工件材料的切削加工性的评定指标
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第八章工件材料的切削加工性与切削液
第八章 工件材料的切削加工 性与切削液
8.1 工件材料的切削加工性 8.3 切削液及其合理选用
8.1 工件材料的切削加工性
8.1.1 切削加工性的相对性
工件材料的切削加工性是在一定切削条件，工件材料 切削加工的难易程度。
比如：纯铁的粗加工容易，精加工时表面粗糙度很难达 到要求；不锈钢在普通机床上加工容易，在自动化生产时因 不断屑会使生产中断等等。
8.1.2 切削加工性的衡量指标
归纳为以下几种： ➢ 1.以刀具使用寿命衡量切削加工性
在相同的切削条件下，刀具使用寿命长，工件材料的切 削加工性好。
2.以切削速度衡量切削加工性 在刀具使用寿命T相同的前提下，切削某种材料允许的 切削速度vT 高，切削加工性好；如取刀具使用寿命 T=60min，则vT可写作v60。
磨削速度高、温度高，热应力会使工件变形，甚至产生 表面裂纹，且磨削产生的碎屑会划伤已加工表面和机床滑动 表面。所以宜选用冷却和清洗性能好的水溶液或乳化液。但 磨削难加工材料时，宜选用润滑性能好的极压切削油。
（5）封闭或半封闭容屑加工。 钻削、攻丝、铰孔和拉削等需要切 削液有较好的冷却、 润滑及清洗性能，以减小刀-屑摩擦生热带走切屑，宜选用 乳化液、极压乳化液和极压切削液。
8.3.2切削液的合理选用和使用方法
➢ 1、切削液的合理选用 切削液的种类很多，性能各异，应根据工件材料、刀具
材料、加工方法和加工要求合理选用。一般选用原则如下：
（1）粗加工。 选用冷却性能为主的切削液（如质量分数为3%～5%的乳 化液），以降低切削温度。
硬质合金刀具耐热性好，一般不用切削液。 在低速切削时，刀具以硬质点磨损为主，宜选用以润滑性能 为主的切削油； 高速度下切削时，刀具主要是热磨损，要求切削液油良好的 冷却性能，宜选用水溶液和乳化液.
8.1 工件材料的切削加工性 8.3 切削液及其合理选用
8.1 工件材料的切削加工性
8.1.1 切削加工性的相对性
工件材料的切削加工性是在一定切削条件，工件材料 切削加工的难易程度。
比如：纯铁的粗加工容易，精加工时表面粗糙度很难达 到要求；不锈钢在普通机床上加工容易，在自动化生产时因 不断屑会使生产中断等等。
8.1.2 切削加工性的衡量指标
归纳为以下几种： ➢ 1.以刀具使用寿命衡量切削加工性
在相同的切削条件下，刀具使用寿命长，工件材料的切 削加工性好。
2.以切削速度衡量切削加工性 在刀具使用寿命T相同的前提下，切削某种材料允许的 切削速度vT 高，切削加工性好；如取刀具使用寿命 T=60min，则vT可写作v60。
磨削速度高、温度高，热应力会使工件变形，甚至产生 表面裂纹，且磨削产生的碎屑会划伤已加工表面和机床滑动 表面。所以宜选用冷却和清洗性能好的水溶液或乳化液。但 磨削难加工材料时，宜选用润滑性能好的极压切削油。
（5）封闭或半封闭容屑加工。 钻削、攻丝、铰孔和拉削等需要切 削液有较好的冷却、 润滑及清洗性能，以减小刀-屑摩擦生热带走切屑，宜选用 乳化液、极压乳化液和极压切削液。
8.3.2切削液的合理选用和使用方法
➢ 1、切削液的合理选用 切削液的种类很多，性能各异，应根据工件材料、刀具
材料、加工方法和加工要求合理选用。一般选用原则如下：
（1）粗加工。 选用冷却性能为主的切削液（如质量分数为3%～5%的乳 化液），以降低切削温度。
硬质合金刀具耐热性好，一般不用切削液。 在低速切削时，刀具以硬质点磨损为主，宜选用以润滑性能 为主的切削油； 高速度下切削时，刀具主要是热磨损，要求切削液油良好的 冷却性能，宜选用水溶液和乳化液.
