模块一金属切削原理课题四工件材料的切削加工性

1、机械制造工艺与装备机械制造工艺与装备课题四课题四 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性 模块一 金属切削原理l评定材料切削加工性的主要指标评定材料切削加工性的主要指标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正确认识评定材料切削加工性的主要指标正确认识评定材料切削加工性的主要指标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 . 任务引入任务引入 在车削一批在车削一批1Cr18Ni9Ti的不锈钢圆轴时，发现切削温的不锈钢圆轴时，发现切削温度高，刀具易磨损，粘屑严重，断屑困难，不易得到小的度高，刀具易磨损，粘屑严重，断屑困难，不易得到小的表面

2、粗糙度值，刀具寿命低。为什么这种材料切削加工性表面粗糙度值，刀具寿命低。为什么这种材料切削加工性差？如何评定一种材料的切削加工性？如何改善其切削加差？如何评定一种材料的切削加工性？如何改善其切削加工性？工性？ 材料的切削加工性是指对某种材料进行切削加工的难材料的切削加工性是指对某种材料进行切削加工的难易程度。根据不同的要求，可以用不同的指标来衡量材料易程度。根据不同的要求，可以用不同的指标来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学性能，由于强度、硬度、塑不同的材料有不同的力学性能，由于强度、硬度、塑性等不同，在切削加工中，切削层的变形、所产生的切削性等不同，在切削加工中，切

3、削层的变形、所产生的切削力和切削热、刀具的磨损及耐用度、加工表面的质量也都力和切削热、刀具的磨损及耐用度、加工表面的质量也都不一样，因此，正确认识材料切削加工性及改善措施，对不一样，因此，正确认识材料切削加工性及改善措施，对提高加工质量和生产效率、降低生产成本有重要的影响。提高加工质量和生产效率、降低生产成本有重要的影响。二二 . 任务分析任务分析 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 在相同切削条件下加工不同材料时，若一定切削速度在相同切削条件下加工不同材料时，若一定切削速度下刀具耐用度下刀具耐用度T较长或一定耐用度下切削速度

4、较长或一定耐用度下切削速度vcT较大的材较大的材料，其加工性较好；反之，料，其加工性较好；反之，T较短或较短或vcT较小的材料，其加较小的材料，其加工性较差。工性较差。 （一）评定材料切削加工性的主要指标（一）评定材料切削加工性的主要指标 在切削普通金属材料时，用刀具耐用度达到在切削普通金属材料时，用刀具耐用度达到60min时所时所允许的切削速度允许的切削速度vc60高低来评定材料加工性的好坏。难加工高低来评定材料加工性的好坏。难加工材料用材料用vc20来评定。来评定。 此外，经常使用相对加工性指标，即以正火状态此外，经常使用相对加工性指标，即以正火状态45钢的钢的vc60为基准，记作为基准，

5、记作(vc60) j，其他材料的，其他材料的vc60与与(vc60) j之比之比Kr称为称为相对加工性，即相对加工性，即 常用材料的相对加工性常用材料的相对加工性Kr分为八级。凡分为八级。凡Kr大于大于1的材料，的材料，其加工性比其加工性比45钢好；钢好；Kr小于小于1者，加工性比者，加工性比45钢差。钢差。jccrvvK)(6060 2.加工表面质量指标加工表面质量指标 在相同的加工条件下，比较加工后的表面质量好坏（常用表面在相同的加工条件下，比较加工后的表面质量好坏（常用表面粗糙度，此外，还有用加工硬化和残余应力等）。加工后表面质量粗糙度，此外，还有用加工硬化和残余应力等）。加工后表面质量

6、好，加工性好；反之，加工性差。精加工时，常以此作为切削加工好，加工性好；反之，加工性差。精加工时，常以此作为切削加工性指标。性指标。 3.切削力、切削温度和切削功率指标切削力、切削温度和切削功率指标 在相同切削条件下，切削力大，切削温度高，消耗功率多，加在相同切削条件下，切削力大，切削温度高，消耗功率多，加工性差；反之，加工性好。在粗加工或机床刚性、动力不足时，可工性差；反之，加工性好。在粗加工或机床刚性、动力不足时，可用切削力或切削功率作为加工性指标。用切削力或切削功率作为加工性指标。 4.切屑控制难易程度指标切屑控制难易程度指标 凡切屑容易控制或易断屑的材料，其加工性好；反之，加工性凡切屑

