常见材料加工特点及刀具.ppt

《常见材料加工特点及刀具.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《常见材料加工特点及刀具.ppt（73页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、常见被加工材料,加工特点及刀具选择,关于铁碳相图,热处理常识,淬火：将钢件加热到奥氏体化温度并保持一定时间，然后以大于临界冷却速度冷却，以获得非扩散型转变组织，如马氏体、贝氏体和奥氏体等的热处理工艺 回火：将淬火后的钢，在AC1以下加热、保温后冷却下来的热处理工艺。其目的是：(a)消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；(b)调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；(c)稳定组织与尺寸，保证精度；(d)改善和提高加工性能。因此，回火是工件获得所需性能的最后一道重要工序。按回火温度范围，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火 正火：将钢件加热到上临界点(AC3或Acm)以上40

2、60或更高的温度，保温达到完全奥氏体化后，在空气中冷却的简便、经济的热处理工艺，其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化 退火：将金属构件加热到高于或低于临界点，保持一定时间，随后缓慢冷却，从而获得接近平衡状态的组织与性能的金属热处理工艺。调质：淬火后又高温回火的双重热处理,材料加工性能分类,K类：铸铁类材料，具有短切屑P类：钢、合金钢、可锻铸铁等长切屑材料M类：不锈钢、高锰钢、高合金钢N类：有色金属，包括铝合金、铜及其合金、锌等H类：淬硬材料，高硬度材料S类：耐热合金及钛合金、超合金,铸铁（K类）,铸铁分类,铸铁有五种主要类型：灰口铸铁(GCI)，可锻铸铁(MCI)，球墨铸铁(NCI)，蠕墨

3、铸铁(CGI)，等温淬火球墨铸铁(ADI)。铸铁为Fe-C合金，具有较高的Si含量(1-3%)。碳含量超过2%这是碳在奥氏体相中的最大溶解度。Cr(铬)、Mo(钼)和V(钒)等形成的硬化物，可增加材料的强度和硬度，但会降低切削加工性,切削加工性概述,短切屑材料，在大多数工况下具有良好的切屑控制。特定切削力：790 1350 N/mm。在较高速度下加工时，特别是加工含夹砂的铸铁时，会产生磨料磨损。和通常的GCI相比，在NCI、CGI和ADI中存在不同形态和机械性能的石墨，加工时需要特别注意。铸铁常用负前角型刀片加工，因为这些刀片具有高强度的切削刃，而且应用安全。硬质合金基体应较硬，涂层应为厚的氧

4、化铝型，以获得良好的耐磨料磨损性。传统的铸铁加工方法为干式切削，但也可以进行湿式切削，主要是为了使铁碳灰尘污染物保持最低水平。,可锻铸铁和灰口铸铁,可锻铸铁由近似白口铸铁组织的材料分两步热处理后制成，产生铁素体+珠光体+回火碳结构，并形成不规则的石墨颗粒。与之相比，灰口铸铁为薄片状结构，更容易破裂。这意味着可锻铸铁对裂纹的敏感度较低，断裂强度和延伸率较高。灰口铸铁具有典型的片状石墨形态，主要特点为：低冲击强度(脆断模式)；良好的导热性，在机床运行时较少发热，在切削过程中保持低热；良好的减振性，吸收机床的振动。,常见零件,用MCI材料制造的零件包括：桥壳、履带轮、管接头和高强度齿轮。用GCI材料

5、制造的零件包括：煎锅、发动机缸体、压缩机的汽缸、齿轮和变速箱体。,切削加工性,可锻铸铁的抗拉强度比GCI高，切削加工性类似球墨铸铁，二者通常具有出色的加工特性。一般而言，铸铁中的珠光体组织增加磨料磨损，铁素体组织增加粘附磨损。灰口铸铁冲击强度低，产生的切削力低，切削加工性良好。在切削过程中仅产生磨料磨损。没有化学磨损。灰口铸铁常加有铬合金，以提高机械性能。但在强度增加的同时，也导致切削加工性降低。,球墨铸铁(NCI),球墨铸铁具有球状石墨结构，主要特点为：良好的刚度(杨氏模量)；良好的冲击强度=韧性材料，不脆；良好的抗拉强度；减振性能不良，不吸收机床的振动；导热性差，在切削过程中会产生较高热量

6、。与灰口铸铁相比，球墨铸铁内的石墨呈球状，这使其具有较高的抗拉强度和韧性。,常见零件,轮毂、管件、滚轮、排气歧管、曲轴、差速器壳体、轴承盖、底座、涡轮增压器壳体、离合器片和飞轮。涡轮增压器壳体和排气歧管常用制造材料为SiMo合金铸铁，其耐热性更高。,切削加工性,球墨铸铁形成积屑瘤的趋势很高。铁素体含量高的球墨铸铁更软，形成积屑瘤的趋势也越高。在间断切削加工铁素体含量高的零件时，粘附磨损通常是最主要的磨损机理。这会导致涂层的剥落问题。对于珠光体含量较高的硬球墨铸铁，这种粘附问题就不太明显。此时更易发生磨料磨损和/或塑性变形。,蠕墨铸铁(CGI),CGI材料可以满足不断增加的提高强度和降低重量要求

