第7章 工件材料切削加工性_zp
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工件材料的切削加工性
P E =7.5KW，取机床传动效率 η m =0.8，则
Pm 2.64
m
=
0.8
KW=3.3KW＜P =7.5KW E
校核结果表明，机床功率是足够的。
13
3.6.2 切削用量三要素的选用
（5）校核机床进给机构强度 由上可知，主切削力 Fz =1800N， 再 由 同 样 办 法 ， 分 别 计 算 出 本 例 的 背 向 力 Fy =392N ， 进 给 力 Fx =894N。考虑到机床导轨和溜板之间由 Fz 和 Fy 所产生的摩擦力， 设摩擦系数 μ s =0.1,则机床进给机构承受的力为
2.切削用量的选用原则
◆粗加工阶段切削用量的选用原则
粗加工阶段切削用量应根据切削用量对刀具耐用度的影响大小，首先 选取尽可能大的背吃刀量ap，其次选取尽可能大的进给量f，最后按照刀 具耐用度的限制确定合理的切削速度vc。
◆精加工阶段切削用量的选用原则
精加工阶段切削用量应选用较高的切削速度vc、尽可能大的背吃刀量ap 和较小的进给量f。
3.5.1 衡量材料切削加工性的指标
➢刀具耐用度T或一定耐用度下允许的切削速度vT指标 在切削普通金属材料时，常用刀具耐用度达到60min 时所允许的切削速度的高低来评定材料加工性的好坏 ，记作v60。 ➢切削力、切削温度或切削功率指标
在粗加工或机床刚性、动力不足时，可用切削力作 为工件材料切削加工性指标。在相同加工条件下，凡 切削力大、切削温度高、消耗功率多的材料较难加工 ，切削加工性差；反之，则切削加工性好。
9
3.6.2 切削用量三要素的选用
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3.6.2 切削用量三要素的选用
解 为达到规定的加工要求，此工序应安排粗车和半精车两
次走刀，粗车时将 50mm 外圆车至 45mm；半精车时将 45mm
第七节工件材料的切削加工性
3. 粗、精加工中切削用量的选择原则
粗加工时，应以提高生产率为主，同时保证 规定的刀具寿命。
➢ 切削深度：在机床功率足够时，尽量一次完 成加工余量。
➢ 进给量：根据机床-刀具-夹具-工艺系统刚性 选择最大的进给量。
➢ 切削速度：根据已选定的切削深度和进给量、 工件材料、刀具材料，选择中等偏下的切削 速度。
最低成本刀具寿命：以每件产品（或工序）的
加工费用最低而确定的刀具寿命。
其它原则
➢ 根据刀具的复杂程度，即制造和磨刀成本选择。 ➢ 机夹可转位刀具寿命可选择的短一些。 ➢ 对装刀、换刀、调刀比较复杂的多刀机床、组
合机床、自动化加工刀具，刀具寿命要选得高 一些。 ➢ 关键工序的刀具寿命要选得低一些。 ➢ 要保证大件加工一次走刀完成加工。
第七节
工件材 料的切 削加工
性
1. 切削加工性：指工件材料被切削加工 的难易程度。
2. 衡量切削加工性的指标
以加工质量的好坏衡量切削加工性 以刀具耐用度衡量切削加工性
➢
在保证相同刀具耐用度的前提下，切削这种材料允
Hale Waihona Puke 许的最大切削速度。➢
在相同的切削条件下，切削这种材料的刀具耐用度。
➢
在相同的切削条件下，保证切削这种材料达到磨钝
2. 制定切削用量时应考虑的因素
加工质量 切削加工生产率 刀具寿命 在多刀切削和使用组合刀具切削时，应把
各刀具中允许的切削用量中最低的参数作 为调整机床的参数。在自动线加工中，还 要考虑生产节拍。
最高生产率刀具寿命：以单位时间生产最多数
量的产品或加工每个零件所消耗的生产时间最 短而确定的刀具寿命。
➢ 粗加工 根据工件材料、刀杆尺寸、 工件直径和已确定的背吃刀量选择。
第2-7节工件材料的切削加工性
参考资料1：不锈钢的切削加工性
与45钢相比，1Cr18Ni9Ti不锈钢的相对可切削性约为0.3-.05之间，是一 种难切削材料。 其难加工性主要表现在： 高温强度和高温硬度高，一般钢材切削时，随着切削温度的升高其强度 会明显降低，切屑易被切离，而1Cr18Ni9Ti在700度时仍不能降低其机 械性能，故切屑不易被切离，切削过程中切削力大，刀具易磨损。 塑性和韧性高，虽然1Cr18Ni9Ti的抗拉强度和硬度都不高，但综合性能 很好，塑性和韧性高，它的延伸率、断面收缩率和冲击值都较高， 1Cr18Ni9Ti的延伸率是40%，是40#的210-237%，是45#的250-280%， 是20Cr、40Cr钢的400-500%，所以切屑不易切离、卷曲和折断，切屑 变形所消耗的功能增多，如切除一定体积的1Cr18Ni9Ti所消耗的能量比 切除相同体积的低碳钢约高50%，并且大部分能量转化为热能，使切削 温度升高。 由 于1Cr18Ni9Ti不易加工，切屑不易切离和折断，故刀具和工件之间所 产生的摩擦热也多，而不锈钢1Cr18Ni9Ti的导热率低(约为普通钢的1/21/3)，散热差，由切屑带走的热量少。大部分的热量被刀具吸收，致使 刀具的温度升高，加剧刀具磨损。
2、工件材料化学成分的影响 （1）钢材的化学成分对切削加工性的影响
碳素钢的强度与硬度随含碳量的增加而提高，而塑性与韧性 随含碳量的增加而减小。低碳钢的塑性和韧性较高，又不易断 屑，因此切削加工性较差；高碳钢的强度和硬度较高，易使刀 具磨损，因此切削加工性较差；中碳钢的切削加工性较好。 在钢中加入铬、镍、钒、钼、钨、锰、硅、铝等合金元素可 以改变钢的切削加工性。
铁的加工性比冷硬铸铁好。
（3）以切屑控制或断屑的难易为衡量指标
在自动线上或自动机床上，常以切屑控制或断屑的难易程度 作为衡量材料切削加工性的指标。
2[1].7切削用量的选择及工件材料加工性
![2[1].7切削用量的选择及工件材料加工性](https://img.taocdn.com/s3/m/3deab8f7ba0d4a7302763a03.png)
二、切削用量的合理选择 1.切削用量的选择原则 1.切削用量的选择原则