7、容易控制或易断屑的材料，其加工性好；反之，加工性差。在自动机床或自动线上，常以此为切削加工性指标。差。在自动机床或自动线上，常以此为切削加工性指标。 (1)(1)硬度低、韧性好的材料硬度低、韧性好的材料 例如低碳钢、铝合金等材料，其硬度低、韧性好，切削时断例如低碳钢、铝合金等材料，其硬度低、韧性好，切削时断屑困难，易产生积屑瘤，影响加工表面质量。屑困难，易产生积屑瘤，影响加工表面质量。 加工这类材料时常采用大前角、高速切削或大前角、低速、加工这类材料时常采用大前角、高速切削或大前角、低速、加切削液切削。在刀具上磨出断屑槽并提高切削刃和刀面的刃磨加切削液切削。在刀具上磨出断屑槽并提高切削刃和刀面

8、的刃磨质量。此外对低碳钢，进行正火处理以细化晶粒，对铝合金，用质量。此外对低碳钢，进行正火处理以细化晶粒，对铝合金，用冷变形方法来提高材料的硬度，改善这类材料的切削加工性。冷变形方法来提高材料的硬度，改善这类材料的切削加工性。 1.1.普通金属材料普通金属材料 (2)硬度高、韧性差的材料硬度高、韧性差的材料 例如高碳钢、碳素工具钢及铸铁等材料，其硬度高、韧例如高碳钢、碳素工具钢及铸铁等材料，其硬度高、韧性差，切削时产生的切削力大，消耗功率多，刀具易磨损。性差，切削时产生的切削力大，消耗功率多，刀具易磨损。 加工这类材料时常采用耐磨性高的加工这类材料时常采用耐磨性高的YG、YT和和YW类硬质类硬

9、质合金刀片，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，对于有对于有“白口白口”的灰碳铁可进行高温退火处理；对硬的可锻的灰碳铁可进行高温退火处理；对硬的可锻铸铁、高碳钢及碳素工具钢采用退火处理，降低硬度，改善铸铁、高碳钢及碳素工具钢采用退火处理，降低硬度，改善切削加工性。切削加工性。 难加工的金属材料有高强度钢、超高强度钢、高锰钢、冷硬铸铁、难加工的金属材料有高强度钢、超高强度钢、高锰钢、冷硬铸铁、纯金属、不锈钢、高温合金、钛合金等。纯金属、不锈钢、高温合金、钛合金等。 (1)高强度、超高强度钢高强度、超高强度钢 高强度、超高强度钢的半精加工、

10、精加工和部分粗加工常在调质高强度、超高强度钢的半精加工、精加工和部分粗加工常在调质状态下进行。与加工正火状态下进行。与加工正火45钢相比，其切削力约提高钢相比，其切削力约提高2030，切，切削温度也相应提高，故刀具磨损快，耐用度低。削温度也相应提高，故刀具磨损快，耐用度低。 根据以上特点，必须选用耐磨性强的刀具材料。在粗加工、半精根据以上特点，必须选用耐磨性强的刀具材料。在粗加工、半精加工和精加工时，应分别采用不同牌号的加工和精加工时，应分别采用不同牌号的YT类硬质合金，刀具前角应类硬质合金，刀具前角应较小。例如加工较小。例如加工38CrNi3MoVA时，取时，取o=46，加工，加工35CrM

11、nSiA时，时，取取o=0-4。在工艺系统刚性允许的情况下，应采用较小的主偏角和。在工艺系统刚性允许的情况下，应采用较小的主偏角和较大的刀尖圆弧半径，以提高刀具的强度。切削用量应比加工中碳正较大的刀尖圆弧半径，以提高刀具的强度。切削用量应比加工中碳正火钢时适当降低。火钢时适当降低。2.难加工金属材料难加工金属材料 常用的高锰钢有水韧处理的高锰钢常用的高锰钢有水韧处理的高锰钢Mn13,无磁高锰钢无磁高锰钢40Mn18Cr3、50Mn18Cr4WN等。它们的硬度、强度虽不高，但其塑性特别高，加工硬等。它们的硬度、强度虽不高，但其塑性特别高，加工硬化特别严重。加工硬化后，硬度可达到化特别严重。加工硬