7、，但仍保持合理的切削加工性。CGI的导热性和减振性介于NCI和ADI之间。抗金属疲劳能力是灰铸铁的两倍。与灰口铸铁一样，CGI中的石墨颗粒被拉长并随机定向，但CGI的石墨颗粒更短而厚并有圆边。CGI中的蠕虫状石墨及其圆边和起伏不平表面，在石墨和铁基之间提供了很强的附着力。这就是为什么CGI的机械性能大大高于灰口铸铁的原因。珠光体含量低于90%的CGI最常用。,常见零件,GCI非常适合用于制造发动机零件，为输出更高的动力，要求材料更轻、强度更高。与使用GCI材料相比，仅发动机缸体重量就可以降低大约20%。其它应用还有缸盖和制动盘。,切削加工性,根据切削加工性，蠕墨铸铁位于灰口铸铁和球墨铸铁之间。

8、CGI的抗拉强度是灰口铸铁的两到三倍，并且热导率较低，所以加工CGI会产生较高的切削力，并在切削区域产生较多的热量。CGI材料中的钛含量增加对刀具寿命有负面影响。最常见的CGI加工为面铣和镗孔缸削。用螺旋插补铣的方式代替传统的缸孔镗削，既可以提高刀具寿命，又可以提高生产效率。,铸铁加工刀片经典槽型分析-精,铸铁半精加工经典槽型,铸铁加工粗加工经典槽型,钢（P类）,合金渗碳钢,用于制造渗碳零件的合金钢，称为合金渗碳钢，它属于低碳合金钢。渗碳零件要求具有高的表面硬度及耐磨性，而心部具有较高的强度和适当的韧性，通常采用低碳合金钢经渗碳淬火和低温回火来实现这种双重性能。例如汽车、拖拉机上的变速齿轮；内

9、燃机上的凸轮等。常用材料牌号如15Cr、20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo等。,工件加工工艺路线,一般渗碳零件的工艺路线为：锻造正火机加工渗碳淬火、回火精加工（磨削）。也就是说，渗碳钢的切削加工是在渗碳以前进行，所以这里主要分析渗碳钢渗碳前的切削加工性,合金渗碳钢切削特点,由于低碳钢加入了一定量的合金元素，使钢的强度提高，塑性和韧性有所下降。大部分渗碳钢的硬度在 179-217HB之间，延伸率在10%左右。因此，大部分渗碳钢的切削加工性高于同样含碳量的碳素结构钢。如锰渗碳钢，由于加入锰以后，铁素体被强化，韧性降低，因此切削加工性提高（如15好钢的相对加工性为85%，而15Mn2 的相

10、对加工性为95%）；同理，铬渗碳钢15Cr、20Cr 的相对加工性达105%以上；应用广泛的20CrMnTi 在退火或正火状态下也有比较好的切削加工性，可以直接对锻件进行加工。但铬镍合金钢的切削加工性较差，如18Cr2Ni4WA 和20CrNi4，不但强度和硬度高，而且韧性也很高。这样在切削加工时，切屑变形大，切削温度高，刀具易磨损。且铬镍钢的切削加工性随含碳量、含镍量以及所含合金种类的增加而变差。,切削特点,合金渗碳钢较突出的切削加工性特点是塑性高。切削加工时，粘刀现象严重，切屑变形大，低速切削时容易产生积屑瘤和鳞刺，使已加工表面粗糙。所以说，合金渗碳钢的精加工性不如粗加工性，当零件要求表面

11、质量较高时，应予以足够的重视。,合金渗碳钢的合理切削条件,刀具几何参数特点对于合金元素含量较低，加工性比较好的合金渗碳钢，如15Cr、20Cr、15Mn2、20Mn2、20CrMnTi、20CrMnMo等，用加工一般碳钢的刀具就可切削。宜取较大的前角（一般取15-20），这样可以减小切屑变形，减小切削力和切削热，抑制积屑瘤和鳞刺的产生，改善已加工表面质量。同时前面上磨出圆弧形断屑槽，达到卷屑和断屑的目的；为了提高刀尖强度，可以在主切削刃上磨出负倒棱。对于硬度、强度和韧性都比较高的渗碳钢，如 18Cr2Ni4WA 和20CrNi4等，可以适当减小刀具的前角，并取较小数值的负刃倾角，增加刀尖强度，

12、提高刀具寿命。切削用量在切削合金渗碳钢时，由于含碳量低，塑性较大，要特别注意的就是在精加工时，切削速度的选择不但要考虑刀具寿命，更重要的是应避开产生积屑瘤和鳞刺的速度范围。如果用高速钢刀具切削，就要选择很低的切削速度并加切削液。例如铰精密孔时，一般可取vc=0.033-0.083m/s:；车削精密丝杠时，采用前角为0的车刀，选取小于0.083m/s:的切削速度。如果选用硬质合金刀具进行切削，最好采用高速，这样可有效地防止积屑瘤和鳞刺的产生。另外，减小切削厚度也能抑制积屑瘤和鳞刺的产生，提高已加工表面质量。,低合金钢典型零件,Mo和Cr合金压力容器钢用于较高的温度。常规应用包括：轮轴、轴类、结构

