常见材料加工性能分析

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加工 性
灰 口 铸 可 锻 铸 铁 铁
球
墨 铸 铁 白 口 铸 铁
铸铁的切削加工
当加工铸铁时，一定要分析它的结构与材质。 灰铸铁中含硅量的增加，将使铸铁强度 增加，延展性降低，积屑瘤倾向减小。 白口铁的加工比较特别，它要求刀片的 刃口采用倒角形式，一般用CBN与陶瓷刀 片来代替磨削。 加工铸铁的刀片要求具有高的热硬性、 化学稳定性，陶瓷广泛地与硬质合金一起 应用。 大多数铸铁的加工性能是比较容易的， 灰铸铁是短屑的，而球墨铸铁与可锻铸铁 都是长屑的。
低合金钢 高合金钢 超硬钢 可煅铸铁 灰铸铁 球墨铸铁 SG铸铁 铸钢类
不秀钢类
铁基耐热合金 镍基耐热合金
钴基耐热合金
钛合金
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铝Βιβλιοθήκη Baidu金
高硅铝合金
CMC30.11 30-80 CMC30.12 75-150 CMC30.21 40-100 CMC30.22 70-125 CMC30.3 80 CMC30.4
加工性能
• • • • • 铁屑成形 表面质量 切削力 积屑瘤倾向 刀具磨损
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0.04 – 2.3% C
• 低碳钢: <0 .25% C • 中碳钢:0.25-0.55 % C • 高碳钢: > 0.55 % C
碳钢和合金钢
• 含碳量越高钢材的硬度越高
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钢的切削性能
• 低碳钢易产生粘刀现象 • 中碳钢的可切削性能最佳 • 高碳钢的硬度高，不易加工 ，而且刀具磨损快 • 合金钢等切削性能如下： + C: 0.3-0.6%. Pb, S, P (free cutting) – Mn, Ni, Co, Cr, V Nb, W C<0.3% C>0.6%
HRSA---高应力耐热合金
此类金属包括：高应力钢，模具钢，某些不锈钢，钛合金等。这些材料的特点是：有的 具有低的热传导率，这使切削区的温度过高，易与刀具材料热焊导致积屑瘤、加工硬化 趋向增大，磨损加剧，切削力加大，而且波动大。
车削刀片要求刃口槽型能很好地分散压力，使切削热尽量分布在切屑上，保持热态下刃 口锋利。当切削铸造或锻造硬皮时，应降低切削速度。 使用正确的，特殊生产的细晶非涂层硬质合金刀片，或者加晶须的合成型陶瓷刀片。 供给充足的冷却水，确保屑流无阻。 确保工艺系统稳故，无振动倾向。 尽量避免断续车削。 顺铣，使切出时切屑最薄。 铣刀选择容屑槽要大。
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常见工件材料的单位切削力 Kc值
工件材料 非合金钢类 CMC代码 HB硬度 CMC01.1 110 CMC01.3 150 CMC01.5 310 CMC02.1 125-225 CMC02.2 220-420 CMC03.11 150-300 CMC03.21 250-350 CMC04.1 >450 CMC07.1 110-145 CMC07.2 200-230 CMC08.1 180 CMC08.2 260 CMC09.1 160 CMC09.2 250 CMC06.1 150 CMC06.2 150-250 CMC06.3 160-200 CMC05.1 150-270 CMC05.2 150-275 CMC05.3 275-425 CMC05.4 CMC20.11 CMC20.12 CMC20.21 CMC20.22 CMC20.24 CMC20.31 CMC20.32 CMC20.33 CMC23.1 CMC23.21 CMC23.22 150-450 180-230 250-320 140-300 300-475 200-425 180-230 270-320 220-425 400MPa 950MPa 1050MPa 材质粗略分类 Kc0.4(N/mm2) C<0.25% 2200 C<0.8% 2600 C<14% 3000 未硬化 2500 硬化 3300 退火态 