第8章工件材料的切削加工性與切削液8.1工件材料的切削加工性8.1.1切削加工性的相對(duì)性

材料的切削加工性是指在一定條件下對(duì)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(duì)性。所謂某種材料切削加工性好壞，是相對(duì)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)慣地以碳素結(jié)構(gòu)鋼45為基準(zhǔn)。如稱高強(qiáng)度鋼比較難加工，就是相對(duì)于45鋼而言的。

第8章工件材料的切削加工性與切削液8.1工件材料的切削加工性18.1.2衡量材料切削加工性的指標(biāo)根據(jù)不同的要求，可以用不同的指標(biāo)來衡量材料的切削加工性。1．以刀具使用壽命衡量加工性在相同切削條件下加工不同材料時(shí)，若在一定切削速度下刀具壽命T較長(zhǎng)或一定壽命下所允許的切削速度vc較高的材料，則其加工性較好；反之，其加工性較差。2.以切削速度vT衡量加工性在刀具使用壽命T相同的情況下，切削速度vT較高的材料，則其加工性較好；反之，其加工性較差。如將壽命T定為60min，則vT可寫作v60。一般以正火狀態(tài)45鋼的v60為基準(zhǔn)，寫作（v60）j，然后把其它各種材料的v60于之相比，這個(gè)比值Kv，稱為相對(duì)加工性，即：Kv＝V60／(V60)j常用工件材料的相對(duì)加工性可分為八級(jí)，Kv大于1的材料，其加工性比45鋼好；Kv小于1者，加工性比45鋼差。vT和Kv是最常用的加工性衡量指標(biāo)，在不同的加工條件下都使用。

8.1.2衡量材料切削加工性的指標(biāo)2加工性等級(jí)名稱及種類相對(duì)加工性Kv典型材料1很容易切削材料一般有色金屬>3.05-5-5銅鉛合金,9-4鋁銅合金,鋁鎂合金2容易切削材料易切削鋼2.50～3.00退火15Cr,σb=0.37～0.441GPa自動(dòng)機(jī)鋼,σb=0.393～0.491GPa3較易切削鋼1.60～2.50正火30鋼σb=0.441～0.549GPa4普通材料一般鋼及鑄鐵1.00～1.6045鋼,灰鑄鐵5稍難切削材料0.65～1.002Cr13調(diào)質(zhì),σb=0.834GPa85鋼σb=0.883GPa6難切削材料較難切削材料0.50～0.6565Mn調(diào)質(zhì),σb=1.03GPa

