工件材料可加工性

等级
名称及种类
相对加工性Kv
代表性工件材料
1
很容易 一般有色金
切削材料
属
> 3.0
5-5-5铜铅合金, 9-4铝铜合金, 铝镁合金
2
易切削钢 容易切削
2.50～3.00
退火15Cr σb=0.373～0.441GPa 自动机钢 σb=0.392～0.490GPa
材料
比45钢容易
3
较易切削钢 1.60～2.50 正火30钢 σ切b=削0.441～0.549GPa
弹性模量 小
切削加工性变差
➢ 金相组织
硬度高（马氏体） 含量高 形状维度少（针状）
总结
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单元--工件材料的切削加工性
常用金属材料的切削加工性分析 有色金属
普通铝及铝合金、铜及铜合金，强度硬度低，导热性 好，易切削。
铸铁
白口铸铁硬度高（HBS600)，难切削； 灰口铸铁硬度适中，强度塑性小，切削力较小，但高硬度 碳化物对刀具有擦伤，崩碎切屑，切削力热集中刀刃上且有 波动，刀具磨损率并不低，应采用低于加工钢的切削速度。 球墨铸铁、可锻铸铁的强度塑性比灰铁高，切削性良好 工件表面若有硬皮应进行退火处理。
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单元--工件材料的切削加工性
结构钢
碳素结构钢切削加工性取决于含碳量。
低碳钢 硬度低，塑韧性高，变形大，断屑难，粘屑，加 工表面粗糙，加工性较差；
高碳钢 硬度高，塑性低，切削力大，温度高，刀具耐用 度低，加工性差；
中碳钢 性能适中，加工性良好。 合金结构钢强度硬度提高，切削加工性变差。
难加工材料
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单元--工件材料的切削加工性
➢ 物理力学性能 ➢ 化学元素
常温硬度 高 高温硬度 高
硬质点 多 加工硬化 严重
C<0.15%，>0.5% 合金元素>0.3 % Mn、Mo、W、Cr Ni、V、Si、Al
强度高 高温强度高
韧性大 塑性过大过小
铸铁合金元素： Mn、Mo、Cr、 Co、 P、S
导热系数高 线膨胀系数大
塑性: 白口铁 < 麻口铁 < 灰铸铁 < 球墨铸铁
难
切削加工性:
易:
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单元--工件材料的切削加工性
难切削金属材料（淬火或析出硬化状态）
影响切削
高强度钢
不锈钢
加工性的
因素
高锰钢
马氏体 沉淀硬 奥氏体 马氏体
低合金 高合金
铁素体型 铁基
时效钢 化 型 型 型
高温合金 镍基 钴基
钛合金
硬度 1～2 3～4 2～3 4 1～3 1～2 2～3 1
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10
单元--工件材料的切削加工性
1.材料物理力学性能的影响 2.材料化学成分的影响 3.材料金相组织的影响
影响因素
1）材料的硬度和强度 2）材料的塑性 3）材料韧性 4）材料的导热率
分析：
对切削力的影响 对切削温度的影响 对刀具磨损的影响 对已加工表面质量的影响
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单元--工件材料的切削加工性
影响因素
4
一般钢及铸 铁
1.00～1.60
普通材料
5
稍难切削材 料
0.65～1.00
45钢, 灰铸铁, 结构钢 2Cr13调质 σb=0.834GPa 85钢轧制 σb=0.883GPa
6
较难切削材 料
0.50～0.65
45Cr调质 σb=1.03GPa
65Mn调质比σ4b=50钢.93难2～0.981GPa
2 2～3
2
2
高温强度 1
1
2
2
1 1～2 1
1 2～3 3
3
1
微观硬质
1～2 1 2～3 1
1
1
1
1 2～3 3
2
1
点
与刀具亲
1
1
1
1
1
2
2
2
2
3
3
4
和性
导热性 4
2
2
2
3
3
2
2 3～4 3～4
4
4
加工硬化
4
2
2
1
2
3
2
1
3 3～4
3
2
性
粘附性 2
1
1
1 1～2 3
1
wk.baidu.com
1
3 3～4
2
1
相对切削 0.2 0.2 0.2 0.1 0.3 0.5 0.5 0.6 0.15 0.08 0.05 0.25 加工性 ～0.4 ～0.5 ～0.45 ～0.25 ～0.4 ～0.6 ～0.7 ～0.8 ～0.3 ～0.2 ～0.15 ～0.38