粗加工时，应在保证必要的刀具寿命的前提下， 粗加工时，应在保证必要的刀具寿命的前提下，以尽可能提 高生产率和降低成本为目的。 高生产率和降低成本为目的。根据刀具使用寿命与切削用量 影响最大， 的关系式，切削用量↑ 的关系式，切削用量↑， T ↓，其中速度v 对T 影响最大， 次之， 影响最小。 进给量f 次之，背吃刀量ap影响最小。 粗加工中选择切削用量时，应首先选择尽可能大的背吃刀 粗加工中选择切削用量时， 中选择切削用量时 量ap，其次在工艺条件允许下选择较大的进给量f ，最后根 据合理的刀具寿命， 据合理的刀具寿命，用计算法或查表法确定切削速度v 。这 的乘积最大，以获得最大的生产率. 样使v、f 、ap 的乘积最大，以获得最大的生产率. 精加工时则主要按表面粗糙度和加工精度要求确定切削用量。 精加工时则主要按表面粗糙度和加工精度要求确定切削用量。 时则主要按表面粗糙度和加工精度要求确定切削用量
2.7切削用量的选择及工件材料加工性 切削用量的选择及工件材料加工性 2.72.7-1 切削条件的合理选择
补充） 一、刀具寿命的合理选择(补充） 刀具寿命的合理选择 补充
生产目标：加工质量、加工效率、 生产目标：加工质量、加工效率、经济性 优化指标：单件生产时间、单件加工成本、利润率 优化指标：单件生产时间、单件加工成本、 切削参数：切削用量、刀具材料、几何参数、 切削参数：切削用量、刀具材料、几何参数、机床等 作中间控制因素把优化指标和切削参数联系起来。 常用T 作中间控制因素把优化指标和切削参数联系起来。
2.7－ 2.7－2工件材料的切削加工性
工件材料切削加工性 指材料被加工成合格零件的难易程度 是一个相对的概念
第七章 工件材料切削加工性
立方氮化硼刀具进行切削加工，或采用磨削加工方 式。该材料额韧性低，脆性大，切削时刀具破损和 磨损严重 ，刀具耐用度低。
二、复合材料的切削加工性
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（相）体系。
复合材料的组成相: 基体相（起粘结作用）和增 强相（提高强度和刚度的作用）
第七章 工件材料切削加工性
7.1 工件材料切削加工性的概念和衡量指标
一、切削加工性的概念
切削加工性是指在一定切削条件下，对工件材料进行 切削加工的难易程度。 如难加工材料， 加工性差。
切削加工性是相对的
二、
1、以加工质量衡量切削加工性：在一定条件下， 以是否易达到所要求的表面质量的各项指标来衡量。
常以σb＝0.637GPa(60 kgf／min)的45钢的
V之6相0作比为，基则准得，相写对作加工(KVv性60K()VvVj，6为600)其j 它被切材料的V60与
当Kv>1时, 表明该材料比45钢易切削； 当Kv<1时, 表明该材料比45钢难切削。 各种材料的相对加工性Kv乘以45钢的切削速度, 即可得出 切削各种材料的可用切削速度。
材料的化学成分是通过对其物理力学性能的影响而影响 切削加工性的。钢（高碳钢、中碳钢、低碳钢）
钢中加入Cr、Ni、Mn、V、Mo等可提高强度和硬度； 而加入Al、Si等易形成硬质点，加剧刀具磨损。
易切钢
铸铁（化学元素对碳的石墨化作用，促进石墨化作用 （Al、Si、Ni、Cu、Ti）时切削加工性提高，反之降低。
4.切削条件对切削加工性的影响
二、改善工件材料切削加工性的途径
1.调整化学成分，
易切钢：切削力小，容易断屑刀具耐用度高加工表面 质量好。
二、复合材料的切削加工性
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（相）体系。
复合材料的组成相: 基体相（起粘结作用）和增 强相（提高强度和刚度的作用）
第七章 工件材料切削加工性
7.1 工件材料切削加工性的概念和衡量指标
一、切削加工性的概念
切削加工性是指在一定切削条件下，对工件材料进行 切削加工的难易程度。 如难加工材料， 加工性差。
切削加工性是相对的
二、
1、以加工质量衡量切削加工性：在一定条件下， 以是否易达到所要求的表面质量的各项指标来衡量。
常以σb＝0.637GPa(60 kgf／min)的45钢的
V之6相0作比为，基则准得，相写对作加工(KVv性60K()VvVj，6为600)其j 它被切材料的V60与
当Kv>1时, 表明该材料比45钢易切削； 当Kv<1时, 表明该材料比45钢难切削。 各种材料的相对加工性Kv乘以45钢的切削速度, 即可得出 切削各种材料的可用切削速度。
材料的化学成分是通过对其物理力学性能的影响而影响 切削加工性的。钢（高碳钢、中碳钢、低碳钢）
钢中加入Cr、Ni、Mn、V、Mo等可提高强度和硬度； 而加入Al、Si等易形成硬质点，加剧刀具磨损。
易切钢
铸铁（化学元素对碳的石墨化作用，促进石墨化作用 （Al、Si、Ni、Cu、Ti）时切削加工性提高，反之降低。
4.切削条件对切削加工性的影响
二、改善工件材料切削加工性的途径
1.调整化学成分，
易切钢：切削力小，容易断屑刀具耐用度高加工表面 质量好。
机械制造考试问答题
2.5.1 如何表示切屑变形程度？两种表示方法的区别与联系？答：1.相对滑移ε（剪切角越小，剪切变形量越大）Λ（变形系数越大，剪切角越小）2. 变形系数hΛ与相对滑移ε的关系：变形系数h当0γ= 0～30°，hΛ≥1.5时，hΛ的数值与ε相近。
当0γ＜0°或hΛ＜1.5时，不能用hΛ表示切屑的变形程度。
2.5.2 影响切削变形有哪些因素？各因素如何影响切削变形？答：前角、工件材料、切削速度、进给量、v c在低速围提高，积屑瘤高度随着增加，刀具实际前角增大，使剪切角φ增大，故变形系数Λh减小；v c在中速围提高，积屑瘤逐渐消失，刀具实际前角减小，使φ减小，Λh 增大。
高速，由于切削温度继续增高，致使摩擦系数μ下降，故变形系数Λh减小。
增大前角，使剪切角φ增大，变形系数Λh减小，切屑变形减小。
进给量f 增大，使变形系数Λh减小。
工件材料的机械性能不同，切屑变形也不同。
材料的强度、硬度提高，正压力Fn 增大，平均正应力σav增大，因此，摩擦系数μ下降，剪切角φ增大，切屑变形减小。
2.5.3 三个切削分力是如何定义的？各分力对加工有何影响？答：（1）主切削力F z 主运动切削速度方向的分力；切深抗力F y切深方向的分力；进给抗力F x进给方向的分力。
（2）1.主切削力Fz是最大的一个分力，它消耗了切削总功率的95%左右，是设计与使用刀具的主要依据，并用于验算机床、夹具主要零部件的强度和刚度以及机床电动机功率。
2.切深抗力Fy不消耗功率，但在机床—工件—夹具—刀具所组成的工艺系统刚性不足时，是造成振动的主要因素。
3.进给抗力Fx消耗了总功率5%左右，它是验算机床进给系统主要零、部件强度和刚性的依据。
