第8章工件材料的切削加工性與切削液8.1工件材料的切削加工性8.1.1切削加工性的相對性

材料的切削加工性是指在一定條件下對某種材料進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，習慣地以碳素結構鋼45為基準。如稱高強度鋼比較難加工，就是相對于45鋼而言的。

第8章工件材料的切削加工性與切削液8.1工件材料的切削加工性18.1.2衡量材料切削加工性的指標根據不同的要求，可以用不同的指標來衡量材料的切削加工性。1．以刀具使用壽命衡量加工性在相同切削條件下加工不同材料時，若在一定切削速度下刀具壽命T較長或一定壽命下所允許的切削速度vc較高的材料，則其加工性較好；反之，其加工性較差。2.以切削速度vT衡量加工性在刀具使用壽命T相同的情況下，切削速度vT較高的材料，則其加工性較好；反之，其加工性較差。如將壽命T定為60min，則vT可寫作v60。一般以正火狀態45鋼的v60為基準，寫作（v60）j，然后把其它各種材料的v60于之相比，這個比值Kv，稱為相對加工性，即：Kv＝V60／(V60)j常用工件材料的相對加工性可分為八級，Kv大于1的材料，其加工性比45鋼好；Kv小于1者，加工性比45鋼差。vT和Kv是最常用的加工性衡量指標，在不同的加工條件下都使用。

8.1.2衡量材料切削加工性的指標2加工性等級名稱及種類相對加工性Kv典型材料1很容易切削材料一般有色金屬>3.05-5-5銅鉛合金,9-4鋁銅合金,鋁鎂合金2容易切削材料易切削鋼2.50～3.00退火15Cr,σb=0.37～0.441GPa自動機鋼,σb=0.393～0.491GPa3較易切削鋼1.60～2.50正火30鋼σb=0.441～0.549GPa4普通材料一般鋼及鑄鐵1.00～1.6045鋼,灰鑄鐵5稍難切削材料0.65～1.002Cr13調質,σb=0.834GPa85鋼σb=0.883GPa6難切削材料較難切削材料0.50～0.6565Mn調質,σb=1.03GPa

