金属切削原理与刀具教案
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金属切削原理与刀具教案
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金属切削原理与刀具教案
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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/mm2 用YT15车刀车削：IT8 νc=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。IT8 §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 相对加工性比较表 二、衡量指标： 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。 单位切削力κc 比较 4. 切削温度(θ) 凡是切削温度高者，加工性差。 切削温度比较表 条件： νc =60m/min a p =3 f=0.1 见图（一） θo
徐州建筑学院继续教育学院 专业专科毕业论文 机械材料切削加工性能的研究学生姓名： 学号： 指导教师： 专业： 年级： 教学点：江苏省交通技师学院 二0一二年六月
摘要：材料的化学成分不一样, 材料的组织结构不同, 热处理的方法不同, 力学性能也不同, 其切削加工性也完全不同。而切削加工性又会影响刀具的耐用度、零件表面质量、产品的生产率, 甚至使被加工零件变成次品、废品。因此, 必须对影响工件材料切削加工性的因素进行分析, 为以后选择正确的加工工艺路线提供依据。主要对影响工件材料切削加工的各种因素如材料的力学性能、物理性能、化学性能、化学成分、金相组织等进行了较为详细的分析, 并提出了改善工件材料切削加工性的基本途径。 关键词：切削加工、热处理、工艺路线，物理特性 Abstract: Chemical composition is not the same as the organizational structure of the material, heat treatment, mechanical properties, its machinability is also completely different. Cutting would affect the durability of the tool parts surface quality, the product of productivity, even the parts to be processed into defective, waste. Therefore, we must analyze the factors affecting the machinability of the workpiece material to provide a basis for the future to select the correct processing line. On a variety of factors influence the machining of the workpiece material, such as the mechanical properties, physical properties, chemical properties, chemical composition, microstructure, etc. in a more detailed analysis, and basic way to improve workpiece material machinability. Keywords:Machining, heat treatment, process route, the physical characteristics
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： IT8 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。 IT8 §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L Y12 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： νc 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
第七章工件材料的切削加工性 工件材料的种类繁多，性能各异。本章主要研究工件材料的切削加工性、影响切削加工性的因素和改善切削加工性的办法。 7．1 必备知识和考试要点 1．了解切削加工性的概念和衡量指标。 2．熟悉影响材料切削加工性的因素。 3．掌握改善材料切削加工性的办法。 4．了解难加工材料切削加工的问题和对策。 7. 2 典型范例和答题技巧。 [例7．1] 工件材料切削加工性的含义是什么?为什么说它是相对的? [答案] 工件材料切削加工性是指在一定的条件下，工件材料切削加工的难易程度。由于切削加工的条件和要求不同，材料的切削加工性有不同的内容和指标。所谓材料切削加工的难易，都是相对某种工件材料而言，这种难易程度是一个相对概念。例如以45钢为基准时，可以说高强度钢切削加工性不好，就是相对于45钢而言。 [例7．2] 常用的切削加工性衡量指标有哪些?各用于什么场合?何谓相对加工性? [答案] 常用的切削加工性衡量指标有：(1)以表面加工质量衡量切削加工性。容易获得好的加工表面质量的材料，切削加工性好，反之则差。该指标是零件精加工时常用的衡量指标。(2)以刀具耐用度衡量切削加工性。在相同的切削条件下加工不同材料时，刀具耐用度较长，或允许的切削速度较高，或切除金属体积较多，切削加工性好。其中相同切削条件下比较刀具耐用度和相同刀具耐用度下比较允许的切削速度是最常用的切削加工性指标，可适用于各种加工条件。(3)以单位切削力、切削温度衡量切削加工性。在相同的条件下，切削力小、切削温度低时，材料的切削加工性好。在粗加工或机床刚性、动力不足时用这种衡量指标。(4)以断屑性能衡量切削加工性。在自动机床、组合机床及自动生产线或深孔钻削等对工件材料断屑性能有要求时，采用这种衡量指标。 相对加工性K v是指以强度 b=0．637GPa的45钢的v60为基准，记为(v60)；其它被切削材料的v60与之相比的数值，称为相对加工性，即，K v= v60／(v60)；K v愈大，切削加工性愈好。 [例7．3] 影响工件材料切削加工性的主要因素有哪些?如何影响? [答案] 影响工件材料切削加工性的主要因素有：(1)工件材料的硬度。硬度包括材料的常温硬度、高温硬度、硬质点和加工硬化。硬度高时，切削力大，切削温度高，降低了刀具耐用度，甚至发生刀尖烧损或崩刃。(2)材料的强度。材料强度包括常温强度和高温强度。材料强度高时，切削力大，切削温度高，刀具磨损加快。(3)工件材料的塑性和韧性。塑性大时，切屑变形大，切削力增大，切削温度也较高，易发生粘结，刀具磨损加大，工件加工表面也粗糙。塑性低或呈脆性时，刀刃处的切削负荷大，刀具磨损加剧。工件材料韧性大时，断屑困难。(4)材料的导热系数。导热系数小的材料，切削温度高，切削加工性差。(5)材料的化学成分。化学元素对材料的作用不相同，影响材料的物理机械性能。钢中Cr、Ni、V、Mn、W、Mo等元素能提高材料的强度和硬度；而铅、硫、磷等能降低材料的强度和塑性，从而影响材料的加工性能。铸铁中硅、铝、铜等元素能促进铸铁碳的石墨化，可提高切削加工性；Cr、Mn、P、S等元素阻碍石墨化，会降低切削加工性。(6)材料的组织。材料的组织不同，其物理机械性能就不同，切削加工性也不一样。铁素体塑性大，切削加工性不好，珠光体硬度、强度、塑性等比较适中，切削加工性好。索氏体和托氏体、渗碳体和马氏体等，或强度大，或硬度高，或两者兼有，切削加工性差。奥氏体塑性、韧性大，加工硬化严重，切削加工性差。 [例7．4] 为什么说低碳钢与高碳钢的切削加工性都不如中碳钢?