2.5.4 刀具磨损过程有哪几个阶段？为何出现这种规律？答：1.初期磨损阶段（在开始切削的短时间，磨损较快。
这是由于刀具表面粗糙不平或表层组织不耐磨引起的。
）2.正常磨损阶段（随着切削时间增加，磨损量以较均匀的速度加大。
7章工件材料的切削加工性
7章工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性是指在切削加工过程中，材料在切削力的作用下所表现出的性能。
它是评价材料是否适合切削加工的重要指标之一、材料的切削加工性直接影响到切削加工的效率和质量，因此对于工件材料的切削加工性能的研究非常重要。
一、工件材料的切削加工性能的影响因素1.材料的硬度：材料的硬度是指材料抵抗硬物侵入的能力。
在切削加工中，硬度较高的材料会导致刀具磨损加剧，切削力增大，切削温度升高等问题，从而影响到切削加工的效率和质量。
2.材料的韧性：材料的韧性是指材料抵抗断裂的能力。
韧性较好的材料容易产生切屑，切削力较小，切削加工时刀具磨损较少，切削加工效率较高。
3.材料的切削性状：材料的切削性状包括材料的切削硬度、切削韧性、切削塑性等。
这些性状直接影响到材料在切削加工过程中的表现。
4.材料的热导率：材料的热导率是指材料传导热量的能力。
热导率低的材料在切削加工中容易产生高温，加剧刀具磨损，降低切削加工效率。
5.材料的化学成分：材料的化学成分直接影响到材料的切削加工性能。
例如，含有硬质相的材料会增加材料的硬度，从而影响到切削加工性能。
二、工件材料的切削加工性能的评价指标1.切削力：切削力是指在切削加工过程中作用在刀具上的力。
切削力的大小直接影响到刀具的磨损和切削加工的效率。
2.切削温度：切削温度是指在切削加工过程中产生的温度。
切削温度的升高会导致刀具磨损加剧，切削加工效率降低。
3.切削表面质量：切削表面质量是指在切削加工过程中所得到的工件表面的质量。
切削表面质量的好坏直接影响到工件的使用性能。
4.切削加工效率：切削加工效率是指在单位时间内完成的切削量。
切削加工效率的高低直接关系到切削加工的经济效益。
三、提高工件材料的切削加工性能的方法1.选择合适的切削工艺参数：合理的切削工艺参数可以降低切削力和切削温度，提高切削加工的效率和质量。
2.选择合适的切削刀具：合适的切削刀具可以根据材料的硬度、韧性等性能进行选择，提高切削加工的效率和质量。
工件材料的切削加工性
切削难加工材料的主要措施： 切削难加工材料的主要措施：
(1)改善切削加工条件 (1)改善切削加工条件 要求机床有足够大的功率， 要求机床有足够大的功率，并处于良好的技 术状态； 术状态；加工工艺系统 应具有足够的强度和 刚性，装夹要可靠；在切削过程中， 刚性，装夹要可靠；在切削过程中，要求均 匀的机械进给，切忌手动进给， 匀的机械进给，切忌手动进给，不容许刀具 中途停顿。 中途停顿。
二、常用材料的切削加工性
1.碳素钢 1.碳素钢 低碳钢(<0.25%) 软而韧。 低碳钢(<0.25%) ：性软而韧。粗加工时不易断屑而影响操 作过程， 作过程，精加工时因切屑脱离母体时使已加工表面发生严重 撕扯而产生大量细裂纹（鳞刺）， ），又因易形成积屑瘤而严重 撕扯而产生大量细裂纹（鳞刺），又因易形成积屑瘤而严重 影响精加工质量， 切削加工性较差；可通过正火处理 正火处理使晶 影响精加工质量，故切削加工性较差；可通过正火处理使晶 粒细化、硬度增加、韧度下降，便于切削加工。 粒细化、硬度增加、韧度下降，便于切削加工。 中碳钢（0.3%～0.6%）：有较好的综合性能，其切削加工性 中碳钢（0.3%～0.6%）：有较好的综合性能， ）：有较好的综合性能 较好； 较好； 高碳钢（0.6%～0.8%）：切削加工性次于中碳钢； ）：切削加工性次于中碳钢 高碳钢（0.6%～0.8%）：切削加工性次于中碳钢； >0.8%）： 硬而脆，切削时刀具易磨损， ）：性 （>0.8%）：性硬而脆，切削时刀具易磨损， 故其切削加工性不好 可通过球化退火 切削加工性不好。 球化退火来改善其切削加工 故其切削加工性不好。 可通过球化退火来改善其切削加工 性。
三、改善工件材料切削加工性的途径
可通过热处理方法， 可通过热处理方法，改变 热处理方法 材料的金相组织和物理力 学性能， 学性能， 也可通过调整材料的化学 成分等途径。 成分等途径。 生产实际中， 生产实际中，热处理是常 用的处理方法。 用的处理方法。
工件材料的切削加工性
第一节工件材料的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。
1.衡量切削加工性的指标切削加工性的指标可以用刀具使用寿命、一定寿命的切削速度、切削力、切削温度、已加工表面质量以及断屑的难易程度等衡量。
某种材料切削加工性的好坏，是相对另一种材料而言的。
因此，切削加工性是具有相对性的。
一般以切削正火状态45钢的v60作为基准，其它材料与其比较，用相对加工性指标Kr表示：（3-1）式中,v60——某种材料其刀具使用寿命为60min时的切削速度；(v60) j——切削45钢，刀具使用寿命为60min时的切削速度。
二。
影响材料切削加工性的主要因素影响材料切削加工性的主要因素有材料的物理力学性能、化学成分和金相组织等。
三。
难加工材料的切削加工性（一）、高锰钢的切削加工性高锰钢加工硬化严重，塑性变形会使奥氏体组织变为细晶粒的马氏体组织，硬度急剧增加，造成切削困难。
高锰钢热导率低，仅为45钢的1/4，切削温度高，刀具易磨损，高锰钢韧度大，约为45钢的8倍，其伸长率也大，变性严重，导致切削力增加，并且不易断屑。
（二）不锈钢的切削加工性奥氏体不锈钢中的铬、镍含量较大，铬能提高不锈钢的强度及韧性，但使加工硬化严重，易粘刀。
不锈钢切屑与前刀面结出长度较短，刀尖附近应力较大，经计算刀尖所收的应力为切削碳钢的1.3倍，造成刀尖易产生塑性变形或崩刀。
奥氏体不锈钢导热性差，切削温度高。
另外，锯齿形切屑并不因速度增高而有所改变，所以切削波动大，易产生振动，使刀具破损。
断屑问题也是不锈钢车削中的突出问题。
车削不锈钢时，多采用韧性好的YG类硬质合金刀片，选择较大的前角和小的主偏角；较低的切削速度，较大的进给量和背吃刀量。
四、改善材料切削加工性的基本方法1．在材料中适当添加化学元素??? 在钢材中添加适量的硫、铅等元素，能够破坏铁素体的连续性，降低材料的塑性，使切削轻快，切屑容易折断，大大地改善材料的切削加工性。
