金属材料切削加工性

第一章 金属材料切削加工性

切削加工性：Machinability ，指金属材料被切削加工成合格零件的难易程度。 例如：以车削45#钢为例：

材料硬度 HB200（正火） 单位切削力 κc =200kg/mm 2

用YT15车刀车削：

ν

c =120 θ

=800ºC

此种车削方法家喻户晓，人人皆知，谁都会做，没什么难点。

1. 铝合金，这是比较好加工的，κc =70， νc =800m/min 时，θ也不高，T 很长。

2. 灰口铸铁HT200 κc =114 断屑 切削加工性评价指标： ① 刀具耐用度高； T ② 许用切削速度高； νc

③ 已加工表面易于达到；④ 车削时断屑；

⑤ 切削力小，切削温度低。 F c θ 3. 45#淬火 HRC50

切削力F c 大，切削温度θ高，刀具耐用度T 低。 一般情况下不车，只能磨削。

§1—1 衡量切削加工性指标

以车削45#钢(HB200)为参照基准： 刀具材料：YT15；

刀具耐用度：T=60min ； [ν60]j =100m/min ；

当切削LY12 ν60=300m/min 相比

[]6060300

3100

r j νκν=

== 一、称相对加工性

1. 刀具耐用度T ：

T 较长，加工性较好。 例：45#钢 T=60min

30C r M n SiA T=20min 加工性差。

2. 切削速度νc ：

例：45#钢 νc =100m/min YT15

LY12 νc =300m/min YG15

300

3

100

r κ== 加工性好。 泰勒公式： 0.4c A

T

ν=

切削速度是根据刀具耐用度确定的。一定刀具耐用度下有一个允许的切削速度νT 。

3. 切削力F c （或者κc ） 凡切削力大者，加工性差。

4. 切削温度凡是切削温度高者，加工性差。

条件： c p

θº

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 νc m/min

图（一）

1—GH131 2—1Cr18Ni9Ti 3—45#钢（正火） 4—HT200 YT15—45# YG8—GH131 1Cr18Ni9Ti HT200

γo =15º α0=8º κr =75º λs =0º γε=0.2 a p =3 f=0.1 5. 已加工表面质量：

包括：表面粗糙度

表面残余应力

加工硬化程度及深度 ① ()

''

44

r r a r f

f R ct

g ctg ctg κκκ=

=

+

2r π

κ=

时 ctg κc =0 R a (µf 决定R a 。 8

0C r 12Ni12M o

νc a p =0.5

0.1 0.2 0.3 f ② 残余应力：

在没有外力作用的情况下，物体内部保持平衡而存在的应力。

产生的原因有：热塑变形效应，里层金属弹性的恢复，表层金属在切削热的作用下发生相变。

2

车削 νc =32m/min ③ 加工硬化程度及深度

冷硬层的硬度为材料的2倍； 深度为：0.12—0.24 6. 断屑：

f ≥0.2时 (νc =100) 车削45#钢断屑。 7. 还可以用加工费用和加工时间对比。

§1—2 工件材料对加工性的影响

一、金属材料的化学成份对加工性的影响

1. 碳C

10#钢为低碳钢，含C0.1%，韧性好，难断屑。采用正火方法，提高其硬度。

45#钢为中碳钢，含C0.45%，综合性能好，易切，硬度HB200。

80#钢为高碳钢，含C0.8%，含Fe

3

C多，材料硬，刀具磨损严重。加工前采用退火处理，使其软些。

2. 铬C

r

在铁素体中固溶；形成CrC；HB和σ

b

提高。

3. 镍Ni

在铁素体中固溶；σ

b

，δ提高，导热系数λ下降。

当Ni>8%时，变为奥氏体钢，加工硬化严重，切削加工性变差。

4. 锰Mn

随着Mn含量增加，HB，σ

b

增大，延伸率δ下降。

当Mn>1.5%时，加工性差。也就是高锰钢。

5. 钒V

形成vc，细化晶粒，HB↑δ↓，当1%

V 时，加工性差。

6. 钼Mo

形成MoC, HB↑, (δ↓), Mo>0.5%时，κ

r

↓。

7. 硅Si

在铁素体中固溶HB↑, (δ↓), λ↓, SiO

2

加剧刀具磨损。

8. 其它：

MnS—非金属夹杂物，呈微粒均匀分布，塑性好，有润滑作用。

铅P

b

—单相微粒均匀分布，破坏铁素体连续性，有润滑作用。

相对加工性计算公式：

κ

r

=1.57(1.6)—0.7C—0.15Mn—0.1Si—0.1Ni—0.06Cr—0.06Mo 例子：30CrMnSiMoV

κ

r

=1.57—0.7×0.4—0.15×1—0.1×1.4—0.06×1.4—

0.06×0.5=0.9

二、热处理状态和金相组织对κ

r

的影响：

1. 铁素体：80HBS σ

b

=29kg/mm2

C溶解于α—Fe中为固溶体。723ºC溶解量最高为0.02%，接近纯铁，韧性好，(δ=50%)难断屑。

2. 珠光体（正火）：HBS260 σ

b

=128 δ=20%

由铁素体和Fe

3C层片交替组成。是铁素体和Fe

3

C的共析物。

3. 索氏体和屈氏体（调质）

铁素体和Fe

3

C混合物。比珠光体细。

450—600ºC回火——索氏体

300—450ºC回火——托氏体

4. 马氏体 (HRC50) 淬火