第7章_工件材料切削加工性

1、第 一 节第 一 节 切 削 加 工 性 的 概 念 和 衡 量 指 标切 削 加 工 性 的 概 念 和 衡 量 指 标 (Machinability) n 概念概念：在一定条件下对工件材料进行切削加工的难易：在一定条件下对工件材料进行切削加工的难易 程度。切削加工性是一个相对的概念。程度。切削加工性是一个相对的概念。 n 衡量指标：衡量指标： 2021/6/233 2021/6/234 例：例： （HB170229，b0.637GPa） 3600 3600 r j v K v （7-1） 7.1 材料切削加工性概念和指标材料切削加工性概念和指标 2021/6/235 加工 性 等级 表0

2、材料相对加工性等级 材料名称及种类 相对加 工性Kr 代 表 性 材 料 1 很易切削 材料 一般有色 金属 3.0铜铝合金，铝铜合金，铝镁合金 2 容易切削 材料 易切削钢2.53 退火l5Cr，b0.373o.441GPa 自动机钢，b0.3930.491GPa 3 较易 切削钢 1.6 2.5 正火30钢，b0.4410.549GPa 4 普通材料 一般钢、 铸铁 1.0 1.6 45钢，灰铸铁 5 稍难切削 材料 0.65 1.0 2Crl3，调质b0.834GPa 85，钢b0.883GPa 6 难加工材 料 较难切削 材料 0.5 0.65 45Cr，调质b1.03GPa 65Mn

3、，调质b0.9320.981 7 难切削 材料 0.15 0.5 50CrV, 调质；1Crl8Ni9Ti, 钛合金 8 很难切削 材料 0.15某些钛合金，铸造镍基高温合金 7.1 材料切削加工性概念和指标材料切削加工性概念和指标 一、影响工件材料切削加工性的因素一、影响工件材料切削加工性的因素 材料力学性能材料力学性能 材料物理化学性能材料物理化学性能 化学成分化学成分 金相组织金相组织 加工条件等加工条件等 2021/6/238 工件材料硬度的影响 1）工件材料常温硬度对切削加工性影响：工件材料硬 度越高，切削力越大，切削温度越高，刀具磨损越快。 2）工件材料高温硬度的影响：工件材料高温

4、硬度越高 ，加工性越差。这是因为切削温度对切削过程的有利影 响（软化）对高温硬度高的材料不起作用。 3）金属材料中硬质点对加工性的影响：金属中硬质点 越多，形状越尖锐、分布越广，则材料的加工性越差。 4）材料的加工硬化对切削加工性的影响：加工硬化性 越严重，切削加工性越差。 某些高锰钢、奥氏体不锈钢切削后的表面硬度，比原始 基体高1.42.2倍。 2021/6/239 强度越高的材料，产生的切削力越大，切削时消耗的功 率越多，切削温度亦越高，刀具容易磨损。 因此，在一般情况下，加工性随工件材料强度提高而降低。 2.工件材料强度的影响 2021/6/2311 工件材料韧性的影响 韧性大的材料，切

5、削加工性较差：在断裂前吸收 的能量多，切削功率消耗多；且断屑困难。 工件材料弹性模量的影响 材料的弹性模量E是衡量材料刚度（抵抗弹性变 形的性能）的指标，E值越大，材料刚度越大， 切削加工性越差。 材料的切削加工性是上述这些机械性能（硬度、强度 、塑性、韧性、弹性模量等）综合影响的结果。 2021/6/2312 如镁合金易燃烧，钛合金切屑易形成硬脆化合物等，不 利于切削进行。 工件材料导热系数的影响 工件材料物理化学反应的影响 二、改善工件材料切削加工性的途径二、改善工件材料切削加工性的途径 通过热处理改变材料的组织和机械性能通过热处理改变材料的组织和机械性能 1、高碳钢和工具钢：、高碳钢和工