在铸铁中加入合金元素铝、铜等能分解出石墨元素，利于切削。
材料的切削加工性(精)
1、以加工质量衡量切削加工性：在一定条件下， 以 是否易达到所要求的表面质量的各项指标来衡量。
机械制造基础 评定材料加工性主要指标
2、以刀具耐用度衡量切削加工性: ①在保证相同耐用度的条件下，以允许切削速度的高低来 衡量。 ②在保证相同切削条件下，以刀具耐用度的高低来衡量。 ③在同样切削条件下，以达到刀具磨钝标准所切除的金属体 积来衡量。 3 4、以断屑性能衡量切削加工性 由此可知，同一材料很难在各项指标中同时获得良好的评 价。但总的来说：某材料被切削时，刀具的耐用度高，所允 许的切削速度高，质量易保证，易断屑，切削力小，则加工 性好，反之加工性差。
V60 K v 当Kv>1时，表明该材料比45钢易切削； (V60 ) j
当Kv<1时，表明该材料比45钢难切削。 各种材料的相对加工性 Kv 乘以 45 钢的切削速度，即可得出切 削各种材料的可用切削速度。
机械制造基础
02
影响工件材料切削加工性的因素
机械制造基础 1. 工件材料的物理力学性能
机械制造基础
目 录
01
02 03
评定材料加工性主要指标
影响工件材料切削加工性的因素
改善工件材料切削加工性的途径
机械制造基础
01
评定材料加工性主要指标
机械制造基础 评定材料加工性主要指标
切削加工性是指在一定切削条件下，对工件材料进 行切削加工的难易程度。 如难加工材料，加工性差。 切削加工性是相对的
铸铁
化学元素对碳的石墨化作用，促进石墨化作用（Al、
Si、Ni、Cu、Ti）时切削加工性提高，反之降低。
机械制造基础 3. 金属组织对切削加工性的影响
金属材料中不同的金相组织，产生不同的力学性能，对切 削加工性影响也不同。 低碳钢（铁素体组织多，强度、硬度低，延伸率高，易塑性 变形） 中碳钢（珠光体＋铁素体，中等强度、硬度和塑性） 淬火钢（以马氏体为主，强度、硬度均高，刀具磨损剧烈） 而加入Al、Si等易形成硬质点，加剧刀具磨损。 铸铁（灰铸铁） 各相的分布、形状和大小。珠光体（片状、球状）
工件材料的切削加工性及改善
很容易切削 材料
易切削材料
一般有色金 属
易切削钢 较易切削钢 一般钢及铸 铁 稍难切削材 铜合金、铝合金、锌合金
退火15Cr钢（σb＝380～450MPa） Y12钢（σb＝400～500MPa） 正火30钢（450～560MPa） 45钢、灰铸铁、结构钢 调质2Cr13钢（σb＝850MPa） 85热轧钢（σb＝900MPa） 调质45Cr 50CrV调质；1Cr18Ni9Ti未淬火； 工业纯铁；某些钛合金 某些钛合金；铸造镍基高温合金； Mn13高锰钢
后刀面与工件的摩擦
（2）选择
取决于：加工要求、工件材料及工 艺系统刚度。
•切削厚度越大、切削力越大，后角取较小值； •粗加工或工件材料较硬，后角取较小值； •工件材料越软、塑性越大，后角越大； •工艺系统刚度较差时，适当减小后角；
19
问题？
1、工件材料强度或硬度较高时，一般采 用较小还是较大的后角？
表面粗糙度 易振动
24
1.7.2刀具角度的选择
4.副偏角κr′ （2）选择
•副偏角大小取决于表面粗糙度（5°〜15°)，粗加
工时取大值，精加工取小值。
①、工艺系统刚性好时，加工高强度高硬度材料，一般 κrˊ＝5o～10o；加工外圆及端面，能中间切入，κrˊ ＝45o。 ②、工艺系统刚度较差时，粗加工、强力切削时，κrˊ ＝10o～15o；车台阶轴、细长轴、薄壁件，κrˊ＝5o～ 10o。 ③、切断切槽，κrˊ＝1o～2o。 副偏角的选择原则是：在不影响摩擦和振动的条件下， 应选取较小的副偏角。
机械制造技术基础
第1章 切削与磨削过程 1.6 工件材料的切削加工性及改善
1
1.6 工件材料的切削加工性及改善
内容提要
第7章_工件材料切削加工性
H
9
◆ 3、工件材料的塑性对切削加工性能的影响 J材料的塑性通常以延伸率δ表示。一般，材料的塑性越大，越难加工。因为塑性大的 材料，加工变形和硬化、刀具表面的冷焊现象都比较严重，不易断屑，不易获得好的 已加工表面质量。另外，切屑与前刀面的接触长度加大，使摩擦力增大。 如：硬度相近的45钢和1Cr18Ni9Ti不锈钢（ δ =40）。 J但材料塑性太小时，切屑与前刀面的接触变得很短，切削力、切削热集中在切削刃附 近，使刀具磨损严重，故切削性也差。
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：①高硬度；②高强度；③高塑性和高韧性；
④低塑性和高脆性；⑤低导热性；⑥有大量微观硬质点或硬夹杂物；⑦化学性质活 泼。这些特性一般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。
这样的钢叫“易切钢”。
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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
◆ 1.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。
，
H
19
7.3 常用金属材料的切削加工性
◆ 1.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。
◆2. 铸铁 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。
1、高碳钢和工具钢： 球化退火，降低硬度
2、热轧状态的中碳钢： 正火、退火，使组织和硬度均匀。
切削加工性表面粗糙度和切削液工件材料的切削加工性表面粗糙
高速钢刀具粗加工时，应选用以冷却作用为主的切削 液，主要目的是降低切削温度；硬质合金刀具粗加工 时可以不用切削液，必要时也可以来用低浓度的乳化 液或水溶液，但必须连续地、充分地浇注。精加工切 削时（包括铰削、拉削、螺纹加工、剃齿等），应选 用润滑性能好的极压切削油或高浓度的极压乳化液。 硬质合金刀具精加工时采用的切削液与粗加工时基本 相同，但应适当注意提高其润滑性能。切削高强度钢 和高温合金等难加工材料，对切削液的冷却、润滑作 用都有较高的要求，此时应尽可能采用极压切削油或 极压乳化液。加工铜、铝及其合金不能用含硫的切削 液。
