第四章_切削条件的合理选择

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1、第四章 切削条件的合理选择第一节 工件材料的切削加工性第二节 切削液第三节 刀具几何参数的合理选择第四节 切削用量的合理选择第一节 工件材料的切削加工性切削加工性的相对性 材料的切削加工性是指在一定条件下对某种材 料进行切削加工的难易程度。 切削加工性的概念具有相对性。所谓某种材料 切削加工性好坏，是相对于另一种材料而言的 。一般在讨论钢料的切削加工性时，习惯地以 碳素结构钢45钢为基准。如高强度钢比较难加 工，就是相对于45钢而言的。 一、衡量材料切削加工性的指标1.以切削速度vT衡量加工性 在刀具使用寿命T相同的情况下，切削速度vT较高的材料 ，则其加工性较好；反之，其加工性较差。如将寿命

2、T定 为60min，则vT可写作v60。一般以正火状态45钢的v60为基 准，写作（v60）j，然后把其它各种材料的v60于之相比， 这个比值Kv，称为相对加工性，即： KvV60(V60)j常用工件材料的相对加工性可分为八级 ，Kv大于1的材 料，其加工性比45钢好；Kv小于1者，加工性比45钢差。 vT和Kv是最常用的加工性衡量指标，在不同的加工条件 下都使用。 加工性 等级级名称及种类类相对对加工性 Kv典型材料1很容易切削 材料一般有色金 属 3.05-5-5铜铅铜铅 合金,9-4铝铜铝铜 合金, 铝镁铝镁 合金2容易切削材 料易切削钢钢2.503.00退火15Cr,b=0.370.4

3、41GPa 自动动机钢钢,b=0.393 0.491GPa3较较易切削钢钢1.602.50正火30钢钢b=0.4410.549GPa4普通材料一般钢钢及铸铸 铁铁1.001.6045钢钢,灰铸铁铸铁5稍难难切削材 料0.651.002Cr13调质调质 , b=0.834GPa 85钢钢b=0.883GPa6难难切削材料较难较难 切削材 料0.500.6565Mn调质调质 ,b=1.03GPa 45Cr调质调质 , b=0.932 0.981GPa7难难切削材料0.150.5050CrV调质调质 ,1Cr18Ni9Ti,某些钛钛 合金8很难难切削材 料 0.15某些钛钛合金,铸铸造镍镍基高温合金

4、2.以切削力或切削温度衡量加工性在相同切削条件下加工不同材料时，凡切削力大、切削 温度高的材料加工性差；反之加工性好。在粗加工或机 床刚性、动力不足时，可用切削力作为衡量加工性指标 。3.以加工表面质量衡量加工性 切削加工时，凡容易获得好的加工表面质量(含表面粗糙 度、加工硬化程度和表面残余应力等)的材料，其切削加 工性较好，反之较差。精加工时，常以此作为衡量加工 性的指标。4.以断屑性能衡量加工性 切削加工时，凡切屑易于控制或断屑性能良好的材料加 工性较好，反之则较差。在自动机床或自动线上，常以 此为衡量加工性指标。二、影响工件材料切削加工性的因素工件材料的物理力学性能、化学成分和金相组 织

5、是影响加工性的主要因素。1材料的物理力学性能 硬度 硬度高的材料，切削时刀屑接触长度小，切削 力和切削热集中在刀刃附近，刀具易磨损、寿 命低，所以加工性不好。硬度适中(HBSl70 230)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。 强度 强度高的材料，切削时力大、温度高，刀具易磨损，加工性 不好。如1Cr18Ni9Ti，常温硬度不太高，但高温下仍能保持 较高强度，故加工性差。塑性和韧性 强度相近的同类材料，塑性越大，切削中塑性变形和摩擦越 大，故切削力大、温度高，刀具易磨损。在碳素钢中，低碳 钢的塑性过大，高碳钢的塑性太小、硬度又高，故它们的加 工性都不如硬度