45Cr調質,σb=0.932～0.981GPa7難切削材料0.15～0.5050CrV調質,1Cr18Ni9Ti,某些鈦合金8很難切削材料<0.15某些鈦合金,鑄造鎳基高溫合金加工性等級名稱及種類相對加工性Kv典型材料1很容易切削材料一33.以切削力或切削溫度衡量加工性在相同切削條件下加工不同材料時，凡切削力大、切削溫度高的材料加工性差；反之加工性好。切削力大，則消耗功率多。在粗加工或機床剛性、動力不足時，可用切削力作為衡量加工性指標。4.以加工表面質量衡量加工性切削加工時，凡容易獲得好的加工表面質量(含表面粗糙度、加工硬化程度和表面殘余應力等)的材料，其切削加工性較好，反之較差。精加工時，常以此作為衡量加工性的指標。5.以斷屑性能衡量加工性切削加工時，凡切屑易于控制或斷屑性能良好的材料加工性較好，反之則較差。在自動機床或自動線上，常以此為衡量加工性指標。3.以切削力或切削溫度衡量加工性48.2影響工件材料切削加工性的因素及改善途徑8.2.1影響工件材料切削加工性的因素工件材料的物理力學性能、化學成分和金相組織是影響加工性的主要因素。1．材料的物理力學性能⑴硬度硬度高的材料，切削時刀屑接觸長度小，切削力和切削熱集中在刀刃附近，刀具易磨損、壽命低，所以加工性不好。如高溫合金、耐熱鋼，由于高溫硬度高，高溫下切削時，刀具材料與工件材料的硬度比降低，使刀具磨損加快，加工性差。另外，硬質點多和加工硬化嚴重的材料，加工性也差。并不是材料的硬度越低，越好加工。有些金屬如低碳鋼、純鐵、純銅等硬度雖低，但塑性很高，也不好加工。硬度適中(HBl60—200)的鋼材較好加工。此外，適當提高材料的硬度，有利于獲得較好的加工表面質量。8.2影響工件材料切削加工性的因素及改善途徑8.2.1影響工5⑵強度強度高的材料，切削時力大、溫度高，刀具易磨損，加工性不好。如1Cr18Ni9Ti，常溫硬度不太高，但高溫下仍能保持較高強度，故加工性差。⑶塑性和韌性強度相近的同類材料，塑性越大，切削中塑性變形和摩擦越大，故切削力大、溫度高，刀具易磨損。在低速度切削時，還易產生積屑瘤和鱗刺，使加工表面粗糙度增大，且斷屑也較困難，故加工性差。另外塑性太小的材料，切削時切削力、熱集中在刀刃附近，刀具易產生崩刃，加工性也較差。在碳素鋼中，低碳鋼的塑性過大，高碳鋼的塑性太小、硬度又高，故它們的加工性都不如硬度和塑性都適中的中碳鋼好。⑷熱導率熱導率通過對切削溫度的影響而影響材料的加工性。導熱率大的材料，由切屑帶走和工件散出的熱量多，有利于降低切削溫度，使刀具磨損速率減慢，故加工性好。另外，韌性大，與刀具材料的化學親和性強的材料，其加工性也不好。⑵強度62.材料的化學成分（1）對鋼主要是通過對材料物理力學性能的影響來影響切削加工性。1）碳對切削加工性的影響碳素鋼的強度、硬度隨含碳量的增加而提高，而塑性、韌性則隨含碳量的增加而降低。低碳鋼的塑性、韌性較高，高碳鋼的硬度及強度較高，這都給切削加工帶來一定的困難。中碳鋼的硬度、強度、塑性及韌性居于高碳鋼與低碳鋼之間，所以切削加工比較容易。2）合金元素對切削加工性的影響在金屬中加入合金元素，一般將提高材料的力學性能，并改變材料的物理性能，從而提高了金屬的反切削能力。故一般降低切削加工性，硅、鉻、鎳、釩、鉬、鎢、鎘等合金元素的加入均會降低材料的可切削加工性。硫、硒、鉛等合金元素的加入可改善材料的可切削加工性。2.材料的化學成分7（2）鑄鐵中化學元素對切削加工性的影響，主要取決于這些元素對碳的石墨化作用。鑄鐵中的碳元素以兩種：Fe3C與游離石墨形式存在。石墨具有潤滑作用，鑄鐵中的石墨愈多，愈容易切削，因此，鑄鐵中如含有Si、Al、Ni、Cu、Ti等促進石墨化的因素，能改善其加工性；而含有Cr、Mn、V、Mo、Co、S、P等阻礙石墨化的元素，則會使切削加工性變差。Fe3C的存在會加快刀具的磨損。（2）鑄鐵中化學元素對切削加工性的影響，主要取決于這些元素對83.材料的金相組織一般情況下，塑性、韌性高或硬度、強度高的組織構成的材料，則切削加工性差。反之則好。鋼鐵材料中，不同的金相組織具有不同的力學性能，因此工件材料中，金相組織及其含量不同時，其加工性也不同。鐵素體塑性和韌性很高、硬度低，故切削時粘結嚴重，加工性不好。珠光體呈片狀分布時硬度較高，刀具磨損較嚴重，而呈球狀分布時硬度較低切削加工性較好。奧氏體硬度不高但塑性和韌性很高，切削時變形及加工硬化嚴重，切削加工性較差。馬氏體、索氏體及托氏體的硬度較高切削加工性差。灰鑄鐵是Fe3C和其他碳化物與片狀石墨的混合體。它的硬度雖與中碳鋼相近，但抗拉強度和延伸率均甚小，即脆性很大，切削力較小。球墨鑄鐵和可鍛鑄鐵的抗拉強度和延伸率顯著提高，但仍低于鋼料，它們的切削加工性比灰鑄鐵和鋼料都要好。

3.材料的金相組織98.2.2改善材料切削加工性的途徑1．調整化學成分材料的化學成分對其力學性能和金相組織有重要影響。在滿足要求的條件下，通過調整工件材料的化學成分，可使其切削加工性得以改善。目前，生產上使用的易切鋼就是在鋼中加入適量的易切削元素S、P、Pb、Ca等制成的。這些元素在鋼中可起到一定的潤滑作用并增加材料的熱脆性。2．對工件材料進行適當的熱處理通過熱處理工藝方法，改變鋼鐵材料中的金相組織是改善材料加工性的另一重要途徑。高碳鋼通過球化退火處理，使片狀滲碳體組織轉變為球狀，降低了材料的硬度，從而可改善了其加工性。低碳鋼通過正火處理，可減小其塑性，提高硬度，使加工性得到改善。