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—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，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
衡量切削加工性的指标 以刀具寿命T或一定寿命下的切削速度VT 衡量加工性 以切削力或切削温度衡量切削加工性 以已加工表面质量衡量切削加工性 以切屑控制或断屑的难易衡量切削加工 性
改善切削加工性的途径： 通过热处理改变材料的组织和机械性能
高碳钢和工具钢 球化退火 热轧状态的中碳钢 正火 低碳钢 冷拔或正火
切削油的主要成分是矿物油，少数采用动植物油或复合油。纯矿 物油不能在摩擦界面上形成坚固的润滑膜，润滑效果一般。
切削液的作用 切削液的冷却作用 切削液的润滑作用 切削液的清洗作用 切削液的防锈作用
切削液的添加剂 油性添加剂和极压添加剂 防锈添加剂 防霉添加剂 抗泡沫添加剂 乳 化 剂
切削液的选择和使用
高强度、超高强度钢的切削加工性 高强度钢、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。调质(淬火、中温回火)后的金相组织 为索氏体或托氏体，硬度达HRC35—55。 一般，σs＞1GPa或σb＞1.1GPa的结构钢， 称为高强度钢；σs＞1.2GPa或σb＞1.5GPa 称为超高强度钢。
机械制造工程学习题及答案
7.调质只能作为预备热处理。（）
三、选择题
1．在机械加工中直接改变工件的形状、尺寸和表面质量，使之成为所需零件的过程称为（）。
A.生产过程B.工艺过程C.工艺规程D.机械加工工艺过程
2．编制机械加工工艺规程，编制生产计划和进行成本核算最基本的单元是（）。
A.工步B.工序C.工位D.安装
3．零件在加工过程中使用的基准叫做（）。
9.拉削方式（拉削图形）有几种？各有什么优缺点？
10.滚刀常用的基本蜗杆造型有几种，制造方法是什么？
11.砂轮的特性由哪些因素决定？
12.什么叫砂轮硬度，如何选择砂轮硬度？
13.简述磨料粒度的表示方法。
14.齿轮常用加工方法有哪些？试分析滚齿机的切削运动。
第五章机械加工工艺规程的制订
一、填空题
1.在机械制造中，根据企业生产专业化程度不同，生产类型可分为三种，
图2-2图2-3
2.绘制图2-3所示 弯头车刀的正交平面参考系的标注角度（从外缘向中心车端面）： ， ， ， ， 。
3.设外圆车刀的 ， ， ， ，求 ， ， 及 。
4.如图2-4所示，镗孔时工件内孔直径为 ，镗刀的几何角度为 ， ， ， 。若镗刀在安装时刀尖比工件中心高 ，试检验镗刀的工作后角 。
图5-2
3．某厂年产4105型柴油机1000台，已知连杆的备用率为，机械加工废品率为，试计算连杆的生产纲领，说明其生产类型及主要工艺特点。
4．试指出图5-3中结构工艺性方面存在的问题，并提出改进意见。
图5-3
5．图5-4所示为在两顶尖间加工小轴小端外圆及台肩面2的工序图，试分析台肩面2的设计基准、定位基准及测量基准。
即、和。生产类型的划分除了与有关外，还应考虑。
2.零件加工表面的技术要求有、、和。
三、选择题
1．在机械加工中直接改变工件的形状、尺寸和表面质量，使之成为所需零件的过程称为（）。
A.生产过程B.工艺过程C.工艺规程D.机械加工工艺过程
2．编制机械加工工艺规程，编制生产计划和进行成本核算最基本的单元是（）。
A.工步B.工序C.工位D.安装
3．零件在加工过程中使用的基准叫做（）。
9.拉削方式（拉削图形）有几种？各有什么优缺点？
10.滚刀常用的基本蜗杆造型有几种，制造方法是什么？
11.砂轮的特性由哪些因素决定？
12.什么叫砂轮硬度，如何选择砂轮硬度？
13.简述磨料粒度的表示方法。
14.齿轮常用加工方法有哪些？试分析滚齿机的切削运动。
第五章机械加工工艺规程的制订
一、填空题
1.在机械制造中，根据企业生产专业化程度不同，生产类型可分为三种，
图2-2图2-3
2.绘制图2-3所示 弯头车刀的正交平面参考系的标注角度（从外缘向中心车端面）： ， ， ， ， 。
3.设外圆车刀的 ， ， ， ，求 ， ， 及 。
4.如图2-4所示，镗孔时工件内孔直径为 ，镗刀的几何角度为 ， ， ， 。若镗刀在安装时刀尖比工件中心高 ，试检验镗刀的工作后角 。
图5-2
3．某厂年产4105型柴油机1000台，已知连杆的备用率为，机械加工废品率为，试计算连杆的生产纲领，说明其生产类型及主要工艺特点。
4．试指出图5-3中结构工艺性方面存在的问题，并提出改进意见。
图5-3
5．图5-4所示为在两顶尖间加工小轴小端外圆及台肩面2的工序图，试分析台肩面2的设计基准、定位基准及测量基准。
即、和。生产类型的划分除了与有关外，还应考虑。
2.零件加工表面的技术要求有、、和。
切削加工性与切屑控制
易断屑。因hD= sinκr，而σ=
hchE/(2Rch)。
刃倾角主要控制切屑流向。
切削加工性与切屑控制
27
五、切屑的控制
3. 影响断屑的因素
3）切削用量
进给量：进给量增大，切削厚度和切屑厚
度按比例增加，弯曲应力增大，故易断屑。
背吃刀量：背吃刀量增大，主切削刃相对
副切削刃和刀尖的切削作用增大，流屑角减
工性的目的。
切削加工性与切屑控制
14
四、几种难加工材料的切削加工性 1.高锰钢:钢中锰含量在11～14%时，称为高 锰钢。 1）切削加工困难的原因 ➢ 加工硬化严重：塑性变形会引起奥氏体组 织转变为细晶粒马氏体组织，使硬度由 180～220HBS增加到450～500HBW。 ➢ 导热率低：约为45钢的1/4，切削温度高。 ➢ 韧性大：约为45钢的8倍，延伸率大，使 切削力大，且不易断屑。当温度超过600℃ 时，延伸率会很快切削增加工长性与，切屑使控制 切削更加困难。 15
形后改变方向继续运动。若与待加工表面相碰
而折断成C形屑；与加工表面相碰后形成圆卷形
切屑；与后刀面相碰后形成C形或6字形切屑。
2）靠重力甩断
若切屑未碰到任何物体，则形成带状或螺旋
形切屑，靠自身重力切削甩加工断性与。切屑控制
21
五、切屑的控制
3. 影响断屑的因素
1)卷屑槽(断屑槽)
卷屑槽断面形状（见图1 - 41）：折线型、
四、几种难加工材料的切削加工性
1. 高锰钢:
2）措施
➢ 刀具方面：YG、YW；较大前角和负值
较大的刃倾角。
➢ 切削用量方面：低的切削速度(υc = 20～40m/min)，以免切削温度过高；大的