不锈钢的切削加工性 模具热处理变形是模具处理过程的主要缺陷之一，对一些精密复杂模具，常因热处理变形而报废，因此控制精密复杂模具的变形一直成为热处理生产中的关键问题。众所周知，模具在热处理时，特别是在淬火过程中，由于模具截面各部分加热和冷却速度的不一致而引起的温度差，加之组织转变的不等时性等原因，使得模具截面各部分体积胀缩不均匀，组织转变的不均匀，从而引起“组织应力”和模具内外温差所引起的热应力。当其内应力超过模具的屈服极限时,就会引起模具的变形。因此，减少和控制精密复杂模具变形乃是广大热处理工作者的一项重要的研究课题。本文试就精密复杂模具变形状况、变形原因的研究，来探讨减少和控制精密复杂模具变形的措施，以提高模具产品的质量和使用寿命。一、模具材料的影响1．模具的选材某机械厂从选材和热处理简便考虑，选择T10A钢制造截面尺寸相差悬殊、要求淬火后变形较小的较复杂模具，硬度要求56-60HRC。热处理后模具硬度符合技术要求，但模具变形较大，无法使用，造成模具报废。后来该厂采用微变形钢Cr12钢制造，模具热处理后硬度和变形量都符合要求。因此制造精密复杂、要求变形较小的模具，要尽量选用微变形钢，如空淬钢等。2．模具材质的影响某厂送来一批Cr12MoV 钢较复杂模具，模具都带有￠60m m圆孔，模具热处理后，部分模具圆孔出现椭圆，造成模具报废。一般来说Cr12MoV钢是微变形钢，不应该出现较大变形。我们对变形严重的模具进行金相分析发现，模具钢中含有大量共晶碳化物，且呈带状和块状分布。（1）模具椭圆（变形）产生的原因这是因为模具钢中呈一定方向分布的不均匀碳化物的存在，碳化物的膨胀系数比钢的基体组织小３０％左右，加热时它阻止模具内孔膨胀，冷却时又阻止模具内孔收缩，使模具内孔发生不均匀的变形，使模具的圆孔出现椭圆。（2）预防措施①在制造精密复杂模具时，要尽量选择碳化物偏析较小的模具钢，不要图便宜，选用小钢厂生产的材质较差钢材。②对存在碳化物严重偏析的模具钢要进行合理锻造，来打碎碳化物晶块，降低碳化物不均匀分布的等级，消除性能的各向异性。③对锻后的模具钢要进行调质热处理，使之获得碳化物分布均匀、细小和弥散的索氏体组织、从而减少精密复杂模具热处理后的变形。④对于尺寸较大或无法锻造的模具，可采用固溶双细化处理，使碳化物细化、分布均匀，棱角圆整化，可达到减少模具热处理变形的目的。二、模具结构设计的影响有些模具选材和钢的材质都很好，往往因为模具结构设计不合理，如薄边、尖角、沟槽、突变的台阶、厚薄悬殊等，造成模具热处理后变形较大。1、变形的原因由于模具各处厚薄不均或存在尖锐圆角，因此在淬火时引起模具各部位之间的热应力和组织应力的不同，导致各部位体积膨胀的不同，使模具淬火后产生变形。2、预防措施设计模具时，在满足实际生产需要的情况下，应尽量减少模具厚薄悬殊，结构不对称，在模具的厚薄交界处，尽可能采用平滑过渡等结构设计。根据模具的变形规律，预留加工余量，在淬火后不致于因为模具变形而使模具报废。对形状特别复杂的模具，为使淬火时冷却均匀，可采用给合结构。三、模具制造工序及残余应力的影响在工厂经常发现，一些形状复杂、精度要求高的模具，在热处理后变形较大，经认真调查后发现，模具在机械加工和最后热处理未进行任何预先热处理。1、变形原因在机械加工过程中的残余应力和淬火后的应力叠加，增大了模具热处理后的变形。2、预防措施（1）粗加工后、半精加工前应进行一次去应力退火，即（630-680）℃×（3-4）h炉冷至500℃以下出炉空冷，也可采用400℃×（2-3）h去应力处理。（2）降低淬火温度，减少淬火后的残余应力。（3）采用淬油170oC出油空冷（分级淬火）。（4）采用等温淬火工艺可减少淬火残余应力。采用以上措施可使模具淬火后残余应力减少，模具变形较小。四、热处理加热工艺的影响1、加热速度的影响模具热处理后的变形一般都认为是冷却造成的，这是不正确的。模具特别是复杂模具，加工工艺的正确与否对模具的变形往往产生较大的影响，对一些模具加热工艺的对比可明显看出，加热速度较快，往往产生较大的变形。（1）变形的原因任何金属加热时都要膨胀，由于钢在加热时，同一个模具内，各部分的温度不均（即加热的不均匀）
难加工材料 绪论： 1.难加工材料分类？特点？ 2.难切削材料有哪些特点？ 3.改善难切削材料切削加工性的基本途径有哪些？ 第一章淬火钢的切削加工 1.1 什么是淬火钢？它有哪些切削特点？ 1.2怎样选择切削淬火钢的刀具材料？ 1.3切削淬火钢的实例有哪些？ 第二章不锈钢的切削加工 第三章高强度钢和超高强度钢的切削加工 第四章高锰钢的切削加工 第五章冷硬铸铁和耐磨铸铁的切削加工 第六章钛合金的切削加工 第七章高温合金的切削加工 第八章热喷涂材料的切削加工 第九章难熔金属和纯金属的切削加工 第十章其他难加工材料
