工件材料的切削加工性Word格式文档下载.docx

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在钢材中添加适量的硫、铅等元素，能够破坏铁素体的连续性，降低材料的塑性，使切削轻快，切屑容易折断，大大地改善材料的切削加工性。

在铸铁中加入合金元素铝、铜等能分解出石墨元素，利于切削。

　　2．采用适当的热处理方法?

例如，正火处理可以提高低碳钢的硬度，降低其塑性，以减少切削时的塑性变形，改善加工表面质量；

球化退火可使高碳钢中的片状或网状渗碳体转化为球状，降低钢的硬度；

对于铸铁可采用退火来消除白口组织和硬皮，降低表层硬度，改善其切削加工性。

　　3．采用新的切削加工技术?

采用加热切削、低温切削、振动切削等新的加工方法，可以有效地解决一些难加工材料的切削问题。

第二节　刀具材料

一.刀具材料应具备的性能

　　1．高的硬度　　刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，常温硬度须在60HRC以上。

　　2．高的耐磨性刀具材料应有好的抵抗磨损的能力。

取决于材料的力学性能、化学成分和组织结构。

　　3．足够的强度和韧性　　以抵抗冲击及振动。

强度用抗弯强度表示，韧性用冲击韧度表示。

　　4.高的耐热性　　在高温下保持较高的硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。

用温度或高温硬度表示。

　　5.良好的导热性和工艺性　　导热系数越大，有利提高刀具使用寿命；

线膨胀系数小，则可减小热变形；

为了便于制造须有较好的可加工性，即切削加工性、可磨削性、热处理等。

二.高速钢

（一）普通高速钢

　　普通高速钢的工艺型好，切削性能可满足一般工程材料的常规加工，常用品种有：

W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W14CrVMnRE和W9Mo3Cr4V。

W18Cr4V属钨系高速钢，其高温硬度约与钨钼系高速钢相当，但在高温下韧性不及钨钼系。

钨钼系高速钢W6Mo5Cr4V2中所含Mo元素可使碳化物均匀，但含V较多，磨削性能差，目前我国主要用于热轧刀具。

（二）高性能高速钢

　　1．钴高速钢　　典型钢种是W2Mo9Cr4VCo8（M42），它的特点是综合性能好，硬度高（70HRC），高温硬度在同类钢中居于前列，可磨削性好，适合于切削高温合金，但价格很贵。

　　2．铝高速钢　　铝高速钢W6Mo5Cr4V2Al，是我国独创的新型高速钢，具有良好的综合性能，其高温硬度、抗弯强度、冲击韧度均与W2Mo9Cr4VCo8相当，价格低廉。

但其可磨削性差、热处理工艺要求较严格。

　　3．高钒高速钢　　其牌号有W6Mo5Cr4V3，由于炭化钒量的增加，从而提高了钢的耐磨性，一般用于切削高强度钢。

但其刃磨性能比普通高速钢差。

选用高速钢时的一般原则如下。

（1）切削一般材料时可用普通高速钢，其中以W18Cr4V用得最多。

W6Mo5Cr4V2主要用于热轧刀具，W14Cr4VMnRE其韧性最高，可作热轧刀具。

（2）如工艺系统刚性好，切削难加工材料时，简单刀具可用高钒、高钴高速钢。

复杂刀具可用钨钼系低钴高速钢。

（三）涂层高速钢

　　高速钢刀具的表面涂层是采用PVD（物理气相沉积法）技术，在真空、工艺处理温度500℃的环境条件下，在刀具表面涂覆TiN、TiC、TiCN等硬膜（2~5μm），以提高刀具性能的新工艺。