进给量( = 0.2～0.8mm/r)，使切削厚度较
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1.4、材料的加工硬化对切削加工性的影响
工件材料的加工硬化性能越高，切削加工性越低。
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1.4~2.2倍。 2、工件材料的强度对切削加工性能的影响 在一般情况下，切削加工性随工件材料强度的提高而降低。 合金钢和不锈钢，常温强度和碳素钢相差不大，但高温强度 却差别很大，所以其加工性能低于碳素钢。
第七章 工件材料切削加工性
1、工件材料硬度对切削加工性的影响 1.1、工件材料常温硬度的影响
硬度越高，切削加工性越低。
1.2、工件材料高温硬度对切削加工性的影响 工件材料高温硬度越高，切削加工性能越低。 1.3、工件材料硬质点对对切削加工性的影响 硬质点越多，形状越尖锐、分布越广，加工性能越差。
第七章 工件材料切削加工性
第七章 工件材料切削加工性
在生产中，常采用相对加工性来衡量工件材料的切削加工性。
Kv越大，加工性能越好。
第七章 工件材料切削加工性
第七章 工件材料切削加工性
第二节 影响工件材料切削加工性能的因素及改善切削 加工性的途径
一、影响工件材料切削加工性的因素 物理性能 力学性能 化学成分
金相组织
加工条件等
第七章 工件材料切削加工性 典型难加工材料的加工
高强钢和超高强钢
HRC35-50、强度超过1000MPa，如：连杆、曲轴、叶
片、炮 切削力大、温度高、刀具磨损快、断屑难
高强度钢在退火状态下加工比较容易
刀具：YT类、TiC基、陶瓷、涂层刀具等。
低温脆性理论
强化换热理论 高温摩擦、磨损理论 自润滑理论
第七章 工件材料切削加工性
干切削工艺方法
完全干切削 准（亚）干切削（最小润滑技术MQL） 风冷干切削 液氮冷却干切削 高速干切削 硬态切削
第七章 工件材料切削加工性
干切削工艺方法
完全干切削 不加任何辅助冷却介质，依靠刀具、机床、工 件材料和工艺参数之间的合理选择、优化，而 进行的切削。
污染和危害，如容易引起呼吸道、皮肤及神经性疾病甚至癌症。
加工过程完成后，对零件及加工表面形成的切削液附着物进行清
洗和高温蒸化处理时，还会产生“二次污染”效应。
第七章 工件材料切削加工性
实现干切削的意义
环境污染已成为全世界共同关注的焦点，实现人类的可持续发展 是21世纪的必然趋势。 在机械制造业实施清洁化生产，走可持续发展道路势在必行。采 用干切削技术是一种环境效益和经济效益俱佳的工艺选择。 可省去切削液的管理系统，节省切削废液的处理费用，还避免了 环境污染，符合清洁生产模式，实现绿色加工。 降低加工成本、减小资源消耗。
第七章 工件材料切削加工性
干切削的特点
形成的切屑干净、清洁、无污染、易于回收和处理。
省去与切削液有关的传输、过滤、回收等装置及费用。
节省了切削液及切屑处理费用。
不产生环境污染及与切削液有关的安全与质量事故。
摩擦增大、切削热和切削温度增高。
刀—屑间摩擦状态及磨损机理产生变化，刀具磨损加快。
加工性得到显著改善，这样的钢叫“易切钢”。
第七章 工件材料切削加工性
第三节 难加工材料的切削加工性
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：①高硬度；②高强度 ；③高塑性和高韧性；④低塑性和高脆性；⑤低导热性；⑥有 大量微观硬质点或硬夹杂物；⑦化学性质活泼。这些特性一般 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 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。
第七章 工件材料切削加工性
碳化铁含量高时，铸铁的切削加工性低。铬（ge , Cr）、钒、 锰、钼、钴、磷、硫等，阻碍碳的石墨化，降低铸铁的加工性。
6、金属组织对切削加工性的影响
6.1、钢的不同组织对切削性能的影响：钢的金相组织有铁素体 、渗碳体、珠光体、索氏体、托氏体、奥氏体、马氏体等。
第七章 工件材料切削加工性
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
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—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 ，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
。
第七章 工件材料切削加工性
第七章 工件材料切削加工性
典型难加工材料的加工
高锰钢 含Mn量11-18%，如：铁轨、挖掘机铲斗、履带等 高锰奥氏体钢，塑性变形大、耐磨性好 高锰钢线膨胀系数大，影响加工精度
加工硬化严重、切削力大、温度高、断屑难：
180~220HBS→450~500HBS
导热性差,为45号钢的1/4
程度。切削加工性是一个相对的概念。
衡量指标：
加工表面质量 单位切削力 刀具耐用度 断屑性能
第七章 工件材料切削加工性
1、以加工质量衡量切削加工性 1.1、精加工，以表面粗糙度衡量切削加工性：表面粗糙度高，
切削加工性好；
1.2、对特殊精密零件，以已加工表面变质层深度、残余应力及 硬化程度来衡量其加工性。 2、以刀具耐用度衡量切削加工性 2.1 、刀具耐用度相同的情况下，允许的切削速度高低； √常用 2.2、相同切削条件下，考察刀具耐用度的大小； 2.3、相同切削条件下，刀具达到磨钝标准时切除金属的多少。
第七章 工件材料切削加工性
3、工件材料的塑形与韧性对切削加工性能的影响
为了改善高塑形材料的加工性能，可通过硬化、热处理等 措施来降低被加工材料的塑性。
第七章 工件材料切削加工性
4、工件材料的导热系数对加工性能的影响
导热系数高的材料，加工过程温升高，尺寸控制困难。
第七章 工件材料切削加工性
5、化学成分对切削加工性的影响
磨损较大；
可用热处理的方法，通过改变金属组织来改善金属的切削加 工性。
第七章 工件材料切削加工性
6.2 、铸铁的金属组织对切削加工性的影响 铸铁按金属组织来分，可分为：白口铁、麻口铁、珠光体灰 铸铁、灰铸铁、铁素体灰铸铁、各种球墨铸铁（包括可锻铸铁） 。
