转向弯臂杆毕业设计

1、安徽建筑工业学院毕业论文 1 机械加工工艺分析1.1 零件的分析 零件：转向弯臂杆 材料：45钢 零件图：1.2 零件的工艺分析 转向节弯臂加工表面，它们之间有一定的位置要求。现分述如下：加工表面包括：铣M27*1.5-6g的外螺纹端面，车锥度为1：8的外圆锥表面及铣圆锥面30°以锥度为1：10所在的键槽，钻5.5通孔。加工表面包括：钻铰锥度1：821.9锥孔，铣21.5锥孔两端面，锥孔内表面的粗糙度为6.3。1.2.1 零件生产类型的确定零件的生产纲领：据机械制造技术基础式5.2.3N零N×n（1）×（1） 式中 N零零件的生产纲领（件/年）； N产品的生产纲领

2、（台/年）；n每台产品中包含该零件的数量（件/台）；该零件备件的百分率；该零件废品的百分率。N零=9600×1×（1+5%）×（1+5%）=10584 由机械制造技术基础表5.6知道该零件的生产类型是大量生产1.3 工艺规程的设计 1.3.1 确定毛坯的制造形式 零件材料为40Cr。考虑到汽车在运行中要经常加速及正、反向行驶，零件在工作过程中则经常承受交变载荷及冲击性载荷，因此应该选择锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。由于零件年产量为9600台/年，已达到大量生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用模锻成型。这对提高生产率、保证加工质量也是有利

3、的。 1.3.2 基准的选择 基准选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基准选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。（1） 粗基准的选择。一般而言，以零件不加工的外表面作为粗基准，而此处不加工的表面只有一处，弯臂上弯曲的部位：对于轴类零件，以外圆作为粗基准是完全合理的。按照有关粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作为粗基准；若零件有若干个不加工表面时则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准），因此，利用一组共两个短V型块分别支承在转向臂不加工的弯曲部位和

4、需精加工的M27*1.5-6g螺纹处，以消除y、y、z、z 四个自由度。由于工件两端面同时铣端面、打中心孔，故 x 和 x 可不限制。 （2） 精基准的选择。精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准布重合时，应该进行尺寸换算。以弯臂两端面中心孔作为基准，加工45mm外圆柱面、M27*1.5-6g螺纹以及锥度1：8外圆锥面；以锥度1：8外圆锥面和5.5孔所在的端面为基准，铣30°的键槽。以锥度1：8外圆锥面和5.5孔所在的端面为基准钻铰锥度1：8锥孔及铣其两端面。1.3.3 制定工艺路线由于生产类型为大批量生产，故采用万能机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产

5、率。除此以外，还应降低生产成本。 （1） 工艺路线方案一：工序1：铣两端面，打中心孔。工序2：粗车M27X1.5的外圆，及36mm锥度1：8外圆。工序3：精车螺纹M27X1.5-6g及30°倒角，并车36mm锥度1：8圆锥及R1.5的退刀槽，车M27X1.5-6g螺纹工序4双铣21.9锥孔两端面。工序5钻5.5通孔1X90° 锪两端工序6铣30°5.5mm键槽工序7钻21.9mm*锥度1：8锥孔底孔，精铰21.9*锥度1：8，工序8热处理36mm圆锥面工序9 磨36mm圆锥面工序10终检（2）工艺路线方案二：工序1：铣两端面，打中心孔。工序2：双铣21.9锥孔两端

6、面。工序3：粗车M27X1.5的外圆，及36mm锥度1：8外圆，45mm外圆。工序4：精车螺纹M27X1.5-6g及30°倒角，并车36mm锥度1：8圆锥及R1.5的退刀槽，车45的外圆。工序5 钻5.5通孔1X90° 锪两端，工序6 铣30°5.5mm键槽工序7 21.9mm*锥度1：8锥孔底孔，精铰21.9*锥度1：8孔工序8 处理圆锥面工序9 磨圆锥面工序10 终检（3）工艺方案的比较与分析。上述两个工艺方案的特点在于：方案一的工序2、34加工只需一次装夹，中途不需要换夹具；方案二的工序2、34加工中需要更换夹具。，故决定采用方案一的加工工艺。具体工艺过程如