6、和塑性都适中的中碳钢好。 热导率 热导率通过对切削温度的影响而影响材料的加工性。导热率 大的材料，由切屑带走和工件散出的热量多，有利于降低切 削温度，使刀具磨损速率减慢，故加工性好。2.材料的化学成分（1）对钢主要是通过对材料物理力学性能的影响来影 响切削加工性。1）碳对切削加工性的影响碳素钢的强度、硬度随含碳量的增加而提高，而塑性 、韧性则随含碳量的增加而降低。2）合金元素对切削加工性的影响 一般降低切削加工性，硅、铬、镍、钒、钼、钨、镉 等合金元素的加入均会降低材料的可切削加工性。硫 、硒、铅等合金元素的加入可改善材料的可切削加工 性。（2）铸铁中化学元素对切削加工性的影响， 主要取决于这

7、些元素对碳的石墨化作用。铸铁中的碳元素以两种： Fe3C与游离石墨形 式存在。石墨具有润滑作用，铸铁中的石墨愈 多，愈容易切削，因此，铸铁中如含有Si、Al 、Ni、Cu、Ti等促进石墨化的因素，能改善 其加工性；而含有Cr、Mn、V、Mo、Co、S 、P等阻碍石墨化的元素，则会使切削加工性 变差。Fe3C的存在会加快刀具的磨损。3.材料的金相组织 钢铁材料中，不同的金相组织具有不同的力学性能，因此 工件材料中，金相组织及其含量不同时，其加工性也不同 。铁素体塑性和韧性很高、硬度低，故切削时粘结严重， 加工性不好。珠光体呈片状分布时硬度较高，刀具磨损较 严重，而呈球状分布时硬度较低切削加工性较

8、好。奥氏体 硬度不高但塑性和韧性很高，切削时变形及加工硬化严重 ，切削加工性较差。马氏体、索氏体及托氏体的硬度较高 切削加工性差。灰铸铁是Fe3C和其他碳化物与片状石墨的混合体。它的硬 度虽与中碳钢相近，但抗拉强度和延伸率均甚小，即脆性 很大，切削力较小。球墨铸铁和可锻铸铁的抗拉强度和延 伸率显著提高，但仍低于钢料，它们的切削加工性比灰铸 铁和钢料都要好。 1调整化学成分材料的化学成分对其力学性能和金相组织有重要影响。 在满足要求的条件下，通过调整工件材料的化学成分， 可使其切削加工性得以改善。目前，生产上使用的易切 钢就是在钢中加入适量的易切削元素S、P、Pb、Ca等 制成的。2对工件材料进

9、行适当的热处理 通过热处理工艺方法，改变钢铁材料中的金相组织是改 善材料加工性的另一重要途径。高碳钢通过球化退火处 理，使片状渗碳体组织转变为球状，降低了材料的硬度 ，从而可改善了其加工性。低碳钢通过正火处理，可减 小其塑性，提高硬度，使加工性得到改善。 三、改善材料切削加工性的途径 3、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。 4、采用新技术 如加热切削、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

10、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。四、难加工材料难加工材料包括难切金属材料和难切非 金属材料难切金属材料：高锰钢、高强度钢、不 锈钢、高温合金、钛合金、高熔点金属 及其合金、喷涂（焊）材料等难切非金属材料：陶瓷第二节 切削液一、切削液的作用（1）冷却作用 切削液的冷却作用主要靠热传导带走大量的热来 降低切削温度，冷却性能取决于它有导热系数、 比热容、汽化热、汽化速度、流量、流速等。水 溶液的冷却性能最好，切削油较差。（2）润滑作用 切削液的润滑作用是通过切削液的渗透作用到达 切削区后，在刀具、工件、切屑界面上形成吸附 膜实现的。（3）清洗作用 切削液具有冲刷切削中产生

11、的碎屑（如 磨削）的作用。清洗性能的好坏，与切 削液的渗透性、流动性和使用的压力有 关。（4）防锈作用 切削液应具有一定的防锈作用，以减少 工件、机床、刀具的腐蚀。防锈作用的 好坏，取决于切削液本身的性能和加入 的防锈添加剂的性质。二、切削液中的添加剂1、油性添加剂 ：起渗透和润滑作用。主要有 动植物油、脂肪酸、胺类、醇类及脂类2、极压添加剂：极压润滑状态下，需添加极 压添加剂来维持润滑膜强度。主要是含有硫 、磷、氯等的有机化合物3、乳化剂：使矿物油和水形成乳化液。4、防锈添加剂：吸附在金属表面形成保护膜 ，起到防锈作用。如亚硝酸钠、石油磺酸钠5、其他添加剂：防霉添加剂（苯酚）、抗泡 沫添加剂

