《機(jī)械制造過(guò)程原理》課件2.10 工件材料的切削加工性

1、2.10 工件材料切削加工性 工件材料的切削加工性是指在一定切削條件下，對(duì)某種材料進(jìn)行切削加工的難易程度。一、概念和衡量指標(biāo)1）以加工表面質(zhì)量衡量加工性； 2）以一定耐用度下的切削速度vT衡量加工性；3）以一定的切削條件下切削力或切削溫度衡量加工性；4）以切屑控制或斷屑的難易;5) 以一定切削條件下刀具使用壽命T的相對(duì)比值KT來(lái)衡量切削加工性。 切削加工性是一個(gè)相對(duì)的概念。 由于切削加工的具體情況和要求不同，所謂難易程度就有不同內(nèi)容。比如：粗加工時(shí)，要求刀具的磨損慢和加工生產(chǎn)率高；而在精加工時(shí)，則要求工件有高的加工精度和較小的表面粗糙度。顯然，這兩種情況下所指的切削加工難易程度是不相同的。此外

2、，如普通機(jī)床與自動(dòng)化機(jī)床，單件小批與成批大量生產(chǎn)，單刀切削與多刀切削等等，都使衡量切削加工性的指標(biāo)不相同。 目前公認(rèn)的難加工材料：鈦合金；2 高溫合金；3 超高強(qiáng)度鋼；4 高錳鋼；5不銹鋼；6 硬質(zhì)合金；7 工程陶瓷；8 單晶硅；9 熱噴涂（焊）材料。一般用相對(duì)加工性Kv來(lái)衡量工件材料的可切削加工性。通常以b=0.637GPa的45鋼的60（刀具壽命為60min時(shí)所允許的切削速度，用60表示）為基準(zhǔn)，寫(xiě)作(60)j。將其它工件材料的60與之相比，其比值即為相對(duì)加工性Kv，即 Kv=60/(60)j 當(dāng) Kv 1時(shí)，該材料比45鋼容易切削，例如有色金屬Kv 3；當(dāng) Kv 1時(shí)，該材料比45鋼難切

3、削，例如高錳鋼、鈦合金； Kv 0.5，均屬難加工材料。材料切削加工性等級(jí)，見(jiàn)書(shū)中表2-17。 影響工件材料切削加工性的因素很多，包括工件材料的物理力學(xué)性能、化學(xué)成分、金相組織等。二、影響工件材料切削加工性的因素1）、工件材料的硬度 (1)工件材料常溫硬度 一般情況下，同類(lèi)材料中硬度高的加工性低。材料硬度高時(shí)，切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度減小，因此前刀面上法應(yīng)力增大，摩擦熱量集中在較小的刀屑接觸面上，促使切削溫度增高和磨損加劇。工件材料硬度過(guò)高時(shí)，甚至引起刀尖的燒損及崩刃。 (2)工件材料高溫硬度 工件材料的高溫硬度愈高，切削加工性愈低。刀具材料在切削溫度的作用下，硬度下降。工件材料的高溫硬度高時(shí)，

4、刀具材料硬度與工件材料硬度之比下降，這對(duì)刀具的磨損有很大的影響。高溫合金、耐熱鋼的切削加工性低，這是一個(gè)重要的原因。 (3)工件材料中硬質(zhì)點(diǎn) 工件材料中硬質(zhì)點(diǎn)愈多，形狀愈尖銳，分布愈廣，則工件材料的切削加工性愈低。硬質(zhì)點(diǎn)對(duì)刀具的磨損作用有二：其一是硬質(zhì)點(diǎn)的硬度都很高，對(duì)刀具有擦傷作用；其二是工件材料晶界處微細(xì)硬質(zhì)點(diǎn)能使材料強(qiáng)度和硬度提高，這使切削時(shí)對(duì)剪切變形的抗力增大，使材料的切削加工性降低。(4)材料的加工硬化 工件材料的加工硬化性能愈高，則切削加工性愈低。某些高錳鋼及奧氏體不銹鋼切削后的表面硬度，比原始基體高1.42.2倍。材料的硬化性能高，首先使切削力增大，切削溫度增高；其次，刀具被硬化

5、的切屑擦傷，副后面產(chǎn)生邊界磨損；第三，當(dāng)?shù)毒咔邢饕延不砻鏁r(shí)，磨損加劇。 包括常溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度。 工件材料的強(qiáng)度愈高，切削力就愈大，切削功率隨之增大，切削溫度因之增高，刀具磨損增大。所以在一般情況下，切削加工性隨工件材料強(qiáng)度的提高而降低。2）、工件材料的強(qiáng)度 合金鋼與不銹鋼的常溫強(qiáng)度和碳素鋼相差不大，但高溫強(qiáng)度卻比較大，所以合金鋼及不銹鋼的切削加工性低于碳素鋼。3）、工件材料的塑性與韌性 工件材料的塑性以伸長(zhǎng)率表示，伸長(zhǎng)率愈大，則塑性愈大。強(qiáng)度相同時(shí)，伸長(zhǎng)率愈大，則塑性變形的區(qū)域也隨之?dāng)U大，因而塑性變形所消耗的功也愈大。 工件材料的韌性以沖擊韌度ak值表示。ak值大的材料，表示它在破斷之前所

