2017年5月19日

加工中心的鋼切削加工特性

鋼材中碳的含量對材料切削加工性的影響較大。碳素結構鋼的強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。當碳素工具鋼含碳量大于0.9%時，硬度繼續增加而強度下降。低碳鋼的塑性和韌性較髙，切削力和摩擦力相對較大，而且切削加工時產生的切屑不易斷屑，故切削加工性較低；高碳鋼的強度、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度和硬度，改善鋼的使用性能。這些元素含量高于一定值時，會使切削力增加，刀具磨損加劇，導致材料切削加工性降低。在鋼中加人少量的硫、砸、鉛、磷、鉍和鈣等元素可形成易切削鋼，對提高切削加工性有利。它們能在鋼中產生硫化物，質地柔軟，降低切削力，使切屑易于折斷，且有潤滑作用，減小刀具磨損，提高切削加工性，但降低了鋼的使用性能。對力學性能要求較高的工件應避免使用此類鋼材。一、高錳鋼銑削加工的特點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磁鋼兩大類。高錳鋼常用“水韌處理”，這時高錳鋼將具有高強度、高韌性、高耐磨性、無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如下。加工硬化嚴重，切削力大高錳奧氏體鋼的被加工表層硬化嚴重，加工表面硬度比基體增加2倍，硬化層深度可達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。高錳鋼熱導率小，刀具熱磨損嚴重高錳鋼熱導率小，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，伸長率較大，易產生鱗刺，加工表面質量不易保證。切屑強度大，硬度髙，斷屑困難。高錳鋼線膨脹系數大，影響工件尺寸精度高錳鋼的線膨脹系數較大，約為20X 10_SK—\在高的切削溫度下，易產生膨脹和變形，影響加工精度。同時，高錳鋼的伸長率隨溫度升高有所下降，但超過600X；時又很快增加。因此，切削速度不宜過高，以避免切削38 溫度過高而引起伸長率增加，使切削加工困難。二、高強度鋼銑削加工的特點高強度鋼是指那些強度、硬度都很高，同時又具有很好韌性和塑性的合金鋼。高強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。高強度鋼銑削加工特點如下：切削力大高強度鋼的室溫強度高，抗拉強度在1.47GPa以上，淬火的硬度非常高，故銑削時變形困難，切削力大。切削溫度髙高強度鋼銑削中消耗的功多，產生的熱量大，且高強度鋼的熱導率低，所以切削溫度高。刀具磨損快，容易崩刃打刀高強度鋼加工中，由于切削力大，切削溫度高，使得刀具磨損快；同時切屑與前刀面接觸長度短，應力集中在刀尖處，容易使刀具崩刃打刀。斷屑困難高強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塑性高，加工硬化嚴重，切削力大不銹鋼塑性大，其伸長率超過45鋼1.5倍以上，切削加工時塑性變形大，加工硬化嚴重，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，影響加工表面質量不銹鋼材料在切削過程中，切屑與刀具粘結現象嚴重，容易造成刀具表面剝落。另外，由于粘結嚴重，容易形成積屑瘤，使已加工表面粗糙度增大。對含碳量低的馬氏體不銹鋼尤為嚴重。切削溫度高，刀具容易磨損切削不銹鋼時，由于切削力大，消耗功率多，故產生的切削熱也多。再加上不銹鋼導熱性差，其導熱率約為中碳鋼的1/2?1/4,大量切削熱集中在切削區和刀屑接觸界面上，不能及時傳出，從而使刀刃容易產生過熱現象，在髙溫下失去切削性能。加之不銹鋼中的高硬度碳化物，在切削過程中直接與刀面接觸、摩擦，會使刀具加速磨損。切屑不易卷曲和折斷由于不銹鋼塑性高，韌性大，且髙溫強度高，切削時切屑不易卷曲和折斷。若切屑不能及時排出，易造成堵屑現象，會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之一。不銹鋼的線膨脹系數大，影響加工精度不銹鋼的線膨脹系數比碳鋼和鑄鐵都大，約為碳素鋼的1.5倍。在切削溫度的作用下，工件容易產生熱變形，故在精加工時易影響零件的尺寸和形位精度。三、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，其相對可加工性小于0.2?鐵基髙溫合金的相對可加工性僅為奧氏體不銹鋼的1/2左右，而鎳基高溫合金的相對可加工性更差，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，其高溫強度很高，約為45鋼的6. 5倍，抗塑性變形能力強，這是切削力大的主要原因；其次是高溫合金加工硬化嚴重，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度加大，摩擦力增大，使切削力也隨之增大2、切削髙溫合金時，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要比加工一般鋼材產生的切削熱多。且高溫合金的熱導率很低，只有45鋼的1/3?1/4，故切削熱從切削區向外傳出很慢，大部分切削熱集中在切削區，故使切削區的平均溫度高達750?10001C,約比切削45鋼要高出3001C左右。3、刀具磨損劇烈，耐用度低。在切削高溫合金時，由于切削溫度高，在切削中產生的擴散磨損與氧化磨損要比加工一般鋼材嚴重。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點，其高溫硬度很高，故在切削加工中其磨粒磨損特別嚴重。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，易產生粘刀現象，造成的粘結磨損比加工一般鋼材嚴重。由于上述原因，在切削髙溫合金時，刀具除后刀面產生磨損外，還常在前刀面產生磨損，這種磨損嚴重時，會使刀刃大塊崩損。易產生積屑瘤和鱗刺，影響加工精度與表面質量。銑削高溫合金時，由于切削溫度高，易使刀具和工件的尺寸與形狀發生變化，影響加工精度。且在切削過程中易產生積屑瘤與鱗刺，影響加工表面質量。

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