7、下：工序1：铣两端面，打中心孔。工序2：粗车M27X1.5的外圆，及36mm锥度1：8外圆。工序3：精车螺纹M27X1.5-6g及30°倒角，并车36mm锥度1：8圆锥及R1.5的退刀槽，车M27X1.5-6g螺纹工序4双铣21.9锥孔两端面。工序5钻5.5通孔1X90° 锪两端工序6铣30°5.5mm键槽工序7钻21.9mm*锥度1：8锥孔底孔，精铰21.9*锥度1：8，工序8热处理36mm圆锥面工序9 磨36mm圆锥面工序10终检1.3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“转向节弯臂”零件材料为40Cr，毛坯约为3kg，生产类型为大批量生产，采用在锻锤

8、上合模模锻毛坯。 根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：外圆表面：对于M27*1.5外圆，其加工长度胃28，取其毛坯尺寸为32mm，同时对于切削38的1/8锥度外圆按照车外圆车削来加工，最大直径处取为44mm。粗车时M27所在的外圆，加工长度28mm，根据实用机械加工工艺手册表69,加工余量2Z1=4mm。锥度1：8所在外圆，加工长度50mm，加工余量2Z1=5mm。半精车时：对于半精车来说： M27所在的外圆，加工余量2Z2=1mm。锥度1：8所在的外圆，加工余量2Z2=2mm。总的加工余量： M27所在的外圆 2Z=2Z1+2Z2 =4+1=

9、5mm 锥度1：8所在的外圆 2Z=2Z1+2Z2 =5+2=7mm 计算各加工工序基本尺寸：粗车 M27所在的外圆 28mm+4mm=32mm锥度1：8所在的外圆 40mm+6mm=46mm精车 M27所在的外圆 27mm+1mm=28mm锥度1：8所在的外圆 37mm+2mm=39mm（2） 21.5两平面以及锥孔21.9：根据实用机械加工工艺手册表630，其两端面的加工余量各留1mm。计算锥孔小端直径 d=19.2mm锥孔加工精度要求不高，此处按IT7查表，参照工艺简明手册表148，确定工序尺寸及余量： 钻孔：18mm孔粗铰：锥度1：8锥孔，小端直径至19mm 2Z=1mm精铰：锥度1：

10、8锥孔，小端直径至19.2mm 2Z=0.2mm工序1：铣端面，打中心孔铣毛坯件的两个端面及打两个中心孔作为以后某些工序的基准，在这里选用专用夹具来固定毛坯件1.3.5基本工时的确定（1）铣两端面：在这里主要是铣平面，机床型号为X6030。选用硬质合金错齿三面刃铣刀 型号A108铣刀直径d=80mm,齿数=10 。根据金属切削简明手册（第三版）表3.3每齿进给量fz=0.20mm/r，铣削速度V=25m/min，。n=1000v/d式中n转速（r/min）；V切削速度（m/min）；d工件或刀具直径（mm）。n=1000*20/*60=99.5r/min选用机床的转速为=100r/min机床实

11、际切削速度：/1000=25.12m/min当=100r/min ，工作台的每分钟进给量 计算铣削时间：（见机械加工工艺师手册 表30-7）Lw工件铣削部分长度l1切入行程长度l2切出行程长度。其中，则（2）打中心孔：据金属切削手册第三版附表322中心孔为带护锥的A型，刀具是A型*4，国标是GB/T6078.2-1998,由实用机械加工工艺手册第二版，表10179选用， d=4mm，选择这个直径是由机械加工工艺手册第二版表1.1-62中心孔的尺寸及其选用得到的。由实用机械加工工艺手册第二版，表11266，切削速度v是15m/min，进给量f是0.09mm/r，机床主轴转速：根据机械制造技术基础