45Cr調(diào)質(zhì),σb=0.932～0.981GPa7難切削材料0.15～0.5050CrV調(diào)質(zhì),1Cr18Ni9Ti,某些鈦合金8很難切削材料<0.15某些鈦合金,鑄造鎳基高溫合金加工性等級(jí)名稱及種類相對(duì)加工性Kv典型材料1很容易切削材料一33.以切削力或切削溫度衡量加工性在相同切削條件下加工不同材料時(shí)，凡切削力大、切削溫度高的材料加工性差；反之加工性好。切削力大，則消耗功率多。在粗加工或機(jī)床剛性、動(dòng)力不足時(shí)，可用切削力作為衡量加工性指標(biāo)。4.以加工表面質(zhì)量衡量加工性切削加工時(shí)，凡容易獲得好的加工表面質(zhì)量(含表面粗糙度、加工硬化程度和表面殘余應(yīng)力等)的材料，其切削加工性較好，反之較差。精加工時(shí)，常以此作為衡量加工性的指標(biāo)。5.以斷屑性能衡量加工性切削加工時(shí)，凡切屑易于控制或斷屑性能良好的材料加工性較好，反之則較差。在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，常以此為衡量加工性指標(biāo)。3.以切削力或切削溫度衡量加工性48.2影響工件材料切削加工性的因素及改善途徑8.2.1影響工件材料切削加工性的因素工件材料的物理力學(xué)性能、化學(xué)成分和金相組織是影響加工性的主要因素。1．材料的物理力學(xué)性能⑴硬度硬度高的材料，切削時(shí)刀屑接觸長(zhǎng)度小，切削力和切削熱集中在刀刃附近，刀具易磨損、壽命低，所以加工性不好。如高溫合金、耐熱鋼，由于高溫硬度高，高溫下切削時(shí)，刀具材料與工件材料的硬度比降低，使刀具磨損加快，加工性差。另外，硬質(zhì)點(diǎn)多和加工硬化嚴(yán)重的材料，加工性也差。并不是材料的硬度越低，越好加工。有些金屬如低碳鋼、純鐵、純銅等硬度雖低，但塑性很高，也不好加工。硬度適中(HBl60—200)的鋼材較好加工。此外，適當(dāng)提高材料的硬度，有利于獲得較好的加工表面質(zhì)量。8.2影響工件材料切削加工性的因素及改善途徑8.2.1影響工5⑵強(qiáng)度強(qiáng)度高的材料，切削時(shí)力大、溫度高，刀具易磨損，加工性不好。如1Cr18Ni9Ti，常溫硬度不太高，但高溫下仍能保持較高強(qiáng)度，故加工性差。⑶塑性和韌性強(qiáng)度相近的同類材料，塑性越大，切削中塑性變形和摩擦越大，故切削力大、溫度高，刀具易磨損。在低速度切削時(shí)，還易產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺，使加工表面粗糙度增大，且斷屑也較困難，故加工性差。另外塑性太小的材料，切削時(shí)切削力、熱集中在刀刃附近，刀具易產(chǎn)生崩刃，加工性也較差。在碳素鋼中，低碳鋼的塑性過大，高碳鋼的塑性太小、硬度又高，故它們的加工性都不如硬度和塑性都適中的中碳鋼好。⑷熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率通過對(duì)切削溫度的影響而影響材料的加工性。導(dǎo)熱率大的材料，由切屑帶走和工件散出的熱量多，有利于降低切削溫度，使刀具磨損速率減慢，故加工性好。另外，韌性大，與刀具材料的化學(xué)親和性強(qiáng)的材料，其加工性也不好。⑵強(qiáng)度62.材料的化學(xué)成分（1）對(duì)鋼主要是通過對(duì)材料物理力學(xué)性能的影響來影響切削加工性。1）碳對(duì)切削加工性的影響碳素鋼的強(qiáng)度、硬度隨含碳量的增加而提高，而塑性、韌性則隨含碳量的增加而降低。低碳鋼的塑性、韌性較高，高碳鋼的硬度及強(qiáng)度較高，這都給切削加工帶來一定的困難。中碳鋼的硬度、強(qiáng)度、塑性及韌性居于高碳鋼與低碳鋼之間，所以切削加工比較容易。2）合金元素對(duì)切削加工性的影響在金屬中加入合金元素，一般將提高材料的力學(xué)性能，并改變材料的物理性能，從而提高了金屬的反切削能力。故一般降低切削加工性，硅、鉻、鎳、釩、鉬、鎢、鎘等合金元素的加入均會(huì)降低材料的可切削加工性。硫、硒、鉛等合金元素的加入可改善材料的可切削加工性。2.材料的化學(xué)成分7（2）鑄鐵中化學(xué)元素對(duì)切削加工性的影響，主要取決于這些元素對(duì)碳的石墨化作用。鑄鐵中的碳元素以兩種：Fe3C與游離石墨形式存在。石墨具有潤(rùn)滑作用，鑄鐵中的石墨愈多，愈容易切削，因此，鑄鐵中如含有Si、Al、Ni、Cu、Ti等促進(jìn)石墨化的因素，能改善其加工性；而含有Cr、Mn、V、Mo、Co、S、P等阻礙石墨化的元素，則會(huì)使切削加工性變差。Fe3C的存在會(huì)加快刀具的磨損。（2）鑄鐵中化學(xué)元素對(duì)切削加工性的影響，主要取決于這些元素對(duì)83.材料的金相組織一般情況下，塑性、韌性高或硬度、強(qiáng)度高的組織構(gòu)成的材料，則切削加工性差。反之則好。鋼鐵材料中，不同的金相組織具有不同的力學(xué)性能，因此工件材料中，金相組織及其含量不同時(shí)，其加工性也不同。鐵素體塑性和韌性很高、硬度低，故切削時(shí)粘結(jié)嚴(yán)重，加工性不好。珠光體呈片狀分布時(shí)硬度較高，刀具磨損較嚴(yán)重，而呈球狀分布時(shí)硬度較低切削加工性較好。奧氏體硬度不高但塑性和韌性很高，切削時(shí)變形及加工硬化嚴(yán)重，切削加工性較差。馬氏體、索氏體及托氏體的硬度較高切削加工性差?；诣T鐵是Fe3C和其他碳化物與片狀石墨的混合體。它的硬度雖與中碳鋼相近，但抗拉強(qiáng)度和延伸率均甚小，即脆性很大，切削力較小。球墨鑄鐵和可鍛鑄鐵的抗拉強(qiáng)度和延伸率顯著提高，但仍低于鋼料，它們的切削加工性比灰鑄鐵和鋼料都要好。

