第七章 工件材料的切削加工性习题

第七章工件材料的切削加工性

工件材料的种类繁多，性能各异。本章主要研究工件材料的切削加工性、影响切削加工性的因素和改善切削加工性的办法。

7．1 必备知识和考试要点

1．了解切削加工性的概念和衡量指标。

2．熟悉影响材料切削加工性的因素。

3．掌握改善材料切削加工性的办法。

4．了解难加工材料切削加工的问题和对策。

7. 2 典型范例和答题技巧。

[例7．1] 工件材料切削加工性的含义是什么?为什么说它是相对的?

[答案] 工件材料切削加工性是指在一定的条件下，工件材料切削加工的难易程度。由于切削加工的条件和要求不同，材料的切削加工性有不同的内容和指标。所谓材料切削加工的难易，都是相对某种工件材料而言，这种难易程度是一个相对概念。例如以45钢为基准时，可以说高强度钢切削加工性不好，就是相对于45钢而言。

[例7．2] 常用的切削加工性衡量指标有哪些?各用于什么场合?何谓相对加工性?

[答案] 常用的切削加工性衡量指标有：(1)以表面加工质量衡量切削加工性。容易获得好的加工表面质量的材料，切削加工性好，反之则差。该指标是零件精加工时常用的衡量指标。(2)以刀具耐用度衡量切削加工性。在相同的切削条件下加工不同材料时，刀具耐用度较长，或允许的切削速度较高，或切除金属体积较多，切削加工性好。其中相同切削条件下比较刀具耐用度和相同刀具耐用度下比较允许的切削速度是最常用的切削加工性指标，可适用于各种加工条件。(3)以单位切削力、切削温度衡量切削加工性。在相同的条件下，切削力小、切削温度低时，材料的切削加工性好。在粗加工或机床刚性、动力不足时用这种衡量指标。(4)以断屑性能衡量切削加工性。在自动机床、组合机床及自动生产线或深孔钻削等对工件材料断屑性能有要求时，采用这种衡量指标。

相对加工性K v是指以强度 b=0．637GPa的45钢的v60为基准，记为(v60)；其它被切削材料的v60与之相比的数值，称为相对加工性，即，K v= v60／(v60)；K v愈大，切削加工性愈好。

[例7．3] 影响工件材料切削加工性的主要因素有哪些?如何影响?

[答案] 影响工件材料切削加工性的主要因素有：(1)工件材料的硬度。硬度包括材料的常温硬度、高温硬度、硬质点和加工硬化。硬度高时，切削力大，切削温度高，降低了刀具耐用度，甚至发生刀尖烧损或崩刃。(2)材料的强度。材料强度包括常温强度和高温强度。材料强度高时，切削力大，切削温度高，刀具磨损加快。(3)工件材料的塑性和韧性。塑性大时，切屑变形大，切削力增大，切削温度也较高，易发生粘结，刀具磨损加大，工件加工表面也粗糙。塑性低或呈脆性时，刀刃处的切削负荷大，刀具磨损加剧。工件材料韧性大时，断屑困难。(4)材料的导热系数。导热系数小的材料，切削温度高，切削加工性差。(5)材料的化学成分。化学元素对材料的作用不相同，影响材料的物理机械性能。钢中Cr、Ni、V、Mn、W、Mo等元素能提高材料的强度和硬度；而铅、硫、磷等能降低材料的强度和塑性，从而影响材料的加工性能。铸铁中硅、铝、铜等元素能促进铸铁碳的石墨化，可提高切削加工性；Cr、Mn、P、S等元素阻碍石墨化，会降低切削加工性。(6)材料的组织。材料的组织不同，其物理机械性能就不同，切削加工性也不一样。铁素体塑性大，切削加工性不好，珠光体硬度、强度、塑性等比较适中，切削加工性好。索氏体和托氏体、渗碳体和马氏体等，或强度大，或硬度高，或两者兼有，切削加工性差。奥氏体塑性、韧性大，加工硬化严重，切削加工性差。

[例7．4] 为什么说低碳钢与高碳钢的切削加工性都不如中碳钢?

[答案] 钢中含碳量低时，材料的组织中铁素体多，珠光体少。随着含碳量的增加，铁素体减少，珠光体增多；当含碳量达到0．8％时，材料组织全部为珠光体；含碳量继续增加，材料中除珠光体外，渗碳体含量逐渐增多。中碳钢的组织是由珠光体和铁素体组成，其强度和塑性适中，切削加32'陛好。低碳钢中的铁索体所占比例大于珠光体，材料的塑性较大，切削加工性下降，不如中碳钢。高碳钢中除珠光体外还有渗碳体，渗碳体硬度高，使刀具磨损加快，切削加工性不如中碳钢。

[例7．5] 试述改善材料切削加工性的途径。

[答案] 材料的化学成分和金相组织是影响材料切削加工性的根源。所以，改善材料的切削加工性应从这两方面采取措施：(1)调整材料的化学成分。在不影响材料使用性能的前提下，可在钢中适当添加一种或几种元素，如S、Pb、Se、P等，可获得易切钢。易切钢切削力小，易断屑，刀具耐用度高，加工表面质量好。(2)通过热处理改变金相组织。

金相组织不同，材料的物理机械性能差异很大。通过热处理，使材料的组织发生改变，使其有利于切削加工。例如，低碳钢经正火处理或冷拔处理，使塑性减小，硬度略有增加，从而改善切削加工性。高碳钢和工具钢通过球化退火使硬度降低，而有利于切削加工。马氏体不锈钢通过调质处理，降低塑性，改善切削加工性。冷硬铸铁可在较高温度下退火处理，使其硬度降低，从而改善其切削加工性。另外，当材料的切削加工性无法改善时，应考虑选择合适的刀具材料、几何参数、冷却液，有条件可采用加热切削、振动切削等。