绪论： 1.难切削材料分哪几类？各有什么特点？ 难加工材料，科学地说，就是切削加工性差的材料，即硬度>HB250,强度σb>1000MPa，延伸率>80%，冲击值αK>0.98MJ/m2,导热系数K<41.8W（m·K）。 难加工材料种类很多，从金属到非金属材料的范围也很广泛，初步可分为以下八大类： （1）微观高硬度材料：如玻璃钢、岩石、可加工陶瓷、碳棒、碳纤维、各种塑料、胶木、树脂、合成材料、硅橡胶、铸铁等。 这类材料的特点是含有硬质点相，其中有的研磨性很强。 由于这些材料的耐磨性很好，切削时起磨料作用，故刀具主要承受磨料磨损，在高速切削时也同时伴随着物理、化学磨损。 （2）宏观高硬度材料：如淬火钢、硬质合金、陶瓷、冷硬铸铁、合金铸铁、喷涂材料（镍基、钴基）等。 这类材料的主要特点是硬度高。切削这类材料时，由于切削力大，切削温度高，刀具主要是磨料磨损和崩刃。 （3）加工时硬化倾向严重的材料，如不锈钢、高锰钢、耐热钢、高温合金等。
这类材料的塑性高、韧性好、强度高，强化系数高。切削加工时的切削表面和已加工表面硬化现象严重。由于这类材料的强度高，导热系数低，切削温度高，切削力大，刀具主要承受磨料磨损、粘结磨损和热烈磨损。 （4）切削温度高的材料：如合成树脂、木材、硬质橡胶、石棉、酚醛塑料、高温合金、钛合金等。 这类材料的导热系数很低。切削这类材料时，刀具易产生磨料磨损、粘结磨损、扩散磨损和氧化磨损。 （5）高塑性材料：如纯铁、纯镍、纯铜等。 由于这类材料延长率大于50%，塑性高，切削时塑性变形很大，易产生积屑瘤和鳞刺，刀具主要时磨料磨损和粘结磨损。 （6）高强度材料：是指强度σb>1000MPa的材料，如奥氏体不锈钢、高锰钢、高温合金和部分合金钢。 由于它们的强度高，切削时的切削力大，切削温度高，不仅刀具易磨损，而且切屑不易处理。 （7）化学活性大的材料：如钛、镍、钴及及其的合金。这类材料化学活性大、亲和性强，切削加工时易粘结在刀具上，与刀具材料产生化学、物理反应、相互扩散。
那些因素影响工件材料切削加工性 工件材料的切削加工性能与其本身的物理、力学性能有很大关系。主要影响因素有以下几点： 1.材料的导热性 工件材料的导热性越好，由切屑带走和由工件散出的热量就越多，越有利于降低切削区的温度，减少刀具的磨损，切削加工性好。例45钢的导热系数为50.2W/(m℃)，而奥氏体不锈钢和高温合金的导热系数仅为45钢的1/3-1/4,这是其切削加工性低于45钢的重要原因之一。而铜、铝及其合金的导热系数很大，为45钢的2-8倍，这是它们切削加工性好的原因之一。 2.材料的强度和硬度 工件材料的硬度和强度越高，切削力就越大，消耗的功耗也越大，切削温度也越高，使刀具的磨损加剧，切削加工性能就差。特别是工件材料的耐热性越高，这时候刀具材料的硬度与工件材料的硬度之比就越低，切削加工性能就越差，刀具越容易莫顺。这也是某写耐热钢、高温合金钢切削加工性差的主要原因。 并不是材料的硬度越低，越好加工。有些金属如低碳、纯铁、纯铜等硬度虽低，但塑性很高，也不好加工。硬度适中的钢材较好加工。此外，适当提高材料的硬度，有利于获得较好的加工表面质量。 在切削加工中，被切削层材料产生剧烈的塑性变形，从而发生硬化。材料经加工硬化后，其硬度比原始硬度提高很多，使刀具发生磨损。故加工硬化现象越严重，刀具寿命越短，即材料的加工性越差。金属组织中常有一定数量的细微硬质夹杂物，则使刀具产生严重的磨料磨损，从而降低了材料的切削加工性。 3.材料的韧性 韧性以冲击值表示。韧性较大的材料，在切削变形时吸收的功较多，于是切削力和切削温度也越高，并且不易断屑，影响切削加工性。有些合金结构钢不仅强度高于碳素结构钢，冲击值也越高，故较难加工。 4.材料的塑性 材料的塑性越大，切削时的塑性变形就越大，切削温度就越高，刀具容易出现粘结磨损和扩散磨损。在低速切削塑性高的材料时易产生机屑瘤，影响表面加工质量，而且塑性大的材料，切削时候不易切削。但加工塑性太低的材料时候，则成为脆性材料，切削力和切削热集中在切削刃附近，加剧刀具的磨损，也会影响切削加工性。例如，1Cr18NiTi
