第七章 工件材料的切削加工性

五、不锈钢和高温合金的切削加工性
不锈钢的塑性大，加工硬化很严重；导热系数小，切 削温度高；加上钢中碳化物(TiC等) 又易与刀具发生冷焊， 故刀具磨损快，使用寿命降低。加工不锈钢时，宜采用YG 类(最好添加钽、铌，如YG6A) 或YW类硬质合金，较大前 角与中等切削速度。 高温合金强度、硬度较高，切削力很大；导热系数小 ，切削温度很高，刀具磨损加剧。 另外合金中的高硬度化 合物构成硬质点，进一步加剧了刀具的磨损；在中、低切 削速度下，易与刀具发生冷焊。在高速高温下，又使刀具 发生剧烈的扩散磨损。 加工高温合金时，宜采用偏小的前 角(γ。＝0—10º ，以提高切削刃的强度)与偏低的切削速度 (Vc＝30—40m／min)硬质合金。 不论加工奥氏体不锈钢或高温合金，切削深度和进给 量均宜适当加大，避免切削刃和刀尖划过硬化层。
4.真空中切削 在真空中切削钛合金能避免钛与空气中元素化合 而产生对切削不利的硬脆材料，因而有好的效果。而 在真空中切钢无益。 5.在惰性气体保护下切削 对化学性质活泼的金属(如钛合金)的切削区，喷 射惰性气体(如氩气)，使切削区材料与空气隔离。因 而被加工材料不与空气中元素化合而生成不利于加工 的化合物，从而改善了被加工材料的加工性。 6.绝缘切削 在切削过程中，工件、刀具、机床若成回路，则 产生热电势、热电流，使刀具磨损加剧。如将工件、 刀具与机床绝缘，切断电流，则刀具寿命有所提高。
三、金属材料热处理状态和金相组织的影响 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。主要通过各自的机械性能来影响切削 加工性。
铁素体、奥氏体的塑性和韧性很高，切削加工性 较差；
渗碳体、索氏体、托氏体、马氏体具有较高的硬 度和抗拉强度，切削加工性也较差；
珠光体的硬度、强度和塑性都比较适中，其切削 加工性良好。
§7-6难加工材料切削技术的新发展
为了对难加工材料进行切削加工，除了 提高常规切削水平外Baidu Nhomakorabea近年来，发展了多 种非常规的新切削方法，在一定的条件下 可用于难加工材料的加工，能提高加工效 率和加工质量。有的方法比较成熟，有的 尚处于研究阶段，简介如下，以扩展视野 和共同开拓。
1.加热切削法 用等离子弧对靠近刀尖将要被切除的工件材 料进行加热，使其硬度、强度降低，从而改善了 切削条件。可以较大幅度地降低切削力。用等离 子加热切削法对高硬度、高强度的金属材料进行 粗加工是有效的。 2.低温切削法 用液氮(-180℃)或液体CO2(-76℃)为切削液， 可降低切削区温度。在加工高强度钢、耐磨铸铁 、不锈钢、钛合金时均有效果。 3.振动切削法 用不同形式的振动发生器，使刀具发生强迫 振动。振动切削可使刀—屑间摩擦系数和切削力 大为降低，变形系数及切削温度亦下降。
二、高锰钢的切削加工性
高锰钢金相组织为均匀的奥氏体。它的原始硬度虽不 甚高，但其塑性和韧性特别高，加工硬化特别严重。切削 过程中，工件表面上还会形成高硬度的氧化层。它的导热 系数很小，切削温度很高，切削力约比加工45钢时增大60 ％。高锰钢比高强度钢更难加工。 加工高锰钢，应选用硬度高、有一定韧性、导热系数较 大、高温性能好的刀具材料。粗加工时，可采用YG类或 YW类硬质合金；精加工时，可采用YTl4、YG6X等合金。 从提高切削刃强度和散热条件出发，前角应选小值。但为 使切屑变形不致过大，前角又不宜过小。一般，取γ。＝5—5º 。切削速度应较低，进给量和切削深度均不能过小， 以免切削刃或刀尖在上一道工序形成的硬化层中划过而加 速刀具的磨损。
7.超高速切削 在常规切削时，提高切削速度，将使刀具寿 命降低。而当切削速度提高到一个临界值，切削 温度就达到最高值，然后温度将随速度继续提高 而降低，切削力也下降，零件表面质量好，仍能 保持一定的刀具寿命。这就是超高速切削的理论 基础。美国、德国、日本在这方面有很多研究， 用硬质合金和陶瓷刀具切削钢、铸铁、钛合金、 铝合金，切削速度达3000—8000m／min，刀具 寿命尚能保持在正常水平。还有人用更高的切速( 枪弹速度)进行过试验。
Kr v60 /(v60 ) j
以加工材料性能衡量：绝对加工性指标；(硬度、抗
拉强度、伸长率、冲击韧性和热导率)
衡量切削加工性的指标：
以切削力或切削温度衡量切削加工性
在相同切削条件下，切削力大、切削温 度高的材料较难加工，即加工性差，反之加 工性好。
以已加工表面质量衡量切削加工性
精加工时，常常以已加工表面质量作为
一、高强度、超高强度钢的切削加工性