12、（二甲基硅油）三、切削液的分类 常用的切削液可分为三大类：水溶液、切削油、乳化液。 1.水溶液 水溶液的主要成分是水，冷却性能好，配成液呈透明状，便于操 作者观察。但单纯的水容易使金属生锈，且润滑性能欠佳。因此 ，经常在水溶液中加入一定的添加剂，使其既能保持冷却性能又 有良好的防锈性能和一定的润滑性能。 2.切削油 切削油的主要成分是矿物油，少数采用动植物油或复合油。纯矿 物油不能在摩擦界面上形成坚固的润滑膜，润滑效果一般。在实 际使用中常常加入油性添加剂、极压添加剂和防锈添加剂以提高 其润滑和防锈性能。动植物油有良好的油性，适于低速精加工， 但是它们容易变质，因此最好不用或少用，而应尽量采用

13、其他代 用品，如含硫、氯等极压添加剂的矿物油。 3.乳化液 乳化液是将乳化油用水稀释而成。乳化油是由矿 物油、乳化剂及添加剂配成，用9598水稀释 后即成为乳白色或半透明状的乳化液。乳化液具有良好的冷却作用，但因为含水量大， 所以润滑、防锈性能均较差。为了提高其润滑性 能和防锈性能，可再加入一定量的油性、极压添 加剂和防锈添加剂，配制成极压乳化液或防锈乳 化液。合成切削液合成切削液是国内外推广使用的高性能切削液，它是 由水、各种表面活性剂和化学添加剂组成，它具有良 好的冷却、润滑、清洗和防锈作用，热稳定性好，使 用周期长等特点。合成液中不含油，可节省能源，有 利环保，在国内外使用率很高。例如：

14、高速磨削合成 切削液适用于磨削速度80ms，用它能提高磨削用 量和砂轮寿命；H1L2不锈钢合成切削液适用对不锈 钢(1 Crl8Ni9Ti)和钛合金等难加工材料的钻孔、铣削 和攻螺纹，它能减小切削力和提高刀具寿命，并可获 得较小的加工表面粗糙度。国产Dxl48多效合成切削液、SLQ水基透明切削磨削 液用于深孔加工均有良好效果 四、切削液的合理选用和使用方法1.切削液的合理选用（1）粗加工 粗加工切削用量大，产生大量的切削热。这时主要是降 低切削温度，应选用冷却为主的切削液，如3%5%乳化液或水溶液 。硬质合金刀具耐热性较好，一般不用切削液。 （2）精加工 精加工对工件表面粗糙度和加工精度要求较

15、高，因此选 用的切削液应具有良好的润滑性能。精加工钢料时可选用极压切削油 或高浓度极压乳化液。精加工铜、铝及其合金或铸铁时，可选用高浓 度乳化液。（3）难加工材料的切削 加工难加工材料时，接触面均处于高温高压 边界摩擦状态。因此，宜选用极压切削油或极压乳化液。（4）磨削加工 其特点是温度高同时产生大量的细屑、砂末，故应选 用有良好冷却清洗作用的切削液，常用有润滑性能和防锈作用的乳化 液和水溶液。（5）对于封闭状态下的钻孔、铰孔、攻螺纹等切削，一般选用极压 乳化液或极压切削油。2.切削液的使用方法常见的切削液使用方法有浇注法、高压冷却法和 喷雾冷却法：1）浇注法浇注法使用方便，应用广泛，但流量慢、压力低 ，较难直接进入刀刃最高温度处，故效果较差。 使用时应使切削液尽量接近切削区。当用不同刀 具切削时，最好能根据刀具的形状和切削刃的数 目，相应地改变浇注口的形式和数目。2）高压冷却法深孔加工时，利用高压的切削液，可以直接接近切削 区起冷却、润滑作用，并将碎断的切屑随液流带出孔 外。高压冷却法还可用于高速钢车刀进行难切削材料 的车削，可显著提高刀具耐用度。切削液可用一般乳 化液也可用切削油。由于切削液的高速流动，改善了 渗透性，易于达到切削区，提高了冷却效果。缺点是 飞溅严重，需加护罩。3）喷雾冷却法喷雾冷却法是以0.30.6MPa的压缩空气，通过喷雾装置使切 削液雾