第一节工件材料的切削加工性 材料的切削加工性是指对某种材料进行切削加工的难易程度。 1.衡量切削加工性的指标 切削加工性的指标可以用刀具使用寿命、一定寿命的切削速度、切削力、切削温度、已加工表面质量以及断屑的难易程度等衡量。 某种材料切削加工性的好坏，是相对另一种材料而言的。因此，切削加工性是具有相对性的。一般以切削正火状态45钢的v60作为基准，其它材料与其比较，用相对加工性指标Kr表示： （3-1） 式中,v60——某种材料其刀具使用寿命为60min时的切削速度； (v60) j——切削45钢，刀具使用寿命为60min时的切削速度。 二。影响材料切削加工性的主要因素 影响材料切削加工性的主要因素有材料的物理力学性能、化学成分和金相组织等。三。难加工材料的切削加工性 （一）、高锰钢的切削加工性 高锰钢加工硬化严重，塑性变形会使奥氏体组织变为细晶粒的马氏体组织，硬度急剧增加，造成切削困难。高锰钢热导率低，仅为45钢的1/4，切削温度高，刀具易磨损，高锰钢韧度大，约为45钢的8倍，其伸长率也大，变性严重，导致切削力增加，并且不易断屑。 （二）不锈钢的切削加工性 奥氏体不锈钢中的铬、镍含量较大，铬能提高不锈钢的强度及韧性，但使加工硬化严重，易粘刀。不锈钢切屑与前刀面结出长度较短，刀尖附近应力较大，经计算刀尖所收的应力为切削碳钢的1.3倍，造成刀尖易产生塑性变形或崩刀。奥氏体不锈钢导热性差，切削温度高。另外，锯齿形切屑并不因速度增高而有所改变，所以切削波动大，易产生振动，使刀具破损。断屑问题也是不锈钢车削中的突出问题。 车削不锈钢时，多采用韧性好的YG类硬质合金刀片，选择较大的前角和小的主偏角；较低的切削速度，较大的进给量和背吃刀量。 四、改善材料切削加工性的基本方法 1．在材料中适当添加化学元素??? 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。
一、名词解释 1、过渡表面：工件上由切削刃正切削着的表面，处在待加工表面与已加工表面之间； 2、待加工表面：工件上即将被切除的表面，也称加工表面或切削表面。 3、进给量：主运动的一个循环或单位时间内刀具和工件沿进给运动方向的相对位移量； 4、自由切削：只有一个切削刃参加切削的情况；宽刃刨刀刨削工件就属于自由切削； 5、非自由切削:由非直线切削刃或多条直线切削刃同时参加切削的情况；车外圆、铣键槽属于非自由切削。 二、填空题 1、刀具磨损到一定限度就不能继续使用。这个磨损限度称为（磨钝标准）。 2、刀具由刃磨后开始切削，一直到磨损量达到刀具（磨钝标准）所经历的总的切削时间称为（刀具耐用度）。 3、前角γo是（前刀面）与（基面）之间的夹角；后角αo是（后刀面）与（切削平面）之间的夹角。 4、高速钢是一种加入了较多的钨、（钼）、（铬）、（钒）等合金元素的高合金工具钢。 5、一般情况下，当前角增大时，剪切角随之增大，变形（减小），当摩擦角增大时，剪切角随之减小，变形（增大）。 6、目前应用较广而且比较成熟又简单可靠的测量切削温度的方法，是（自然热电偶法）和（人工热电偶法），也常有用半人工热电偶法的。 7、通常刀具磨损的形态有（前刀面磨损）、后刀面磨损和（边界磨损）。 8、在一定切削条件下，对工件材料进行切削加工的难易程度，称为（工件材料切削加工性）。 9、所谓切削用量是指（切削速度）、（进给量）和（背吃刀量）。 10、主偏角是指主切削刃的投影与（进给方向）的夹角。副偏角是指副切削刃的投影与（进给方向）的夹角。楔角是（前刀面）与（后刀面）的夹角。 11、硬质合金是由难熔金属碳化物WC、（TiC）、TaC、（NbC）等和金属粘结剂经（粉末冶金）方法制成的。 12、切削热的来源就是（切屑变形功）和（前、后刀面的摩擦功）。 13、工件材料的强度越高，切削力就（越大），切削温度（越高），刀具磨损加剧。 14、钢的锰含量在11%-14%时，称为（高锰钢），它全部都是（奥氏体组织）时，可获得较好的使用性能。 15、加工塑性材料时，应选择（较大）的前角；加工脆性材料时，应选择（较小）的前角。 16、砂轮的特性主要由（磨料）、粒度、（结合剂）、硬度、组织及形状尺寸等因素所决定。 17、非水溶性切削液主要是切削油，它主要起到（润滑）作用，水溶性切削液具有良好的（冷却）作用，清洗作用也很好。 三、简答题 1、试分析加工不锈钢、奥氏体耐热钢、淬硬钢、高锰钢、钛合金时刀具材料的选择。 答：YW类硬质合金：主要用于加工高锰钢、不锈钢等难加工材料； 奥氏体耐热钢：细晶粒硬质合金； 淬硬钢：由于切削力很大，切削与前刀面接触长度很短，切削力集中在切削附近， 易造成崩刀，宜采用韧性较好的YG合； 钛合金：可选用YG类合金。 2、加工钢料等塑性材料和加工铸铁等脆性材料时，前刀面和后刀面的哪一方面切削温高？ 答：加工钢料塑性材料时：前刀面的切削温度高； 加工铸铁脆性材料时：后刀面的切削温度高。 3、通常刀具磨损的原因主要有哪些？它们的磨损形式是什么？ 答：刀具磨损的原因：硬质点磨损、粘结磨损、扩散磨损、化学磨损； 刀具磨损的形态：前刀面磨损、后刀面磨损、边界磨损。
