常用工程材料加工工藝特點(diǎn)(鋼切削加工特性) - 加工中心
鋼切削加工特性?? 鋼材中碳的含量對(duì)材料切削加工性的影響較大。碳素結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度與硬度隨著含碳量的 增加而增加，而塑性與韌性隨含碳量的增加而減小。當(dāng)碳素工具鋼含碳量大于0.9%時(shí)，硬 度繼續(xù)增加而強(qiáng)度下降。低碳鋼的塑性和韌性較髙，切削力和摩擦力相對(duì)較大，而且切削加工時(shí)產(chǎn)生的切屑不易 斷屑，故切削加工性較低；高碳鋼的強(qiáng)度、硬度較高，切削力大，而且刀具磨損較快，故切削加工性能也較低；一般情況下中碳鋼的切削加工性較好。在鋼中加人Cr、Mn等合金元素能提髙鋼的強(qiáng)度和硬度，改善鋼的使用性能。這些元素 含量高于一定值時(shí)，會(huì)使切削力增加，刀具磨損加劇，導(dǎo)致材料切削加工性降低。中加人少量的硫、砸、鉛、磷、鉍和鈣等元素可形成易切削鋼，對(duì)提高切削加工性 有利。它們能在鋼中產(chǎn)生硫化物，質(zhì)地柔軟，降低切削力，使切屑易于折斷，且有潤(rùn)滑作用，減小刀具磨損，提高切削加工性，但降低了鋼的使用性能。對(duì)力學(xué)性能要求較高的工件 應(yīng)避免使用此類(lèi)鋼材。1.高錳鋼銑削加工的特點(diǎn) 高錳鋼是指含錳量在9%?18%的合金鋼。主要有高碳高錳耐磨鋼和中碳高錳無(wú)磁鋼兩 大類(lèi)。高錳鋼常用“水韌處理”，這時(shí)高錳鋼將具有高強(qiáng)度、高韌性、高耐磨性、無(wú)磁性等 較好的使用性能。常用的高錳鋼主要有Mnl3、ZGMnl3、20Mn23Al、40Mnl8Crl3、 50Mnl8Cr4、50Mnl8Cr4V等，其中最難切削加工的是ZGMnl3?高錳鋼銑削加丁的特 點(diǎn)如下。加工硬化嚴(yán)重，切削力大高錳奧氏體鋼的被加工表層硬化嚴(yán)重，加工表面硬度比 基體增加2倍，硬化層深度可達(dá)0.3mm以上，引起切削力劇增。與正火45鋼相比，單位切 削力增加60%左右。高錳鋼熱導(dǎo)率小，刀具熱磨損嚴(yán)重高錳鋼熱導(dǎo)率小，切削溫度髙。在相同切削條 件下，切削溫度比45鋼高100?200*0,刀刃熱磨損加劇。高錳鋼塑性大、韌性髙，斷屑、排屑困難高錳鋼的沖擊韌度值高，約為45鋼的8 倍，伸長(zhǎng)率較大，易產(chǎn)生鱗刺，加工表面質(zhì)量不易保證。切屑強(qiáng)度大，硬度髙，斷屑困難。高錳鋼線膨脹系數(shù)大，影響工件尺寸精度高錳鋼的線膨脹系數(shù)較大，約為20X 10_SK—\在高的切削溫度下，易產(chǎn)生膨脹和變形，影響加工精度。同時(shí)，高錳鋼的伸長(zhǎng)率 隨溫度升高有所下降，但超過(guò)600X；時(shí)又很快增加。因此，切削速度不宜過(guò)高，以避免切削38 溫度過(guò)高而引起伸長(zhǎng)率增加，使切削加工困難。高強(qiáng)度鋼銑削加工的特點(diǎn)高強(qiáng)度鋼是指那些強(qiáng)度、硬度都很高，同時(shí)又具有很好韌性和塑性的合金鋼。高強(qiáng)度鋼 按含有合金元素成分不同，可分為鉻鋼、錳鋼、鎳鋼、鉻鎳鋼、鉻錳鋼、鉻鉬鋼、錳硅鋼等。如 40Cr、40CrSi、30CrMnSi、30CrMoMnSiNi2、45CrNiMoV 等。高強(qiáng)度鋼銑削加工 特點(diǎn)如下。切削力大高強(qiáng)度鋼的室溫強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度在1.47GPa以上，淬火的硬度非常 高，故銑削時(shí)變形困難，切削力大。切削溫度髙高強(qiáng)度鋼銑削中消耗的功多，產(chǎn)生的熱量大，且高強(qiáng)度鋼的熱導(dǎo)率 低，所以切削溫度高。刀具磨損快，容易崩刃打刀高強(qiáng)度鋼加工中，由于切削力大，切削溫度高，使 得刀具磨損快；同時(shí)切屑與前刀面接觸長(zhǎng)度短，應(yīng)力集中在刀尖處，容易使刀具崩刃 打刀。 斷屑困難高強(qiáng)度鋼是具有很高韌性和塑性的合金鋼，銑削加工中斷肩排屑困難。