12、式3.1：n=1000v/d式中n转速（r/min）；V切削速度（m/min）；d工件或刀具直径（mm）。n=1000*15/*4=1193r/min由机床说明书知实际主轴转速为1180r/min实际的切削速度为/1000=14.8m/min计算工时：见械加工工艺师手册表28-42，钻中心孔工时计算公式Lw工件切削部分长度Lf 切入量其中，代入数值得tm=(6+3)/0.09*1193=0.24min工序2：粗车M27X1.5的外圆，及36mm锥度1：8外圆锥。 车床选用数控车床CJK3125, 此工序就是以两中心孔的连线作为加工中心线。据实用机械加工工艺手册表10-103，选择90°

13、;外圆车刀，刀片材料选择硬质合金YT15。刀杆尺寸20mm×30mm。（1）粗车M27*1.5的外圆：（1）加工余量：加工余量2mm （2）确定进给量f：根切削用量简明手册（第三版）表1.4，当刀杆尺寸为20mm×30mm，工件直径32mm时，选用f=0.4 mm/r（3）确定切削速度：按切削用量简明手册表1.27，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）式中，修正系数见切削用量简明手册表1.28，即=102.2m/min。（4）确定机床主轴转速：根据机械制造技术基础式3.1 式中 转速（r/min）； 切削速度（m/min）； 工件直径（mm）。 =1000*102.

14、2/*29=1122r/min选用机床转速=1100r/minv=100.2m/min计算切削工时： 见机械加工工艺师手册有t=l+l1+l2nf t=(30+2+2)/1100*0.4=0.08min检验机床功率：切削时的功率由表查出，由切削用量简明手册表1.24，当时的机床功率卧式数控车床CJK3125的功率为10.5kw，符合要求，可以使用。粗车36锥度1：8外圆：粗车锥度时选用的切削用量应用前一计算的结果，它的半径加工余量是1mm，进给量是0.4mm/r，切削速度是102.2m/min，主轴转速是1100r/min。车削工时计算公式： 见机械加工工艺师手册有t=l+l1+l2nf其中，

15、l 车削长度 l1切入长度 l2切出长度 t=(50+2+2)/1100*0.4=0.12min工序3：精车螺纹M27X1.5-6g及3*45°倒角，并车36mm锥度1：8外圆锥。 车床选用数控车床CJK3125, 此工序就是以两中心孔的连线作为加工中心线。 刀具选择90°外圆车刀，刀具材料为YT15。半精车M27*1.5的外圆（1）加工余量：直径的加工余量为1mm（2）确定进给量f：根切削用量简明手册（第三版）表1.4，当刀杆尺寸为20mm×30mm，工件直径25mm时，选用f=0.4 mm/r（3）确定切削速度：按切削用量简明手册表1.27，切削速度的计算公式

16、为（寿命选T=60min）式中，修正系数见切削用量简明手册表1.28，即=119.6m/min。（4）机床主轴转速： 式中 转速（r/min）； 切削速度（m/min）； 工件直径（mm）。 =1000*119.6/*25=1523.2r/min选用机床转速=1500r/min实际切削速度：v=117.8m/min 车削工时计算公式： 见机械加工工艺师手册有t=l+l1+l2nf其中，l 车削长度 l1切入长度 l2切出长度 t=(30+2+2)/1500*0.4=0.57半精车36锥度1：8外圆精加工的加工余量是0.5mm，切削用量用上一计算结果进给量是0.1mm/r，切削速度119.6m/

17、min，主轴转速是1500r/min。车削工时计算公式： 见机械加工工艺师手册有t=l+l1+l2nf其中，l 车削长度 l1切入长度 l2切出长度 t=(42+2+2)/1500*0.1=0.31车退刀槽查实用机械加工工艺手册表11-26进给量取0.75(mm/r)。表11-31确定切削速度为54(m/min）机床主轴转速：见机械制造技术基础，主轴转速计算公式3.1，n =1000v/d =1000*54/3.14/27 =637 r/min因为数控车床是实现无级连续变速，所以就选择机床的转速为637r/min。那么实际切削速度就是54m/min。车螺纹M27*1.5查实用机械加工工艺手册（