6、具钢： 球化退火，降低硬度球化退火，降低硬度 2、热轧状态的中碳钢：、热轧状态的中碳钢： 正火、退火，使组织和硬度均匀。正火、退火，使组织和硬度均匀。 3、低碳钢：、低碳钢： 冷拔或正火冷拔或正火 ，提高硬度。，提高硬度。 4、马氏体不锈钢：、马氏体不锈钢： 调质处理，降低塑性调质处理，降低塑性 5、铸铁件：、铸铁件： 退火处理：降低表层硬皮硬度，消除内应力。退火处理：降低表层硬皮硬度，消除内应力。 调整材料的化学成分调整材料的化学成分 在钢中适当添加一些元素，如硫、钙、铅等，使钢的切削在钢中适当添加一些元素，如硫、钙、铅等，使钢的切削 加工性得到显著改善，这样的钢叫加工性得到显著改善，这样的

7、钢叫“易切钢易切钢”。 2021/6/2319 有色金属 有色金属（如铝及铝合金，铜及铜合金等）通常属于易 切削材料。 ， 7.3 常用金属材料的切削加工性常用金属材料的切削加工性 2021/6/2320 铸铁的加工性一般较碳钢好。 比较各种铸铁加工性的好坏，主要取决于石墨的存在形 式、基体组织状态、金属组织成分和热处理的影响。 例如：灰铸铁，可锻铸铁和球墨铸铁中，石墨分别呈片 状、团絮状和球状，因此它们的强度依次提高，加工性 随之变差。 铸铁 有色金属（如铝及铝合金，铜及铜合金等）通常属于 易切削材料。 7.3 常用金属材料的切削加工性常用金属材料的切削加工性 有色金属 2021/6/232

8、1 碳素钢 ， 7.3 常用金属材料的切削加工性常用金属材料的切削加工性 合金工具钢 2021/6/2322 常用金属材料的切削加工性常用金属材料的切削加工性 表1 工件材料加工性分级表 切削加工易切削较易切削较难切围难 切 削 等级代号0123456789 9a9b 硬度 HB50 50 100 100 150 150 200 200 250 250 300 300 350 350 400 400 480 480 635 635 HRC 14 24.8 24.8 32.3 32.3 38.1 38.1 43 43 50 50 60 60 抗拉强度 b （GPa） 0.196 0.196 0.

9、441 0.441 0.588 0.588 0.784 0.784 0.98 0.98 1.176 1.176 1.372 1.372 l.568 1.658 1.764 1.764 1.96 1.96 2.45 2.45 延伸率 () 10 10 15 15 20 20 25 25 30 30 35 35 40 40 50 50 60 60 100 100 冲击值k (kJ/m2) 196 196 392 392 588 588 784 784 980 980 1372 1372 1764 1764 1962 1962 2450 2450 2940 2940 3920 导热系数k (W/mK

10、) 418.68 293.08 293.08 167.47 167.47 83.74 83.47 62.80 62.80 41.87 41.87 33.5 33.5 25.12 25.12 16.75 16.75 8.37 8.37 难加工金属材料的切削加工性难加工金属材料的切削加工性 难加工的原因一般是以下几个方面：难加工的原因一般是以下几个方面：高硬度；高强度高硬度；高强度 ；高塑性和高韧性；低塑性和高脆性；低导热性；有；高塑性和高韧性；低塑性和高脆性；低导热性；有 大量微观硬质点或硬夹杂物；化学性质活泼。大量微观硬质点或硬夹杂物；化学性质活泼。这些特性一般这些特性一般 都能使切削过程中的

11、切削力加大，切削温度升高，刀具磨损加都能使切削过程中的切削力加大，切削温度升高，刀具磨损加 剧，刀具使用寿命缩短；有时还将使已加工表面质量恶化，切剧，刀具使用寿命缩短；有时还将使已加工表面质量恶化，切 屑难以控制；最终则使加工效率和加工质量降低，加工成本提屑难以控制；最终则使加工效率和加工质量降低，加工成本提 高。高。 高强钢和超高强钢高强钢和超高强钢 HRC35-50、强度超过、强度超过1000MPa，如：连杆、曲轴、叶，如：连杆、曲轴、叶 片、炮管等片、炮管等 30CrMnSi、20CrMnTi等等 切削力大、温度高、刀具磨损快、断屑难切削力大、温度高、刀具磨损快、断屑难 高强度钢在退火状