8.2.2改善材料切削加工性的途徑108.3切削液及其合理選用8.3.1切削液的基本性能和種類1.切削液的基本性能（1）冷卻作用切削液的冷卻作用主要靠熱傳導帶走大量的熱來降低切削溫度，冷卻性能取決于它有導熱系數、比熱容、汽化熱、汽化速度、流量、流速等。水溶液的冷卻性能最好，切削油較差。（2）潤滑作用切削液的潤滑作用是通過切削液的滲透作用到達切削區后，在刀具、工件、切屑界面上形成吸附膜實現的。金屬切削時切屑、工件與刀具界面的摩擦可分為干摩擦、液體潤滑摩擦和邊界潤滑摩擦三類。8.3切削液及其合理選用8.3.1切削液的基本性能和種類11加入切削液后，切屑、工件與刀面之間形成完全的潤滑油膜，金屬直接接觸面積很小或近于零，形成液體潤滑。但很多情況下，由于切屑、工件與刀具界面承受很大載荷、較高的溫度，液體油膜大部分被破壞，造成部分金屬直接接觸，部分吸附膜仍存在潤滑作用，這種狀態稱之為邊界潤滑摩擦。金屬切削中的潤滑大都屬于邊界潤滑狀態。邊界潤滑狀態下，切削液的潤滑性能與其滲透性、成膜能力以及形成吸附膜的強度有關。（3）清洗作用切削液具有沖刷切削中產生的碎屑（如磨削）的作用。清洗性能的好壞，與切削液的滲透性、流動性和使用的壓力有關。（4）防銹作用切削液應具有一定的防銹作用，以減少工件、機床、刀具的腐蝕。防銹作用的好壞，取決于切削液本身的性能和加入的防銹添加劑的性質。加入切削液后，切屑、工件與刀面之間形成完全的潤滑油膜，金屬直122.切削液的分類

常用的切削液可分為三大類：水溶液、切削油、乳化液。1.水溶液水溶液的主要成分是水，冷卻性能好，配成液呈透明狀，便于操作者觀察。但單純的水容易使金屬生銹，且潤滑性能欠佳。因此，經常在水溶液中加入一定的添加劑，使其既能保持冷卻性能又有良好的防銹性能和一定的潤滑性能。2.切削油切削油的主要成分是礦物油，少數采用動植物油或復合油。純礦物油不能在摩擦界面上形成堅固的潤滑膜，潤滑效果一般。在實際使用中常常加入油性添加劑、極壓添加劑和防銹添加劑以提高其潤滑和防銹性能。動植物油有良好的油性，適于低速精加工，但是它們容易變質，因此最好不用或少用，而應盡量采用其他代用品，如含硫、氯等極壓添加劑的礦物油。2.切削液的分類133.乳化液乳化液是將乳化油用水稀釋而成。乳化油是由礦物油、乳化劑及添加劑配成，用95—98％水稀釋后即成為乳白色或半透明狀的乳化液。乳化液具有良好的冷卻作用，但因為含水量大，所以潤滑、防銹性能均較差。為了提高其潤滑性能和防銹性能，可再加入一定量的油性、極壓添加劑和防銹添加劑，配制成極壓乳化液或防銹乳化液。表面活性劑乳化劑是一種表面活性劑，是使礦物油和水乳化形成穩定乳化液的添加劑。表面活性劑是由親水極性基團和親油非極性基團兩部分組成。乳化劑加入油與水中，它能定向地排列并吸附在油水兩界面上，極性端向水，非極性端向油，把油和水連接起來，降低油—水的界面張力，使油以微小的顆粒穩定地分散在水中，形成穩定水包油乳化液，金屬切削時應用的就是這種水包油的乳化液。3.乳化液14哈工大版金屬切削原理與刀具PPT課件第8章158.3.2切削液的合理選用和使用方法1.切削液的合理選用（1）粗加工粗加工切削用量大，產生大量的切削熱。這時主要是求降低切削溫度，應選用冷卻為主的切削液，如3%～5%乳化液。硬質合金刀具耐熱性較好，一般不用切削液。如要使用切削液，必需連續、充分地澆注，以免因冷熱不均產生很大的熱應力，而導致熱裂，損壞刀具。低速切削宜選切削油，高速切削宜選乳化液或水溶液。（2）精加工精加工對工件表面粗糙度和加工精度要求較高，因此選用的切削液應具有良好的潤滑性能。低速精加工鋼料時可選用極壓切削油或高濃度極壓乳化液。精加工銅、鋁及其合金或鑄鐵時，可選用高濃度乳化液。因硫酸能腐蝕銅，在切削銅料時不宜用含硫的切削液。（3）難加工材料的切削加工難加工材料時，接觸面均處于高溫高壓邊界摩擦狀態。因此，宜選用極壓切削油或極壓乳化液。（4）磨削加工其特點是溫度高同時產生大量的細屑、砂末。故應選用有良好冷卻清洗作用的切削液。常用有潤滑性能和防銹作用的乳化液和水溶液。8.3.2切削液的合理選用和使用方法162.切削液的使用方法常見的切削液使用方法有澆注法、高壓冷卻法和噴霧冷卻法：1）澆注法澆注法使用方便，應用廣泛，但流量慢、壓力低，較難直接進入刀刃最高溫度處，故效果較差。使用時應使切削液盡量接近切削區。當用不同刀具切削時，最好能根據刀具的形狀和切削刃的數目，相應地改變澆注口的形式和數目。2）高壓冷卻法深孔加工時，利用高壓的切削液，可以直接接近切削區