第五章切削加工性、表面粗糙度和切削液

1、第五章 切削加工性、表面粗糙度和切削液,工件材料的切削加工性表面粗糙度切削液,5-1 工件材料的切削加工性,工件材料切削加工性的概念 材料的切削加工性籠統(tǒng)地說是指對某種材料進(jìn)行切削加工的難易程度。切削加工性的概念具有相對性。所謂某種材料切削加工性好壞，是相對于另一種材料而言的。一般在討論鋼料的切削加工性時(shí)，習(xí)慣地以45碳素結(jié)構(gòu)鋼作為比較的基準(zhǔn)。如高強(qiáng)度鋼比較難加工，就是相對于45鋼而言的。,衡量切削加工性的指標(biāo)以刀具

2、壽命T或一定壽命下的切削速度VT衡量加工性 以切削力或切削溫度衡量切削加工性 以已加工表面質(zhì)量衡量切削加工性 以切屑控制或斷屑的難易衡量切削加工性,改善切削加工性的途徑：通過熱處理改變材料的組織和機(jī)械性能 高碳鋼和工具鋼 球化退火 熱軋狀態(tài)的中碳鋼 正火 低碳鋼 冷拔或正火 調(diào)整材料的化學(xué)成分 在鋼中適當(dāng)添加一些元素，如硫、鈣、鉛等，使鋼的切削加工性得到顯著改善，這樣的鋼叫“

3、易切鋼”。,,,,難加工金屬材料的切削加工性 難加工的原因一般是以下幾個(gè)方面：①高硬度；②高強(qiáng)度；③高塑性和高韌性；④低塑性和高脆性；⑤低導(dǎo)熱性；⑥有大量微觀硬質(zhì)點(diǎn)或硬夾雜物；⑦化學(xué)性質(zhì)活潑。這些特性一般都能使切削過程中的切削力加大，切削溫度升高，刀具磨損加劇，刀具使用壽命縮短；有時(shí)還將使已加工表面質(zhì)量惡化，切屑難以控制；最終則使加工效率和加工質(zhì)量降低，加工成本提高。,高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度鋼的切削加工性 高強(qiáng)度鋼、

4、超高強(qiáng)度鋼的半精加工、精加工和部分粗加工常在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下進(jìn)行。調(diào)質(zhì)(淬火、中溫回火)后的金相組織為索氏體或托氏體，硬度達(dá)HRC35—55。一般，σs＞1GPa或σb＞1.1GPa的結(jié)構(gòu)鋼，稱為高強(qiáng)度鋼；σs＞1.2GPa或σb＞1.5GPa稱為超高強(qiáng)度鋼。,高錳鋼的切削加工性 高錳鋼的典型牌號有Mnl3、40Mnl8Cr3、50Mnl8Cr4等。經(jīng)過水韌處理，金相組織為均勻的奧氏體。它的原始硬度雖然不甚高，但其塑性和韌性特別高

5、(分別為45鋼的4倍和8倍)，加工硬化特別嚴(yán)重。,冷硬鑄鐵和淬硬鋼的切削加工性 冷硬鑄鐵的硬度極高，是其難加工的主要原因。它的塑性很低，刀—屑接觸長度很小，切削力和切削熱都集中在切削刃附近，因而切削刃很容易崩損。冷硬鑄鐵零件的結(jié)構(gòu)尺寸和加工余量一般都較大，毛坯精度低，因而就進(jìn)一步加大了加工難度。,純金屬的加工 常用的純金屬如紫銅、純鋁、純鐵等，其硬度、強(qiáng)度都較低，導(dǎo)熱系數(shù)大，對切削加工有利；但其塑性很高，切屑

6、變形大，刀—屑接觸長度大并容易發(fā)生冷焊，生成積屑瘤，因此切削力較大，不容易獲得好的已加工表面質(zhì)量，斷屑困難。此外，它們的線膨脹系數(shù)較大，精加工時(shí)不易控制工件的加工精度。,不銹鋼和高溫合金的切削加工性 不銹鋼按金相組織分，有鐵素體、馬氏體、奧氏體三種。鐵素體、馬氏體不銹鋼的成分以鉻為主，經(jīng)常在淬火—回火或退火狀態(tài)下使用，綜合機(jī)械性能適中，切削加工一般不太難。奧氏體不銹鋼的成分以鉻、鎳等元素為主，淬火后呈奧氏體組織，切削加工性比較差。高

