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。

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（70

HRC），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 CO 2	主要用于冷却
4	其它	二硫化钼 +硬脂酸+石蜡做成蜡笔，涂于刀具表面	攻螺纹