13、钢、管件和锻件。在汽车行业的典型部件有：连杆、凸轮轴、球笼式等速万向节、轮毂、转向部件等。,合金调质钢的切削加工性能,低淬透性（低强度）合金调质钢这类钢的强度不高b、s。ak约在0.59MJ/m2左右，由于这类钢经调质后硬度、强度较低，可采用“锻造调质机加工”或“锻造退火粗加工调质精加工”的工艺路线。这类合金调质钢具有较好的切削加工性。和同样合碳量的碳素结构钢比较，由于强度、硬度较高，切削加工性略差于碳钢。一般加工碳钢的车刀，也可用于加工这类钢。在精加工时，和合金渗碳钢一样，也要注意避免积屑瘤和鳞刺的产生。中淬透性合金调质钢这类钢有较高的强度和韧性，b、s。ak约在0.49MJ/m2左右。由于

14、其强度较高，所以此类钢的切削加工性比低淬透性合金调质钢略差。粗加工中淬透性合金调质钢时，刀具材料宜取YW1、YW2，精加工或半精加工可选用YD05、YN05 硬质合金，也可选用涂层刀片。和低淬透性合金调质钢比较，由于钢的强度高，为了提高刀尖强度和增大刀头散热体积，应取较小的前角，较小数值的正或负刃倾角和较小的主偏角。为了减小后面的摩擦，后角可适当加大，如用YN05精车30CrMnSiA时，一般取前角0、刃倾角0、后角12。,合金钢,高淬透性合金调质钢这类钢的b、s。ak约在之间。具有高的强度和硬度，特别是高的韧性。其中铬-镍钢在高淬透性合金调质钢中占了相当的比例，这些钢由于含镍量的增加，切削加

15、工性明显变差。为了改善不同的铬镍调质钢的切削加工性，必须在工艺上采用适当的热处理。如37CrNi3 钢锻件，由于硬度、强度高，难于切削，应在精加工前采用恒温退火方法，使混有大量铁素体的不均匀珠光体组织变为粗大均匀层状珠光体和较细的铁素体组织，使加工性得到改善，然后经调质处理后再进行精加工较为合理。对于)&*+%/)铬镍调质钢，锻造后硬度很高，达341-388HB，很难切削加工，必须进行高温回火或退火处理。一般采用640-660高温软化回火。为防止回火脆性，高温回火后必须很快冷却。由于高温回火后得到球粒状珠光体组织，使硬度、强度、韧性近于适中，改善了切削加工性。40CrNiMn 钢的预先热处理通

16、常采用完全退火，860C 加热后缓冷，退火后的硬度小于等于229HB，切削加工性得到改善。40CrMnMo 性能与40CrNiMn 相当，切削加工性也基本相近。这类高强度钢的半精加工、精加工通常在调质状态下进行。调质后它们的金相组织一般为索氏体，硬度达35-50HRC。调质后的塑性和韧性虽有所降低，但有些钢件，如38CrNiMoVA 调质后的塑性和韧性仍然不低于中碳正火钢，所以在切削加工时，切屑变形大，切削力和切削温度也相应增大，刀具磨损快，寿命低。为此，必须选用耐磨性好的刀具材料。如粗车时选用TiC 含量低的YW类和YT 类硬质合金；精车时选用TiC 含量高的YW类和YT 类硬质合金；也可选

17、用YN 类硬质合金；高速精车时，也可采用涂层刀具和复合氧化铝陶瓷刀具。为了防止崩刃，增强刀尖，前角宜取较小值，刀尖圆弧半径大于0.8mm。另外，取较小的主偏角。切削速度也应比加工中碳正火钢时适当降低，并考虑断屑问题。,高合金钢典型零件,这些钢的典型应用包括：机床零件、冲模、液压零件、汽缸和切削刀具(高速钢)。,钢精加工经典槽型,钢半精加工经典槽型,钢粗加工经典槽型分析,钢的粗加工经典槽型分析,不锈钢（M类）,不锈钢的切削加工性特点,与45号 钢相比，不锈钢属于难加工材料，其相对切削加工性约在0.3 0.5之间。其中奥氏体不锈钢和奥氏体加铁素体不锈钢切削加工性最差，铁素体不锈钢和马氏体不锈钢由于

18、其综合力学性能较适中，切削加工性难度相对稍小。不锈钢切削加工性较差的主要表现如下。1、塑性高加工硬化严重，切削抗力增大。以奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti 为例，其强度和硬度虽与中碳钢相近，但由于塑性大，其延伸率超过45#钢1.5 倍以上，切削加工时塑性变形大。由于加工硬化，剪切滑移区金属材料的切应力增大，使总的切削抗力增大。单位切削力比正火状态45#钢约高25%2、切削温度高，刀具容易磨损。切削不锈钢时，其切削温度比切削45#钢约高200 300C。其主要原因：一是由于切削抗力大，消耗功率多；二是不锈钢导热性差。如1Cr18Ni9ti 的热导率只有45#钢的1/3，切削热导出较慢使切削区和刀

