工件材料的切削加工性

29
游煌煌
钛合金
概念
▪ 钛合金是一种“比强度”（强度/比重）和“比 刚度”（刚度/比重）较高，在550℃以下耐蚀 性很高的材料
特点
▪ 延伸率δ和冲击值αk较低 ▪ Λ≤1刀尖处负荷大，切削力集中 ▪ 导热性差
▪ 与刀具材料中的Ti亲合力大（易产生粘结磨损）
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
机械 制造技术
工件材料的切削加工性
中州大学工程技术学院游煌煌
游煌煌
主要内容
切削加工性的概念及标志方法 影响工件材料切削加工性的因素 改善切削加工性的途径 难加工材料的切削加工性
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
2
游煌煌
切削加工性的概念
切削加工性：
▪ 指工件材料切削成合格零件的难易程度 ▪ 比较：Q235和45#
（min)
➢ 保证相同切削条件下，保证刀具达到VB*时所切下 金属体积的量(mm3/s)
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
5
游煌煌
3. 按单位切削力和切削温度
▪ 相同条件下
➢ kc↑—F↑—Pc↑—θ↑—加工性↓
▪ 应用条件：粗加工、工艺系统刚性不足 ▪ 因切削温度数据不易得到，故此指标较少
▪ 工件材料中硬质点
➢HB↑—擦伤作用↑—v60↓
▪ 加工硬化
➢硬化程度↑— VB↑ — v60↓
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
11
游煌煌
强度（包括常温和高温）
▪ σb↑— Fr↑—Pc↑—θ↑—VB↑ —v60↓
塑性
硬度和强度相近时
▪ δ↑—v60↓
➢工业纯铁、纯铜硬度低，塑性很高，也很难加工 （粘刀）
21
游煌煌
材料特点
▪ 强度高：高温强度、抗蠕变强度高 ▪ 抗氧化能力强：抗高温氧化能力高 ▪ 耐低温
难点：
▪ 材料的结构愈来愈复杂，重量越来越轻 ▪ 要考虑加工成型时单位体积所需的能量
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
22
游煌煌
高锰钢
概念
▪ 含 Mn 量达11~14%，当高锰钢全部都是奥氏 体组织时，才能获得较好的使用性能（如韧 性、强度及无磁性等）
下料 锻造 退火 粗加工 调质 半精加工
低温退火 精车 低温退火 粗磨 磁力探伤
氮化 磁力探伤 半精磨 油煮定性 精磨
油煮定性 超精磨 油煮定性 研配
2. 选用切削加工性好的材料状态
▪ 冷拔低碳钢>热轧低碳钢
➢ 45#热轧钢>锻件(坯件余量不匀,有硬皮)
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
3.0
265 2
0.6
215 4
0.9
207 17.5 1.3
180 20
1.8
游煌煌
金相组织因素
针状珠光体—片状珠光体—球状珠光体 v60↑
马氏体→索氏体→回火马氏体 v60↑
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
17
游煌煌
改善切削加工性的途径
1. 调整化学成分，发展易切钢
▪ 在钢中适当添加一些元素（S、Pb、Se 等），使刀具耐用度↑，切削力↓，容易断 屑，加工表面质量↑
32
措施
▪ 刀具材料
➢YG6——韧性大 ➢陶瓷刀具——刀具耐用度高
▪ 刀具角度（提高刀刃强度和散热性）
➢选用小前角：γo = -10°~ 0° ➢减小主偏角：κr =15°~ 30° ➢负刃倾角 ➢大的刀尖圆弧半径
▪ 切削速度
➢硬质合金：vc<20m/min ➢陶瓷：vc≈60m/min
2021/4/13
▪ 选用合理的切削用量
➢硬质合金刀具：vc≤60m/min；陶瓷刀具：vc≤100m/min ➢选用较大的进给量 ➢选用较大的背吃刀量
▪ 采用高温回火处理
游煌煌
高强度钢
特点
▪ 经热处理（淬火及回火）得到高的强度、硬 度和延伸率
➢铬镍钢（20Cr2Ni4），269HBS，σb=1.177GPa , δ= 45%， αk=784kJ/m2
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
14
游煌煌
铸铁
▪ Si、Al、Ni、Cu、Ti↑—石墨化↑—v60↑ ▪ Cr、V、Mn、Mo、Co、P、S↑—石墨化↓—
v60↓
➢白口铁—麻口铁—灰口铁—球铁
V60↑
铸铁的相对加工性见下表
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
15
铸铁种类
铸铁的相对加工性
▪ 应用条件：精加工常以此作切削加工性指标
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
4
游煌煌
2. 按刀具耐用度或一定耐用度T下的vT.
