工件材料的切削加工性

第六节　工件材料的切削加工性

在实际的加工过程中，我们可能遇到一些材料比较容易切削而有些却比较难切削。我们在这节内容中将从工件材料的角度分析影响工件材料切削加工性的难易程度因素以及如何改善和提高切削性能的方法。这些问题对于提高生产效率和加工质量都有非常重要的意义。

一、材料切削加工性的概念和指标

工件的切削加工性是指在一定的切削条件下，对于工件材料进行切削加工的难易程度。

由于切削加工的具体条件和要求不同，所谓的难易程度就有不同的内容了，因此切削加工性是个相对的概念。在不同的要求下，其加工性能是不同的，所以衡量切削加工性能的指标就不是唯一的了。比如有以加工质量衡量的，容易获得较小的表面粗糙度数值的材料其切削加工性能好。最常用的衡量切削加工性的指标是刀具耐用度，即在保证相同的刀具耐用度的前提下，切削这种工件材料所允许的最高切削速度。其意思是，材料切削加工性指标通常用v_T表示，v_T是指耐用度为T秒（或分）时，切削某种材料所允许的切削速度。v_T越高，表示材料的切削加工性越好。

通常取T＝3600秒（60分），v_T写作v₃₆₀₀（v₆₀）；对于一些特别难加工的材料，也可取T＝1800秒（30分），v_T写作v₁₈₀₀（v₃₀）。

为了对各种材料的切削加工性进行比较，用相对加工性Kr表示。它是以45钢的v₃₆₀₀（v₆₀）_j作为基准，而把其它各种材料的v₃₆₀₀（v₆₀）同它相比。即：

当K_r＞1时，表示该材料比45钢容易切削，切削加工性好；当K_r＜1时，表示该材料比45钢难切削，切削性差。常见材料的切削加工性，根据相对加工性K_r的大小划分为八级，见表4－6。

表4－6　材料相对加工性等级

二、影响工件切削加工性的因素

影响工件切削加工性的因素很多，下面就工件材料的物理力学性能、化学成分及金相组织对切削加工性的影响进行简单的叙述。

1．工件材料硬度的影响

（1）工件材料常温硬度对切削加工性影响：工件材料硬度越高，切削力越大，切削温度越高，刀具磨损越快。

（2）工件材料高温硬度的影响：工件材料高温硬度越高，加工性越差。这是因为切削温度对切削过程的有利影响（软化）对高温硬度高的材料不起作用。

（3）金属材料中硬质点对加工性的影响：金属中硬质点越多，形状越尖锐、分布越广，则材料的加工性越差。

（4）材料的加工硬化对切削加工性的影响：加工硬化性越严重，切削加工性越差。

2．工件材料强度的影响

强度越高的材料，产生的切削力越大，切削时消耗的功率越多，切削温度亦越高，刀具容易磨损。因此，在一般情况下，加工性随工件材料强度提高而降低。

3．工件材料塑性与韧性的影响

在强度相同时，塑性大的材料所需切削力大，产生的切削温度也高，另外还容易发生粘结现象，切削变形大，因而刀具磨损较大，已加工表面质量较差，此材料的切削加工性也较差。但材料塑性太小时，切屑与前刀面的接触变得很短，切削力、切削热集中在切削刃附近，使刀具磨损严重，故切削性也差。

材料的韧性对材料加工性的影响与塑性类似。韧性大的工件材料所需切削力较大，刀具易磨损，而且材料的韧性越高，断屑越困难。

4．材料化学成份的影响

（1）钢中化学成份的影响

Cr、Ni、V、Mo、W、Mn等元素能提高钢的强度和硬度；Si和Al等元素容易形成氧化铝和氧化硅等硬质点，增加刀具磨损。这些元素含量较低时（一般0．3%为限），对金属的切削加工性影响不大，超过这个含量，材料的切削加工性降低；钢中加入少量的硫、硒、铅、磷等元素后，不但能降低钢的强度，而且能降低钢的塑性，因而提高了钢的切削加工性。

（2）铸铁中化学元素对切削加工性的影响是通过这些元素对碳石墨化作用而产生的。铸铁中碳元素以两种形式存在：碳化铁和游离石墨。石墨硬度低，润滑性能好，当铸铁中碳以这种形式存在时，铸铁的切削加工性高；碳化铁因为硬度高，刀具容易磨损，所以当铸铁碳化铁含量高时，切削加工性低。

5．金相组织影响

金属的成分相同，但组织不同时，其力学物理性能也不同，所以他们的切削加工性就自然不同了。

金属材料中含有大部分铁素体和少量珠光体时材料的切削加工性较好，一般铁素体的塑性较高，珠光体的塑性较低。对于纯铁，完全是铁素体，塑性太高，切削加工性很低，切屑还不容易折断。

片状珠光体分布的材料，金属切削加工性较差；球状珠光体分布的材料，金属切削加工性较好。切削马氏体、回火马氏体和索氏体等硬度较高的组织时，刀具磨损大，材料切削加工性差。

三、改善材料切削加工性的措施

工件材料的切削加工性往往不能满足加工的需要，需要采取措施提高材料的加工性能。通过以上对影响材料切削加工性的因素分析，可以知道，改善材料的切削加工性，主要采取以下两种措施。

（一）调整工件材料的化学成份

在实际生产中特别是大批量生产中，常常通过改变工件材料的化学成分来改善其切削加工性。

1．材料中加入硫元素，组织中产生硫化物，减少组织的结合强度，便于切削；

2．加入铅，使材料组织结构不连接，有利断屑，铅还能形成润滑膜，减小摩擦系数。

因此，在钢中添加硫、铅等化学元素，金属的切削性能将得到有效提高，钢成为易切削钢。在生产中，含硫的易切削钢应用较多。

（二）通过热处理改变材料的金相组织和力学性能

根据影响材料加工性的因素分析可知，金属材料的金相组织和力学性能将影响金属材料的切削加工性。通过热处理改变材料的金相组织和力学性能，从而达到改善金属切削加工性的目的。

高碳钢和工具钢硬度高，含有较多网状和片状渗碳体组织，难切削。通过球化退火，得到球状渗碳体组织，降低了材料硬度，改善了切削加工性。

低碳钢塑性高，切削加工性也差。通过冷拔和正火处理，可以降低其塑性，提高硬度，使其切削加工性得到改善。

马氏体不锈钢塑性也较高，一般通过调质处理，降低塑性，提高其加工性。