目前，已在形状复杂的钻头、丝锥、成形铣刀及齿轮刀具上广泛应用。

三.硬质合金

　　硬质合金是由金属碳化物粉末和金属粘结剂经粉末冶金方法制成。

硬质合金是当今最主要的刀具材料之一。

绝大部分车刀、端铣刀和部分立铣刀、深孔钻、铰刀等均已采用硬质合金制造。

由于硬质合制　　制造工艺性差，它用于复杂刀具尚受到很大限制。

硬质合金的硬度在89~94HRA，相当于71~76HRC，耐磨性好，耐热性可达800~1000℃。

因此，硬质合金比　　高速钢的切削速度高4~10倍。

刀具使用寿命可提高几十倍，但其抗弯强度低、韧性差、怕冲击和振动。

　　常用的硬质合金可分为四类：

　　1．钨钴类（WC+Co）YG　　常用牌号有YG3、YG6、YG8等，YG类硬质合金与钢的粘结温度较低，其抗弯强度与韧性比YT类高，主要用于切削铸铁和有色金属及其合金，以及非金属材料和含Ti元素的不锈钢等工件材料。

牌号中的数字为钴的百分含量，合金中钴的含量越高，韧性越好，适于粗加工，钴含量少的适用于精加工。

　　2．钨钛钴类（WC+TiC+Co）YT　　其硬质相除WC外还有TiC，粘结相为Co。

常用牌号有YT5、YT14、YT15、YT30。

YT类硬质合金有较高的耐热性、较好的抗粘结、抗氧化能力。

主要用于切削各种钢件，但不适宜切削含Ti元素的不锈钢。

因为两者的Ti元素之间的亲和作用，从而加剧刀具磨损。

牌号中的数字为TiC的百分含量，合金中含TiC量较多者，含Co量就少，耐磨性、耐热性就更好，适合精加工。

但TiC量多，则导热性变差，焊接与刃磨时易产生裂纹。

含TiC量较少者，适合粗加工。

　　3．钨钽（铌）钴类（WO+TaC（NbC）+Co）YA　　这类硬质合金具有较高的硬度和耐磨性，同时能细化晶粒，可提高高温硬度、高温强度和抗氧化能力。

适于切削冷硬铸铁、有色金属及其合金。

　　4．钨钛钽（铌）钴类（WC+TiC+TaC（NbC）+Co）YW　　这类硬质合金是在YT类中添加TaC（NbC）而成，加入适量TaC（NbC）后，可提高抗弯强度和韧性，同时也提高了耐热性和高温硬度。