1.常用难熔金属的力学物理性能有哪些？ 工业上常用的高熔点金属统称难熔金属，如钨、钼、钽、铌、锆等。 难熔金属熔点高、密度大，晶体结构稳定，激活能大，切削加工困难。以难熔金属为主，添加其他合金元素构成难熔金属材料。随着科学技术的发展，难熔金属在原子能、宇航、机械、电子、化工、医疗、纺织、轻工等领域得到了越来越广泛的应用。 常用难熔金属中钨的熔点最高(3380℃)，密度最大(19.1g/cm3)，而钼的弹性模量最大，达到343 350MPa。 难熔金属系列——钨合金 4.怎样切削加工钨锭与钨棒？ 纯钨的硬度和强度都很高，钨的铸锭在切削加工时，由于晶粒粗大，易产生掉块而使加工表面粗糙。切削钨锭和钨棒可以使用硬质合金作刀具材料，常用的硬质合金牌号有YG6、YG8、YS2(YG10H)、726等。 用硬质合金切削钨锭或钨棒，可选用45o主偏角，荒车时前角与后角应小些，粗车与半精车时前角、后角适当加大。纯钨性极脆，切削时易崩边或剥落，刀具切入切出时，应减小进给量，以防止刀具破损。钨的切削参数推荐值见表10-2。 CBN刀具也可以加工纯钨。例如，用DLS—F复合片车削φ10 mm钨棒，在ν C =30m/min、f=0.1mm/r、a p =0.1mm；γ O =-4o、α O =12o、λ O =0o、Κ r =90o、r ε=0.3mm、 倒棱为0.25mm×(-8o)的条件下，当后刀面磨损0.2mm时,切削路程为104 m。而 用YG6X刀片，当ν C =9.5m/min、后刀面磨损0.2 mm时，切削路程为57.6m。可见，CBN刀具的切削速度为YG6X硬质合金刀具3倍的条件下，耐用度为其2倍。
金属切削加工刀具材料的选择 金属切削加工刀具分为：车刀、铣刀、刨刀、钻头等。下面我们就针对这些做出说明。 （一）车刀 车刀是用于车削加工的、具有一个切削部分的刀具。车刀是切削加工中应用最广的刀具之一。车刀的工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。 车刀的切削部分由主切削刃、副切削刃、前刀面、主后刀面和副后刀面，刀尖角成。车刀的切削部分和柄部(即装夹部分)的结合方式主要有整体式、焊接式、机械夹固式和焊接-机械夹固式。机械夹固式车刀可以避免硬质合金刀片在高温焊接时产生应力和裂纹，并且刀柄可多次使用。机械夹固式车刀一般是用螺钉和压板将刀片夹紧，装可转位刀片的机械夹固式车刀。刀刃用钝后可以转位继续使用，而且停车换刀时间短，因此取得了迅速发展。车刀的切削部分由主切削刃、副切削刃、前面、后面和副后面等组成。它的几何形状由前角γo、后角αo、主偏角κr、刃倾角γ S、副偏角κ惤和刀尖圆弧半径rε所决定。车刀几何参数的选择受多种因素影响，必须根据具体情况选取。前角γo根据工件材料的成分和强度来选取，切削强度较高的材料时，应取较小的值。例如，硬质合金车刀在切削普通碳素钢时前角取10°～15°；在切削铬锰钢或淬火钢时取-2°～-10°。一般情况下后角取6°～10°。主偏角κr根据工艺系统的刚性条件而定,
一般取30°～75°,刚性差时取较大的值，在车阶梯轴时，由于切削方式的需要取大于或等于90°。刀尖圆弧半径rε和副偏角κ惤一般按加工表面粗糙度的要求而选取。刃倾角γ S则根据所要求的排屑方向和刀刃强度确定。车刀前面的型式主要根据工件材料和刀具材料的性质而定。最简单的是平面型，正前角的平面型适用于高速钢车刀和精加工用的硬质合金车刀，负前角的平面型适用于加工高强度钢和粗切铸钢件的硬质合金车刀。带倒棱的平面型是在正前角平面上磨有负倒棱以提高切削刃强度，适用于加工铸铁和一般钢件的硬质合金车刀。对于要求断屑的车刀，可用带负倒棱的圆弧面型，或在平面型的前面上磨出断屑台。 车刀分类：按结构可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀、可转位车刀和成型车刀。车刀按用途可分为外圆、台肩、端面、切槽、切断、螺纹和成形车刀等。还有专供自动线和数字控制机床用的车刀。车刀按材质可分为.高碳钢、高速钢、非铸铁合金刀具、烧结碳化刀具、陶瓷车刀、钻石刀具、氮化硼刀具等。 高碳钢车刀是由含碳量0.8%~1.5%之间的一种碳钢，经过淬火硬化后使用，因切削中的摩擦四很容易回火软化。 高速钢为一种钢基合金俗名白车刀，含碳量0.7~0.85%之碳钢中加入W、Cr、V及Co等合金元素而成。例如18-4-4高速钢材料中含有18%钨、4%铬以及4%钒的高速钢。高速钢车刀切削中产生的摩擦热可高达至600℃，适合转速1000rpm以下及螺纹之车削。