▪ 常用v60 。（难加工材料可用v15或v30） ▪ T↑、v60↑—加工性↑ ▪ 应用条件：常用指标，适用不同加工条件都
▪ 从三方面理解
➢ 保证T相同时，切削某种材料允许的速度，即vT ➢ 保证相同切削条件下，刀具材料达到的T数值
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
7
游煌煌
常用切削加工指标
vT:
▪ 当刀具耐用度为T（min , s )时，切削某种材 料所允许的切削速度
▪ vT↑ ——材料的加工性 ↑ ▪ 实际中人们最关注：生产率，经济性
目前还没有一个理想的方法评价切削加 工性
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
30
游煌煌
措施（散热）
▪ 选用导热性良好、耐冲击，不易产生亲合作 用的刀具材料
➢粗车：YG8 精车：YD15、YS2T
▪ 刀具角度
➢用较小前角：γo= 4~6° ➢用较大后角：αo≈12° ➢用较大刀尖圆弧半径：rε＜3 mm ➢磨负倒棱
▪ 切削用量
➢粗车：vc=15~50m/min 精车：vc=20~60m/min
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
31
游煌煌
冷硬铸铁
概念
▪ 浇铸后冷却速度很快
特点
▪ 表层HB高，达HRC60 ▪ 表层硬质点分布不均（切削力不稳定） ▪ 含Ni、Cr冷硬铸铁，高温强度高，导热性低 ▪ 刀尖负荷大，切削温度高，使T↓，易崩刃
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
影响工件材料切削加工性因素
工件材料物理力学性能的影响 工件材料化学成分的影响 工件材料金相组织的影响
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
10
游煌煌
一、物理力学性能因素
硬度
▪ 常温硬度
➢HB↑ — F ↑—Pc ↑—θ ↑—VB ↑—T↓—v60 ↓
▪ 高温硬度
➢HB↑—刀具硬度↓—硬度比↓—VB↑—T↓ — v60↓
➢从加工表面质量方面比较：45#>Q235 ➢从切削力大小方面比较：45#>Q235
▪ 特点：相对性
注：工件材料的切削加工性与加工密切 相关，还应考虑刀具材料的性能
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
3
游煌煌
切削加工性的标志（衡量指标）
1. 按加工质量来衡量材料的加工性
▪ 表面质量
➢ 表面粗糙度↓—加工性↑ ➢ 残余应力↓—加工性↑ ➢ 加工硬化程度↓—加工性↑
工件材料的切削加工性 游煌煌
游煌煌
33
▪ 选用合理刀具几何参数
➢大前角γo≈10° ➢负刃倾角，增加刀刃强度
➢大的rε=0.5~1mm ➢磨制断屑糟
▪ 选用较低速度：vc<100m/min, 可↑T ▪ 采用退火、回火、正火处理，改善组织性能
▪ 提高工艺系统刚度，减少刀杆伸出量
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
26
游煌煌
不锈钢
安排合适的热处理工序
1.25
粗车 半精车 正火 精车
渗碳淬火
磨削
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
18
游煌煌
加工半轴
下料
锻造 正火
机加工
盘部钻孔
磨花键
调质
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
19
游煌煌
坐标镗床主轴
▪ 要求:调质硬度HB240~280,表面硬度HV900~1100, 氮化深0.5mm
用
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
6
游煌煌
4. 按切屑处理性（断屑性能）
▪ 排屑易—处理性↑—加工性↑ ▪ 断屑易—处理性↑—加工性↑ ▪ 卷屑易—处理性↑—加工性↑
➢ 断屑性能要求高的工序如：深孔、盲孔、镗孔、钻 削
▪ 应用条件：自动机床、自动生产线
此外，可用切削路程Lm，金属切除率Zw 作 为衡量指标
➢粗车：YG8N ➢精车：YM3、YW4
▪ 选用大前角、较小主偏角
▪ 因不锈钢切屑强韧，故应采取可靠的断屑、 卷屑、排屑措施
▪ 为避免粘结现象，前、后刀面要仔细研磨