3.材料的金相組織98.2.2改善材料切削加工性的途徑1．調(diào)整化學(xué)成分材料的化學(xué)成分對(duì)其力學(xué)性能和金相組織有重要影響。在滿足要求的條件下，通過調(diào)整工件材料的化學(xué)成分，可使其切削加工性得以改善。目前，生產(chǎn)上使用的易切鋼就是在鋼中加入適量的易切削元素S、P、Pb、Ca等制成的。這些元素在鋼中可起到一定的潤(rùn)滑作用并增加材料的熱脆性。2．對(duì)工件材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚硗ㄟ^熱處理工藝方法，改變鋼鐵材料中的金相組織是改善材料加工性的另一重要途徑。高碳鋼通過球化退火處理，使片狀滲碳體組織轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙睿档土瞬牧系挠捕?，從而可改善了其加工性。低碳鋼通過正火處理，可減小其塑性，提高硬度，使加工性得到改善。

8.2.2改善材料切削加工性的途徑108.3切削液及其合理選用8.3.1切削液的基本性能和種類1.切削液的基本性能（1）冷卻作用切削液的冷卻作用主要靠熱傳導(dǎo)帶走大量的熱來降低切削溫度，冷卻性能取決于它有導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、汽化熱、汽化速度、流量、流速等。水溶液的冷卻性能最好，切削油較差。（2）潤(rùn)滑作用切削液的潤(rùn)滑作用是通過切削液的滲透作用到達(dá)切削區(qū)后，在刀具、工件、切屑界面上形成吸附膜實(shí)現(xiàn)的。金屬切削時(shí)切屑、工件與刀具界面的摩擦可分為干摩擦、液體潤(rùn)滑摩擦和邊界潤(rùn)滑摩擦三類。8.3切削液及其合理選用8.3.1切削液的基本性能和種類11加入切削液后，切屑、工件與刀面之間形成完全的潤(rùn)滑油膜，金屬直接接觸面積很小或近于零，形成液體潤(rùn)滑。但很多情況下，由于切屑、工件與刀具界面承受很大載荷、較高的溫度，液體油膜大部分被破壞，造成部分金屬直接接觸，部分吸附膜仍存在潤(rùn)滑作用，這種狀態(tài)稱之為邊界潤(rùn)滑摩擦。金屬切削中的潤(rùn)滑大都屬于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)。邊界潤(rùn)滑狀態(tài)下，切削液的潤(rùn)滑性能與其滲透性、成膜能力以及形成吸附膜的強(qiáng)度有關(guān)。（3）清洗作用切削液具有沖刷切削中產(chǎn)生的碎屑（如磨削）的作用。清洗性能的好壞，與切削液的滲透性、流動(dòng)性和使用的壓力有關(guān)。（4）防銹作用切削液應(yīng)具有一定的防銹作用，以減少工件、機(jī)床、刀具的腐蝕。防銹作用的好壞，取決于切削液本身的性能和加入的防銹添加劑的性質(zhì)。加入切削液后，切屑、工件與刀面之間形成完全的潤(rùn)滑油膜，金屬直122.切削液的分類

