件下，比較加工后的表面質量好壞（常用表面在相同的加工條件下，比較加工后的表面質量好壞（常用表面粗糙度，此外，還有用加工硬化和殘余應力等）。加工后表面質量粗糙度，此外，還有用加工硬化和殘余應力等）。加工后表面質量

6、好，加工性好；反之，加工性差。精加工時，常以此作為切削加工好，加工性好；反之，加工性差。精加工時，常以此作為切削加工性指標。性指標。 3.切削力、切削溫度和切削功率指標切削力、切削溫度和切削功率指標 在相同切削條件下，切削力大，切削溫度高，消耗功率多，加在相同切削條件下，切削力大，切削溫度高，消耗功率多，加工性差；反之，加工性好。在粗加工或機床剛性、動力不足時，可工性差；反之，加工性好。在粗加工或機床剛性、動力不足時，可用切削力或切削功率作為加工性指標。用切削力或切削功率作為加工性指標。 4.切屑控制難易程度指標切屑控制難易程度指標 凡切屑容易控制或易斷屑的材料，其加工性好；反之，加工性凡切屑

7、容易控制或易斷屑的材料，其加工性好；反之，加工性差。在自動機床或自動線上，常以此為切削加工性指標。差。在自動機床或自動線上，常以此為切削加工性指標。 (1)(1)硬度低、韌性好的材料硬度低、韌性好的材料 例如低碳鋼、鋁合金等材料，其硬度低、韌性好，切削時斷例如低碳鋼、鋁合金等材料，其硬度低、韌性好，切削時斷屑困難，易產生積屑瘤，影響加工表面質量。屑困難，易產生積屑瘤，影響加工表面質量。 加工這類材料時常采用大前角、高速切削或大前角、低速、加工這類材料時常采用大前角、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加切削液切削。在刀具上磨出斷屑槽并提高切削刃和刀面

8、的刃磨質量。此外對低碳鋼，進行正火處理以細化晶粒，對鋁合金，用質量。此外對低碳鋼，進行正火處理以細化晶粒，對鋁合金，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。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。 1.1.普通金屬材料普通金屬材料 (2)硬度高、韌性差的材料硬度高、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，切削時產生的切削力大，消耗功率多，刀具易磨損。性差，切削時產生的切削力大，消耗功率多，刀具易磨損。 加工這類材料時常采用耐磨性高的加工這類材料時常采用耐磨性高的YG、YT和和YW類硬質類硬

9、質合金刀片，小的前角和主偏角，低的切削速度切削。此外，合金刀片，小的前角和主偏角，低的切削速度切削。此外，對于有對于有“白口白口”的灰碳鐵可進行高溫退火處理；對硬的可鍛的灰碳鐵可進行高溫退火處理；對硬的可鍛鑄鐵、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。切削加工性。 難加工的金屬材料有高強度鋼、超高強度鋼、高錳鋼、冷硬鑄鐵、難加工的金屬材料有高強度鋼、超高強度鋼、高錳鋼、冷硬鑄鐵、純金屬、不銹鋼、高溫合金、鈦合金等。純金屬、不銹鋼、高溫合金、鈦合金等。 (1)高強度、超高強度鋼高強度、超高強度鋼 高強度、超高強度鋼的半精加工、

10、精加工和部分粗加工常在調質高強度、超高強度鋼的半精加工、精加工和部分粗加工常在調質狀態(tài)下進行。與加工正火狀態(tài)下進行。與加工正火45鋼相比，其切削力約提高鋼相比，其切削力約提高2030，切，切削溫度也相應提高，故刀具磨損快，耐用度低。削溫度也相應提高，故刀具磨損快，耐用度低。 根據以上特點，必須選用耐磨性強的刀具材料。在粗加工、半精根據以上特點，必須選用耐磨性強的刀具材料。在粗加工、半精加工和精加工時，應分別采用不同牌號的加工和精加工時，應分別采用不同牌號的YT類硬質合金，刀具前角應類硬質合金，刀具前角應較小。例如加工較小。例如加工38CrNi3MoVA時，取時，取o=46，加工，加工35CrM

11、nSiA時，時，取取o=0-4。在工藝系統(tǒng)剛性允許的情況下，應采用較小的主偏角和。在工藝系統(tǒng)剛性允許的情況下，應采用較小的主偏角和較大的刀尖圓弧半徑，以提高刀具的強度。切削用量應比加工中碳正較大的刀尖圓弧半徑，以提高刀具的強度。切削用量應比加工中碳正火鋼時適當降低?；痄摃r適當降低。2.難加工金屬材料難加工金屬材料 常用的高錳鋼有水韌處理的高錳鋼常用的高錳鋼有水韌處理的高錳鋼Mn13,無磁高錳鋼無磁高錳鋼40Mn18Cr3、50Mn18Cr4WN等。它們的硬度、強度雖不高，但其塑性特別高，加工硬等。它們的硬度、強度雖不高，但其塑性特別高，加工硬化特別嚴重。加工硬化后，硬度可達到化特別嚴重。加工硬