7、溫合金中含有許多高熔點(diǎn)合金元素，如鐵、鈦、鉻、鈷、鎳、釩、鎢、鉬等，它們與其他合金元素構(gòu)成純度高、組織致密的奧氏體合金。 (1)強(qiáng)度較高 (2)硬度較高 (3)導(dǎo)熱系數(shù)小 (4)合金中的高硬度化合物構(gòu)成硬質(zhì)點(diǎn) (5)在中、低切削速度下，易與刀具發(fā)生冷焊,鈦合金的切削加工性 鈦合金的切削加工性也很差，刀具磨損快，刀具耐用度低，其原因?yàn)?(1)加工鈦合金時(shí)，剪切角很大，刀屑接觸長度短；(2)導(dǎo)熱系數(shù)極小；(3)已

8、加工表面經(jīng)常出現(xiàn)硬而脆的外皮；（4)彈性模量小，已加工表面回彈量大，加劇了對后刀面的摩擦。,5-2 已加工表面粗糙度,已加工表面質(zhì)量的標(biāo)志工件經(jīng)過切削加工后，已加工表面質(zhì)量的主要標(biāo)志是：表面的粗糙度、表面層冷作硬化程度、表面層殘余應(yīng)力的性質(zhì)及其大小。已加工表面質(zhì)量對工件成為機(jī)器零件后的使用性能有很大的影響。,理論粗糙度 切削刃相對于工件運(yùn)動，能夠形成已加工表面。如果把切削刃看作幾何學(xué)的線，由相對于工件運(yùn)動時(shí)，

9、應(yīng)該形成的已加工表面的粗糙度，稱為理論粗糙度。它的數(shù)值決定于殘留面積的高度。實(shí)際上，只有切削脆性材料或高速切削塑性材料時(shí)，已加工表面的粗糙度才比較接近理論組糙度，因?yàn)槌酥?，還有許多其他因素，諸如鱗刺、積屑瘤、振動、切削刃不平整、工件材料組織的缺陷等等的影響，使已加工表面難以接近理論粗糙度。,殘留面積的高度,,,,,,,,,,,,a,b,c,d,e,Rmax,Rmax,,2,f,,,κr,κ′r,鱗刺及其對已加工表面粗糙度的影響

10、 鱗刺就是已加工表面上的鱗片狀毛刺。生產(chǎn)實(shí)踐及科學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，在較低的及中等的切削速度下，用高速鋼、硬質(zhì)合金或陶瓷刀具，切削一些常用的塑性金屬，如低碳鋼、中碳鋼、鉻鋼(40Cr、20Cr)、不銹鋼、鋁合金、紫銅等，在車、刨、插、鉆、拉、滾齒、螺紋車削、板牙鉸螺紋等工序中，都可能出現(xiàn)鱗刺。鱗刺的產(chǎn)生是切削加工中獲得較小粗糙度的表面的一大障礙。,積屑瘤對已加工表面粗糙度的影響 積屑瘤自身能增大已加工表面粗糙度之外，它還在

11、已加工表面上導(dǎo)致鱗刺的形成，進(jìn)一步增大粗糙度。,5-3 切削液,切削液的分類水溶液的主要成分是水，它的冷卻性能好，若配成液呈透明狀，則便于操作者觀察。乳化液是將乳化油用水稀釋而成。乳化油是由礦物油、乳化劑及添加劑配成，用95—98％水稀釋后即成為乳白色或半透明狀的乳化液。它具有良好的冷卻作用，但因?yàn)楹看?，所以潤滑、防銹性能均較差。 切削油的主要成分是礦物油，少數(shù)采用動植物油或復(fù)合油。純礦物油不能在摩擦界面上形成堅(jiān)固的潤滑膜，

12、潤滑效果一般。,切削液的作用切削液的冷卻作用 切削液的潤滑作用 切削液的清洗作用 切削液的防銹作用,切削液的添加劑 油性添加劑和極壓添加劑 防銹添加劑 防霉添加劑抗泡沫添加劑 乳 化 劑,切削液的選擇和使用 高速鋼刀具粗加工時(shí)，應(yīng)選用以冷卻作用為主的切削液，主要目的是降低切削溫度；硬質(zhì)合金刀具粗加工時(shí)可以不用切削液，必要時(shí)也可以來用低濃度的乳化液或水溶液，但必須連續(xù)地、充分地澆注。精加工切削時(shí)（包括鉸削、拉削、螺