19、面上的温度升高。加之不锈钢材料中的高硬度碳化物（如TiC等）形成的硬质点对刀面的摩擦以及加工硬化等原因，使刀具容易磨损。3、容易粘刀和生成积屑瘤。因为不锈钢的塑性大，部附性强，特别是切削含碳量较低的不锈钢，如奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti，马氏体不锈钢1Cr13等更容易生成积屑瘤，影响已加工表面质量，难以得到光洁的表面。4、切屑不易卷曲和折断由于不锈钢塑性高、韧性大，且高温强度高，切削时切屑不易折断，解决断屑和排屑问题也是顺利切削不锈钢的难点之一。此外，不锈钢的线膨胀系数（1Cr18Ni9Ti的线膨胀系数为16.6*10-6/C）比铸铁、碳钢（10.612.4*10-6/C都大，精加工时也要

20、注意热膨胀和热变形对零件尺寸和形位精度的影响。,不锈钢的分类,铁素体不锈钢，铬的质量分数在12%13%，碳含量低于0.15%。金相组织为单向铁素体，塑性较好。从室温到高温（960C 1100C），金相组织无显著变化。热处理不能使之强化，是一种耐酸钢。主要用于硝酸、磷酸、氮肥等化工设备。马氏体不锈钢，铝的质量分数在12 19%，碳含量在0.1 0.5%.随着碳含量的增加，钢的硬度、强度和耐磨性增加，但由于碳易于铬化合成碳化物，使钢中铁素体含铬量下降，耐蚀性下降。多用于制造力学性能要求较高，而耐蚀性要求较低的零件。如汽轮机叶片、泵阀零件、医疗器械、仪表零件等。最终回火热处理后得到回火索氏体和回火马

21、氏体奥氏体不锈钢，含铬质量分数在17%25%，镍的质量分数在7%28%，含碳很低。由于镍的加入使之成为单相奥氏体组织。在淬火状态下塑性很高(延伸率为40%），适用于各种冷塑性变形。主要用于耐酸、碱设备、抗磁仪表医疗器械。奥氏体-铁素体不锈钢，在金相组织中含有一定量的铁素体，并析出硬度极高的金属间化合物，其强度比奥氏体不锈钢还要高。常见牌号及用途：1Cr21Ni5Ti可做化学、食品工业的耐酸耐腐蚀的容器、设备；1Cr18Ni11Si4AlTi可用于抗高温浓硝酸介质的零件和设备；0Cr21Ni5Mo2耐点蚀性能好，可做耐海水腐蚀件。,不锈钢的合理切削,刀具材料的选择根据切削加工不锈钢时加工硬化严重

22、，切削力大，切削温度高，刀具容易磨损的特点，刀具应选择热硬性和耐磨性好的材料。用高速钢刀具切削不锈钢时宜采用高性能高速钢，特别是含钴高速钢和含铝超硬高速钢。用硬质合金刀具切削不锈钢时，宜选用YN10、YW1、YW2、YM10、YG8N、YM052、YT798、YG813、YG532等牌号，其中YT798 抗冲击、抗热振性能好，可用于断续车削和铣削。而YM10 具有极好的耐高温性和抗形结性能，特别适宜精加工耐热不锈钢。当只有YG 类和YT 类普通硬质合金可供选用时，则宜选用YG 类硬质合金，因为YG 类硬质合金韧性较YT 类好，允许采用较大的前角，减小加工硬化。同时YG 类硬质合金的热导率较YT

23、 类大（YG 的热导率为YT 的2倍），有利于切削区温度的降低。此外，YG 类硬质合金与含钛不锈钢的黏结强度系数远小于YT 类硬质合金，因此生产中不宜用YT 类普通硬质合金加工不锈钢，特别是含钛的不锈钢，而多用YG 类硬质合金。当YT 类硬质合金中加入少量的碳化铌、碳化钽后，由于提高了抗弯强度和冲击韧性，扩展了YT 类硬质合金的使用性能，即YW类硬质合金，也适于加工不锈钢。,刀具合理几何参数的选择,前角及刃区剖面。根据不锈钢塑性大，强度和硬度并不高，但加工硬化严重的特点，宜选取较大的前角和较小的负倒棱。在保证切削刃强度的前提下尽可能使刀刃锋利，以减少加工硬化程度，一般可取前角15 30，倒棱尺

24、寸（0.3 0.8)*f*（-5）。加工低硬度马氏体和奥氏体不锈钢时（如2Cr13和1Cr18Ni9Ti），前角取大值；加工奥氏体加铁素体不锈钢时，前角取较小值；而加工高硬度淬火马氏体不锈钢时（如3Cr13），前角甚至取负值。由于不锈钢容易粘刀，刀具前面粗糙度应小于Ra0.4um。刃倾角的选择考虑到采用了较大正前角以后，刀尖强度有所削弱，为增强刀尖强度，又不使背向反力增大过多，直取数值较小的负刃倾角，一般取-5-10。前面形状，解决卷屑和断屑是切削不锈钢的重要问题之一，为提高卷屑及断屑效果，一般用外斜式全圆弧形断屑槽。由于切削不锈钢时加工硬化严重，后角值一般选的比切削普通碳素钢稍大些。,切削用