切
削
加
工
性
工件表面质量
粗糙度
硬化残余应
力
切屑可控性
卷断屑情况
切屑 变形
切削力
切削 温度
化学成分 金 金相组织 属 力学性能 材 物理性质 料 化学性质
毛坯情况
5
单元--工件材料的切削加工性
衡量指标
➢ 以刀具使用寿命 --- 相同切削条件比T ；
➢ 以切削速度υT （相对加工性）-- T 一定，比速度
9
单元--工件材料的切削加工加性工表面质量 衡量指标
？？
4. 以加工表面质量衡量切削加工性-- 精加工衡量指标 ➢ 一般精加工用Ra；精密零件用加工硬化、残余应力。 ➢ 凡容易获得好的已加工表面质量的材料，其切削加工
性好
5. 以断屑性能衡量切削加工性--- 自动机床、数控机 床、自动线衡量指标
➢ 凡切屑容易控制或容易断屑的材料，其切削加工性较 好；
3.选择切削加工性好的材料状态 低碳钢选冷拔状态；中碳钢选热轧状态
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单元--工件材料的切削加工性
改善途径
1.调整材料的化学成分 钢中加硫、铅等元素；铸铁中增加石墨成分
2.进行适当的热处理 低、中碳钢宜选正火处理，均匀组织，调整硬度塑性； 高碳钢宜用球化退火,降低硬度,均匀组织,改善加工性； 中碳以上的合金钢硬度较高，需退火以降低硬度； 不锈钢常要进行调质处理，降低塑性，以便加工； 铸铁需进行退火处理，降低表皮硬度，消除内应力
4）材料的导热率
➢ 材料的导热系数越大--切削加工性越好.
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单元--工件材料的切削加工性
影响因素
5．其它物理机械性能及化学性质
➢ 其它物理机械性能 线膨胀系数大的材料； 弹性模量小的材料
➢ 材料的化学特殊性质 切削镁合金时----粉末氧化燃烧 切削钛合金时----氧化成硬脆短屑，切削热集中刀刃
影响因素
1.材料物理力学性能的影响
2.材料化学成分的影响 3.材料金相组织的影响
1）不同金相组织及含量 2）金相组织的形状
1．铁素体 2. 渗碳体 3. 珠光体 4. 索氏体和托氏体 5. 马氏体 6．奥氏体
材料金相组织 金相组织的形状
➢ 球状、片状、针状切削加工性变差
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单元--工件材料的切削加工性
机械制造技术基础
第2篇 金属切削原理 第-单元 工件材料切削加工性
哈尔滨工业大学 王娜君制作并主讲 1
单元--工件材料的切削加工性
零件材料的选择 ➢材料的使用性能
➢材料的加工性能
可锻性
可切削性
2
单元--工件材料的切削加工性
工件材料
切屑变形 切削力 切削温度 刀具磨损 加工质量
强度、硬度高 变形小、 切削力大、 温度高、刀具易磨损
1）材料的硬度和强度---越高
切削力 切削温度 刀具磨损
➢高强度钢
—般钢材
➢冷硬铸铁
灰铸铁
切削加工性差
特别要注意！！ 高温强度、硬度值越高，切削加工性越差！
特别要问？？ 材料的硬度越低，越好加工？
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单元--工件材料的切削加工性
1.材料物理力学性能的影响 2 材料化学成分的影响 3 材料金相组织的影响
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单元--工件材料的切削加工性
改善途径
（二）改善切削加工条件
1.选择合适的刀具材料、刀具几何参数和切削用量 难加工材料，导热性差，选YG、YW合金或涂层刀片； 刀具合理几何参数，断屑槽、卷屑槽，控制排屑； 选择合理切削用量等。
2.选用合适的设备和加工方法 难加工材料加工，机床要有足够的功率和刚性； 选择合适的切削液，供给充足； 高硬度材料加工采用磨削加工更容易；
3. 以切削力或切削温度衡量切削加工性 ➢ 粗加工、机床刚性或功率不足用力或功率
---相同切削条件下，切削力大的材料难加工 ➢ 工艺系统导热差用切削温度
--在相同切削条件下，切削温度高的材料难加工，。 不同工件材料同样切削条件切削温度不同，即切削 加工性不同。 同样工件材料45钢不同热处理状态下同样切削条件 切削温度不同，即切削加工性不同。
