材料的切削性精品課件

1、材料的切削性第1頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 何謂切削性?通用車床NC車床通用銑床加工中心復合加工機憑借熟練操作工的 經(jīng)驗與直覺的時代生產(chǎn)系統(tǒng)的自動化得到進步研究適合工件材料的切削條件并選擇適合的刀具，之后再制定程序 是很必要的用于切削加工的 金屬材料的切削性是 古老而又現(xiàn)代的問題第2頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四影響切削加工的要素(1) 切削加工中的期望加工時間短刀具壽命長加工精度好哪些信息是必要的呢?工件材料的材質(zhì)硬度形狀機床的性能可以選出最佳刀具第3頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四影響切削加工的要素(2)

2、切削加工切什么用什么怎樣切工件材料種類硬度形狀切削處所剛性使用刀具種類材料形狀使用機床種類馬力剛性特性切削條件切削速度進給切深其他切削力切削液要 素第4頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四切削條件刀 具工件材料本身的特性加工方法使用的機床 何謂切削性?切削性就是工件材料在切削加工時的難易度易切削程度、難切削程度種種要因第5頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四切屑的形成咬入工件的切削刃，以足以超過斷面 強度的力量壓縮工件，結果就形成了斷裂的切屑，從前刀面上滑落下來。剪斷面刀尖工件切屑前刀面 切屑剪斷面刀尖前刀面工件R第6頁，共44頁，2022年，5月2

3、0日，22點23分，星期四高硬度高強度加工硬化性: 大熱傳導率: 小延展性: 大親和性: 大材料中的堅硬微粒刀具壽命短切削力大切削溫度高表面精度差切屑處理性差金屬材料的切削性材料特性與切削加工中幾個問題點的關系 材料特性 切削加工中的幾個問題點第7頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 工件材料的分類1958年ISO (International Organization for Standardization : 國際標準)根據(jù)切屑形態(tài)把工件材料分成以下3種P系列M系列K系列使用分類代號非硬質(zhì)合金的材料分類！S系列H系列N系列2003年重新分類按照切削性增加3個種類第8頁

4、，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 切 屑 形 態(tài)斷續(xù)型切屑 切屑變成斷續(xù)狀、 刀具上下振動上下振動高碳鋼SUS等連續(xù)型切屑 形成流暢的切屑碳鋼合金鋼崩碎型切屑 切削脆性材料時形成鑄 鐵PMK第9頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四各工件材料的特征(鋼)軟鋼S10CS20C(機械用碳素結構鋼)SS400(一般用軋制結構鋼)STKM(機械用碳素結構鋼鋼管)普通鋼S25CS50C(機械用碳素結構鋼)SCM(鉻鉬鋼)SNCM(鎳鉻鉬合金鋼)SCr(鉻鋼)鋼種類容易產(chǎn)生積屑瘤。切屑伸長。表面精度變差。切屑處理時，易分斷。一般的切削條件下，利用涂層提高刀具 壽

5、命很重要。切削性切屑形態(tài)高速切削時，使用金屬陶瓷 材料應對積屑瘤問題。切削中的要點SUJ材料易產(chǎn)生熔敷，因此，金屬陶瓷是最佳材料。P系列第10頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四各工件材料的特征(不銹鋼)不銹鋼SUS304(奧氏體類)SUS430(鐵素體類)SUS416(馬氏體類)SUS630(沉淀硬化類)種類加工硬化劇烈，易產(chǎn)生積屑瘤。切屑強韌，易產(chǎn)生振動。切屑接觸部分接近刀尖。切削性切屑形態(tài)切削鋒利性與切屑排出性 好的材料。采取措施處理積屑瘤。切削中的要點 M系列第11頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四各工件材料的特征(鑄鐵)普通鑄鐵FC(灰鑄

6、鐵)高級鑄鐵FCD(球墨鑄鐵)FCMP(珠光體可鍛鑄鐵)冷硬鑄鐵 種類切屑細小分斷。切削刃強度要大。后刀面磨損大。切屑連續(xù)不斷。材料強度高、切削力高。易發(fā)生熔敷。切削性切屑形態(tài)小欠損對策。切削中的要點如果用FCD600800，刀具 壽命就減少至1/41/7。降低切削力。欠損裂紋鋳鉄 K系列第12頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四各工件材料的特征(有色金屬非金屬)鋁合金銅合金ACA, B, CH, DADCCP, BD, T種類容易產(chǎn)生積屑瘤。工件剛性低、易產(chǎn)生高頻振動。要求很高的表面精度。切削性切屑形態(tài)切削中的要點提高切削鋒利性應對 積屑瘤問題。使用金剛石燒結體。 N系