工件材料的切削加工性
P E =7.5KW，取机床传动效率 η m =0.8，则
Pm 2.64
m
=
0.8
KW=3.3KW＜P =7.5KW E
校核结果表明，机床功率是足够的。
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3.6.2 切削用量三要素的选用
（5）校核机床进给机构强度 由上可知，主切削力 Fz =1800N， 再 由 同 样 办 法 ， 分 别 计 算 出 本 例 的 背 向 力 Fy =392N ， 进 给 力 Fx =894N。考虑到机床导轨和溜板之间由 Fz 和 Fy 所产生的摩擦力， 设摩擦系数 μ s =0.1,则机床进给机构承受的力为
2.切削用量的选用原则
◆粗加工阶段切削用量的选用原则
粗加工阶段切削用量应根据切削用量对刀具耐用度的影响大小，首先 选取尽可能大的背吃刀量ap，其次选取尽可能大的进给量f，最后按照刀 具耐用度的限制确定合理的切削速度vc。
◆精加工阶段切削用量的选用原则
精加工阶段切削用量应选用较高的切削速度vc、尽可能大的背吃刀量ap 和较小的进给量f。
3.5.1 衡量材料切削加工性的指标
➢刀具耐用度T或一定耐用度下允许的切削速度vT指标 在切削普通金属材料时，常用刀具耐用度达到60min 时所允许的切削速度的高低来评定材料加工性的好坏 ，记作v60。 ➢切削力、切削温度或切削功率指标
在粗加工或机床刚性、动力不足时，可用切削力作 为工件材料切削加工性指标。在相同加工条件下，凡 切削力大、切削温度高、消耗功率多的材料较难加工 ，切削加工性差；反之，则切削加工性好。
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3.6.2 切削用量三要素的选用
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3.6.2 切削用量三要素的选用
解 为达到规定的加工要求，此工序应安排粗车和半精车两
次走刀，粗车时将 50mm 外圆车至 45mm；半精车时将 45mm
相对加工性
（一）有色金属
普通铝及铝合金、铜及铜合金，强度硬度低，导热性
好，易切削。
（二）铸铁
白口铸铁硬度高（HBS600)，难切削；
灰口铸铁硬度适中，强度塑性小，切削力较小，但高硬度 碳化物对刀具有擦伤，崩碎切屑，切削力热集中刀刃上且有 波动，刀具磨损率并不低，应采用低于加工钢的切削速度。 球墨铸铁、可锻铸铁的强度塑性比灰铁高，切削性良好
工件材料的相对加工性
1.切削速度vT的含义：当刀具使用寿命为T (min)时切削 某种材料所允许的切削速度。
vT越高，材料的切削加工性越好。 通常取T = 60 min，
vT写作v60 ；难加工材料，vT为v15或v30 。
2.相对加工性Kr：以σb=0.637GPa的45钢的v60作为基准， 写作(v60 )j ，将某种材料的v60与其相比的比值，即
高强度硬度，高塑性韧性或高脆性，耐高温，导热性差。 切削力大，温度高，刀具磨损快，断屑难，加工性差。
四、改善切削加工性的途径
（一）改善材料切削加工性的途径
1.调整材料的化学成分
钢中加硫、铅等元素；铸铁中增加石墨成分
2.进行适当的热处理
低、中碳钢宜选正火处理，均匀组织，调整硬度塑性； 高碳钢宜用球化退火,降低硬度,均匀组织,改善加工性；
中碳以上的合金钢硬度较高，需退火以降低硬度；
不锈钢常要进行调质处理，降低塑性，以便加工； 铸铁需进行退火处理，降低表皮硬度，消除内应力
（二）改善切削加工条件
1.选择合适的刀具材料和切削用量 难加工材料，导热性差，选YG、YW合金或涂层刀片；
刀具合理几何参数，断屑槽、卷屑槽，控制排屑；
选择合理切削用量等。
工件表面若有硬皮应进行退火处理。
（三）结构钢