12、化后，硬度可达到500HBS，切削时表面易形成高硬，切削时表面易形成高硬度氧化膜。其热导率小，切削温度高又不易散热。度氧化膜。其热导率小，切削温度高又不易散热。 加工高锰钢时，应选用硬度高、有一定韧性、热导率较大、高温性加工高锰钢时，应选用硬度高、有一定韧性、热导率较大、高温性能好的刀具材料。粗加工时，可采用退火处理能好的刀具材料。粗加工时，可采用退火处理YG类或类或YW类硬质合金；类硬质合金；精加工时，可采用精加工时，可采用YT14、YG6X等硬质合金，用复合氧化铝陶瓷刀具切等硬质合金，用复合氧化铝陶瓷刀具切削效果更好。适当增大刀具前角，使切削力小、切削温度低。减小主偏削效果更好。适当增大刀

13、具前角，使切削力小、切削温度低。减小主偏角、用负刃倾角改善散热条件。磨出断屑槽，确保断屑。切削速度应较角、用负刃倾角改善散热条件。磨出断屑槽，确保断屑。切削速度应较低，一般为低，一般为vc =20m/min40m/min；用复合氧化铝陶瓷刀具时，切削速；用复合氧化铝陶瓷刀具时，切削速度可达度可达100m/min以上。加大切削深度和进给量防止在硬化层内切削。此以上。加大切削深度和进给量防止在硬化层内切削。此外，在切削前，也可对高锰钢进行高温回火处理来改善其切削加工性。外，在切削前，也可对高锰钢进行高温回火处理来改善其切削加工性。 不锈钢有铬不锈钢，例如不锈钢有铬不锈钢，例如1Cr13、2Cr13

14、、3Cr13，镍不锈钢常用的牌，镍不锈钢常用的牌号是号是1Cr18Ni9Ti。 不锈钢的硬度、强度低，但伸长率，冲击韧度高，是不锈钢的硬度、强度低，但伸长率，冲击韧度高，是45钢的钢的3倍，热倍，热导率小，只为导率小，只为45钢的钢的1/3高温硬化严重。因此，加工时切削温度高，刀具高温硬化严重。因此，加工时切削温度高，刀具易磨损，粘屑严重，断屑困难，不易得到小的表面粗糙度值，刀具耐用度易磨损，粘屑严重，断屑困难，不易得到小的表面粗糙度值，刀具耐用度低。低。 加工不锈钢通常用韧性高的加工不锈钢通常用韧性高的YG8、YG8N刀片，用刀片，用YW类刀片能提高类刀片能提高刀具耐用度，也可采用高性能高速

15、钢。选用较大前角刀具耐用度，也可采用高性能高速钢。选用较大前角(1520、较大后角、较大后角(10)可减小切削变形和摩擦，选用较大的主偏角和负刃倾角，使切削力减可减小切削变形和摩擦，选用较大的主偏角和负刃倾角，使切削力减小，刀头强度增大。磨断屑槽，使断屑可靠。宜选用中等以上切削速度小，刀头强度增大。磨断屑槽，使断屑可靠。宜选用中等以上切削速度vc =40m/min120m/min，切削深度和进给量均宜适当加大，避免切削刃和，切削深度和进给量均宜适当加大，避免切削刃和刀尖划过硬化层。刀尖划过硬化层。 高温合金主要分为：铁基合金、镍基合金、铁镍基合金、高温合金主要分为：铁基合金、镍基合金、铁镍基合

16、金、钴基合金。钴基合金。 高温合金在常温时力学性能并不高，但由于组织中含有许高温合金在常温时力学性能并不高，但由于组织中含有许多高熔点合金元素，如铁、钛、铬、镍、钒、钨、钼等，它们多高熔点合金元素，如铁、钛、铬、镍、钒、钨、钼等，它们与其他合金元素及非金属元素结合形成高硬度的化合物，所以与其他合金元素及非金属元素结合形成高硬度的化合物，所以高温硬度、强度高。切削高温合金变形阻力大，切削力大，加高温硬度、强度高。切削高温合金变形阻力大，切削力大，加工硬化严重。热导率小，切削温度可达工硬化严重。热导率小，切削温度可达1000，所以高温合金，所以高温合金的切削加工性较差。的切削加工性较差。 加工高温