25、量及切削液,切削用量的选择切削不锈钢时的背吃刀量和进给量的选择原则与切削普通碳素钢无多大区别。由于不锈钢的切削加工性差，切削温度高，刀具容易磨损，因此，在相同的切削条件下，一般车削不锈钢的切削速度只有车削普通碳素钢的40%60%。而且，由于不锈钢的牌号不同，热处理状态不同，所允许的切削速度也不相同。在保持同一刀具寿命的情况下，若以车削1Cr18Ni9Ti 的切削速度为基数，则车削HRC28 以下的1Cr13 和2Cr13 时，切削速度可提高到1.2 1.5 倍；车削HRC35 以下的2Cr13 等不锈钢时，切削速度应降低到(89).42 时，切削速度应降低到0.7 0.8 倍。切削液的选择切削

26、不锈钢时，由于其导热性差，切削层变形大，切削温度高。容易发生粘刀，因此，与切削普通碳钢相比，要求切削液有良好的润滑性能和冷却性能。乳化液有良好的冷却性能，主要用于粗车，磨削，钻孔工序；浓度较大的乳化液或极压乳化液（如硫化乳化液）也用于铰孔工序。精加工不锈钢的切削液要求有良好的润滑性能，宜采用加入极压添加剂或油性添加剂的切削液。硫化油适用于一般车削、钻削、拉削、铰削等；硫化豆油（其成分为硫的质量分数1.5%，豆油的质量分数13.5%，锭子油的质量分数75%，煤油的质量分数10%不但润滑性能好且渗透性和吸附性能强，特别适用于不锈钢的钻孔、扩孔和铰孔的精加工工序；切削油中加入煤油时，可增加润滑液的渗

27、透性能，例如煤油的质量分数15 25%、硫化油的质量分数85 60%和油酸的质量分数15%所组成的切削液，适用于不锈钢的精加工和深孔加工；不锈钢铰孔和攻螺纹等工序，也可使用液体二硫化钢作切削液。,不锈钢精加工经典槽型,不锈钢半精加工经典槽型,不锈钢粗加工经典槽型,高锰钢的切削加工性特点,高锰钢就是锰的质量分数在11%-18%的合金钢。常用的牌号有水韧处理高碳高锰钢Mn13，无磁高锰钢有40Mn18Cr3、50Mn18Cr4 等。高锰钢常采用“水韧处理”，即把钢加热到1000-1100C后保温一段时间，以便使钢中碳化物全部溶于奥氏体，然后在水中急速冷却，使碳化物来不及从奥氏体中析出，从而获得单一

28、均匀的奥氏体金相组织，因此又称高锰奥氏体钢。这时的高锰钢才具有较好的使用性能，如高强度、高韧性、高耐磨性、天磁性等。其主要性能是，在较大的冲击或接触应力的作用下，表层迅速产生加工硬化，并有马氏体及!相沿滑移面形成，使零件得到高耐磨性的表层，而里层仍具有优良的韧性，能承受大的冲击载荷。常用于耐磨零件（如挖土机铲斗、拖拉机履带板）和电机中无磁高锰钢件。,加工特点,高锰钢的原始硬度和屈服强度虽然不高（与45#钢相近），但其抗拉强度较高（约为45#钢的2倍），塑性很大（约为45#钢的4倍），韧性也特别高（约为45#钢的8倍）。实验表明，高锰钢的伸长率随温度的升高而下降，但超过*22:时又很快增加。在经

29、受塑性变形之后，其奥氏作组织容易转变为细晶粒的马氏体组织，致使加工硬化特别严重，其硬化程度超过奥氏体不锈钢，能使硬度从原来的HB170-220 提高到HB500-550，冷硬层深度可达0.3mm 以上。高温下表面还容易形成高硬度的氧化层。另外，它的热导率很低（约为45#钢的25%/），热膨胀系数却很高（与黄铜差不多）。上述力学物理性能，决定了高锰钢是一种很难切削的材料。其切削加工性很差，具体分析有如下特点。1、切削时，塑性变形大，加工硬化十分严重。其硬化程度可达近3倍，致使单位切削力很大，车外圆时约比加工45#钢时增大60%。2、由于切削力大，使单位切削功率增大，单位时间内产生的热量多，而工件