由于它能用来切削钢或铸铁故又称通用合金。

　　硬质合金牌号的选择，主要根据工件材料和切削加工的类型。

硬质合金含钴量越多，其强度也越高，但高温硬度、耐磨性和抗热变形的能力却越低。

若碳化钛含量越高，则耐磨性、高温硬度和抗热变形的能力越高，但强度却越低，碳化钽的含量越高，硬质合金的高温硬度抗热变形能力以及抗月牙洼磨损的能力越高。

四.其他刀具材料

（一）陶瓷

　　陶瓷有很高的硬度和耐磨性，耐热性可达1200℃℃以上，常温硬度达91~95HRA，化学稳定性好，但最大弱点是抗弯强度低，韧性差。

目前主要有复合氧化铝陶瓷和复合氮化硅陶瓷二种。

是一种极其有发展前途的刀具材料。

（二）金刚石

　　金刚石分天然和人造两种，金刚石刀具既能胜任陶瓷、硬质合金等高硬度非金属材料的切削加工，又可切削其它有色金属及其合金，使用寿命极高。

但不适合切削铁族材料，因金刚石与铁元素有很强的亲和力。

它的热稳定性差，当切削温度达到800℃时即碳化（形成CO2）而失去其硬度。

（三）立方氮化硼（CBN）

　　立方氮化硼是继人造金刚石之后出现的又一种超硬材料。

它的特点是：

硬度仅次于人造金刚石（8000~9000HV），耐磨性好、热稳定性高，可耐1300~1500℃的高温。

此外，具有良好的导热性和较低的摩擦系数。

立方氮化硼刀具能以加工普通钢和铸铁的切削速度切削淬硬钢、冷硬铁、高温合金等，从而大大提高生产率。

当精车淬硬零件时，其加工精度与表面质量足以代替磨削。

第三节切削液

（一）切削液的作用

　　１．冷却作用切削液能够降低切削温度，从而可以提高刀具使用寿命和加工质量。

切削液冷却性能的好坏，取决于它的导热系数、比热容、气化热、流量与流速等。

一般水溶液的冷却作用较好，油类最差。

　　２．润滑作用金属切削时切屑、工件和刀具间的摩擦可分干摩擦、流体润滑摩擦和边界润滑摩擦三类。

当形成流体润滑摩擦时，才能有较好的润滑效果。

金属切削过程大部分属于边界润滑摩擦。

所谓边界润滑摩擦，是指流体油膜由于受较高载荷而遭受部分破坏，是金属表面局部接触的摩擦方式。

切削液的润滑性能与切削液的渗透性，形成润滑膜的能力及润滑膜的强度有着密切关系。

若加入油性添加剂，如动物油、植物油可加快切削液渗透到金属切削区的速度，从而可减少摩擦。

若在切削液中添加一些极压添加剂，如含有S、P、Cl等的有机化合物，这些化合物高温时与金属表面起化学反应，生成化学吸附膜，可防止在极压润滑状态下刀具、工件、切屑之间的接触面的直接接触，从而减小摩擦，达到润滑的目的。