18、第二版）表7-158选用车床型号为SG8615。选用车刀为高速钢的单齿平底螺纹车刀，同时由表11-50查得走刀次数为2次，可查得第一次的进给量为f1=0.40mm/min,第二次走刀的进给量为f2=0.025mm/min,车削速度v=12m/min主轴转速由机械制造技术基础式3.1n=1000v/d式中n转速（r/min）；V切削速度（m/min）；d工件或刀具直径（mm）n=1000×12/24=159r/min由机床说明书可知主轴实际转速为180r/min实际切削速度为/1000=14m/min工序6：铣弯臂端部21.5两端面。根据实用机械加工工艺手册（第二版）表7-24选用卧式

19、升降台铣床X5020B，此工序以未加工平面以及柄部外圆作为加工基准选择刀具：采用标准镶嵌圆柱铣刀 d=100mm，齿数z=8，刀具材料为YT15。加工余量的确定：两面的加工余量各为2mm进给量的确定：由于立式升降台铣床X5020B的功率，则选择铣削时的进给量fz=0.05mm/z. 确定切削速度和每分钟进给量：根据切削用量简明手册表3.15，铣削速度V=25m/min=86r/min取机床转速为n=90r/min，实际切削速度和每齿进给量为：=n/1000=28.3m/min=/z=0.04mm/z铣削切削时间计算：工件铣削部分长度 ；切入行程长度 ；切出行程长度=0.3min 检验机床功率：

20、切削时的功率由表查出，由切削用量简明手册表1.24，当时的机床功率立式升降台铣床X5020B功率5.6kw，符合要求，可以使用 工序7：钻5.5mm通孔， 1*90°锪两端。 据实用机械加工工艺手册（第二版）表7-60选用立式钻床Z5140A，此工序是以端面及中心孔为基准。 钻5.5mm的孔： 根据实用机械加工工艺手册（第二版）表11266选用高速钢钻头，GB/T1438.2-1996的5.5mm麻花钻。 （1）进给量：f=0.1mm/r，（2）切削速度：v=18m/min（3）主轴转速：根据机械制造技术基础式3.1 式中 n转速（r/min）； V切削速度（m/min）； d工件或

21、刀具直径（mm）。 n=1000*18/*5.5=1042r/min根据机床的实际转速选用1000r/min，所以实际的铣削速度是17.3m/min。计算工时：见机械加工工艺师手册 表28-42，计算公式tm=（lw+lf）fnLw 工件切削部分长度 Lf 切入量 tm=(24+4)/0.1*1000=0.28min 1*90°锪两端 查实用机械加工工艺手册表10-178选用带导柱直柄90°锥面锪钻 国标GB/T4263-1984 ，材料选用高速钢锪钻 ；查实用机械加工工艺手册表11-273 选用进给量f=0.1mm/r，切削速度V=15m/min; 由机械制造技术基础，主

22、轴转速计算公式3.1， =735r/min按专用机床说明书，选用相近的机床转速为750r/min，所以实际切削速度由上述公式的 =15.4m/min工序6：铣36圆锥面30键槽5.5宽。由切削用量简明手册表3-3查出切削速度：由实用机械加工工艺手册表11-94，半圆键槽尺寸5.5×22，确定v=20m/min。采用半圆键槽铣刀，z=8。 则 采用立式升降台铣床X5042A，取n=280r/min。故实际的切削速度：工作台每分钟进给量：切削用时：工序7：钻21.9mm*锥度1：8锥孔底孔19.2mm，精铰21*锥度1：8锥孔。1：8锥孔孔口除毛刺。（1）钻21.9的孔根据零件技术要求，