第14章切削加工的基础知识 切削加工是利用切削刀具从毛坯上切除多余的材料，以获得所需的形状、尺寸精度和表面粗糙度加工方法。 切削加工在工业生产中占有非常重要的地位，除了少数零件可以用铸造和锻造获得外，大部分的零件都要经过切削加工。统计表明，金属切削加工的工作量占机器制造总工作量的40％～60％。金属切削加工与其他的加工方法相比主要有如下的优点： 1、切削加工可获得相当高的尺寸精度和很小的表面粗糙度磨削外圆精度最高可高达IT5～IT7级,粗糙度Ra=0.1～0.8μm,镜面磨削的粗糙度甚至可达0.006μm,而最精密的压力铸造只能达到IT9～IT10,R=1.6～3.2μm。. 2.切削加工几乎不受零件的材料、尺寸和重量的限制 目前尚未发现不能切削加工的金属材料.实际上,包括橡胶、塑料、木材这些非金属材料在内，也都可进行切削加工，这是任何其它冷热加工方法都无法做到的.金属切削加工的尺寸可小至不到0.1mm,大至几十米,重达几百吨. 金属切削加工可分为钳工和机械加工。钳工的内容在金工实习中介绍，本章只介绍机械加工的内容，机械加工是通过操纵机床对工件进行切削加工，其生产效率高，加工质量好，是现代金属加工的主要方式。 第一节切削加工的基本概念 切削运动和切削要素在切削过程中是两个经常遇到的概念，因此
必须正确理解。 一、切削运动（表面成型运动） 切削加工是靠刀具和工件之间的相对运动来实现的。刀具和工件之间的相对运动叫切削运动，它包括主运动和进给运动。 1．主运动是切除工件表面多余材料的基本运动，在切削运动中通常线速度最高，所消耗的功率也最多。例如车削时工件的旋转运动；钻削时刀具的旋转运动；刨削时工件与刀具的相对往复运动等都属于主运动。 2．进给运动是使工件未被切除的多余材料不断被切除的运动，又称走刀运动。通过进给运动便可以切削出要加工的表面。进给运动的速度一般远远小于主运动的速度。例如，车削外圆时车刀的纵向移动；钻孔时钻头的轴向移动；铣平面时工件的纵向移动；牛头刨床刨削时工件的横向间歇移动等都属于进给运动。 机床除上述运动外，其它运动均称为辅助运动。如：进刀运动、退刀运动、分度运动、工作台的升降等。 二、切削要素 切削要素指切削用量和切削层几何参数。切削加工时在工件上形成三个表面： 待加工面，是工件上等待切除一层材料的表面； 已加工表面，是工件上经切削后产生的表面； 加工面，正被刀具切削的表面，它是待加工面和已加工表面之间的过渡面。 1、切削用量 切削用量包括切削速度、进给量、与切削深度。要完成切削，这
改善工件材料切削加工性的措施 改善工件材料的切削加工性通常可通过以下三种方法： 一、选择加工性好的存在状态 低碳钢以冷拔及热轧状态最好加工；中碳钢以部分秋花的珠光体组织最好加工；高碳钢则以完全球化的的退火状态加工性最好。 二、通过热处理改善加工性 如工具钢，一般经退火处理可降低硬度、强度，提高加工性。白口铸铁可以加热到950～1100℃，保温、退火，来提高加工性。 有的工件材料通过调质处理，提高硬度、强度，降低塑性来改善加工性。如车制不锈钢2Cr13螺纹时，由于硬度太低，塑性较大，光洁度不易提高，当经调质处理后，硬度达到HRC28时，塑性下降，光洁度可以改善，生产效率也相应提高。 还有一些工件材料，如氮化钢，为了减小工件以加工表面的残余应力，可采取去应力退火。时效处理也是改善加工性的方法，如加工Cr20Ni80Ti3之前，先加热到1000℃保持8小时，然后在900～950℃温度下时效处理16小时，再在空气里冷却，这样处理后可以提高切削加工性 用热处理的方法改善加工性，要在工艺允许范围内进行，而且具体采用哪一种热处理规范，要跟据工厂的条件而定。 三、在工艺要求许可的范围内，选用加工性好的工件材料 如机床用的某些丝杠，可以选用易切钢。自动机、自动线生产中使用易切材料，对提高刀具耐用度及保证稳定生产有重要作用。这是由于易切钢中的金属夹杂物（如MnS）具有润滑与脆化的作用，可以降低切削力，克服粘刀现象，并使切屑容易折断。 随着切削加工技术和刀具材料的发展，工件材料的加工性也会发生变化。如电加工的出现，使一些原来认为难加工的材料，变得不难加工。“群钻”的发展，使碳素结构钢和合金结构钢钻孔的加工性差距变小了。 硬质合金的不断改进，新刀具材料的不断涌现，将使各种的加工性差距逐渐缩小。随着新的工件材料（如耐热材料、高强度材料、高硬材料、高纯材料）的出现，高精度、高光洁度加工以及自动化技术的发展，必然给工件材料的切削加工性带来新的矛盾，这就要求人们进一步的去认识它、分析和解决它。