不銹鋼銑削加工的特點(diǎn)塑性高，加工硬化嚴(yán)重，切削力大不銹鋼塑性大，其伸長(zhǎng)率超過(guò)45鋼1.5倍以 上，切削加工時(shí)塑性變形大，加工硬化嚴(yán)重，使總切削力增大，其單位切削力比正火45鋼 要高出25%以上。易粘刀，損壞刀具，生成積屑瘤，影響加工表面質(zhì)量不銹鋼材料在切削過(guò)程中， 切屑與刀具粘結(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重，容易造成刀具表面剝落。另外，由于粘結(jié)嚴(yán)重，容易形成積屑 瘤，使已加工表面粗糙度增大。對(duì)含碳量低的馬氏體不銹鋼尤為嚴(yán)重。 切削溫度高，刀具容易磨損切削不銹鋼時(shí)，由于切削力大，消耗功率多，故產(chǎn)生 的切削熱也多。再加上不銹鋼導(dǎo)熱性差，其導(dǎo)熱率約為中碳鋼的1/2?1/4,大量切削熱集 中在切削區(qū)和刀屑接觸界面上，不能及時(shí)傳出，從而使刀刃容易產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象，在髙溫下失 去切削性能。加之不銹鋼中的高硬度碳化物，在切削過(guò)程中直接與刀面接觸、摩擦，會(huì)使刀具加速磨損。切屑不易卷曲和折斷，由于不銹鋼塑性高，韌性大，且髙溫強(qiáng)度高，切削時(shí)切屑不易卷曲和折斷。若切屑不能 及時(shí)排出，易造成堵屑現(xiàn)象，會(huì)擠壞和劃傷已加工表面，甚至崩壞刀刃。因此，解決斷屑和排屑是不銹鋼銑削的難點(diǎn)之一。不銹鋼的線膨脹系數(shù)大，影響加工精度不銹鋼的線膨脹系數(shù)比碳鋼和鑄鐵都大， 約為碳素鋼的1.5倍。在切削溫度的作用下，工件容易產(chǎn)生熱變形，故在精加工時(shí)易影響零 件的尺寸和形位精度。高溫合金的切削加工特性高溫合金是難切削金屬材料中很難加工的材料，其相對(duì)可加工性小于0.2?鐵基髙溫合 金的相對(duì)可加工性?xún)H為奧氏體不銹鋼的1/2左右，而鎳基高溫合金的相對(duì)可加工性更差，且隨抗熱性能的提高而降低。高溫合金難切削的主要原因如下。 (1)單位切削力大，約為切削中碳鋼的2?3倍。高溫合金含有大量的合金元素，其高 溫強(qiáng)度很高，約為45鋼的6. 5倍，抗塑性變形能力強(qiáng)，這是切削力大的主要原因；其次是 高溫合金加工硬化嚴(yán)重，其已加工表面的硬度往往比基體硬度高出50%?100%,冷硬程度 的增加，使切削力進(jìn)一步增加；其次是高溫合金塑性好，加工中塑性變形大、切削力大。此外，還由于切屑與前刀面接觸長(zhǎng)度加大，摩擦力增大，使切削力也隨之增大。 切削髙溫合金時(shí)，由于變形抗力大，刀面與切肩及工件表面間的摩擦劇烈，消耗功 率多，因此加工高溫合金時(shí)要比加工一般鋼材產(chǎn)生的切削熱多。且高溫合金的熱導(dǎo)率很低，只有45鋼的1/3?1/4，故切削熱從切削區(qū)向外傳出很慢，大部分切削熱集中在切削區(qū)，故 使切削區(qū)的平均溫度高達(dá)750?10001C,約比切削45鋼要高出3001C左右。刀具磨損劇烈，耐用度低。在切削高溫合金時(shí)，由于切削溫度高，在切削中產(chǎn)生的 擴(kuò)散磨損與氧化磨損要比加工一般鋼材嚴(yán)重。高溫合金中含大量合金元素的碳化物、氮化物、硼化物及金屬間化合物等硬質(zhì)點(diǎn)，其高溫硬度很高，故在切削加工中其磨粒磨損特別嚴(yán) 重。高溫合金中多含有與刀具材料相同的合金元素，在切削加工中，由于親和力的作用，易產(chǎn)生粘刀現(xiàn)象，造成的粘結(jié)磨損比加工一般鋼材嚴(yán)重。由于上述原因，在切削髙溫合金時(shí)， 刀具除后刀面產(chǎn)生磨損外，還常在前刀面產(chǎn)生磨損，這種磨損嚴(yán)重時(shí)，會(huì)使刀刃大塊崩損。易產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺，影響加工精度與表面質(zhì)量。銑削高溫合金時(shí)，由于切削溫度高，易使刀具和工件的尺寸與形狀發(fā)生變化，影響加工精度。且在切削過(guò)程中易產(chǎn)生積屑瘤 與鱗刺，影響加工表面質(zhì)量。