23、此工序选用立式钻床，查实用机械加工工艺手册表7-59得选用钻床型号为Z5140A。查实用机械加工工艺手册表 10-175选用17mm锥柄麻花钻，表10-197查的粗铰, 21锥度1：8的锥柄铰刀。加工基准的选择：此工序主要以加工的双铣面和柄部圆作为加工基准。给量 ：查实用机械加工工艺手册表11-266 f=0.40mm/r。切削速度 ： v=20m/min.机床主轴转速：见机械制造技术基础，主轴转速计算公式3.1， =393r/min按专用机床说明书，选用相近的机床转速为400r/min，所以实际切削速度 =20.3 m/min计算工时：见机械加工工艺师手册 表28-42，计算公式Lw 工件切

24、削部分长度Lf 切入量代入数值得 tm=(27+8.5)/0.4*360=0.25min（2）粗铰锥度1：8锥孔参照机械加工工艺师手册表2839，取进给量f=0.4mm/r,切削速度为10m/min =187r/min按机床说明书取所以实际切削速度 工时计算：根据机械加工工艺师手表2842，铰锥孔工时计算工时=0.97mm（3）精铰锥度1：8的锥孔根据机械加工工艺师手表2839，取精铰进给量·f=0.14mm，转速v=8r/min故，切削转速=131r/min按机床说明书取n=150r/min所以实际切削速度： v=3.14dn/1000=3.14*17*150/1000=9.5m/

25、min工时计算： 工件切削部分长度 切入量 工序8热处理36mm圆锥面工序9 磨36mm圆锥面工序10：综合检验 所有量具和国标均见工艺规程卡片和工序卡片2专用夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，需要设计专用夹具。设计第6道工序-铣36圆锥面30键槽的专用夹具。本夹具将用于立式升降台铣床X5042A。刀具为半圆键槽铣刀，z=8。2.1.问题的指出本夹具主要用来铣36圆锥面30键槽，这个键槽对45轴端面有一定的位置要求，在本道工序中加工时，在本道工序中加工时，主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。2.2夹具设计（1） 定位基准选择。由零件图可知，36圆锥面30键槽45轴端面有位置要求，

26、对轴中心线有角度要求。以轴中心线，45轴端面为基准。2. 3夹紧力的确定(1) 夹紧力方向的确定确定原则：夹紧力的方向应有利于工件的准确定位，一般要求主夹紧力应垂直于第一定位基准面；夹紧力的方向应与工件刚度高的方向一致，以利于减少工件的变形；夹紧力的方向尽可能与切削力、重力方向一致，有利于减小夹紧力。本次设计采用与工件轴线平行方向为夹紧力方向。（2）夹紧力作用点的选择选择原则：夹紧力的作用点应与支承点对应，或在支承点确定的区域内；夹紧力的作用点应选择在工件刚度高的部位；夹紧力的作用点和支承点尽可能靠近切削部位本次设计的夹紧力作用点靠近零件轴线均匀分布，满足要求。（3）夹紧力大小的确定在计算夹紧

27、力时，将夹具和工件看作一个刚性系统，易切削力的作用点、方向和大小处于最不利于夹紧时的状况为工件受力状况。根据切削力、夹紧力以及夹紧机构具体尺寸，列出工件的静力平衡方程式，求出理论夹紧力，再乘以安全系数，作为实际所需夹紧力。（2） 本次设计的夹紧力由计算得出（3） 切削力及夹紧力的计算 (见简明切削手册表3.28式中：夹紧力：在计算切削力时，必须考虑安全系数，安全系数式中为基本安全系数，1.5； 为加工性质系数，1.1；为刀具钝化系数，1.1；为断续切削系数，1.1；则2.4位误差的分析.基准不重合误差 (1) 在零件图上用来确定某一表面尺寸、位置所依据的基准称为设计基准。在工序图上用来确定本工