ZT:常用材料的切削加工性能 part1 良好的切削加工性能： 1）刀具的寿命较高，或在一定的寿命下允许的切削速度较高 2）在相同的切削条件下，切削力较小 3）切削温度较低，容易获得较细的表面粗糙度，容易控制切削形状或者断屑 §5-1工件材料和切削的加工性 本章从工工件材料方面本分析影响生产率及表面质量的因素，以及提高它们的途径：从生产实际中了解到，有些材料容易切削（生产率高，表面质量好），而另一些材料却很切削；分析工件材料的机械物理性能以及化学成分如何影响切削加性，如何提高工件材料的切削加工性。材料的切削加工性是指导某种材料进行切削加工性的难易程度，其易程度，一般与材料的化学成份，热处理状态﹑金相组织﹑物理力学性能以及切削条件有关。 一﹑衡量切削加工的指标 工件材料的切削加工性，通常用下面的一个或数个指标衡量： 1 ﹑刀具耐用度； 2﹑一定刀具耐用度允许的切削速度； 3﹑切削力； 4﹑切削温度； 5﹑加工表面粗糙度或表面质量。 目前，常用一定刀具耐用度下充许的切削速度v T作为衡量指标。v T__-指刀具耐用度为T时，切削某种材料的允许的切削速度。v T越高，说明该材料的切削加工性能好。任何事情都是相对而言，那么对于材料的切削加工性，也要用相对加工性Kr 表示。它的基准是以切削抗拉强度＆b = 0.735Gpa的45＃钢，耐用度T=60min时的切削速度Vb60为基准。相对加工性就是以该基准与切削其它材料时V60的比值。即 Kr=V60 / Vb60 ①当Kr>1时，说明该材料比45﹟钢易切削；切削加工性好； ②当Kr<1时，该材料比45﹟钢难切削，切削加工性能差。 常用材料切削加工性，根据相对加工性Kr的大小切分为八级，见表5—1。 二﹑改善材料可切削性的途经 1﹑改善材料的化学成份。 1*在黄铜中加入1％～３％的铅，在钢中加入０．１％～０．２５％的铅。铅可以球状粒子存在于材料的金相组织中，切削时能起很好润滑作用，减少摩擦，使刀具耐
第四章 材料切削加工基础 MaterialRemoved Fundament 4.1金属切削加工概述 4．1．1 金属切削加工的特点及应用 金属切削加工（切屑的形成）-是利用切削刀具与工件的相对运动，从工件（毛坯）上切去多余的金属层，从而获得符合一定质量要求的零件的加工过程。 基本加工方法-车、铣、刨、磨、钻等，另外还有电火花、超声波、激光、等离子等特种加工方法。一般所讲的切削加工多指的是基本的机械加工。 切削加工的地位-切削加工在机器制造中所担负的工作量，约占机器制造总工作量的40%~60%。切削加工的技术水平直接影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。 4．1．2 零件的加工精度和表面粗糙度 1．加工精度 加工精度是指工件加工后，尺寸、形状和位置等参数的实际数值同它们绝对准确的理论数值之间相符合的程度。相符合的程度越高，也就是说加工误差越小，加工精度越高。加工精度主要包括尺寸精度、形状精度、位置精度。 （1）尺寸精度 尺寸精度-指加工后的零件的尺寸与理想尺寸相符合的程度。尺寸精度包含两个方面：一是表面本身的尺寸精度，如园柱面的直径；另一是表面间的尺寸精度，如孔间距。 尺寸公差-在保证零件使用要求的前提下，应允许尺寸有一定的变动，尺寸允许变动的最大范围即为尺寸公差。公差越小，则精度越高。国家标准GB/T1800.2~1998规定，标准公差分为20级，分别用IT01、IT0、IT1、IT2、…、IT18表示。其中IT 表示公差，数字表示等级。IT01的公差值最小，精度最高。其它的各等级中，数字越大，则公差等级越高，相应的精度也就越低。一般IT01~IT13用于配合尺寸，其余的用于非配合尺寸。 （2）形状精度 形状精度是指零件上的各形状要素与理想形状要素的符合程度。当零件的尺寸精度满足要求时，并不意味着其形状也符合要求。如加工一个01.025-Φ的轴，其实际尺寸为24.95，符合精度要求。但轴的某一截面的实际形状不是理想的圆形，故其形状不一定满足要求。关于形状误差方面，其表达符号及相应的含义详见表4-3 表4-3 形状公差
先进制造技术 学院：机械工程学院专业：机械工程 2013年 1 月 5日 难切削材料切削加工技术
摘要：本文阐述了难切削加工材料的定义，简单地介绍了几类难加工材料，从切削力、切削温度、刀具磨损等方面介绍了难加工材料的加工特点，并对其产生原因进行了分析。针对难加工材料在加工过程中出现的问题，本文描述了改善难加工材料的切削加工性的方法及其机理，具体对改变材料本身特性、选择刀具材料、润滑冷却方式进行详细介绍。 关键词：难加工；材料；加工性；加工技术 Difficult cutting material machining technology Wang Xuebin ( Guizhou university mechanical engineering institute Guiyang guizhou 550025）Abstract：This paper expounds the definition of material to cutting processing, and difficult-to-machine materials processing features was reviewed ,Simply