3000 硬化的工具钢 4500 硬化和调质的 4500 短屑 1200 长屑 1300 低拉伸强度 1300 高拉伸强度， 合金 1500 铁素体态 1200 珠光体态 2100 非合金 2200 低合金 2500 高合金 3000 素体，马氏体 13-25% 铬 2800 奥氏体 镍>8% ，18-25% 铬 2450 淬火和调质 2800 马氏体>0.12%C 沉积硬化 3500 退火态或固溶处理 3700 时效处理或固溶处理并时效 3900 退火态或固溶处理 3500 时效处理或固溶处理并时效 4150 铸造或铸造并时效 4150 退火态或固溶处理 3500 时效处理或固溶处理并时效 4150 铸造或铸造并时效 4150 通用的纯钛， 99.5%Ti 1530 b 钛合金 退火态的 ， 近似 和 1675 时效态的 + b 合金 1690 退火或时效态的 b 合金 锻造或冷拔态 800 锻造和固溶处理 800 铸造态 900 铸造， 固溶处理并时效 400 非合金， AL>=99% 900 modiifed by PC China 10-14% SI 1500 14-16% SI
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铝合金及其切削加工
现代制造业广泛使用铝合金(而非纯铝)，工件一般可分为锻造件和铸造件。 铝合金中的添加元素主要是铜(增加应力改善切削性能)；锰、硅(提高抗锈性和 可铸性)；锌(提高硬度)。铝合金中的硅，是改善其铸造性能，内部结构和应力。这 种铝合金铸件是不可热处理的；反之铜的加入使其相反。铝合金的加工性能应该是 好的，很低切削温度允许很高的切削速度；但切屑不易控制。 铝合金刀具要求有大的前角，甚至有些刀柄都是为铝合金加工而专门设计的。 积屑瘤最常见也最难解决，这种情况多见于通用型刀具加工铝合金，甚至很高 的速度下也不能消除。 后刀面磨损过快源自铝铸件中硅的存在，而金钢石刀具就是专门为解决这一问 题的。 铝的高速铣削往往带有过快的刀具磨损，这时应该计算一下F,高速下相对的低 进给使刀片的切削变成磨削，从而使刀片过早失效。
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硬材料的加工
硬材料是指HRC42~65的工件，以往，这些工件的成形往往靠磨削慢慢地 加工。而今天，新的刀具材质已经将它推到车削与铣削的范畴了。 常见的硬金属包括：白口铁，冷硬铸铁，高速钢，工具钢，轴承钢，淬硬钢。 加工难点在于： 切削区内高温度； 单位切削力Kc大； 后刀面磨损过快和断裂。 要求刀具： 抗磨性强； 化学稳定性高； 耐压和抗弯； 刃口强度高。 尽管硬质合金可以加工一些这样的零件，但主要的刀具材质是陶瓷与CBN。
Vc
月牙洼
Vc1 塑变 月牙洼 Vc2 积屑瘤
塑变
改善方法：冷拔，加水，添加 硫，硒。 主轴与刀具刚性好，选好槽型 ，刀尖角小而强度够。刀片材 质韧性好抗塑变，大切深大进 给配低切速，精车余量大于硬 化层；金属陶瓷刀片是最佳后 补选择，顺铣比逆铣好，采用 小主偏角铣刀
f 0.1
0.2
0.5 1
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不锈钢 与切削加工
碳钢中含 Cr 量超过 12%时，可以防锈。同样，不锈钢中 含碳量达到一定时，也可以淬硬。不锈钢可分为铁素体不锈 钢，马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢。镍也是一种添加剂，它可 以提高钢的淬硬性和稳定性，当镍的含量达到一定程度时，不 锈钢就拥有了奥氏体结构，不再有磁性了，但加工硬化倾向严 重，易产生毛面和积屑瘤，车削螺纹效果不佳，易产生积屑 瘤，表面涩糙，切屑缠绕。
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合金钢
• 合金元素是: Mn, Ni, Co, Cr, V, Mo, P, Pb, S etc.
作用: 提高硬度, 强度, 加工硬化 倾向, 改善切削性能… • 高合金钢: > 5 % 合低合金钢: < 5 % 合金元素 • 金元素
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