　　３．清洗预防锈作用切削液可以消除切屑，防止划伤已加工表面和机床导轨面。

清洗性能取决于切削液的流动性和压力。

在切削液中加入防锈添加剂后，能在金属表面形成保护膜，起到防锈作用。

二、切削液的种类及选用

　　切削液的种类和选用见表3-3所示

表3-3切削液种类和选用

序号

名称

组成

主要用途

1

水溶液

以硝酸钠、碳酸钠等溶于水的溶液，用100~200倍的水稀释而成

磨削

2

乳化液

（1）少量矿物油，主要为表面活性剂的乳化油，用40~80倍的水稀释而成，冷却和清洗性能好

车削、钻孔

（2）以矿物油为主，少量表面活性剂的乳化油，用10~20倍的水稀释而成，冷却和清洗性能好

车削、攻螺纹

（3）在乳化液中加入极压添加剂

高速车削、钻削

3

切削油

（1）矿物油（L-AN15或L-AN32全损耗系统用油）单独使用

滚齿、插齿

（2）矿物油加植物油或动物油形成混合油，润滑性能好

精密螺纹车削

（3）矿物油或混合油中加入极压添加剂形成极压油

高速滚齿、插齿、车螺纹

4

其它

液态的CO2

主要用于冷却

二硫化钼+硬脂酸+石蜡做成蜡笔，涂于刀具表面

攻螺纹

　　切削液应根据工件材料、刀具材料、加工方法和加工要求进行选用。

对硬质合金刀具一般不用切削液，若要使用，必须连续、充分地供应，否则因聚冷聚热，导致刀片产生裂纹。

切削铸铁一般也不用切削液。

切削铜、铝合金和有色金属时，一般不用含硫的切削液，以免腐蚀工件表面。

第四节刀具合理几何参数的选择　　

1.前角的功用及选择

2.前角的功用

　　增大前角能减小切屑变形和摩擦，降低切削力、切削温度，减小刀具磨损、抑制积屑瘤和鳞刺的生成，改善加工表面质量。

但是前角也不能选得过大，前角过大会削弱刀刃强度和散热能力，反而使刀具磨损加剧，刀具使用寿命下降。

应有一个合理参考数值。

前角的选择原则

　　工件材料的强度、硬度低、塑性大，前角数值应取大些，可减小切屑变形，降低切削温度。

加工脆性材料时，应选取较小的前角，因变形小，刀-屑接触面小。

　　刀具材料的强度和韧性越好，应选用较大的前角。

如高速钢刀具可采用较大前角。

粗切时为增强刀刃强度取小值。

工艺系统刚性差时，应取大值。

二、后角的功用及选择

后角功用

　　增大后角能减少后刀面与过渡表面间的摩擦，还可以减小切削刃圆弧半径，使刃口锋利。

但后角过大会减小刀刃强度和散热能力。

后角的选择原则>

　　后角主要根据切削层公称厚度hD选取。

粗切时，进给量大，切削层公称厚度大，可取小值；

精切时，进给量小，切削层公称厚度小，应取大值，可延长刀具使用寿命和提高已加工表面质量。

当工艺系统刚性较差或使用有尺寸精度要求的刀具时，取较小的后角。

工件材料的强度、硬度越大，后角应取小值。

后角的参考值见表3-4。

斜角切削与刃倾角的选择

　　１.斜角切削

　　当刀具的刃倾角λs=0°

时，主切削刃与切削速度方向垂直，称直角切削。

若刀具的刃倾角λs≠0°

，其主切削刃与切削速度方向不垂直，称斜角切削。

斜角切削是应用比较普遍的一种切削方式。

　　2.斜角切削速度分解如图3-2所示，切削刃上某点的切削速度vc，可分解为垂直于切削刃的分速度vn和平行于切削刃的分速度vT，即：

，?

　　由于有vT，使切屑流出方向发生变化。

切屑流出方向在前刀面上与刀刃的法剖面之间的夹角，称流屑角ψλ，如图3-2b。

实验证明，流屑角ψλ近似等于刃倾角，即ψλ≈λs。

1.刃倾角的功用

2.影响切屑流出方向?

如图3-3所示。

3.影响切削刃的锋利性?

因实际前角较大，可进行薄切削。

4.影响刀刃强度?

如图3-4所示，负刃倾角可使刀尖避免冲击。

5.影响背向力Fp与进给力Ff的比值?

λs为负值时，Fp力增大，Ff力减小，易振动。

刃倾角的选择原则

　　选择刃倾角时主要根据切削条件和系统刚性而定。

精切λs=0°

~+5°

；

粗切λs=0°

~-5°

。

工艺系统刚性不足时，取正值刃倾角。

四、主偏角和副偏角的功用及选择

主偏角和副偏角的功用

　　主偏角主要影响切削层截面的形状和几何参数，影响背向力Fp与进给力Ff的比例以及刀具的使用寿命，并和副偏角一起影响已加工表面粗糙度。

如图3-5所示，在相同切削用量的条件下，主偏角越小，则背向力Fp越大，切削刃的工作长度越长。

　　副偏角的主要作用是减少副切削刃与工件已加工表面的摩擦，减少切削振动。

副偏角的大小影响工件表面残留面积的大小，进而影响已加工表面的粗糙度值。

如图3-6所示，副偏角越小，则工件表面的残留面积越小，表面粗糙度Ra值越小。

主偏角和副偏角的选择原则

（1）加工工艺系统的刚性不足的情况下，为了减少背向力Fp，应选用较大的主偏角。

如车削细长轴时，一般取Kr=90°

~93°

，以降低背向力Fp，减少振动。

（2）粗加工时，一般选用较大的主偏角（Kr=60°

~75°

），以利于减少振动，延长刀具的使用寿命。

　　（3）加工强度、硬度高的材料，如冷硬铸铁和淬硬钢时，如系统刚性较好，则选用较小的主偏角，以增加刀刃的工作长度，减轻单位长度切削刃上的负荷，改善刀头散热条件，延长刀具的使用寿命（Kr=10°