▪ ↑f、ap，防止刀具在硬化层内工作 ▪ 提高工艺系统刚度
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
28
游煌煌
高温合金
按基体分
▪ 铁基高温合金
按组织分为
▪ 铁素体不锈钢 ▪ 马氏体不锈钢
导磁材料
▪ 奥氏体不锈钢 ▪ 析出硬化不锈 钢 非磁性材料
特点
▪ 常温下的σb、HB近于45# ▪ 高温HB、 σb高，产生加工硬化 ▪ 导热性小
较易切削
常用
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
27
游煌煌
措施
▪ 选用导热性好、耐磨性高的刀具材料
➢与45#比：硬度高1~1.2倍，强度高1.6~3，延伸率 高3~3.4倍, αk1~1.6倍。
➢故综合加工性差，切削力大，消耗功率多，温度 高,刀具磨损快，断屑困难
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
25
游煌煌
措施
▪ 选用强度高、耐磨性高的刀具材料
➢粗车：YT5、YTS25 ➢精车、半精车：YW3、712、715涂层硬质合金
特点
▪ 硬度、强度低 ▪ 易产生加工硬化、断屑难 ▪ 导热率低
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
23
措施
▪ 选用韧性、导热性较高的刀具材料
➢粗车：YG8、YG8X；精车：YT14、YT15（YM052、 YM051）、YW3
➢（复合氧化铝）陶瓷刀具
▪ 选择合理刀具几何角度
➢适当增大前角、后角，达到降低切削力 ➢选用较小主偏角和负刃倾角，提高切削刃强度 ➢磨制断屑糟
20
游煌煌
难加工材料的切削加工性
难加工材料应用于：
▪ 高性能机械结构和机器、造船、航空、电站、 石油化工、国防等
➢喷气发动机、原子能发电站、空间探索、海底探 测、地壳勘探等
重点发展材料：
▪ 用于核动力和燃烧循环过程的材料
▪ 用于计算机、传感器和微电子器件等有关传
递的材料
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
铸铁组织
硬度 伸缩率 相对加 HBS δ% 工性Kv
白口铁
细粒珠光体+碳化铁 600
麻口铁 细粒珠光体+少量碳化铁 263
珠光体灰
珠光体+石墨
225
铸铁
灰铸铁 粗珠光体+石墨+铁素体 190
— 难切削
—
0.4
— 0.85
—
1.0
铁素体灰 铸铁
球墨铸铁 （或可锻 铸铁）
铁素体+石墨 石墨为球状
100 —
8
游煌煌
相对加工性Kv
以45#钢的v60为基准，记为（v60)j ,其它材
料的v60与（v60)j 之比，叫相对加工性
Kv
v60 (v60 ) j
Kv
加工性
Kv>1 Kv<1
比45#易切 比45#难切
工件材料切削加工性等级ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 见P.27表1-3
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
9
游煌煌
▪ 改善措施——降低塑性
➢硬化（冷拔） ➢热处理
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
12
游煌煌
韧性
▪ αk↑—折断前吸收能量↑—越难断屑—v60↓
材料导热系数
▪ k↓——v60↓ ▪ k有色>k中碳钢>k合金钢>k工具钢>k不锈钢、耐热钢
➢切削紫铜时k=393；45#时k=50；1Cr18Ni9Ti时k=14
▪ k与合金元素有关
➢Cr、Ni、Mo、W↑—k↓
2021/4/13
工件材料的切削加工性 游煌煌
13
游煌煌
化学成分因素
钢
▪ 含碳量
➢C%↑↑—HB↑、σb↑—v60↓ ➢C%↓↓—δ↑、αk↑—v 60↓
▪ 合金元素
➢Cr、Ni、V、Mo、W、Mn↑—硬度↑—v60↓ ➢Si、Al↑—硬质点多↑—v60↓ ➢S、P、Se、Pb↑—v60↑
▪ 镍基高温合金
▪ 钴基高温合金
措施
变形铁基高温合金 铸造铁基高温合金 变形镍基高温合金 铸造镍基高温合金
▪ 选用含Co多的YG6、YG8—导热性好，用于 粗加工。YW类、YA6，用于精加工
▪ 选用较小前角（0°~5°），较小主偏角—↑刀 具强度
▪
2021/4/13
选用大f，ap，工件避材料免的切在削加硬工性化游煌层煌 内切削