7、列第13頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四各工件材料的特征(耐熱合金)超耐熱合金Ni基合金(因可耐爾瓦斯帕羅依 哈斯特洛伊)Co基合金種類刀尖溫度高。容易產(chǎn)生積屑瘤。易崩刃。切削性切屑形態(tài)切削中的要點設定比SUS更低的條件。刀尖強度與切屑排出性好的 材料。從低條件開始設定。刀尖強度與切屑排出性好的 材料。耐熱合金SUH35(奧氏體類)SUH446(鐵素體類)SUH3(馬氏體類)刀尖溫度高。容易產(chǎn)生積屑瘤。易崩刃。 S系列第14頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四各工件材料的特征(高硬度材料)高硬度鋼SKD, SKS(合金工具鋼)SKH(高速鋼)種類

8、材料強度高、易發(fā)生崩刃。有粘性、切削力高。經(jīng)過熱處理的材料切削溫度更高。切削性切屑形態(tài)切削中的要點從低條件開始設定。 H系列第15頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 合金鋼的特征是：添加了各種各樣的合金元素，因此，淬硬性韌性強度等等機械特性優(yōu)異。合金鋼應用于機床零部件汽車零部件工具等等廣泛的領域。切削合金鋼(包括所有鋼材)時生成的切屑是連續(xù)型，在切屑處理性方面，易分斷。但是，在低碳鋼的切削中，易產(chǎn)生熔敷、切屑易伸長，切削性差。鋼材：連續(xù)型合金鋼的特性第16頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 合金鋼的化學成分- C Si Mn P S Ni Cr

9、MoS10CS58C(機械用碳素結構鋼)SCr415SCr445(鉻鋼)SCM415SCM822(鉻鉬鋼)SNCM220SNCM815(鎳鉻鉬合金鋼)種類的代號單位%(min-max)JIS手冊鋼鐵1996G4051，G4104，G4105，G41030.030以下0.030以下0.030以下0.030以下0.035以下0.030以下0.030以下0.030以下-第17頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 合金鋼的機械性質(zhì)合金鋼的機械性質(zhì)由于每個成品的熱處理狀態(tài)不同，會產(chǎn)生各種各樣的變化，因此沒有特別規(guī)定。第18頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四

10、合金元素與切削性量少中多Mn錳Si硅Cr鉻Ni鎳Mo鉬V釩Cu銅W鎢S硫P磷Pb鉛Co鈷微量較好0.50.8%最好無影響無影響0.5%以內(nèi)影響小0.150.4%好好同Ni影響小好稍好除SUS以外的材料不添加作為易切鋼最多添加到大約0.2%不會有 好的影響逐漸惡化差好好 (至0.3%)同Ni同Ni大于5% 惡化大于18% 惡化大于5% 差大于1% 差大于12% 差大于8% 差大于5% 差大于12%Mn差逐漸惡化0.51% 無影響大于0.8%逐漸變差大于0.05%稍稍惡化使基體固溶變硬。使加工硬化加劇。使基體變得 易熔敷。使基體固溶變硬。產(chǎn)生硬粒子使加工硬化加劇。使熱傳導率變差。使基體變得易熔敷。

11、產(chǎn)生堅硬碳化物。產(chǎn)生硬粒子使加工硬化加劇。使熱傳導率變差。使基體變得易熔敷。使基體固溶變硬。使加工硬化加劇。使基體變得易熔敷。使基體固溶變硬。產(chǎn)生硬碳化物。使基體變得易熔敷。使基體固溶變硬。產(chǎn)生硬碳化物。使加工硬化加劇。使加工硬化加劇。使基體固溶變硬。產(chǎn)生硬碳化物。使鋼材具有易切性。使鋼材具有易切性。使鋼材具有易切性。對切削性的影響高溫硬化。促進鋼基體內(nèi)的C以及各種碳化物的溶解逐漸惡化逐漸惡化第19頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 不銹鋼作為耐蝕或耐熱材料被廣泛地使用。 種類很多，根據(jù)化學成分的不同其耐蝕性、耐熱性、 或機械性質(zhì)也有所不同，而且切削難易度方面也存在很大