普通铝及铝合金、铜及铜合金，强度硬度低，导热性
好，易切削。
（二）铸铁
白口铸铁硬度高（HBS600)，难切削；
灰口铸铁硬度适中，强度塑性小，切削力较小，但高硬度 碳化物对刀具有擦伤，崩碎切屑，切削力热集中刀刃上且有 波动，刀具磨损率并不低，应采用低于加工钢的切削速度。 球墨铸铁、可锻铸铁的强度塑性比灰铁高，切削性良好
工件材料的相对加工性
1.切削速度vT的含义：当刀具使用寿命为T (min)时切削 某种材料所允许的切削速度。
vT越高，材料的切削加工性越好。 通常取T = 60 min，
vT写作v60 ；难加工材料，vT为v15或v30 。
2.相对加工性Kr：以σb=0.637GPa的45钢的v60作为基准， 写作(v60 )j ，将某种材料的v60与其相比的比值，即
高强度硬度，高塑性韧性或高脆性，耐高温，导热性差。 切削力大，温度高，刀具磨损快，断屑难，加工性差。
四、改善切削加工性的途径
（一）改善材料切削加工性的途径
1.调整材料的化学成分
钢中加硫、铅等元素；铸铁中增加石墨成分
2.进行适当的热处理
低、中碳钢宜选正火处理，均匀组织，调整硬度塑性； 高碳钢宜用球化退火,降低硬度,均匀组织,改善加工性；
中碳以上的合金钢硬度较高，需退火以降低硬度；
不锈钢常要进行调质处理，降低塑性，以便加工； 铸铁需进行退火处理，降低表皮硬度，消除内应力
（二）改善切削加工条件
1.选择合适的刀具材料和切削用量 难加工材料，导热性差，选YG、YW合金或涂层刀片；
刀具合理几何参数，断屑槽、卷屑槽，控制排屑；
选择合理切削用量等。
工件表面若有硬皮应进行退火处理。
（三）结构钢
第四章 工件材料的切削加工性
二二、、金金属属材材料料化化学学成成分分的的影影响响
铬能在铁素体中固溶，又能形成碳化物。 当含铬量小于0.5％，对切削加工性的影响 很小。含铬量进一步增加，则钢的硬度、强 度提高，切削加工性有所下降。
镍：镍能在铁素体中固溶，使钢的强度 和韧性均有所提高，导热系数降低，使切削 加工性变差。当含镍量大于8％后，形成了 奥氏体钢，加工硬化严重，切削加工性就更 差了。
3.普通铸铁：与具有相同基体组织的碳素 钢相比，切削加工性好
其金相组织是金属基体加游离态石墨。 石墨：降低了铸铁的塑性，切屑易断，有
润滑作用，使切削力小，刀具磨损小。 但石墨易脱落，使已加工表面粗糙。切削
铸铁时形成崩碎切屑，造成切屑与前刀面 的接触长度非常短，使切削力、切削热集 中在刃区，最高温度在靠近切削刃的后刀 面上。
二、金属材料化学成分的影响
氮：它在钢中会形成硬而脆的 氮化物，使切削加工性变差。
各种元素在小于2％的含量时对钢的切削加工性的影响
三、金属材料热处理状态和金相组织的影响
铁素体 ： 由于铁素体含碳很少，故其性能接近
于纯铁，是一种很软而又很韧的组织。在 切削铁素 体时，虽然刀具不易被擦伤， 但与刀面冷焊现象严重，使刀具产生冷焊 磨损。又容易产生积屑瘤，使加工表面质 量恶化。故铁素体的切削加工性并不好。 通过热处理(如正火)或冷作变形，提高其 硬度，降低其韧性，可使切削加工性得到 改善。
二、金属材料化学成分的影响
钼：钼能形成碳化物，能提高钢的硬度， 降低塑性。含钼量在0.15％—0.4％范围内， 切削加工性略有改善。大于0.5％后，切削 加工性降低。
钒：钒能形成碳化物，并能使钢的 组织细密，提高硬度，降低塑性。当 含量增多后使切削加工性变差，含量 少时对切削加工性略有好处。
第七节工件材料的切削加工性
3. 粗、精加工中切削用量的选择原则
粗加工时，应以提高生产率为主，同时保证 规定的刀具寿命。
➢ 切削深度：在机床功率足够时，尽量一次完 成加工余量。
➢ 进给量：根据机床-刀具-夹具-工艺系统刚性 选择最大的进给量。
➢ 切削速度：根据已选定的切削深度和进给量、 工件材料、刀具材料，选择中等偏下的切削 速度。