铸铁的相对加工性，见表7-3
7、切削条件对切削加工性的影响
切屑难于折断，切屑的收集和排除较为困难。
加工表面质量恶化。
第七章 工件材料切削加工性
第七章 工件材料切削加工性
实现干切削的途径
干切削时，由于缺少切削液的润滑和冷却作用，刀具工件和刀具切 屑之间的摩擦增加，切削力增大，切削热大量增加，切削温度急剧 上升，引起刀具耐用度下降，加工表面质量易于恶化。 目前实现干切削的主要途径有： 采用先进的刀具材料，如： CBN、自润滑刀具、新型陶瓷刀具、纳 米复合涂层刀具等。
第七章 工件材料切削加工性
完全干切削
5.1 钢的化学成分的影响：
① Cr, Ni, V, Mo, W, Mn 等元素，可提高钢的强度和硬度；
② Si, Al 等元素，容易形成氧化铝和氧化硅等硬质点，使刀具磨
损加剧； ③ S, Se(硒), Pb, Bi(铋), P(磷)等元素，能略略降低钢的强度，同 时又能降低钢的塑性，可改善切削加工性能。 ④ S 能引起钢的红脆性，但若适当提高Mn的含量，可以避免红 脆性。MnS, FeS质地软，成为切削塑性变形区 中的应力集中 源，易断屑，并减小积屑瘤的形成。
①铁素体塑性高，珠光体塑性低。钢中含有大部分铁素体，少部 分珠光体时，切削速度及刀具耐用度都较高； ②纯铁（含碳量极低）是完全的铁素体，切削加工性低； ③珠光体呈片状时，刀具磨损较大；片状珠光体球化处理后，组 织为“连续分布的铁素体+分散的碳化物颗粒”，刀具的磨损小 ，耐用度高； ④切削马氏体、回火马氏体和索氏体等硬度较高的组织时，刀具
干切削加工就是在没有切削液的条件下创造具
有与湿切相同活相近的切削条件进行加工。
切削液的主要作用
润滑作用、冷却作用、冲洗作用、防锈作用
第七章 工件材料切削加工性
切削液的负面作用
切削液的制造、使用、处理及排放需占用和消耗大量的能源和资 源，使用切削液的费用约占零件制造成本的16%。
使用切削液时产生的油雾、烟雾、化学微粒等会造成严重的环境
第七章 工件材料切削加工性
⑤ 磷能降低铁素体的塑形，使切屑易于折断。 依此原理，研制除了含硫、硒、铅、铋、钙的易切钢，其
中含硫的易切钢用的较多。
5.2 铸铁的化学成分的影响 铸铁的化学成分的影响，主要取决于这些元素对碳的石墨 化作用。 碳以石墨化形式存在时，铸铁的切削加工性高。硅、铝、 镍、铜、钛等，能促进碳的石墨化，提高铸铁的加工性能；
第七章 工件材料切削加工性
工件材料切削加工性
翟 鹏
School of Mechatronic Engineering Shandong University at Weihai 2008.04
第七章 工件材料切削加工性
第一节 切削加工性的概念和衡量指标
(Machinability)
概念：在一定条件下对工件材料进行切削加工的难易
刀具：YW类、陶瓷、涂层刀具等。 P126页5项措施
第七章 工件材料切削加工性 典型难加工材料的加工
淬火钢（白口铸铁） 硬度高，大于HRC50，工具钢、模具钢等 一般磨削加工 切削力大、温度高、刀具磨损块 刀具：YW类、陶瓷、超细晶粒合金、涂层刀具等。
第七章 工件材料切削加工性
干切削对机床的要求
切削热容易散发（散热装置）
切屑容易排出（吸尘、排屑装置）
高刚度、高转速、大功率
第七章 工件材料切削加工性
干切削对工艺的要求
工件材料的加工硬化性能越高，切削加工性越低。
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1.4~2.2倍。 2、工件材料的强度对切削加工性能的影响 在一般情况下，切削加工性随工件材料强度的提高而降低。 合金钢和不锈钢，常温强度和碳素钢相差不大，但高温强度 却差别很大，所以其加工性能低于碳素钢。
第七章 工件材料切削加工性
1、工件材料硬度对切削加工性的影响 1.1、工件材料常温硬度的影响
硬度越高，切削加工性越低。
1.2、工件材料高温硬度对切削加工性的影响 工件材料高温硬度越高，切削加工性能越低。 1.3、工件材料硬质点对对切削加工性的影响 硬质点越多，形状越尖锐、分布越广，加工性能越差。
第七章 工件材料切削加工性
第七章 工件材料切削加工性
在生产中，常采用相对加工性来衡量工件材料的切削加工性。
Kv越大，加工性能越好。
第七章 工件材料切削加工性
第七章 工件材料切削加工性
第二节 影响工件材料切削加工性能的因素及改善切削 加工性的途径
一、影响工件材料切削加工性的因素 物理性能 力学性能 化学成分
金相组织
加工条件等
第七章 工件材料切削加工性 典型难加工材料的加工
高强钢和超高强钢
HRC35-50、强度超过1000MPa，如：连杆、曲轴、叶
片、炮 切削力大、温度高、刀具磨损快、断屑难
高强度钢在退火状态下加工比较容易
刀具：YT类、TiC基、陶瓷、涂层刀具等。
低温脆性理论
强化换热理论 高温摩擦、磨损理论 自润滑理论
第七章 工件材料切削加工性
干切削工艺方法
完全干切削 准（亚）干切削（最小润滑技术MQL） 风冷干切削 液氮冷却干切削 高速干切削 硬态切削
第七章 工件材料切削加工性
干切削工艺方法
完全干切削 不加任何辅助冷却介质，依靠刀具、机床、工 件材料和工艺参数之间的合理选择、优化，而 进行的切削。
污染和危害，如容易引起呼吸道、皮肤及神经性疾病甚至癌症。
加工过程完成后，对零件及加工表面形成的切削液附着物进行清
洗和高温蒸化处理时，还会产生“二次污染”效应。
第七章 工件材料切削加工性
实现干切削的意义
环境污染已成为全世界共同关注的焦点，实现人类的可持续发展 是21世纪的必然趋势。 在机械制造业实施清洁化生产，走可持续发展道路势在必行。采 用干切削技术是一种环境效益和经济效益俱佳的工艺选择。 可省去切削液的管理系统，节省切削废液的处理费用，还避免了 环境污染，符合清洁生产模式，实现绿色加工。 降低加工成本、减小资源消耗。
第七章 工件材料切削加工性
干切削的特点
形成的切屑干净、清洁、无污染、易于回收和处理。
省去与切削液有关的传输、过滤、回收等装置及费用。
节省了切削液及切屑处理费用。
不产生环境污染及与切削液有关的安全与质量事故。
摩擦增大、切削热和切削温度增高。
刀—屑间摩擦状态及磨损机理产生变化，刀具磨损加快。
加工性得到显著改善，这样的钢叫“易切钢”。
第七章 工件材料切削加工性
第三节 难加工材料的切削加工性