与普通碳素结构钢相比，高强度钢、超高强度 钢的强度高，导热系数偏低，故切削力大，切削温 度高，刀具磨损快，刀具使用寿命短，断屑稍难。 根据以上特点，必须采用耐磨性强的刀具材料 。 一般采用YT类硬质合金，最好是添加钽、铌的 牌号。刀具前角应较小，例如车削35CrMnSiA时， 取γo＝ -4 -0º 。在工艺系统刚性允许的情况下，应 采用较小的主偏角kr和较大的刀尖圆弧半径rε。切 削用量，尤其是切削速度，应比加工中碳正火钢时 适当降低。尽可能采用切削液与断屑措施以改善切 削条件。
改善材料切削加工性的途径 一、调整工件材料中化学元素(加入S、Pb)
二、进行热处理(正火、退火)
§7-3难加工金属材料的切削加工性
目前，在航空、航天、造船、电站、 石油化工以及国防工业中，对零件的性能 提出很高的要求，例如耐磨、耐高温、耐 腐蚀、耐冲击等等。而达到上述要求，一 般需要采用高强度合金钢、不锈钢、高锰 钢、钛合金、高温合金、冷硬铸铁和高硅 铝合金等“难加工材料”。
第七章 工件材料的切削加工性
§7-1工件材料切削加工性的概念及衡量指标 概念：工件材料的切削加工性：在一定的加 工条件下工件材料被切削的难易程度。 衡量切削加工性的指标：
以刀具寿命T或一定寿命下切削速度VT衡量加工性
以切削正火状态45钢的V60作为基准[写作(V60)j]，而把其他 各种材料的V60同它相比，这个比值Kr称为相对加工性，即：
四、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。 加工纯金属，可以用高速钢刀具，也可以用硬质合金 刀具。YG或YW类硬质合金可用于加工紫铜、纯铝，YT或 YW类硬质合金可用于加工纯铁，应采用大前角和较大的后 角(γ。＝25—35º ，α。＝1—12º )，磨出锋利的切削刃，以减 小切屑变形。应尽量采用较高的切削速度和较大的切削深 度、进给量，以提高生产率。
三、冷硬铸铁和淬硬钢的切削加工性
冷硬铸铁的硬度极高，是其难加工的主要原因。它的 塑性很低，刀—屑接触长度很小，切削力和切削热都集中 在切削刃附近，因而切削刃很容易崩损。冷硬铸铁零件的 结构尺寸和加工余量一般都较大，毛坯精度低，因而就进 一步加大了加工难度。 加工冷硬铸铁应选用硬度、强度都好的刀具材料，一 般均采用细晶粒或超细晶粒的YG类硬质合金。为了提高切 削刃和刀尖的强度，一般取γ。＝-4—0º ，主偏角kr适当减小 ，刀尖圆弧半径rε适当加大。 淬硬钢的组织为回火马氏体，硬度达HRC60以上，塑性 和导热系数都很低。其加工性及刀具材料、刀具几何参数 的选择基本上与冷硬铸铁同。对它们进行精加工，可采用 CBN刀具。
切削加工性指标，凡容易获得好的已加工表 面质量的材料，其切削加工性较好；反之较 差。
衡量切削加工性的指标：
以切屑控制或断屑的难易衡量切削加工性
在自动机床或自动生产线上，常常以切屑 控制或断屑的难易衡量切削加工性。凡切屑容 易控制或容易断屑的材料，其切削加工性较好 ，反之则较差。
§7-2影响切削加工性的因素及改善途径 一、金属材料物理力学性能的影响 硬度和强度：硬度和强度适中较好加工。 塑性(延伸率)：材料塑性越大，越难加工。 韧性(冲击值)：韧性越高，越难加工。 导热性(导热系数)：导热系数越大，加工性 越好。
六、钛合金的切削加工性
钛合金的切削加工性也很差，刀具磨损快，刀具使用 寿命低，原因是加工钛合金时，剪切角很大，变形系数Λh 接近于1，但是钛的化学性能活泼，在高温下易与大气中的 氧、氮等元素化合从而生成硬脆的物质，加剧了刀具磨损 ；导热系数极小，切削热集中在切削刃附近，故切削温度 很高；已加工表面经常出现硬而脆的外皮，给以后工序带 来困难；弹性模量小，已加工表面回弹量大，加剧了对后 刀面的摩擦。 为避免工件、刀具中的钛元素发生亲和，加工钛合金 时不宜采用YT类硬质合金而建议用YG类硬质合金。为提高 切削刃强度和散热条件，应采用较小的前角(γ。＝5—10º )。 因回弹量大，宜用较大的后角(α。＝10—15º )。切削速度不 宜过高，一般为Vc＝40—50m／min。切削深度与进给量宜 适当加大。
“难加工材料” 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。
二、金属材料化学成份的影响 材料的物理机械性能对切削加工性影响 很大，但物理机械性能是由材料的化学成分 决定的，钢料中各种元素的含量对切削加工 性均有影响。 碳：低碳钢(0.15%)塑性韧性高，高碳钢 (0.5%)强度和硬度高，切削加工性降低；中 碳钢(0.35%-0.45%)切削加工性较好。 此外，锰、硅、铬、镍、钼、钒、铅、硫 、磷、氧、氮对切削加工性也均有影响。