工件材料的切削加工性优化策略

2023-07-01 理论教育版权反馈

【摘要】：材料切削加工的难易程度称为材料的切削加工性。一般把Kr≤0.5的材料称为难加工材料，例如，高锰钢、不锈钢等。表4－4相对切削加工性及其分级二、切削加工性的影响因素材料的物理力学性能、化学成分、金相组织是影响材料切削加工性的主要因素。

材料切削加工的难易程度称为材料的切削加工性。良好的切削加工性一般包括：在相同切削条件下刀具具有较高的耐用度；在相同切削条件下，切削力、切削功率较小，切削温度较低；加工时，容易获得良好的表面质量；容易控制切屑的形状，容易断屑。材料切削加工性的好坏，对于顺利完成切削加工任务，保证工件的加工质量意义重大。

材料的切削加工性不仅是一项重要的工艺性能指标，而且是材料多种性能的综合评价指标。材料的切削加工性不仅可以根据不同情况从不同方面进行评定，而且也是可以改变的。

一、切削加工性评定的主要指标

工件材料切削加工性可以从多方面进行评定。不同加工情况，可采用不同的指标衡量。粗加工时，通常采用刀具耐用度指标；精加工时，通常采用加工表面质量指标。

在刀具耐用度指标中以相对切削加工性（用Kr表示）使用最为方便。根据Kr的大小可方便地判断出材料加工的难易程度。以45钢（170～229HBS，σb＝0.637GPa）的V60为基准，记作（V60）j，其他材料V60与之的比值即为相对切削加工性，用Kr表示，即：

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常用工件材料的Kr见表4－4。Kr越大，材料加工性越好。从表4－4中可以看出，当Kr＞1时该材料比45钢易切削；反之，该材料比45钢难切削，例如，正火30钢就比45钢易切削。一般把Kr≤0.5的材料称为难加工材料，例如，高锰钢、不锈钢等。

其他指标有加工表面质量指标、切屑控制难易指标、切削温度、切削力、切削功率指标。加工表面质量指标是在相同加工条件下，比较加工后的表面质量（如表面粗糙度等）来判定切削加工性的好坏。加工表面质量越好，加工性越好。切屑控制难易指标是从切屑形状及断屑难易与否来判断材料加工性的好坏。切削温度、切削力、切削功率指标是根据切削加工时产生的切削温度的高低、切削力的大小、功率消耗的多少来评判材料加工性，这些数值越大，说明材料加工性越差。

表4－4　相对切削加工性及其分级

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二、切削加工性的影响因素

材料的物理力学性能、化学成分、金相组织是影响材料切削加工性的主要因素。

1.材料的物理力学性能

就材料物理力学性能而言，材料的强度、硬度越高，切削时抗力越大，切削温度越高，刀具磨损越快，切削加工性越差；强度相同，塑性、韧性越好的材料，切削变形越大，切削力越大，切削温度越高，并且不易断屑，故切削加工性越差。材料的线膨胀系数越大、导热系数越小，加工性也越差。

2.化学成分

就材料化学成分而言，增加钢的含碳量，强度、硬度提高，塑性、韧性下降。显然，低碳钢切削时变形大，不易获得高的加工表面；高碳钢切削抗力太大，切削困难；中碳钢介于两者之间，有较好的切削加工性。增加合金元素会改变钢的切削加工性，例如，锰、硅、镍、铬等都能提高钢的强度和硬度。石墨的含量、形状、大小影响着灰铸铁的切削加工性，促进石墨化的元素能改善铸铁的切削加工性，例如，碳、硅、铝、铜、镍等；阻碍石墨化的元素能降低铸铁的切削加工性，例如，锰、磷、硫、铬、钒等。

3.金相组织

就材料的金相组织而言，钢中的珠光体有较好的切削加工性，铁素体和渗碳体则较差；托氏体和索氏体组织在精加工时能获得质量较好的加工表面，但必须适当降低切削速度；奥氏体和马氏体切削加工性很差。

三、材料切削加工性的改善

1.进行适当的热处理

一般说来，将工件材料进行适当的热处理是改善材料切削加工性的主要措施。

对于性质很软、塑性很高的低碳钢，加工时不易断屑、容易硬化。往往采用正火的办法，提高其强度和硬度，从而改善其切削加工性。对于硬度很高的高碳工具钢，加工时刀具极易磨损。可以采用球化退火的办法，降低其硬度，从而改善其切削加工性。

2.改变加工条件

合理选择刀具材料、刀具几何参数、切削用量也是改善材料切削加工性的有效措施。

对于铝及铝合金等易切削材料，为了减小积屑瘤和加工硬化等对已加工表面质量带来的不利影响，通常选用大前角刀具和高的切削速度，并尽量把刀磨得锋利、光整。对于不锈钢材料，为了克服其容易加工硬化、导热性差、切削温度高、不易断屑等突出问题，通常采用韧性好的K类硬质合金刀片、选用较大的前角和小的主偏角、采用较大的进给量等。

3.采用新技术

采用新的切削加工技术也是解决某些难加工材料切削问题的有效措施。

这些新加工技术是加热切削、低温切削、振动切削等。例如，对耐热合金、淬硬钢、不锈钢等难加工材料进行加热切削，通过切削区中材料温度的增高，降低材料的抗剪切强度，减小接触面间的摩擦系数，可减小切削力。另外，加热切削能减小冲击振动，使切削过程平稳，从而提高了刀具的使用寿命。

总之，确定了材料的切削加工性能，对合理选择刀具材料、刀具几何参数、切削用量以及改善材料切削加工性提供了重要依据。

工件材料的切削加工性优化策略

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