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[刀具材料] 工件材料的切削加工性

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    发表于 2019-7-31 07:58:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
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    概念:在一定条件下对工件材料进行切削加工的难易程度。切削加工性是一个相对的概念。

    衡量指标:加工表面质量、刀具耐用度、单位切削力、断屑性能


    01

    切削加工性的衡量指标

    • 以加工质量衡量切削加工性

    • 精加工,以表面粗糙度衡量切削加工性:表面粗糙度高,切削加工性好;
    • 对特殊精密零件,以已加工表面变质层深度、残余应力及硬化程度来衡量其加工性。

    • 以刀具耐用度衡量切削加工性

    • 刀具耐用度相同的情况下,允许的切削速度高低;√常用

    • 相同切削条件下,考察刀具耐用度的大小;

    • 相同切削条件下,刀具达到磨钝标准时切除金属的多少。



    材料切削加工性指标通常用vT表示,vT是指耐用度为T秒(或分)时,切削某种材料所允许的切削速度。

    vT越高,表示材料的切削加工性越好。

    通常取T=3600秒(60分),vT写作v3600(v60);

    即:在切削普通金属材料时,用刀具耐用度达到60min时允许的切削速度v60的高低来评定材料的加工性。

    对于一些特别难加工的材料,也可取T=1800秒(30分),vT写作v1800(v30)。


    | 例:

    如果以45钢(HB170~229,σb=0.637GPa)的v3600(v60)作为基准,写作(v3600) (v60) j ;

    而把其它各种材料的v3600(v60)同它相比,这个比值Kr称为材料的相对加工性。即:


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    • 以单位切削力衡量切削加工性能

    在机床动力不足,或机床-刀具-夹具-工件系统刚性不足时,采用这种衡量指标。

    • 以断屑性能衡量切削加工性能

    适用于对断屑性能要求较高的场合。


    02

    影响工件材料切削加工性的因素

    影响工件材料切削加工性的因素:

    • 材料力学性能
    • 材料物理化学性能
    • 化学成分
    • 金相组织
    • 加工条件
    • 材料力学性能对切削加工性的影响

    | 工件材料硬度的影响

    • 工件材料常温硬度对切削加工性影响:工件材料硬度越高,切削力越大,切削温度越高,刀具磨损越快。
    • 工件材料高温硬度的影响:工件材料高温硬度越高,加工性越差。这是因为切削温度对切削过程的有利影响(软化)对高温硬度高的材料不起作用。
    • 金属材料中硬质点对加工性的影响:金属中硬质点越多,形状越尖锐、分布越广,则材料的加工性越差。
    • 材料的加工硬化对切削加工性的影响:加工硬化性越严重,切削加工性越差。

    某些高锰钢、奥氏体不锈钢切削后的表面硬度,比原始基体高1.4~2.2倍。


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    | 工件材料强度的影响

    强度越高的材料,产生的切削力越大,切削时消耗的功率越多,切削温度亦越高,刀具容易磨损。

    因此,在一般情况下,加工性随工件材料强度提高而降低。

    工件材料的强度包括常温强度和高温强度

    合金钢和不锈钢,常温强度和碳素钢相差不大,但高温强度却差别很大,所以其加工性能低于碳素钢。

    | 工件材料的塑性对切削加工性能的影响

    材料的塑性通常以延伸率δ表示。一般,材料的塑性越大,越难加工。因为塑性大的材料,加工变形和硬化、刀具表面的冷焊现象都比较严重,不易断屑,不易获得好的已加工表面质量。另外,切屑与前刀面的接触长度加大,使摩擦力增大。如:硬度相近的45钢和1Cr18Ni9Ti不锈钢( δ =40)。