introduce several kind of difficult processing materials, from the sides of cutting force, cutting temperature, tool wear , etc, and its reasons were analyzed. For these problems that exist in the process of machining difficult-to-machine materials , this paper describes the method that improve difficult-to-machine materials processing cutting features and its mechanism, the concrete is introduced about changing materials itself characteristics, choiceing of cutting tool materials and lubrication cooling way . Key words: difficult processing; Materials; Machining; Processing technology 引言 然而长期以来难加工材料如钛合金、高温合金、不锈钢等其切削加工性极差，给生产带来效率低、质量差、刀具损耗等问题，一直是加工中的难题。随着制造业的发展，21世纪这些材料的用量迅速增加，加工的矛盾将变得突出。与此同时，产品的材料构成也不断优化，新的工程材料也不断问世，而每一种切削材料的采用都对切削加工提出了新的要求。如在切削加工比较集中的汽车工业，其发动机、传动器零件中硅铝合金的比例在逐渐增加，并开始引入镁合金和新的高强度铸铁以减轻汽车重量，节省能耗。又如在航空航天工业，钛合金、镍合金以及超耐热合金、陶瓷等难加工材料的应用比例和加工难度都将进一度的增加，能否高效加工这些材料，直接关系到我国汽车、航空航天、 能源等重要工业的发展速度和制造业整体水平，也是对切削技术的最大挑战。但从某种意义上说，它们对加工的特殊要求起到了促进加工技术发展的作用。现在，人们已经掌握了很有效的难加工材料加工方法。 难加工材料的定义 难加工材料是指难以进行切削加工的材料，即切削加工性差的材料。切削加工性等级代号5级以上的材料均属于难加工材料。从材料的物理力学性能看，硬度高于 250HBS、强度GPa b 98 .0 > σ、延伸率大于 % 30 > δ、冲击值2 5/ 10 8.9m J a k ? >、热系数) /( 9. 41o C m W k? <的均属于难加工材料之列，如钛合金、高温合金、不锈钢、高强度钢和超高强度钢、复合材料以及硬脆材料。 难加工材料的分类： （1）钛合金 钛是同素异构体，熔点为1720C o，在
工件材料的切削加工性是指将其加工成合格零件的难易程度。某种材料切削加工的难易，不仅取决于材料本身，还取决于具体的加工要求及切削条件。 加工要求和生产条件不同，评定材料切削加工性的指标也不相同。常用的评定指标有下面几种。 1.刀具寿命指标 在相同的切削条件下，使刀具寿命高的工件材料，其切削加工性好。或者在一定刀具寿命（T）下，所允许的最大切削速度（V T）高的工件材料，其切削加工性就好。由于材料的切削加工性概念具有相对性，所以我们经常以抗拉强度σb=0.637Gpa的45钢的V60作为基准，写作（V60)j，而把其他被切削材料的V60与之相比，可得到该材料的相对切削加工性K r，即 2.已加工表面质量指标 以常用材料是否容易保证得到所要求的已加工表面质量，作为评定材料切削加工性的指标。一般精加工的零件可用表面粗糙度值来评定材料的切削加工性工性的指标。一般精加工的零件可用表面粗糙度值来评定材料的切削加工性。对某些有特殊要求的零件，在评定材料切削加工性时，不仅用表面粗糙度值指标还要用表面层材质的变化指标来全面评定。 表9.1工件材料的相对切削加工性及分级
3.切削力或切削温度指标 在相同的切削条件下，凡使切削力加大、切削温度增高的工件材料，其切削加工性就差；反之，其切削加工性就好，在粗加工或机床动力不足时，常以此指标来评定材料的切削加工性。 4.切屑控制性能指标 在自动机床或自动生产线上，常用切屑控制的难易程度来评定材料的切削加工性。凡切屑容易被控制或折断的材料，其切削加工性就好，反之,则差。 一种工件材料很难在各方面都能获得较好的切削加工性指标，只能根据需要选择一项或几项作为衡量其切削加工性的指标。在一般的生产中，常以保证一定的刀具寿命所允许的切削速度作为评定材料切削加工性的指标。