12、差異。種類 (1) 馬氏體類 (2) 鐵素體類 (3) 奧氏體類 (4) 沉淀硬化類 (5) 雙金屬類 (6) 其它(易切類等)不銹鋼的種類第20頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四A. 馬氏體類(SUS403, 410, 416, 420J, 420F, 431等)以Cr為主要成分，由于熱處理，使其性質(zhì)在大范圍內(nèi)產(chǎn)生變化。如果進行熱處理，切削性將變差，未經(jīng)熱處理品更易切削。普通結構用 (淬火產(chǎn)品 HRC40)渦輪葉片B. 鐵素體類(SUS405, 430, 430F)以Cr為主要成分，不會有熱處理導致硬化等問題。比馬氏體不銹鋼 的切削性好。用于耐腐蝕性好的螺栓或螺母。C

13、. 奧氏體類(SUS302, 303, 304, 316, 317, 321, 347等)以Cr與Ni為主要成分，雖無淬火硬化，但加工硬化性高，使其在不銹鋼中成為最難切削的一種。由于基本組成含有Cr18%、Ni 8%，也被稱為18-8不銹鋼。用于食品制造設備、耐熱耐蝕用、原子能相關等廣泛領域。不銹鋼的特性與用途第21頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四不銹鋼的難切削特性易發(fā)生 加工硬化熱傳導率小與刀具材料的親和性高易發(fā)生刀具磨損切削刃易塑性變形易崩刃或欠損易發(fā)生切口邊界磨損切削中刀尖溫度高材料特性切削現(xiàn)象不銹鋼的材料特性與切削性第22頁，共44頁，2022年，5月20日，

14、22點23分，星期四碳鋼S45C奧氏體類不銹鋼SUS316超耐熱合金Inconel Alloy 718耐熱鋼SUH31切屑如果形成鋸齒狀，切削力的波動就會變大，易發(fā)生振動崩刃邊界磨損等現(xiàn)象。不銹鋼的鋸齒狀切屑第23頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四不銹鋼的加工硬化性距表面的距離 (mm)17520022525027530032535037540000.20.4硬度 (Hv)SUS304S45C切削條件 切削速度：100 m/min 切削進給：0.12 mm/rev切削加工的表面加工硬化第24頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四邊界損傷與毛刺(毛邊)

15、的發(fā)生邊界損傷大邊界損傷小正常磨損第25頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四不銹鋼SUS304的車削加工中，前角與切削溫度的關系切削條件工件材料 ：SUS304 刀具材料 ： P10切削刃形狀 ： 0, a, 5, 5, 5, 5, 0.5 mmRV = Var m/minf = 0.2 mm d = 2.0 mm Dry前角前角的影響(引用文獻中村裕道：高速切削中硬質(zhì)合金工具的研究,機床與刀具,19621964)第26頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四63m/min80m/min100m/min125m/min切削速度主偏角工件材料 ：不銹鋼SU

16、S304(HB173)刀具材料 ：硬質(zhì)合金 M20切削條件 ：vc = Var m/min, ap = 1.5 mm, f = 0.3 mm/rev切削液 ：干式不銹鋼SUS304的車削加工中，主偏角與刀具損傷的比較切削刃形狀的影響；主偏角( 引用文獻狩野勝吉：由數(shù)據(jù)了解切削加工的最先端技術，工業(yè)調(diào)查會，1992，P500 )第27頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四不銹鋼加工的要點盡力避免與加工硬化層摩擦切削。增大切削刃前角，從而降低切削力、減少發(fā)熱量。盡量減小刃口修磨。選擇不會引起熔敷的刀具材料、切削條件。不會引起振動的刀具 、機床及工件剛性很必要。第28頁，共44頁

17、，2022年，5月20日，22點23分，星期四灰鑄鐵因為含有片狀石墨，所以也被稱為片狀石墨鑄鐵。 片狀石墨這種物質(zhì)，本身就起到潤滑劑的作用，因此具有很強的耐磨損性。 (用于機床床身、氣缸套等等。) 但是，灰鑄鐵中含有石墨(易剝落且脆的結晶)，就會具有耐沖擊性差、無延展性的特性?；诣T鐵的結構石墨FC材料：崩碎型切屑珠光體(硬質(zhì))灰鑄鐵的特性第29頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 灰鑄鐵的化學成分FC100FC150FC200FC250FC300FC350- 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 CSi Mn P S種類代號單位%大河出版JIS鋼鐵材料入門精粹-3.4