12、化后，硬度可達到500HBS，切削時表面易形成高硬，切削時表面易形成高硬度氧化膜。其熱導率小，切削溫度高又不易散熱。度氧化膜。其熱導率小，切削溫度高又不易散熱。 加工高錳鋼時，應選用硬度高、有一定韌性、熱導率較大、高溫性加工高錳鋼時，應選用硬度高、有一定韌性、熱導率較大、高溫性能好的刀具材料。粗加工時，可采用退火處理能好的刀具材料。粗加工時，可采用退火處理YG類或類或YW類硬質合金；類硬質合金；精加工時，可采用精加工時，可采用YT14、YG6X等硬質合金，用復合氧化鋁陶瓷刀具切等硬質合金，用復合氧化鋁陶瓷刀具切削效果更好。適當增大刀具前角，使切削力小、切削溫度低。減小主偏削效果更好。適當增大刀

13、具前角，使切削力小、切削溫度低。減小主偏角、用負刃傾角改善散熱條件。磨出斷屑槽，確保斷屑。切削速度應較角、用負刃傾角改善散熱條件。磨出斷屑槽，確保斷屑。切削速度應較低，一般為低，一般為vc =20m/min40m/min；用復合氧化鋁陶瓷刀具時，切削速；用復合氧化鋁陶瓷刀具時，切削速度可達度可達100m/min以上。加大切削深度和進給量防止在硬化層內切削。此以上。加大切削深度和進給量防止在硬化層內切削。此外，在切削前，也可對高錳鋼進行高溫回火處理來改善其切削加工性。外，在切削前，也可對高錳鋼進行高溫回火處理來改善其切削加工性。 不銹鋼有鉻不銹鋼，例如不銹鋼有鉻不銹鋼，例如1Cr13、2Cr13

14、、3Cr13，鎳不銹鋼常用的牌，鎳不銹鋼常用的牌號是號是1Cr18Ni9Ti。 不銹鋼的硬度、強度低，但伸長率，沖擊韌度高，是不銹鋼的硬度、強度低，但伸長率，沖擊韌度高，是45鋼的鋼的3倍，熱倍，熱導率小，只為導率小，只為45鋼的鋼的1/3高溫硬化嚴重。因此，加工時切削溫度高，刀具高溫硬化嚴重。因此，加工時切削溫度高，刀具易磨損，粘屑嚴重，斷屑困難，不易得到小的表面粗糙度值，刀具耐用度易磨損，粘屑嚴重，斷屑困難，不易得到小的表面粗糙度值，刀具耐用度低。低。 加工不銹鋼通常用韌性高的加工不銹鋼通常用韌性高的YG8、YG8N刀片，用刀片，用YW類刀片能提高類刀片能提高刀具耐用度，也可采用高性能高速

15、鋼。選用較大前角刀具耐用度，也可采用高性能高速鋼。選用較大前角(1520、較大后角、較大后角(10)可減小切削變形和摩擦，選用較大的主偏角和負刃傾角，使切削力減可減小切削變形和摩擦，選用較大的主偏角和負刃傾角，使切削力減小，刀頭強度增大。磨斷屑槽，使斷屑可靠。宜選用中等以上切削速度小，刀頭強度增大。磨斷屑槽，使斷屑可靠。宜選用中等以上切削速度vc =40m/min120m/min，切削深度和進給量均宜適當加大，避免切削刃和，切削深度和進給量均宜適當加大，避免切削刃和刀尖劃過硬化層。刀尖劃過硬化層。 高溫合金主要分為：鐵基合金、鎳基合金、鐵鎳基合金、高溫合金主要分為：鐵基合金、鎳基合金、鐵鎳基合

16、金、鈷基合金。鈷基合金。 高溫合金在常溫時力學性能并不高，但由于組織中含有許高溫合金在常溫時力學性能并不高，但由于組織中含有許多高熔點合金元素，如鐵、鈦、鉻、鎳、釩、鎢、鉬等，它們多高熔點合金元素，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合形成高硬度的化合物，所以與其他合金元素及非金屬元素結合形成高硬度的化合物，所以高溫硬度、強度高。切削高溫合金變形阻力大，切削力大，加高溫硬度、強度高。切削高溫合金變形阻力大，切削力大，加工硬化嚴重。熱導率小，切削溫度可達工硬化嚴重。熱導率小，切削溫度可達1000，所以高溫合金，所以高溫合金的切削加工性較差。的切削加工性較差。 加工高溫