30、材料（高锰钢）导热性能又差，致使切削区温度高，可达1000C以上。刀具磨损严重、刀具寿命低，所以允许的切削速度不高。3、高锰钢塑性大，切削时易形成积屑瘤和鳞刺，故已加工表面质量不易保证，且线膨胀系数大，在切削温度作用下，容易膨胀和变形。对于尺寸精度要求高的零件，切削加工时要特别注意。4、切屑强度和韧性高，不易折断。由此可见，高锰钢的切削加工性很差，其相对切削加工性约为，特别是毛坯存在夹杂、砂眼、余量不均匀等缺陷时，其值还会进一步降低，比高强度钢还难加工。另外，高锰钢的切削加工性还会受到加工方式、零件尺寸大小、热处理状态的影响。实践表明，其切削加工性按车-铣-镗-钻顺序难度变大。在同一种加工方式

31、下，小工件加工性优于大工件；高锰无磁钢加工性优于高锰耐磨钢；未经水韧处理的优于水韧处理后的。,刀具材料,加工高锰钢时，应选用硬度高、有一定韧性、热导率较大、高温性能好的刀具材料。建议优先采用复合氧化铝陶瓷 和涂层硬质合YB415、YB125、YB215、YB115 等。用非涂层硬质合金加工时，宜选用含TaC、NbC的细晶粒或超细晶粒牌号。粗车时可选用YM053、YW3、YT767、YG643、YG813 等；精车、半精车时可选用YMM052、YD10.2、YG6A、YW2、YT712、Y220、YD15等；铣削高锰钢时可选用YC45、YD10.2、YG813、YG643、YT798、YT758

32、、Y130 等牌号；当重负荷粗加工铸造高锰钢时，可选用YC40、YC45、YG546 等硬质合金；用高速钢刀具加工高锰钢时应优先采用TiN 涂层刀具，或采用高性能高速钢牌号,刀具几何参数,1、前角及刃区剖面。针对高锰钢切削力大和导热性能差的特点，刀具的前角应选用较小值，以增强切削刃强度和散热体积。但又因为高锰钢是单相奥氏体组织，韧性高、切削变形大，加工硬化严重。为减小加工硬化，切削刃应保持锋利。因此，前角又不宜过小，并严格控制后面磨损量，及时刃磨。一般，硬质合金刀具取前角-58粗车时取小值，精车时取大值，并磨出宽度0.2 0.8mm，角度-5-30的负倒棱。陶瓷刀具取前角5-15。2、后角为了

33、减小后面的摩擦与磨损，减轻已加工表面的加工硬化，刀具的后角宜选用较大值，但也不可太大，以免削弱切削刃强度，引起崩刃。一般取6 13，粗车对取小值，精车时取大值。陶瓷刀具后角可适当减小，取4 10。3、主偏角与副偏角为了改善散热条件和增强刀尖强度，主偏角与副偏角均应选用较小值，通常取45，负偏角去10 20，在工艺系统刚度较好时，主、副偏角还可以取得小些。4、刃倾角切削高锰钢时，对刀尖部分的强度要求较高，一般取0-15，粗车时取数值较大的负值、精车时取数值较小的负值。如果前角取较大的正值，负刃倾角的绝对值还应增大，有时可取-20-30，以增强刀尖强度并提高散热能力。5、刀尖圆弧半径为增强刀尖强度

34、并改善散热条件，刀尖圆弧半径应取大些。一般取1 2mm，粗车、工艺系统刚度不足时取小值，精车时取大值。此外，刀具应有断屑槽（如外斜式全圆弧形或Y 形断屑槽）以确保断屑。在切削加工中还应注意保持切削刃的锋利性。,切削用量,1、背吃刀量加工高锰钢时，背吃刀量宜取中等数值，既避免切削力过大，又避免切削刃和刀尖在上一道工序形成的硬化层中切削而加速刀具的磨损。一般，粗车时3 6mm，半精车时1 2mm，精车时0.5 1mm。2、进给量由于加工高锰钢时硬化层深度较大，因而进给量宜取大值。用硬质合金刀具粗车时一般可取0.3 1.5mm/r!，精车或半精车时0.2 0.8mm/r!。当采用复合氧化铝陶瓷刀具加

35、工时，进给量可适当减小，如精车时0.1 0.3mm/r。3、切削速度用硬质合金刀具加上高锰钢时，切削力大，切削温度高，刀具磨损快，所以切削速度不宜太高。一般取20 50m/min，其中较低的速度用于粗车，较高的速度用于半精车或精车。当采用复合氧化铝陶瓷刀片加工时，切削速度应取高些，一般80 120m/min。在实际加工中，除了合理选择上述切削条件之外，有时可在切削加工前安排一次高温回火处理。即将高锰钢加热到600 650C，保温两小时冷却，使钢的组织由奥氏体转变为索氏体，能显著降低加工硬化倾向，改善切削加工性。加工后，还需重新水韧处理。实践表明，采用等离子电弧或其他加热方式对高锰钢工件进行加热

36、切削（只适合粗加工），可提高切削效率7 10 倍，表面粗糙度值也可大为减小。另外应特别注意的是，在高锰钢工件的安装、运输和存放过程中，要尽量避免敲打、撞击工件表面，以免发生表面硬化现象而降低其切削加工性。,有色金属（N类）,不作详述,淬硬材料（H类）,冷硬铸铁的切削加工性,冷硬铸铁是一种抗磨铸铁，又称激冷铸铁。是在铸件浇铸时通过激冷的方法（如在铸型中放置冷铁或采用金属模），加快铸件表层冷却速度，使表层获得白口组织（大部分以渗碳体的形式存在于铸铁中），以提高耐磨性。而中心冷却速度慢，仍保持灰口组织（碳全部或大部分以片状石墨存在于铸铁中）或麻口组织（介于白口和灰口之间）。从而满足表层高硬度（HRC