6、吸收的能量愈多。（1）塑性和韌性增大，都導(dǎo)致同一后果，即塑性變形功增大。 塑性大的材料在塑性變形時(shí)因塑性變形區(qū)域增大而使塑性變形功增大；韌性大的材料在塑性變形時(shí)，塑性區(qū)域可能不增大，但吸收的塑性變形功卻增大。（2）同類(lèi)材料，強(qiáng)度相同時(shí)，塑性大的材料切削力較大。（3）塑性過(guò)大或過(guò)小都使切削加工性下降。 （4）韌性對(duì)斷屑的影響比較明顯，在其它條件相同時(shí)，材料的韌性愈高，斷屑愈困難。4）、工件材料的導(dǎo)熱系數(shù) 在一般情況下，導(dǎo)熱系數(shù)高的材料，它們的切削加工性都比較好；而導(dǎo)熱系數(shù)低的材料，切削加工性都差。5）、化學(xué)成分Cr，Ni，V，Mo，W，Mn等元素能提高鋼的強(qiáng)度和硬度。Si和A1等元素容易形成氧化

7、鋁和氧化硅等硬質(zhì)點(diǎn)使刀具磨損加劇。 以含量0.3為限，對(duì)鋼的切削加工性影響不大；超過(guò)這個(gè)含量水平，對(duì)鋼的切削加工性是不利的。（1）鋼的化學(xué)成分對(duì)切削加工性的影響鋼中加入少量的硫、硒、鉛、鉍、磷等元素后，能略降低鋼的強(qiáng)度，同時(shí)又能降低鋼的塑性，故對(duì)鋼的切削加工性有利。 硫能引起鋼的紅脆性，但若適當(dāng)提高錳的含量，可以避免紅脆性。硫與錳形成的MnS以及硫與鐵形成的FeS等，質(zhì)地很軟，可以成為切削時(shí)塑性變形區(qū)中的應(yīng)力集中源，能降低切削力，使切屑易于折斷，減小積屑瘤的形成，從而使 已加工表面粗糙度減小，減少刀具的磨損。硒、鉛、鉍等元素也有類(lèi)似的作用。 主要取決于這些元素對(duì)碳的石墨化作用。鑄鐵中碳元素以?xún)?/p>

8、種形式存在：碳化鐵、游離石墨。石墨硬度很低，潤(rùn)滑性能很好，以石墨形式存在，鑄鐵的切削加工性就好；而碳化鐵的硬度高，加劇刀具的磨損，所以碳化鐵含量愈高，鑄鐵的切削加工性愈低。按結(jié)合碳(碳化鐵)的含量來(lái)衡量鑄鐵的加工性。鑄鐵的化學(xué)成分中，凡能促進(jìn)石墨化的元素，如硅、鋁、鎳、銅、鈦等都能提高鑄鐵的切削加工性；反之，凡是阻礙石墨化的元素，如鉻、釩、錳、鉬、鈷、磷、硫等都會(huì)降低切削加工性。（2）鑄鐵的化學(xué)成分對(duì)切削加工性的影響6）、金屬組織對(duì)切削加工性的影響鐵素體：塑性較高。純鐵(含碳量極低)是完全的鐵素體，軟而韌，粘刀，加工性十分低，粗糙度極大。正火提硬度滲碳體：網(wǎng)、片狀硬度高，韌性低。球化退火降硬度

9、。珠光體：不管是呈片狀和球狀，硬度、強(qiáng)度、韌性適中。索氏體托氏體：淬火中溫回火，硬度較高，較難加工馬氏體：淬火低溫回火硬度強(qiáng)度高，針狀。加工性極差。奧氏體：硬度不高，韌性塑性大，變形、加工硬化大。（1）鋼的不同組織的影響 鑄鐵分為白口鐵、麻口鐵、灰鑄鐵、鐵素體灰鑄鐵和球墨鑄鐵(包括可鍛鑄鐵)等。加工性依次增加。因塑性依次增加，硬度依次遞減。（2）鑄鐵的不同組織的影響 白口鐵是鐵水急驟冷卻后得到的組織，它的組織中有少量碳化物，其余為細(xì)粒狀珠光體。珠光體灰鑄鐵的組織是珠光體及石墨?；诣T鐵的組織為較粗的珠光體、鐵素體及石墨。鐵素體灰鑄鐵的組織為鐵素體及石墨。球墨鑄鐵中碳元素大部分以球狀石墨的形態(tài)存在，這種鑄鐵的塑性較大，切削加工性也大有改進(jìn)。 要改善工件材料的切削加工性，可通過(guò)熱處理方法，改變材料的金相組織和物理力學(xué)性能，也可通過(guò)調(diào)整材料的化學(xué)成分等途徑。生產(chǎn)實(shí)際中，熱處理是常用的處理方法。三、改善工件材料切削加工性的途徑1)調(diào)整工件材料的化學(xué)成分，以改善切削加工性 在大批量生產(chǎn)中，應(yīng)通過(guò)調(diào)整工件材料的化學(xué)成分來(lái)改善切削加工性。 加S、Pb 2)通過(guò)熱處理改變工件材料金相組織和物理力學(xué)性能高碳鋼和工具鋼球化退火、可以降低它的