常用的切削液可分為三大類：水溶液、切削油、乳化液。1.水溶液水溶液的主要成分是水，冷卻性能好，配成液呈透明狀，便于操作者觀察。但單純的水容易使金屬生銹，且潤(rùn)滑性能欠佳。因此，經(jīng)常在水溶液中加入一定的添加劑，使其既能保持冷卻性能又有良好的防銹性能和一定的潤(rùn)滑性能。2.切削油切削油的主要成分是礦物油，少數(shù)采用動(dòng)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(rùn)滑膜，潤(rùn)滑效果一般。在實(shí)際使用中常常加入油性添加劑、極壓添加劑和防銹添加劑以提高其潤(rùn)滑和防銹性能。動(dòng)植物油有良好的油性，適于低速精加工，但是它們?nèi)菀鬃冑|(zhì)，因此最好不用或少用，而應(yīng)盡量采用其他代用品，如含硫、氯等極壓添加劑的礦物油。2.切削液的分類133.乳化液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。乳化液具有良好的冷卻作用，但因?yàn)楹看?，所以?rùn)滑、防銹性能均較差。為了提高其潤(rùn)滑性能和防銹性能，可再加入一定量的油性、極壓添加劑和防銹添加劑，配制成極壓乳化液或防銹乳化液。表面活性劑乳化劑是一種表面活性劑，是使礦物油和水乳化形成穩(wěn)定乳化液的添加劑。表面活性劑是由親水極性基團(tuán)和親油非極性基團(tuán)兩部分組成。乳化劑加入油與水中，它能定向地排列并吸附在油水兩界面上，極性端向水，非極性端向油，把油和水連接起來，降低油—水的界面張力，使油以微小的顆粒穩(wěn)定地分散在水中，形成穩(wěn)定水包油乳化液，金屬切削時(shí)應(yīng)用的就是這種水包油的乳化液。3.乳化液14哈工大版金屬切削原理與刀具PPT課件第8章158.3.2切削液的合理選用和使用方法1.切削液的合理選用（1）粗加工粗加工切削用量大，產(chǎn)生大量的切削熱。這時(shí)主要是求降低切削溫度，應(yīng)選用冷卻為主的切削液，如3%～5%乳化液。硬質(zhì)合金刀具耐熱性較好，一般不用切削液。如要使用切削液，必需連續(xù)、充分地澆注，以免因冷熱不均產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，而導(dǎo)致熱裂，損壞刀具。低速切削宜選切削油，高速切削宜選乳化液或水溶液。（2）精加工精加工對(duì)工件表面粗糙度和加工精度要求較高，因此選用的切削液應(yīng)具有良好的潤(rùn)滑性能。低速精加工鋼料時(shí)可選用極壓切削油或高濃度極壓乳化液。精加工銅、鋁及其合金或鑄鐵時(shí)，可選用高濃度乳化液。因硫酸能腐蝕銅，在切削銅料時(shí)不宜用含硫的切削液。（3）難加工材料的切削加工難加工材料時(shí)，接觸面均處于高溫高壓邊界摩擦狀態(tài)。因此，宜選用極壓切削油或極壓乳化液。（4）磨削加工其特點(diǎn)是溫度高同時(shí)產(chǎn)生大量的細(xì)屑、砂末。故應(yīng)選用有良好冷卻清洗作用的切削液。常用有潤(rùn)滑性能和防銹作用的乳化液和水溶液。8.3.2切削液的合理選用和使用方法162.切削液的使用方法常見的切削液使用方法有澆注法、高壓冷卻法和噴霧冷卻法：1）澆注法澆注法使用方便，應(yīng)用廣泛，但流量慢、壓力低，較難直接進(jìn)入刀刃最高溫度處，故效果較差。使用時(shí)應(yīng)使切削液盡量接近切削區(qū)。當(dāng)用不同刀具切削時(shí)，最好能根據(jù)刀具的形狀和切削刃的數(shù)目，相應(yīng)地改變澆注口的形式和數(shù)目。2）高壓冷卻法深孔加工時(shí)，利用高壓的切削液，可以直接接近切削區(qū)