28、序被加工表面加工后的尺寸、位置所依据的基准称为工序基准。一般情况下，工序基准应与设计基准重合。在机床上对工件进行加工时，须选择工件上若干几何要素作为加工时的定位基准(或测量基准)，如果所选用的定位基准(或测量基准)与设计基准不重合，就会产生基准不重合误差。基准不重合误差等于定位基准相对于设计基准在工序尺寸方向上的最大变动量。本工序是以轴中心线为基准，（2）定位副制造不准确误差 工件在夹具中的正确位置是由夹具上的定位元件来确定的。夹具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得绝对准确，它们得实际尺寸(或位置)都允许在分别规定得公差范围内变动。同时，工件上的定位基准面也会有制造误差。工件定位面与夹具定位元

29、件共同构成定位副，由于定位副制造得不准确和定位副间的配合间隙引起的工件最大位置变动量，称为定位副制造不准确误差。压轴与40面接触，定位轴旋转角度，存在误差，压轴角度公差应在一定范围内。2.5具操作简要说明在夹具设计时，由于本夹具结构不复杂，切削力不大，所以采用手动加紧，这样结构合理。先将零件放到夹具上，旋动手柄使零件固定在夹具上，旋转零件，调节定位压轴，使零件40面与定位压轴面紧密相接。调节调节支架，旋紧各定位装置。3 设计总结通过此次毕业设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来电子的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力

30、方面有了质的飞跃. 毕业的时间一天一天的临近，毕业设计也接近了尾声。在不断的努力下我的毕业设计终于完成了。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识太理论化了，面对单独的课题的是感觉很茫然。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。在此要感谢我们的指导老师张老师对我悉心的指导，感谢老师们给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识。4参考文献：.1.机械设计手册 （软件版）V3.02金属

31、切削原理与刀具 (第4版) 陆剑中、孙家宁主编 机械工业出版社2005.13. 机械制造技术基础 曾志新主编 武汉理工大学出版社 2001版4.实用机械加工工艺手册（第2版） 陈宏钧主编 机械工业出版社 2003.15. 机械制造装备设计（第2版） 冯辛安主编 机械工业出版社 2005.126. 机械加工工艺手册（软件版）R1.0 7. 机械制造工艺学 王启平主编 哈尔滨工业大学出版社 1999.98.机械制造工艺及专用夹具设计指导 孙丽媛主编冶金工业出版社 20059.切削用量简明手册 第3版 孙本绪 机械工业出版社200610.Hayashi teru. Introduction to a

32、ctual Mircromachine 1994,3翻译Manufacturing Engineering and TechnologyMachining 20.9 MACHINABILITYThe machinability of a material usually defined in terms of four factors:1、 Surface finish and integrity of the machined part;2、 Tool life obtained;3、 Force and power requirements;4、 Chip control. Thus, g

33、ood machinability good surface finish and integrity, long tool life, and low force and power requirements. As for chip control, long and thin (stringy) cured chips, if not broken up, can severely interfere with the cutting operation by becoming entangled in the cutting zone.Because of the complex na

34、ture of cutting operations, it is difficult to establish relationships that quantitatively define the machinability of a material. In manufacturing plants, tool life and surface roughness are generally considered to be the most important factors in machinability. Although not used much any more, app

35、roximate machinability ratings are available in the example below.20.9.1 Machinability Of SteelsBecause steels are among the most important engineering materials (as noted in Chapter 5), their machinability has been studied extensively. The machinability of steels has been mainly improved by adding

36、lead and sulfur to obtain so-called free-machining steels.Resulfurized and Rephosphorized steels. Sulfur in steels forms manganese sulfide inclusions (second-phase particles), which act as stress raisers in the primary shear zone. As a result, the chips produced break up easily and are small; this i

37、mproves machinability. The size, shape, distribution, and concentration of these inclusions significantly influence machinability. Elements such as tellurium and selenium, which are both chemically similar to sulfur, act as inclusion modifiers in resulfurized steels.Phosphorus in steels has two majo

38、r effects. It strengthens the ferrite, causing increased hardness. Harder steels result in better chip formation and surface finish. Note that soft steels can be difficult to machine, with built-up edge formation and poor surface finish. The second effect is that increased hardness causes the format

