金属切削条件的合理选择.pdf

机械制造技术 金属切削条件的合理选择 工件材料的切削加工性一 刀具几何参数的合理选择二 刀具使用寿命的选择 三 切削用量的选择及优化四 切削液的合理选用五 一、 工件材料的切削加工性 1、工件材料的切削加工性 金属切削条件的合理选择 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。 研究材料加工性的目的是为了寻找改善材料切削加工性的途径。 表1 常用工件材料的相对加工性等级 (2) 切削力和切削温度指标 在相同切削条件下，切削力大或切削温度高，则切削加工性差。机床动 力不足时，常用此指标。如铜、铝加工性比钢好，灰铸铁加工性比冷硬 铸铁好，正火45钢的切削加工性比淬火45钢好。在粗加工或工艺系统 刚性较差时，也可用切削功率作为加工性指标。 (3) 加工表面质量 (4) 断屑性能 一般来说，零件的精加工时常用此指标来衡量。凡容易获得较好的加工 表面质量（包括表面粗糙度、冷作硬化程度以及残余应力等），其材料 的切削加工性好；反之，较差。例如，低碳钢的切削加工性就不如中碳 钢，纯铝的切削加工性就不如硬铝合金。 凡切屑容易控制或容易断屑的材料，其切削加工性较好，反之，则较差。 对于自动机床、数控机床和自动化程度较高的生产线上常用此指标。 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺） 2、影响工件材料切削加工性的因素 （1）材料的力学性能 1)硬度和强度：材料的硬度和强度适中，其切削加工性比较好。硬 度和强度越高，材料的切削加工性就越差。如正火的45号钢，它的 硬度为HB200，抗拉强度b为640MPa，就好切削；淬火钢的硬度 达HRC5565，抗拉强度b达21002600MPa，它的切削加工性就 很差。 2)韧性和塑性：韧性(冲击值K)和塑性(延伸率)大的材料，在切 削加工时的切削阻力、切削变形和产生的切削热量就大，其切削加 工性也较差。 3)热导率v 图1 碳钢硬度与切削加工性关系 （2）材料化学成分的影响 材料的化学成分和配比，是影响材料的力学性能、物理性能、热 处理性能、金相组织和材料的切削加工性的根本因素。如：碳 (C)；材料含碳量增加，其硬度和强度相应增大。含碳量适中(如 45号钢)，其切削加工性好。材料含碳量低，切削加工性也变差。 镍(Ni)：Ni能提高材料的耐热性，但材料的导热系数明显下降。 当镍大于8时，形成奥氏体钢，致使加工硬化严重。 钒(V)：随着材料含钒量的增加，使材料的磨削性能变差。 钼(Mo)：钼能提高材料的强度和韧性，但材料的导热系数下降。 钼(Mo)：钼能提高材料的强度和韧性，但材料的导热系数下降。 钨(W)：能提高材料的高温强度和常温强度，但使材料的导热系数明 显下降。 锰(Mn)：锰能提高材料的硬度与强度，但使材料的韧性略降低。当锰 大于1.5时，材料的切削加工性将变差。 硅(Si)：使材料的导热系数下降。 钛(Ti)：钛是易于形成碳化物的元素，其加工性也差。 还有Cr、O、S、P、N、Pb、Cu、Al等元素，都对材料的切削加工性 能有影响。 图2 各元素对结构钢切削加工性的影响 （3）金相组织的影响 1)铁素体：它的硬度和强度很低(HB5090，b=190250MPa)、 塑性和韧性高(&=4050)，切削时易产生积屑瘤切削加工性较差。 2)珠光体：这种金相组织的材料，切削加工性好，如45号钢。 3)渗碳体：硬度高，但很脆，切削易崩边，切削加工性差。 4)奥氏体：它的硬度不高(HB200左右)，但塑性和韧性很高，加工 表面硬化严重，切削加工性很差。如高温合金、1Cr18Ni9Ti等。 5)马氏体：淬火钢属于这类金相组织。