17、合金时可采用韧性好，导热性好的加工高温合金时可采用韧性好，导热性好的YG、YW类硬类硬质合金加工，也可采用高性能高速钢加工。宜采用偏小的前角质合金加工，也可采用高性能高速钢加工。宜采用偏小的前角(o=010)以提高切削刃的强度，选用偏低的切削速度以提高切削刃的强度，选用偏低的切削速度(vc =30m/min50m/min)，以降低切削温度。此外，应加大切削深，以降低切削温度。此外，应加大切削深度和进给量，避免在硬化层内切削。度和进给量，避免在硬化层内切削。 常用的钛合金有常用的钛合金有钛合金（钛合金（TA）和）和+钛合金钛合金(TC)。 钛合金的伸长率、冲击韧度均很小，所以在切削时，塑钛合金的

18、伸长率、冲击韧度均很小，所以在切削时，塑性变形小，变形系数很小切屑流出时与前刀面接触面积小，性变形小，变形系数很小切屑流出时与前刀面接触面积小，仅为仅为45钢的钢的1/21/3。其热导率小，只为。其热导率小，只为45钢的钢的1/51/7。切。切削热集中在切削刃附近，切削温度很高。加工表面经常出现削热集中在切削刃附近，切削温度很高。加工表面经常出现硬而脆的外皮，给以后工序带来困难。硬而脆的外皮，给以后工序带来困难。 通常选用通常选用YG8、YG6X硬质合金切削钛合金，用硬质合金切削钛合金，用YG6A切切削效果更好。为提高切削刃强度和散热条件，应采用较小的削效果更好。为提高切削刃强度和散热条件，应

19、采用较小的前角前角(0=510)及磨负倒棱，磨出刀尖圆弧半径，扩大刀尖及磨负倒棱，磨出刀尖圆弧半径，扩大刀尖处散热面积。切削速度不宜过高，一般为处散热面积。切削速度不宜过高，一般为vc =40m/min50m/min。切削深度和进给量宜适当加大。切削深度和进给量宜适当加大。 冷硬铸铁的表面硬度很高，可达冷硬铸铁的表面硬度很高，可达60HRC60HRC。此外，镍铬冷硬铸铁的。此外，镍铬冷硬铸铁的高温强度高，热导率小，塑性很低，刀屑接触长度很小，切削力和切高温强度高，热导率小，塑性很低，刀屑接触长度很小，切削力和切削热都集中在切削刃附近，且不易传散，因而切削很容易崩刃，刀具削热都集中在切削刃附近，

20、且不易传散，因而切削很容易崩刃，刀具易磨损，耐用度低，所以，冷硬铸铁的切削加工性差。易磨损，耐用度低，所以，冷硬铸铁的切削加工性差。 可选用可选用YG6YG6、YG6XYG6X、YH3YH3切削冷硬铸铁。用氧化铝陶瓷或氮化硅陶切削冷硬铸铁。用氧化铝陶瓷或氮化硅陶瓷刀具加工，可提高刀具耐用度。为了提高切削刃和刀尖强度，一般瓷刀具加工，可提高刀具耐用度。为了提高切削刃和刀尖强度，一般选用较小的前角选用较小的前角( (o=0o=0-4-4) )，小主偏角，小主偏角( (r =15r =153030) )，负刃倾角，负刃倾角( (s 0s 0-5-5) )，较大刀尖圆弧半径。用普通硬质合金刀具切削冷硬

21、，较大刀尖圆弧半径。用普通硬质合金刀具切削冷硬铸铁的速度较低铸铁的速度较低( (vcvc20m/min)20m/min)，用氧化铝陶瓷刀具可达，用氧化铝陶瓷刀具可达60m/min60m/min。 常用的纯金属如紫铜、纯铝、纯铁等，其硬度、强度都较低，热导常用的纯金属如紫铜、纯铝、纯铁等，其硬度、强度都较低，热导率大，对切削加工有利；但其塑性很高，切屑变形大，刀屑接触长度率大，对切削加工有利；但其塑性很高，切屑变形大，刀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，不易获得好的加大并容易发生冷焊，生成积屑瘤，因此切削力较大，不易获得好的加工表面质量，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。易控制工件的加工精度。 加工纯金属，可以用高速钢刀具，也可以用硬质合金刀具。加工纯金属，可以用高速钢刀具，也可以用硬质合金刀具。YG或或YW类硬质合金可用于加工紫铜、纯铝，类硬质合金可用于加工紫铜、纯铝，YT或或YW类硬质合金可用于加类硬质合金可用于加工纯铁，应采用大前角工纯铁，应采