39、ion of short chips instead of continuous stringy ones, thereby improving machinability.Leaded Steels. A high percentage of lead in steels solidifies at the tip of manganese sulfide inclusions. In non-resulfurized grades of steel, lead takes the form of dispersed fine particles. Lead is insoluble in

40、iron, copper, and aluminum and their alloys. Because of its low shear strength, therefore, lead acts as a solid lubricant (Section 32.11) and is smeared over the tool-chip interface during cutting. This behavior has been verified by the presence of high concentrations of lead on the tool-side face o

41、f chips when machining leaded steels.When the temperature is sufficiently high-for instance, at high cutting speeds and feeds (Section 20.6)the lead melts directly in front of the tool, acting as a liquid lubricant. In addition to this effect, lead lowers the shear stress in the primary shear zone,

42、reducing cutting forces and power consumption. Lead can be used in every grade of steel, such as 10xx, 11xx, 12xx, 41xx, etc. Leaded steels are identified by the letter L between the second and third numerals (for example, 10L45). (Note that in stainless steels, similar use of the letter L means “lo

43、w carbon,” a condition that improves their corrosion resistance.)However, because lead is a well-known toxin and a pollutant, there are serious environmental concerns about its use in steels (estimated at 4500 tons of lead consumption every year in the production of steels). Consequently, there is a

44、 continuing trend toward eliminating the use of lead in steels (lead-free steels). Bismuth and tin are now being investigated as possible substitutes for lead in steels.Calcium-Deoxidized Steels. An important development is calcium-deoxidized steels, in which oxide flakes of calcium silicates (CaSo)

45、 are formed. These flakes, in turn, reduce the strength of the secondary shear zone, decreasing tool-chip interface and wear. Temperature is correspondingly reduced. Consequently, these steels produce less crater wear, especially at high cutting speeds.Stainless Steels. Austenitic (300 series) steel

46、s are generally difficult to machine. Chatter can be a problem, necessitating machine tools with high stiffness. However, ferritic stainless steels (also 300 series) have good machinability. Martensitic (400 series) steels are abrasive, tend to form a built-up edge, and require tool materials with h

47、igh hot hardness and crater-wear resistance. Precipitation-hardening stainless steels are strong and abrasive, requiring hard and abrasion-resistant tool materials.The Effects of Other Elements in Steels on Machinability. The presence of aluminum and silicon in steels is always harmful because these

48、 elements combine with oxygen to form aluminum oxide and silicates, which are hard and abrasive. These compounds increase tool wear and reduce machinability. It is essential to produce and use clean steels.Carbon and manganese have various effects on the machinability of steels, depending on their c

49、omposition. Plain low-carbon steels (less than 0.15% C) can produce poor surface finish by forming a built-up edge. Cast steels are more abrasive, although their machinability is similar to that of wrought steels. Tool and die steels are very difficult to machine and usually require annealing prior

50、to machining. Machinability of most steels is improved by cold working, which hardens the material and reduces the tendency for built-up edge formation.Other alloying elements, such as nickel, chromium, molybdenum, and vanadium, which improve the properties of steels, generally reduce machinability.

51、 The effect of boron is negligible. Gaseous elements such as hydrogen and nitrogen can have particularly detrimental effects on the properties of steel. Oxygen has been shown to have a strong effect on the aspect ratio of the manganese sulfide inclusions; the higher the oxygen content, the lower the

52、 aspect ratio and the higher the machinability.In selecting various elements to improve machinability, we should consider the possible detrimental effects of these elements on the properties and strength of the machined part in service. At elevated temperatures, for example, lead causes embrittlemen

53、t of steels (liquid-metal embrittlement, hot shortness; see Section 1.4.3), although at room temperature it has no effect on mechanical properties.Sulfur can severely reduce the hot workability of steels, because of the formation of iron sulfide, unless sufficient manganese is present to prevent such formation. At room temperature, the mechanical properties of resulfurized steels depend on the orientation of the deformed manganese sulfide inclusions (anisotropy). Rephosphorized steels are significantly less ductile, and are produced solely to improve machinab