18、3.63.1 3.43.0 3.32.0 3.12.9 3.1-2.1 2.51.7 2.51.5 2.21.4 1.81.4 1.8-0.5 0.80.5 0.80.7 0.90.7 0.90.7 0.9- 0.4 0.3 0.2 0.1 0.1第30頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四灰鑄鐵的機械性質(zhì)FC100FC150FC200FC250FC300FC350100以上150以上200以上250以上300以上350以上201以下212以下223以下241以下262以下277以下種類代號抗拉強度N/mm2硬 度HBJIS手冊鋼鐵1996G 5501第31頁，共44頁，2

19、022年，5月20日，22點23分，星期四石墨的潤滑作用與切屑的破碎效果使切削性好。生成崩碎型切屑時，發(fā)生高頻率振動。易發(fā)生小欠損。何謂小欠損?小欠損是指在鑄鐵的銑削 加工中，切削刃切掉材料時 切削力過大引起的。欠損裂紋鑄 鐵FC材料：崩碎型切屑灰鑄鐵的切削性第32頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四灰鑄鐵的問題點生成崩碎型切屑、發(fā)生高頻振動。與切削刃接觸的被加工物表面部分或切屑的內(nèi)表面部分平滑度差， 易造成刀具磨損，引起磨蝕現(xiàn)象。FC材料：崩碎型切屑第33頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四FCD材料通常被稱為球墨鑄鐵。D（ductile），含有易

20、延伸、柔軟的意思。也就是說FCD材料具有不易折斷、像鋼材一樣可延展的特征， 且強度高，可以實現(xiàn)零部件等的薄壁化。Steel材料：連續(xù)型FC材料：崩碎型FCD材料的切屑球墨鑄鐵的特性第34頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四球墨鑄鐵的化學成分FCD350-22FCD400-18FCD400-15FCD450-10FCD500-7FCD600-3FCD700-2FCD800-22.5以上2.7以下0.4以下0.08以下0.02以下0.09以下 CSi Mn PS Mg種類代號單位%JIS手冊鋼鐵1996G 5502第35頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期

21、四 不易折斷。工件可以薄壁化。(輕量化)切削性低。(刀具壽命低:球狀石墨、珠光體結構 其他)普通鑄鐵的結構球墨鑄鐵的結構石墨鐵素體(軟質(zhì))珠光體(硬質(zhì))普通鑄鐵與球墨鑄鐵的區(qū)別第36頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四鑄鐵的切削性切削條件Vc=200m/min fz=0.3mm/rev ap=1.5mm Wet(水溶性)刀片: SNMA120408 UC5005連續(xù)切削切削時間(min)FCD500(鐵素體+珠光體)FCD450(鐵素體)FC300FCD600(珠光體+鐵素體)FCD800(珠光體)00.10.20.30.40.50.6020406080100后刀面磨損寬

22、(mm)FC300FCD450FCD500FCD600FCD800第37頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四球墨鑄鐵切削時的問題點切削時發(fā)熱量多。 切屑伸長。這點加上發(fā)熱量的問題導致前刀面易磨損。與鋼切 削相比，這種磨損的發(fā)生位置靠近切削刃。 比FC的切削力高，切削振動使得易發(fā)生崩刃。 堅硬的珠光體結構會促進刀具磨損。 軟質(zhì)鐵素體結構，使得易發(fā)生熔敷(前刀面、后刀面)有的材料是經(jīng)過熱處理的。奧氏體球墨鑄鐵 ：FCADxxx奧氏體類 ：FCDAxxx第38頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四鋁合金的特征輕質(zhì)材料。耐腐蝕性好。電阻小。非磁性。光、熱反射功能優(yōu)。可加工性優(yōu)。易再利用。第39頁，共44頁，2022年，5月20日，22點23分，星期四 加工速度快。 是鋼鐵的4倍以上。 可長時間連續(xù)加工。 比鋼鐵加工磨損小。 適用的切削條件范圍廣。 從輕切削到重切削相對容易。 加工需要的能量很少。 塑性變形抗力小。 加工精度高。 很容易達到10m的加工精度。 對機床剛性的限制少。 鋼鐵加工中塑性變形抗力大，在要求精度的情況下，機床的剛性就成為問題，而鋁合金這方面的問題很少。切削加工時的優(yōu)點第40頁，共44頁，20