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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
2、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“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、超高強(qiáng)度鋼的半精加工、精加工
3、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(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
4、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
5、主，淬火后呈奧氏體組織，切削加工性比較差。高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，
6、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(dòng)，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(dòng)時(shí)，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(dòng)、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abcdeRmaxRmax2f2fκ
7、rκ′r鱗刺及其對已加工表面粗糙度的影響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