~30°

）。

在不影响摩擦和不产生振动的条件下，选取较小的副偏角。

外圆车刀的副偏角一般为5°

~15°

第五节切削用量的选择

一.选择切削用量的原则

　　正确选用切削用量，对提高生产率，保证必要的经济性和切削加工质量均具有重要意义。

切削用量与刀具使用寿命的关系为：

（3-3）

　　根据实验结果，1/m>

1/n>

1/p。

这说明在vc、f、ap三者之中，切削速度对刀具使用寿命得影响最大，进给量次之，背吃刀量影响最小。

　　另外，生产率可用单位时间内的金属切除量Qz表示。

（3-4）

　　由此可见，除提高切削速度外，也可以增大进给量f及加大背吃刀量ap来达到提高生产率的目的。

当然同时还应保证刀具的使用寿命Tc（或Tp）。

　　根据以上分析可知，选择切削用量的原则应当是：

在机床、工件、刀具强度和工艺系统刚性允许的条件下，首先选择尽可能大的背吃刀量ap，其次根据加工条件和要求选用所允许的最大进给量f，最后再根据刀具的使用寿命要求选择或计算合理的切削速度。

二、切削用量的选择方法

　　1．背吃刀量的选择　　背吃刀量根据加工余量来确定。

切削加工一般分为粗加工、半精加工和精加工。

粗加工（Ra80~20mm）时应尽量用一次走刀切除全部余量，若机床功率为中等时，ap=8~10mm。

半精加工（Ra10~5mm）时，ap=0.5~2mm。

精加工（Ra2.5~1.25mm）时，ap=0.1~0.4mm。

当加工余量太大，或工艺系统刚性不足，或断续切削时，粗加工也不能一次选用过达的背吃刀量，应分几次走刀，不过第一次走刀的背吃刀量应取大些。

　　2．进给量的选择粗加工时，应在机床进给机构的强度、车刀刀杆强度和刚度、刀片强度以及装夹刚度等允许的条件下，尽可能选取大的进给量，因为这时对工件粗糙度要求不高。

精加工时最大进给量主要受表面粗糙度的限制，实际生产中，主要用查表法或根据经验确定。

　　3.切削速度的确定根据选定的背吃刀量ap、进给量f和刀具使用寿命T，按式2-42计算切削速度vc，再算出机床主轴转速。

实际生产中，可由查表法或经验确定。

见表3-7。

三.选择切削用量的实例

　　工件材料：

45钢正火，

，锻件。

工件尺寸及要求：

如图3-7。

　　使用机床：

CA6140型车床。

刀具：

机夹外园车刀，刀片YT15，刀杆尺寸16mm×

25mm。

几何角度

，

，四边形刀片。

　　试选车削外圆的切削用量。

　　选择的方法和步骤：

　　根据工件尺寸精度和表面粗糙度要求，分粗车一半精车两道工序。

1.粗车

（1）确定背吃刀量：

根据工艺半精车单边余量为1mm，现单边总余量为4mm，粗车工序尽量一刀切掉，取ap=3mm。

（2）选择进给量：

根据表3-5，f=0.5～0.7取f=0.6mm/r（需与机床相符）。

　　（3）确定切削速度：

根据表3-7，45钢正火接近热轧，刀具使用寿命为60min，vc=90～110m/min，取vc=90m/min。

　　确定机床转数：

=421r/min

　　根据机床标牌：

取n=400/min

　　实际切削速度：

=85.4m/min

　　（4）校验机床功率：

根据表2-6，单位切削功率Ps=32.7×

10-6Kw/（mm3/min）；

由表2-7得当f=0.6mm/r时，

=0.9故切削功率

　　Pc=Psvcapf1000

　　=32.7×

10-6×

85.4×

3×

0.6×

1000×

0.9kW

　　=4.5kW

　　机床消耗功率：

=4.5/0.8kW=5.7Kw＜PE

　　机床功率PE=7.5Kw，故功率足够。

（5）计算切削工时tm：

　　这里取△=y=2mm。

　　2.半精车

ap=1mm。

（2）确定进给量：

根据表面粗糙度要求及刀具

=15°

=0.5mm查表3-6（f=0.25～0.3mm/r）取f=0.3mm/r。

根据表3-7（vc=130～160m/min）取vc=150m/min。

　　确定机床主轴转速：

　　根据机床标牌取n=710r/min

　　故实际切削速度：

　　（4）计算切削工时：