➢ 以切削力或切削温度---切削条件不变的情况下比切 削力或切削温度
➢ 以加工表面质量---用Ra或加工硬化、残余应力 ➢ 以断屑性能刃--磨-以后断刀屑具的至难磨易钝标准，切削时间总和
1. 以刀具使用寿命T 衡量切削加工性
➢ 相同切削速度条件下，切削不同材料，刀具使用寿 命T越长，所切削材料加工性越好。
塑性 高
导热性差
积屑瘤、 切削力大、
刀具易磨损
温度高、刀具易磨损
亲和性强
积屑瘤
刀具易磨损
3
单元--工件材料的切削加工性
➢ 概念：是指对某种材料进行切削加工时，在一定切 削条件下，可切削的难易程度的难易程度。
➢ 切削加工性的概念具有相对性；
4
单元--工件材料的切削加工性
刀具使用寿命
崩刃碎裂 刀具磨损
刀具磨损（刀具 使用寿命）
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单元--工件材料的切削加工性
影响因素
1.材料物理力学性能的影响 2 材料化学成分的影响 3材料金相组织的影响
1）材料的硬度和强度 2）材料的塑性 3）材料韧性 4）材料的导热率
3）材料韧性(以冲击值表示) ➢ 材料的韧性越高----切削加工性较差。
①切削力 ②切削温度较高 ③不易断屑
影响因素
1）材料的硬度和强度 2）材料的塑性 3）材料韧性 4）材料的导热率
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单元--工件材料的切削加工性
2）材料的塑性（以延长率d表示）
➢ 材料的塑性越大，越难加工
影响因素
用什么来 衡量？
1Crl8Ni9Ti 硬度、强度相同 45钢
特别要问？？ ➢塑性越低，切削加工性越好？
当加工塑性太低的材料时，刀-屑接触长度过短，切削力和切削 热集中切削刃，加剧切削刃磨损
影响因素
1）不同金相组织及含量
T 一定以υT 衡量 υ一定以T 衡量 ➢ 金相硬度越高切削加工性越差—
珠光体切削加工性好于马氏体 ➢ 含量越高切削加工性越差
2）金相组织的形状
➢ 球状、片状、针状切削加工性变差
马氏体硬度 6>5
珠光体含量 4>3>2>1
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单元--工件材料的切削加工性
硬度: 白口铁 > 麻口铁 > 灰铸铁 > 球墨铸铁
6
单元--工件材料的切削加工性
衡量指标
2. 以切削速度υT衡量切削加工性 ➢ 一般材料：T取60min，记作υ60；难加工材料:υ15υ30
➢ 相对加工性 KV = υ60 / [υ60] j
被测材料在T为 60min时的ν
正火45钢在T为 60min时的ν
分成8个等级
7
单元--工件材料工的件切材削料加相工性对切削加工性等级
高强度硬度，高塑性韧性或高脆性，耐高温，导 热性差。切削力大，温度高，刀具磨损快，断屑难， 加工性差。
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单元--工件材料的切削加工性
改善途径
（一）改变材料性能
（二）改善切削加工条件
1.调整材料的化学成分 钢中加硫、铅等元素；铸铁中增加石墨成分
2.进行适当的热处理 低、中碳钢宜选正火处理，均匀组织，调整硬度塑性； 高碳钢宜用球化退火,降低硬度,均匀组织,改善加工性； 中碳以上的合金钢硬度较高，需退火以降低硬度； 不锈钢常要进行调质处理，降低塑性，以便加工； 铸铁需进行退火处理，降低表皮硬度，消除内应力
7
难切削材 料
难切削材料
0.15～0.50
50CrV调质, 1切Cr削18Ni9Ti 未淬火,
α相钛合金
8
很难切削材
< 0.15
β相钛合金, 镍基高温合金8
单元--工件材料的切削加工性
衡量指标
2. 以切削速度υT衡量切削加工性 ➢ 刀具使用寿命一定条件下，切削不同材料，所允许
的切削速度越高，所切削的材料其加工性越好。
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单元--工件材料的切削加工性
影响因素
1.材料物理力学性能的影响 2.材料化学成分的影响 3.料金相组织的影响
1）碳的含量和形态； 2）元素的作用
➢ 中碳钢（45钢） ➢易切钢（S、P、Pb） ➢铸铁石墨化（Si、Al、Ni、 Cu、Ti）
各元素对结构钢切削加工性的影响
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单元--工件材料的切削加工性