17、合金時可采用韌性好，導熱性好的加工高溫合金時可采用韌性好，導熱性好的YG、YW類硬類硬質合金加工，也可采用高性能高速鋼加工。宜采用偏小的前角質合金加工，也可采用高性能高速鋼加工。宜采用偏小的前角(o=010)以提高切削刃的強度，選用偏低的切削速度以提高切削刃的強度，選用偏低的切削速度(vc =30m/min50m/min)，以降低切削溫度。此外，應加大切削深，以降低切削溫度。此外，應加大切削深度和進給量，避免在硬化層內切削。度和進給量，避免在硬化層內切削。 常用的鈦合金有常用的鈦合金有鈦合金（鈦合金（TA）和）和+鈦合金鈦合金(TC)。 鈦合金的伸長率、沖擊韌度均很小，所以在切削時，塑鈦合金的

18、伸長率、沖擊韌度均很小，所以在切削時，塑性變形小，變形系數很小切屑流出時與前刀面接觸面積小，性變形小，變形系數很小切屑流出時與前刀面接觸面積小，僅為僅為45鋼的鋼的1/21/3。其熱導率小，只為。其熱導率小，只為45鋼的鋼的1/51/7。切。切削熱集中在切削刃附近，切削溫度很高。加工表面經常出現削熱集中在切削刃附近，切削溫度很高。加工表面經常出現硬而脆的外皮，給以后工序帶來困難。硬而脆的外皮，給以后工序帶來困難。 通常選用通常選用YG8、YG6X硬質合金切削鈦合金，用硬質合金切削鈦合金，用YG6A切切削效果更好。為提高切削刃強度和散熱條件，應采用較小的削效果更好。為提高切削刃強度和散熱條件，應

19、采用較小的前角前角(0=510)及磨負倒棱，磨出刀尖圓弧半徑，擴大刀尖及磨負倒棱，磨出刀尖圓弧半徑，擴大刀尖處散熱面積。切削速度不宜過高，一般為處散熱面積。切削速度不宜過高，一般為vc =40m/min50m/min。切削深度和進給量宜適當加大。切削深度和進給量宜適當加大。 冷硬鑄鐵的表面硬度很高，可達冷硬鑄鐵的表面硬度很高，可達60HRC60HRC。此外，鎳鉻冷硬鑄鐵的。此外，鎳鉻冷硬鑄鐵的高溫強度高，熱導率小，塑性很低，刀屑接觸長度很小，切削力和切高溫強度高，熱導率小，塑性很低，刀屑接觸長度很小，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，刀具削熱都集中在切削刃附近，

20、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。易磨損，耐用度低，所以，冷硬鑄鐵的切削加工性差。 可選用可選用YG6YG6、YG6XYG6X、YH3YH3切削冷硬鑄鐵。用氧化鋁陶瓷或氮化硅陶切削冷硬鑄鐵。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度，一般瓷刀具加工，可提高刀具耐用度。為了提高切削刃和刀尖強度，一般選用較小的前角選用較小的前角( (oo=0=0-4-4) )，小主偏角，小主偏角( (rr =15 =153030) )，負刃傾，負刃傾角角( (ss 0 0-5-5) )，較大刀尖圓弧半徑。用普通硬質合金刀具切削冷，

21、較大刀尖圓弧半徑。用普通硬質合金刀具切削冷硬鑄鐵的速度較低硬鑄鐵的速度較低( (vcvc20m/min)20m/min)，用氧化鋁陶瓷刀具可達，用氧化鋁陶瓷刀具可達60m/min60m/min。 常用的純金屬如紫銅、純鋁、純鐵等，其硬度、強度都較低，熱導常用的純金屬如紫銅、純鋁、純鐵等，其硬度、強度都較低，熱導率大，對切削加工有利；但其塑性很高，切屑變形大，刀屑接觸長度率大，對切削加工有利；但其塑性很高，切屑變形大，刀屑接觸長度大并容易發(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量，斷屑困難。此外，它們的線膨脹系數較大，精加工時不工表面質量，斷屑困難。此外，它們的線膨脹系數較大，精加工時不易控制工件的加工精度。易控制工件的加工精度。 加工純金屬，可以用高速鋼刀具，也可以用硬質合金刀具。加工純金屬，可以用高速鋼刀具，也可以用硬質合金刀具。YG或或YW類硬質合金可用于加工紫銅、純鋁，類硬質合金可用于加工紫銅、純鋁，YT或或YW類硬質合金可用于加類硬質合金可用于加工純鐵，應采用大前角工純鐵，應采