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影响工件材料切削加工性的因索和改善途径

来源:数控机床网 时间:2008-5-22 8:50:39

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   1、什么是难切削材料?所谓难切削材料,就是切削性差的材料,或切削困难的材料。材料的性能如硬度大于250HB,抗拉强度大于1000MPa,延伸率δ大于30%,冲击值αK大于100MPa,导热系数K小于41.8W/m.k,都属于难切削材料。也可用切削过程中的现象(切削力大、切削4温度离、刀具易磨损、刀具耐用度低、已加工表面质量难于达到要求和切屑难于控制等)来衡量。

 

    2、影响材料切削加工性的因素:

 

    (1)物理性能:

 

    1)导热系数K:导热系数高的材料,允许的切削速度Vc就高。如用硬质合金刀具切削下列不同导热系数的材料所允许用的Vc;

 

    碳钢     K=48.2~50.2 W/m.k    Vc=100~150 m/min

 

    高温合金 K=8.4~16.7 W/m.k     Vc=7~60 m/min

 

    钛舍金   K=5.44~10.47 W/m.k   Vc=15~50 m/min

 

  2)线膨胀系数α:它的大小影响材料在切削时加工时热胀冷缩程度而影响加工精度。

 

    (2)材料的化学成分:材料的化学成分和配比,是影响材料的力学性能、物理性能、热处理性能、金相组织和材料的切削加工性的根本因素。如:

 

    碳(C);材料含碳量增加,其硬度和强度相应增大。含碳量适中(如45号钢),其切削加工性好。材料含碳量低,切削加工性也变差。

 

    镍(Ni):Ni能提高材料的耐热性,但材料的导热系数明显下降。当镍大于8%时,形成奥氏体钢,致使加工硬化严重。

 

    钒(V):随着材料含钒量的增加,使材料的磨削性能变差。

 

    钼(Mo):钼能提高材料的强度和韧性,但材料的导热系数下降。

 

    钨(W):能提高材料的高温强度和常温强度,但使材料的导热系数明显下降。

 

    锰(Mn):锰能提高材料的硬度与强度,但使材料的韧性略降低。当锰大于1.5%时,材料的切削加工性将变差。

 

    硅(Si):使材料的导热系数下降。

 

    钛(Ti):钛是易于形成碳化物的元素,其加工性也差。

 

    还有Cr、O、S、P、N、Pb、Cu、Al等元素,都对材料的切削加工性能有影响。

    (3)材料的力学性能:

 

    1)硬度和强度:材料的硬度和强度适中,其切削加工性比较好。硬度和强度越高,材料的切削加工性就越差。如火的45号钢,它的硬度为HB200,抗拉强度σb为640MPa,就好切削;淬火钢的硬度达HRC55~65,抗拉强度σb达2100~2600MPa,它的切削加工性就很差。

 

    2)韧性和塑性:韧性(冲击值αK)和塑性(延伸率δ)大的材料,在切削加工时的切削阻力、切削变形和产生的切削热量就大,其切削加工性也较差。

 

    3)弹性模量:它是表示材料刚度的指标。弹性模量大,示材料在外力作用下不易产生弹性变形。但弹性模量小的材料在切削过程中,弹性恢复大,且与刀具摩擦大,切削也困难。如软橡胶的弹性模量为2~4MPa,45号钢E=200000MPa,Mo材E=500000MPa。

 

    3、金相组织:

 

    1)铁素体:它的硬度和强度很低(HB50~90,σb=190~250MPa)、塑性和韧性高(&=40~50%),切削时易产生积屑瘤切削加工性较差。

 

    2)珠光体:这种金相组织的材料,切削加工性好,如45号钢。

 

    3)渗碳体:硬度高,但很脆,切削易崩边,切削加工性差。

 

    4)奥氏体:它的硬度不高(HB200左右),但塑性和韧性很高,加工表面硬化严重,切削加工性很差。如高温合金、1Cr18Ni9Ti等。

 

    5)马氏体:淬火钢属于这类金相组织。它的硬度高、脆大,其切削加工性为45号钢的1/3~1/10。

 

    3、难切削材料的切削特点:

 

    (1)切削力大:单位切削力为切削45号钢的1.5~2.5倍

 

    (2)切削温度高:当切削速度Vc=75m/min时,切削以下材料比切削45钢的切削温度高:

 

    TC-4  435℃;    GH132  320℃;

 

    GH36  270℃;    1Cr18Ni9Ti 195℃

 

    (3)加工硬化倾向大:由于部分难切削材料的塑性、韧性高,强他系数大,加之在切削热的作用下,吸牧周围介质中的H、O、N等原子,使切销表面和已加工表面形成硬脆层,硬化程度比材料基体高50~200%,深度大于0.1mm,是切削45号钢的好几倍。

 

    4、改善难切削材料加工性的途径:

 

    选用性能优良的刀具材料,选用合理的刀具几何参数,选用合理的切削用量,选用性能好的切削液,对被切削材料进行适当的热处理,采用其它工艺措施(如离子加热切削、振动切削、电熔爆等)。国际模具网

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