    但材料塑性太小时,切屑与前刀面的接触变得很短,切削力、切削热集中在切削刃附近,使刀具磨损严重,故切削性也差。

    为了改善高塑形材料的加工性能,可通过硬化、热处理等措施来降低被加工材料的塑性。

    | 工件材料韧性的影响

    韧性大的材料,切削加工性较差:在断裂前吸收的能量多,切削功率消耗多;且断屑困难。

    | 工件材料弹性模量的影响

    材料的弹性模量E是衡量材料刚度(抵抗弹性变形的性能)的指标,E值越大,材料刚度越大,切削加工性越差。

    ★材料的切削加工性是上述这些机械性能(硬度、强度、塑性、韧性、弹性模量等)综合影响的结果。


    • 材料物理化学性能对切削加工性的影响

    | 工件材料导热系数的影响

    工件材料导热系数低,切削温度高,刀具易磨损,切削加工性差。


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    金属材料导热系数大小顺序:纯金属、有色金属、碳结构钢、铸铁、低合金结构钢、合金结构钢、工具钢、耐热钢、不锈钢。

    | 工件材料物理化学反应的影响

    如镁合金易燃烧,钛合金切屑易形成硬脆化合物等,不利于切削进行。


    • 化学成分对切削加工性的影响

    | 钢的化学成分的影响:

    • Cr, Ni, V, Mo, W, Mn 等元素,可提高钢的强度和硬度;
    • Si,Al 等元素,容易形成氧化铝和氧化硅等硬质点,使刀具磨损加剧;
    • S, Se(硒), Pb, Bi(铋), P(磷)等元素,能略略降低钢的强度,同时又能降低钢的塑性,可改善切削加工性能。
    • S能引起钢的红脆性,但若适当提高Mn的含量,可以避免红脆性。MnS, FeS质地软,成为切削塑性变形区中的应力集中源,易断屑,并减小积屑瘤的形成。
    • 磷能降低铁素体的塑形,使切屑易于折断。

    依此原理,研制除了含硫、硒、铅、铋、钙的易切钢,其中含硫的易切钢用的较多。

    | 铸铁的化学成分的影响

    铸铁的化学成分的影响,主要取决于这些元素对碳的石墨化作用。

    碳以石墨化形式存在时,铸铁的切削加工性高。硅、铝、镍、铜、钛等,能促进碳的石墨化,提高铸铁的加工性能;

    碳化铁含量高时,铸铁的切削加工性低。铬(ge,Cr)、钒、锰、钼、钴、磷、硫等,阻碍碳的石墨化,降低铸铁的加工性。


    • 金属组织对切削加工性的影响

    | 钢的不同组织对切削性能的影响

    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。


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    • 铁素体塑性高,珠光体塑性低。钢中含有大部分铁素体,少部分珠光体时,切削速度及刀具耐用度都较高;
    • 纯铁(含碳量极低)是完全的铁素体,切削加工性低;
    • 珠光体呈片状时,刀具磨损较大;片状珠光体球化处理后,组织为“连续分布的铁素体+分散的碳化物颗粒”,刀具的磨损小,耐用度高;
    • 切削马氏体、回火马氏体和索氏体等硬度较高的组织时,刀具磨损较大;

    可用热处理的方法,通过改变金属组织来改善金属的切削加工性。


    • 铸铁的金属组织对切削加工性的影响

    铸铁按金属组织来分,可分为:白口铁、麻口铁、珠光体灰铸铁、灰铸铁、铁素体灰铸铁、各种球墨铸铁(包括可锻铸铁)。


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    (铸铁的相对加工性)

    03

    改善工件材料切削加工性的途径
    • 通过热处理改变材料的组织和机械性能
    • 高碳钢和工具钢:      球化退火,降低硬度
    • 热轧状态的中碳钢:  正火、退火,使组织和硬度均匀。
    • 低碳钢:                      冷拔或正火 ,提高硬度。
    • 马氏体不锈钢:          调质处理,降低塑性
    • 铸铁件:退火处理:降低表层硬皮硬度,消除内应力。
    调整材料的化学成分
    • 在钢中适当添加一些元素
      如硫、钙、铅等,使钢的切削加工性得到显著改善,这样的钢叫“易切钢”。
                   
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