12、态下加工比较容易高强度钢在退火状态下加工比较容易 刀具：刀具：YT类、类、TiC基、陶瓷、涂层刀具等。基、陶瓷、涂层刀具等。 典型难加工材料的加工典型难加工材料的加工 高锰钢高锰钢 n 含含Mn量量11-18%，如：铁轨、挖掘机铲斗、履带等，如：铁轨、挖掘机铲斗、履带等 n 高锰奥氏体钢，塑性变形大、耐磨性好高锰奥氏体钢，塑性变形大、耐磨性好 n 高锰钢线膨胀系数大，影响加工精度高锰钢线膨胀系数大，影响加工精度 n 加工硬化严重、切削力大、温度高、断屑难：加工硬化严重、切削力大、温度高、断屑难： 180220HBS450500HBS n 导热性差导热性差,为为45号钢的号钢的1/4 n 刀具：

13、刀具：YW类、陶瓷、涂层刀具等。类、陶瓷、涂层刀具等。 n P126页页5项措施项措施 典型难加工材料的加工典型难加工材料的加工 淬火钢（白口铸铁）淬火钢（白口铸铁） n 硬度高，大于硬度高，大于HRC50，工具钢、模具钢等，工具钢、模具钢等 n 一般磨削加工一般磨削加工 n 切削力大、温度高、刀具磨损块切削力大、温度高、刀具磨损块 n 刀具：刀具：YW类、陶瓷、超细晶粒合金、涂层刀具等。类、陶瓷、超细晶粒合金、涂层刀具等。 纯金属的加工纯金属的加工 常用的纯金属如紫铜、纯铝、纯铁等，其硬度、强度都较常用的纯金属如紫铜、纯铝、纯铁等，其硬度、强度都较 低，导热系数大，对切削加工有利；但其塑性很

14、高，切屑变形低，导热系数大，对切削加工有利；但其塑性很高，切屑变形 大，刀大，刀屑接触长度大并容易发生冷焊，生成积屑瘤，因此切屑接触长度大并容易发生冷焊，生成积屑瘤，因此切 削力较大，不容易获得好的已加工表面质量，断屑困难。此外削力较大，不容易获得好的已加工表面质量，断屑困难。此外 ，它们的线膨胀系数较大，精加工时不易控制工件的加工精度，它们的线膨胀系数较大，精加工时不易控制工件的加工精度 。 不锈钢和高温合金的切削加工性不锈钢和高温合金的切削加工性 1、不锈钢按金相组织分，有铁素体、马氏体、奥氏体三种。、不锈钢按金相组织分，有铁素体、马氏体、奥氏体三种。 铁素体、马氏体不锈钢铁素体、马氏体不

15、锈钢的成分以铬为主，经常在淬火的成分以铬为主，经常在淬火回火或回火或 退火状态下使用，综合机械性能适中，切削加工一般不太难。退火状态下使用，综合机械性能适中，切削加工一般不太难。 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢的成分以铬、镍等元素为主，淬火后呈奥氏体组的成分以铬、镍等元素为主，淬火后呈奥氏体组 织，切削加工性比较差。织，切削加工性比较差。 2、高温合金中含有许多高熔点合金元素，如铁、钛、铬、钴、高温合金中含有许多高熔点合金元素，如铁、钛、铬、钴 、镍、钒、钨、钼等，它们与其他合金元素构成纯度高、组织、镍、钒、钨、钼等，它们与其他合金元素构成纯度高、组织 致密的奥氏体合金。致密的奥氏体合金。 (1)强

16、度较高强度较高 (2)硬度较高硬度较高 (3)导热系数小导热系数小 (4)合金中的高硬度化合物构成硬质点合金中的高硬度化合物构成硬质点 (5)在中、低切削速度下在中、低切削速度下 ，易与刀具发生冷焊，易与刀具发生冷焊 钛合金的切削加工性钛合金的切削加工性 钛合金的切削加工性也很差，刀具磨损快，刀具耐用度低钛合金的切削加工性也很差，刀具磨损快，刀具耐用度低 ，其原因为，其原因为: (1)加工钛合金时，剪切角很大，刀屑接触长度短，使前刀加工钛合金时，剪切角很大，刀屑接触长度短，使前刀 面压力增大，加速了刀具磨损；面压力增大，加速了刀具磨损； (2)导热系数极小；导热系数极小； (3)已加工表面经常