37、50 60），高耐磨性，而心部有较好韧性和强度的要求。为保证铸件表层获得一定深度的白口组织，铸铁的碳和硅的含量不宜过高，因为碳和硅是强烈促进石墨化的元素。但为了保持心部得到灰口组织，碳和硅的含量又不宜过低。冷硬铸铁一般碳的质量分数在2.8%3.8%，硅一般在0.3 0.8%范围。冷硬铸铁根据不同的用途要求，还可加入不同的合金元素，与一定的冷却速度相匹配，可调整白口层的深度和硬度。由此，冷硬铸铁可分为普通冷硬铸铁、镍铬冷硬铸铁、高铬白口铁、铬钒钛白口铁和无限冷硬铸铁等。无限冷硬铸铁是指从外表到中心没有明显的冷硬层，没有灰口和白口的明显分界限，硬度从边缘到中心逐渐过渡，机械强度比冷硬铸铁稍高。冷硬

38、铸铁硬度极高，脆性很大，切削层单位面积切削力（或简称单位切削力）很大。如冷硬铸铁（HRC52 55）的单位切削力达3400N/mm2，是灰铸铁HT200 的3倍，且切屑呈崩碎或粉末状。刀、屑接触长度很短，切削力和切削热集中在切削刃附近，使刀具刃口负荷很重，容易产生磨损和崩刃。特别是用这些材料制成的工件毛坯都为铸件，加工余量一般都较大且很不均匀。这就更增加了切削加工的难度。,冷硬铸铁的合理切削条件,刀具材料为使刀刃有足够的强度和耐磨性，应选用硬度高，耐磨性好，具有一定强度的刀具材料。一般宜采用细晶粒或超细晶粒的YG类硬质合金，如：H19、YM052、YM053、YG600、YG643、YG610

39、、YT726 和金属陶瓷材料 及复合氨化硅陶瓷等。刀具几何参数为提高刃口强度，一般采用负前角（0-10），磨出负倒棱，刀尖圆弧半径适当加大（1 2mm），主偏角减小，以增强刀尖强度，减轻单位长度上的刀刃负荷，改善刀刃散热条件，同时伴以负刃倾角（0-15），增加刀具的抗冲击能力。切削用量选用硬质合金刀具切削时，一般采用低速大进给量，通常可取切深0.5 4mm，切削速度：0.15m/s 左右。进给量根据切深和主偏角选择，粗车时取f=0.5mm/r，精车时采用修光刃取f=1 4mm/r。选用陶瓷刀具材料时宜采用高速切削，粗加工和半精加工时取去切削速度50 80m/min，精加工时切削速度80 120

40、m/min。,淬火钢的切削加工性特点,淬火钢的硬度高、强度大，属于难加工材料，其切削加工性很差，主要表现在：(1)切削力大由于马氏体组织强度大，其屈服强度接近抗拉强度，塑性变形抗力增大。切削加工时切削层单位面积切削力（单位切削力）达2649N/m2，比正火状态（187HB）下的单位切削力（1962N/m2）高35%，特别是加工片状马氏体时，刀刃所受应力更大。(2)刀具磨损快由于马氏体组织硬度高，且有弥散的细小!碳化物硬质点，对刀具的磨损作用很大，加之马氏体的热导率低，切削温度高，更加剧刀具磨损，使刀具寿命低，很难用普通刀具材料进行顺利的切削。但由于钢在淬火后塑性大大降低，切削时塑性变形小，虽然

41、切屑呈带状，但较脆容易折断，不易产生粘刀和积屑瘤，能获得较小的已加工表面粗糙度值。当刀具材料和切削条件选择适宜时，能达到以车代磨的效果。,淬火钢的合理切削条件,刀具材料的选择由淬火钢的切削加工性可知，加工淬火钢时，刀具切削刃负荷重，磨损快，因此应选择红硬性好、耐磨性高、强度及抗冲击能力好的刀具材料。当淬火钢的硬度较高时（45-65HRC），若用普通硬质合金刀具加工，只能在很低的切削速度下切削，且刀具寿命很低。这时应选用YT726、YT758、YG610、YT05、YN10、YC12、YM052、YGSN等牌号的硬质合全。金属陶瓷和立方氮化硼也是切削淬火钢的有效刀具材料，但由于立方氮化硼刀具价格

