模块一金属切削原理课题四工件材料的切削加工性

机械制造工艺与装备课题四工件材料的切削加工性模块一金属切削原理知识点评定材料切削加工性的主要指标常用材料的切削加工性及改善措施技能点正确认识评定材料切削加工性的主要指标掌握常用材料的切削加工性及改善措施课题四工件材料的切削加工性一.任务引入在车削一批1Cr18Ni9Ti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。

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，对提高加工质量和生产效率、降低生产成本有重要的影响。二.任务分析

1.以刀具耐用度T或一定耐用度下的切削速度vT衡量加工性

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T较长或一定耐用度下切削速度vcT较大的材料，其加工性较好；反之，T较短或vcT较小的材料，其加工性较差。

（一）评定材料切削加工性的主要指标

三.相关知识

在切削普通金属材料时，用刀具耐用度达到60min时所允许的切削速度vc60高低来评定材料加工性的好坏。难加工材料用vc20来评定。此外，经常使用相对加工性指标，即以正火状态45钢的vc60为基准，记作(vc60)j，其他材料的vc60与(vc60)j之比Kr称为相对加工性，即

常用材料的相对加工性Kr分为八级。凡Kr大于1的材料，其加工性比45钢好；Kr小于1者，加工性比45钢差。2.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。

3.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。

4.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，加工性差。在自动机床或自动线上，常以此为切削加工性指标。

(1)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。

（二）常用材料的切削加工性及改善措施

1.普通金属材料(2)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YG、YT和YW类硬质合金刀片，小的前角和主偏角，低的切削速度切削。此外，对于有“白口”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、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45钢相比，其切削力约提高20％～30％，切削温度也相应提高，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，刀具前角应较小。例如加工38CrNi3MoVA时，取γo=4º～6º，加工35CrMnSiA时，取γo=0º～-4º。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火钢时适当降低。2.难加工金属材料

常用的高锰钢有水韧处理的高锰钢Mn13,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，加工硬化特别严重。加工硬化后，硬度可达到500HBS，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。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YG类或YW类硬质合金；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vc=20m/min～40m/min；用复合氧化铝陶瓷刀具时，切削速度可达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。(2)高锰钢

(3)不锈钢

不锈钢有铬不锈钢，例如1Cr13、2Cr13、3Cr13，镍不锈钢常用的牌号是1Cr18Ni9Ti。不锈钢的硬度、强度低，但伸长率，冲击韧度高，是45钢的3倍，热导率小，只为45钢的1/3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，刀具耐用度低。加工不锈钢通常用韧性高的YG8、YG8N刀片，用YW类刀片能提高刀具耐用度，也可采用高性能高速钢。选用较大前角(15º～20º、较大后角(10º)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vc=40m/min～120m/min，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。(4)高温合金

高温合金主要分为：铁基合金、镍基合金、铁镍基合金、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1000℃，所以高温合金的切削加工性较差。加工高温合金时可采用韧性好，导热性好的YG、YW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(γo=0º～10º)以提高切削刃的强度，选用偏低的切削速度(vc

=30m/min～50m/min)，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。(5)钛合金

常用的钛合金有α钛合金（TA）和α+β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45钢的1/2～1/3。其热导率小，只为45钢的1/5～1/7。切削热集中在切削刃附近，切削温度很高。加工表面经常出现硬而脆的外皮，给以后工序带来困难。

通常选用YG8、YG6X硬质合金切削钛合金，用YG6A切削效果更好。为提高切削刃强度和散热条件，应采用较小的前角(γ0=5º～10º)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vc

=40m/min～50m/min。切削深度和进给量宜适当加大。(6)冷硬铸铁

冷硬铸铁的表面硬度很高，可达60HRC。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，刀具易磨损，耐用度低，所以，冷硬铸铁的切削加工性差。

可选用YG6、YG6X、YH3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，一般选用较小的前角(γo=0º～-4º)，小主偏角(κr=15º～30º)，负刃倾角(λs≤0º～-5º)，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(vc<20m/min)，用氧化铝陶瓷刀具可达60m/min。(7)纯金属

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。YG或YW类硬质合金可用于加工紫铜、纯铝，YT或YW类硬质合金可用于加工纯铁，应采用大前角(γo=25º～35º,αo=10º～12º)，磨出锋利的切削刃，以减小切屑变形。应尽量采用较高的切削速度和较大的切削深度、进给量，以提高生产率。加工不锈钢通常用韧性高的YG8、YG8N刀片，用YW类刀片能提高刀具耐用度，也可采用高性能高速钢。选用较大前角()、较大后角()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=40m/min～120m/min，切削深