它的硬度高、脆大，其切削 加工性为45号钢的1/31/10。 图3 钢的各种金相组织的Vc-T关系 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺） 3、常用材料的切削加工性及改善措施 硬度低、韧性高的材料，如黄铜、铝合金及低碳钢等，在切削时断屑困 难，易产生积屑瘤，影响加工表面质量。可采用增大刀具前角、提高切 削速度或增大前角、低速加切削液；在刀具上磨制断屑槽控制断屑；或 对材料进行热处理，如对低碳钢进行正火处理，细化晶粒等，来改善材 料的切削加工性。 对于硬度高、韧性差的材料，如高碳钢、碳素工具钢及灰铸铁等，切削 时产生的切削力大，消耗功率多，刀具易磨损。可采用耐磨性高的刀具， 减小前角和主偏角，降低切削速度等措施；以及对材料进行热处理，如 对灰铸铁进行高温退火处理、对碳素工具钢等进行退火处理，降低其强 度，改善切削加工性。 （1）普通金属材料 （2）难加工材料 对于硬度、强度和延伸率均很高的高合金工具钢，加工时切削力大，消 耗功率多，切削温度高，断屑困难，加工表面质量也很差，刀具磨损剧 烈。对此类综合加工性指标均很差的材料进行加工，最好用涂层硬质合 金刀片，采用大前角（10o20o）、大主偏角（45o75o）、负刃倾斜 角（-5 o-10o）、大刀尖圆弧半径、磨制断屑槽、降低切削速度 （<100m/min）等措施来减小切削力，提高刀具强度。也可通过退火、 回火及正火处理来改善其加工性。 对于硬度、强度不高，但塑性、韧性特别高的材料（如高锰钢），其 加工硬化特别严重，硬度会提高两倍多，工件表面上还会形成高硬度 氧化层；导热系数很小、切削速度很高；切削力大。应选用硬度高、 有一定韧性、导热系数较大、高温性能好的刀具材料。粗加工时采用 YG类、YH类或YW类硬质合金；精加工时，可采用YT14、YG6X等合 金。实践证明，用复合氧化铝陶瓷刀具高速精车高锰钢，效果很好， 且切削速度可提高23倍；为提高切削刃强度、改善散热条件，前角 应选较小值，但为使切削变形不致过大，前角又不宜过小。背吃刀量 ap和进给量f应选大值，以使切削层超过表面氧化层，防止刀具磨损加 大。此外，可高温回火处理高锰钢，使其切削加工性得以改善。 对于以铬为主的不锈钢，在淬火回火或退火状态下加工，具有良好 的综合力学性能。以铬、镍为主的不锈钢，淬火后其切削加工性较差， 加工后硬化很严重，易生成积屑瘤而使加工表面质量恶化，切削温度 也较高，使刀具寿命降低。这时一般用YG类（最好添加钽、铌，如 YG6A）、YH类或YW类，以及采用特殊基体如陶瓷涂TiN和Al2O3的 涂层刀片，采用较大前角、较大后角以减小切削变形；采用大主偏角 Kr、负刃倾s，以减小切削力，增大刀头强度；采用中等切削速度。 钛合金的加工性很差，刀具磨损快，刀具寿命低。加工钛合金时，其 变形系数接近1；切削力比45钢小20%；其导热系数为45钢的 1/51/7，所以切削温度很高，比45钢高一倍；加工表面易出现硬而 脆的外皮，给以后加工带来困难。所以加工钛合金时不宜采用YT类刀 具，而应用YG、YH类刀具，采用较小的前角（=5o10o）。切削速 度不宜过高，背吃刀量和进给量要适当大些。 冷硬铸铁的硬度极高，塑性很低，切削力和切削热都集中在切削刃 附近，因而很容易崩刃。冷硬铸铁零件的结构尺寸和加工余量一般 都较大，因而进一步加大了加工难度。应选用硬度和强度都非常高 的刀具材料，一般采用细晶粒或超细晶粒的YG类和YH类硬质合金、 复合氧化铝或氮化硅陶瓷刀具对冷硬铸铁进行精加工、半精加工。 前角取很小值，以提高切削力和刀尖强度，主偏角也应适当减小。 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺） 谢谢观看