42、几乎是陶瓷刀具的十倍，加工淬火钢时，一般情况下采用金属陶瓷更经济和合理。,刀具参数,前角实验表明，采用正前角硬质合金车刀加工淬火钢，特别是高硬度淬火钢时，切削刃几乎刚开始就会发生崩刃。因为淬火钢塑性小，切削抗力大，切削负荷集中在切削刃附近，切削力使刀片受到弯曲作用，这正是硬质合金及陶瓷等脆性刀具材料的弱点。常因张应力而产生崩刃破坏。若采用负前角0-15时，就改变了刀片的受力状况，而硬质合金和陶瓷的抗压强度很高，解决了崩刃问题。随着淬火钢硬度的提高，负前角绝对数值也相应增大。但负前角绝对数值越大，背向力Fp也越大，容易引起振动，降低加工精度。因此，精加工时宜取绝对值较小的负前角，当硬度不高时，也

43、可取小的正前角和负刃倾角的搭配。后角后角数值与前角有一定的内在关系，为改善切削刀切入工件的条件，减小后面的摩擦，提高刀具寿命，车削淬火钢的车刀后角宜取较大值，8 15，精加工时可取15。主偏角在机床工艺系统刚度允许的前提下，宜选取较小的主偏角，以提高刀尖强度，改善散热条件，一般可取30 60刃倾角为增强刀尖强度，提高抗冲击能力，常取负刃倾角0-10。精车时取小绝对值，粗车时取大绝对值，有冲击条件下切削时，也可取-10-20刀尖圆弧半径增大刀尖圆弧半径可改善刀尖强度，提高刀具寿命，并减小工件表面粗糙度值。但随刀尖半径的增大，切削力增大，本来淬火钢的单位切削力就大，故易引起振动，因此，刀尖圆弧半径

44、值不宜太大，一般取1 2mm。,切削用量,由于淬火钢硬度高，切削力大，且通常是工件毛坯粗加工后才进行淬火。加工余量不大，故宜采用较小的背吃刀量和进给量，以减轻切削刃负荷，一般取切深0.1 2mm，进给0.05 0.5mm/Rev，硬度高者取小值。切削速度可根据最佳切削温度的概念来选取，当温度超过400C以上时，由于回火马氏体组织发生分解，钢的强度和硬度将大幅度下降，而硬质合金刀具材料的硬度却下降很少。因此，用硬质合金切削淬火钢时，切削速度在满足刀具寿命要求时，可适当高些。所选切削用量最好使刀刃处的切屑颜色呈红色或暗红色较为合适，硬度为38-60HRC 时，切削速度大致在30 85m/min范围

45、内。硬度高者切削速度取小值，硬度对速度的选取起决定性作用，当淬火钢硬度增至HRC65 时，切削速度将降至10m/min以下。若采用金属陶瓷和立方氮化硼车刀进行精车时，其切削速度可提高到10 300m/min。此外，由于切削淬火钢时，切削层单位面积切削力大，加之刀具通常采用负前角、负刃倾角和较小的主偏角，使背向力Fp较大。因此，要求机床的工艺系统刚性要好，以避免产生振动。,难加工材料（S类）,高温合金,说明：高温合金根据成型工艺又可以分为铸造高温合金和变形高温合金。铸造高温合金更难加工,高温合金难加工原因,高温合金加工,高温合金典型零件,在燃烧和轮机领域的航空发动机和动力燃气轮机。海洋油气开采应

46、用。医疗关节植入产品。高耐腐蚀应用。,钛合金分类,钛合金难加工原因分析,钛合金加工,常见零件,在可能对大多数其它材料造成严重腐蚀的极为恶劣的环境下，可以使用钛合金。这是因为在零件表面形成的大约0.01 mm厚的氧化钛(TiO2)覆盖层具有非常强的耐腐蚀性。如果氧化层遭到破坏，只要有氧，钛就会立即重新生成氧化物。适用于热交换器、脱盐设备、喷气式发动机零件、起落架、航空框架结构件。,高温合金（不锈钢）精加工槽型,耐热及钛合金半精加工槽型,耐热合金粗加工槽型,高温及钛合金加工槽型-精、半精,现代加工对刀具要求,高硬度足够的强度和韧性高耐磨性和耐热性良好的导热性良好的工艺性和经济性抗粘接性化学稳定性,

47、刀具材料选择原则,合理选用刀具材料是成功进行数控加工的关键。每一品种的刀具材料都有其最佳加工对象，也即存在切削刀具材料与加工对象的合理匹配问题一、切削刀具材料与加工对象的力学性能匹配二、切削刀具材料与加工对象的物理性能匹配三、切削刀具材料与加工对象的化学性能匹配,数控刀具的特点,刀片和刀具几何参数和切削参数的规范化、典型化；刀片或刀具材料及切削参数与被加工工件的材料之间匹配的选用原则；刀片或刀具的耐用度及其经济寿命指标的合理化；刀片及刀柄的定位基准的优化；刀片及刀柄对机床主轴的相对位置的要求高；对刀柄的强度、刚性及耐磨性的要求高；刀柄或工具系统的装机重量限制的要求；对刀具柄的转位、装拆和重复精度的要求；刀片及刀柄切入的位置和方向的要求；刀片和刀柄高度的通用化、规则化、系列化；整个数控工具系统自动换刀系统的优化。,刀具材料与工件材料的匹配性,谢 谢！,