17、出现硬而脆的外皮；已加工表面经常出现硬而脆的外皮； (4)弹性模量小，已加工表面回弹量大，加剧了对后刀面的弹性模量小，已加工表面回弹量大，加剧了对后刀面的 摩擦。摩擦。 钛合金加工注意事项，钛合金加工注意事项，6项，项，P130 2021/6/2330 7.4 难切削材料难切削材料 ， 表2 难切削金属材料的切削加工性比较（恶化顺序1234） 影响切削 加工性的 因素 难切削金属材料（淬火或析出硬化状态） 高锰 钢 高 强 度 钢不 锈 钢 高温 合金 低合 金 高合 金 马氏 体时 效钢 沉淀 硬化 型 奥氏体 型 马氏体 型 索氏体 型 铁基镍基钴基 钛合 金 硬度123423413122

18、3122322 高温强度11221l21123332 微观硬质点 121231111123321 与刀具 亲和性 111112222334 导热性42223322343444 加工硬化性4221232133432 粘附件21111231133421 相对切削 加工性 0.2 0.4 0.2 0.5 0.2 0.45 0.1 0.25 0.3 0.4 0.5 0.6 0.5 0.7 0.6 0.8 0.15 0.3 0.8 0.2 0.05 0.15 0.25 0.38 2021/6/2331 1 1 、选择合适的刀具材料、选择合适的刀具材料 2 2、对工件进行相应的热处理；、对工件进行相应的热

19、处理； 3 3、提高机床夹具刀具工件这一工艺系统的刚性，、提高机床夹具刀具工件这一工艺系统的刚性， 提高机床的功率；提高机床的功率； 4 4、刀具表面研磨，减小粗糙度；、刀具表面研磨，减小粗糙度； 5 5、合理选择刀具几何参数和切削用量；、合理选择刀具几何参数和切削用量； 6 6、对断屑、卷屑、排屑和容屑给予足够的重视；、对断屑、卷屑、排屑和容屑给予足够的重视； 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 7.5 7.5 非金属材料的加工非金属材料的加工 n 塑料塑料 n 陶瓷陶瓷 n 复合材料复合材料 n 石材石材 n 橡胶等橡胶等 2021/6/2333 普通陶瓷与

20、特种陶瓷（精细陶瓷）普通陶瓷与特种陶瓷（精细陶瓷） 精细陶瓷分为精细陶瓷分为结构陶瓷结构陶瓷及及功能陶瓷功能陶瓷。 精细陶瓷材料切削加工特点：精细陶瓷材料切削加工特点：采用金刚石刀具或立方氮采用金刚石刀具或立方氮 化硼刀具进行切削加工，或采用磨削加工方式化硼刀具进行切削加工，或采用磨削加工方式。该材料额韧。该材料额韧 性低，脆性大，切削时刀具破损和磨损严重性低，脆性大，切削时刀具破损和磨损严重 ，刀具耐用度低。刀具耐用度低。 2021/6/2334 复合材料是指用两种或两种以上物理与化学形状不同复合材料是指用两种或两种以上物理与化学形状不同 的物质，人工制成的多组元固体材料。复合材料是多组元的物质，人工制成的多组元固体材料。复合材料是多组元 （相）体系。（相）体系。 复合材料的组成相：复合材料的组成相：基体相基体相（起粘结作用）和（起粘结作用）和增强相增强相 （提高强度和刚度的作用）（提高强度和刚度的作用） 复合材料分为复合材料分为结构复合材料结构复合材料及及功能复合材料两类功能复合材料两类。 2021/6/2335 软橡胶：软橡胶：不同性能的生橡胶加入各种添加剂后制成的不同性能的生橡胶加入各种添加剂后制成的 具有不同硬度和性能的橡胶制品。具有不同硬度和性能的橡胶制品。 硬橡胶：硬橡胶：由含由含252550