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：①高硬度；②高强度 ；③高塑性和高韧性；④低塑性和高脆性；⑤低导热性；⑥有 大量微观硬质点或硬夹杂物；⑦化学性质活泼。这些特性一般 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 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。
第七章 工件材料切削加工性
碳化铁含量高时，铸铁的切削加工性低。铬（ge , Cr）、钒、 锰、钼、钴、磷、硫等，阻碍碳的石墨化，降低铸铁的加工性。
6、金属组织对切削加工性的影响
6.1、钢的不同组织对切削性能的影响：钢的金相组织有铁素体 、渗碳体、珠光体、索氏体、托氏体、奥氏体、马氏体等。
第七章 工件材料切削加工性
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
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—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 ，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
。
第七章 工件材料切削加工性
第七章 工件材料切削加工性
典型难加工材料的加工
高锰钢 含Mn量11-18%，如：铁轨、挖掘机铲斗、履带等 高锰奥氏体钢，塑性变形大、耐磨性好 高锰钢线膨胀系数大，影响加工精度
加工硬化严重、切削力大、温度高、断屑难：
180~220HBS→450~500HBS
导热性差,为45号钢的1/4
程度。切削加工性是一个相对的概念。
衡量指标：
加工表面质量 单位切削力 刀具耐用度 断屑性能
第七章 工件材料切削加工性
1、以加工质量衡量切削加工性 1.1、精加工，以表面粗糙度衡量切削加工性：表面粗糙度高，
切削加工性好；
1.2、对特殊精密零件，以已加工表面变质层深度、残余应力及 硬化程度来衡量其加工性。 2、以刀具耐用度衡量切削加工性 2.1 、刀具耐用度相同的情况下，允许的切削速度高低； √常用 2.2、相同切削条件下，考察刀具耐用度的大小； 2.3、相同切削条件下，刀具达到磨钝标准时切除金属的多少。
第七章 工件材料切削加工性
3、工件材料的塑形与韧性对切削加工性能的影响
为了改善高塑形材料的加工性能，可通过硬化、热处理等 措施来降低被加工材料的塑性。
第七章 工件材料切削加工性
4、工件材料的导热系数对加工性能的影响
导热系数高的材料，加工过程温升高，尺寸控制困难。
第七章 工件材料切削加工性
5、化学成分对切削加工性的影响
磨损较大；
可用热处理的方法，通过改变金属组织来改善金属的切削加 工性。
第七章 工件材料切削加工性
6.2 、铸铁的金属组织对切削加工性的影响 铸铁按金属组织来分，可分为：白口铁、麻口铁、珠光体灰 铸铁、灰铸铁、铁素体灰铸铁、各种球墨铸铁（包括可锻铸铁） 。
铸铁的相对加工性，见表7-3
7、切削条件对切削加工性的影响
切屑难于折断，切屑的收集和排除较为困难。
加工表面质量恶化。
第七章 工件材料切削加工性
第七章 工件材料切削加工性
实现干切削的途径
干切削时，由于缺少切削液的润滑和冷却作用，刀具工件和刀具切 屑之间的摩擦增加，切削力增大，切削热大量增加，切削温度急剧 上升，引起刀具耐用度下降，加工表面质量易于恶化。 目前实现干切削的主要途径有： 采用先进的刀具材料，如： CBN、自润滑刀具、新型陶瓷刀具、纳 米复合涂层刀具等。
第七章 工件材料切削加工性
完全干切削
5.1 钢的化学成分的影响：
① Cr, Ni, V, Mo, W, Mn 等元素，可提高钢的强度和硬度；
② Si, Al 等元素，容易形成氧化铝和氧化硅等硬质点，使刀具磨
损加剧； ③ S, Se(硒), Pb, Bi(铋), P(磷)等元素，能略略降低钢的强度，同 时又能降低钢的塑性，可改善切削加工性能。 ④ S 能引起钢的红脆性，但若适当提高Mn的含量，可以避免红 脆性。MnS, FeS质地软，成为切削塑性变形区 中的应力集中 源，易断屑，并减小积屑瘤的形成。
①铁素体塑性高，珠光体塑性低。钢中含有大部分铁素体，少部 分珠光体时，切削速度及刀具耐用度都较高； ②纯铁（含碳量极低）是完全的铁素体，切削加工性低； ③珠光体呈片状时，刀具磨损较大；片状珠光体球化处理后，组 织为“连续分布的铁素体+分散的碳化物颗粒”，刀具的磨损小 ，耐用度高； ④切削马氏体、回火马氏体和索氏体等硬度较高的组织时，刀具
干切削加工就是在没有切削液的条件下创造具
有与湿切相同活相近的切削条件进行加工。
切削液的主要作用
润滑作用、冷却作用、冲洗作用、防锈作用
第七章 工件材料切削加工性
切削液的负面作用
切削液的制造、使用、处理及排放需占用和消耗大量的能源和资 源，使用切削液的费用约占零件制造成本的16%。
使用切削液时产生的油雾、烟雾、化学微粒等会造成严重的环境
第七章 工件材料切削加工性
⑤ 磷能降低铁素体的塑形，使切屑易于折断。 依此原理，研制除了含硫、硒、铅、铋、钙的易切钢，其
中含硫的易切钢用的较多。
5.2 铸铁的化学成分的影响 铸铁的化学成分的影响，主要取决于这些元素对碳的石墨 化作用。 碳以石墨化形式存在时，铸铁的切削加工性高。硅、铝、 镍、铜、钛等，能促进碳的石墨化，提高铸铁的加工性能；
第七章 工件材料切削加工性
工件材料切削加工性
翟 鹏
School of Mechatronic Engineering Shandong University at Weihai 2008.04
第七章 工件材料切削加工性
第一节 切削加工性的概念和衡量指标
(Machinability)
概念：在一定条件下对工件材料进行切削加工的难易
刀具：YW类、陶瓷、涂层刀具等。 P126页5项措施
第七章 工件材料切削加工性 典型难加工材料的加工
淬火钢（白口铸铁） 硬度高，大于HRC50，工具钢、模具钢等 一般磨削加工 切削力大、温度高、刀具磨损块 刀具：YW类、陶瓷、超细晶粒合金、涂层刀具等。
第七章 工件材料切削加工性
干切削对机床的要求
切削热容易散发（散热装置）
切屑容易排出（吸尘、排屑装置）
高刚度、高转速、大功率
第七章 工件材料切削加工性
干切削对工艺的要求