最低成本刀具寿命：以每件产品（或工序）的
加工费用最低而确定的刀具寿命。
其它原则
➢ 根据刀具的复杂程度，即制造和磨刀成本选择。 ➢ 机夹可转位刀具寿命可选择的短一些。 ➢ 对装刀、换刀、调刀比较复杂的多刀机床、组
合机床、自动化加工刀具，刀具寿命要选得高 一些。 ➢ 关键工序的刀具寿命要选得低一些。 ➢ 要保证大件加工一次走刀完成加工。
第七节
工件材 料的切 削加工
性
1. 切削加工性：指工件材料被切削加工 的难易程度。
2. 衡量切削加工性的指标
以加工质量的好坏衡量切削加工性 以刀具耐用度衡量切削加工性
➢
在保证相同刀具耐用度的前提下，切削这种材料允
Hale Waihona Puke 许的最大切削速度。➢
在相同的切削条件下，切削这种材料的刀具耐用度。
➢
在相同的切削条件下，保证切削这种材料达到磨钝
2. 制定切削用量时应考虑的因素
加工质量 切削加工生产率 刀具寿命 在多刀切削和使用组合刀具切削时，应把
各刀具中允许的切削用量中最低的参数作 为调整机床的参数。在自动线加工中，还 要考虑生产节拍。
最高生产率刀具寿命：以单位时间生产最多数
量的产品或加工每个零件所消耗的生产时间最 短而确定的刀具寿命。
➢ 粗加工 根据工件材料、刀杆尺寸、 工件直径和已确定的背吃刀量选择。
第2-7节工件材料的切削加工性
参考资料1：不锈钢的切削加工性
与45钢相比，1Cr18Ni9Ti不锈钢的相对可切削性约为0.3-.05之间，是一 种难切削材料。 其难加工性主要表现在： 高温强度和高温硬度高，一般钢材切削时，随着切削温度的升高其强度 会明显降低，切屑易被切离，而1Cr18Ni9Ti在700度时仍不能降低其机 械性能，故切屑不易被切离，切削过程中切削力大，刀具易磨损。 塑性和韧性高，虽然1Cr18Ni9Ti的抗拉强度和硬度都不高，但综合性能 很好，塑性和韧性高，它的延伸率、断面收缩率和冲击值都较高， 1Cr18Ni9Ti的延伸率是40%，是40#的210-237%，是45#的250-280%， 是20Cr、40Cr钢的400-500%，所以切屑不易切离、卷曲和折断，切屑 变形所消耗的功能增多，如切除一定体积的1Cr18Ni9Ti所消耗的能量比 切除相同体积的低碳钢约高50%，并且大部分能量转化为热能，使切削 温度升高。 由 于1Cr18Ni9Ti不易加工，切屑不易切离和折断，故刀具和工件之间所 产生的摩擦热也多，而不锈钢1Cr18Ni9Ti的导热率低(约为普通钢的1/21/3)，散热差，由切屑带走的热量少。大部分的热量被刀具吸收，致使 刀具的温度升高，加剧刀具磨损。
2、工件材料化学成分的影响 （1）钢材的化学成分对切削加工性的影响
碳素钢的强度与硬度随含碳量的增加而提高，而塑性与韧性 随含碳量的增加而减小。低碳钢的塑性和韧性较高，又不易断 屑，因此切削加工性较差；高碳钢的强度和硬度较高，易使刀 具磨损，因此切削加工性较差；中碳钢的切削加工性较好。 在钢中加入铬、镍、钒、钼、钨、锰、硅、铝等合金元素可 以改变钢的切削加工性。
铁的加工性比冷硬铸铁好。
（3）以切屑控制或断屑的难易为衡量指标
在自动线上或自动机床上，常以切屑控制或断屑的难易程度 作为衡量材料切削加工性的指标。
2[1].7切削用量的选择及工件材料加工性
![2[1].7切削用量的选择及工件材料加工性](https://img.taocdn.com/s3/m/3deab8f7ba0d4a7302763a03.png)
二、切削用量的合理选择 1.切削用量的选择原则 1.切削用量的选择原则
粗加工时，应在保证必要的刀具寿命的前提下， 粗加工时，应在保证必要的刀具寿命的前提下，以尽可能提 高生产率和降低成本为目的。 高生产率和降低成本为目的。根据刀具使用寿命与切削用量 影响最大， 的关系式，切削用量↑ 的关系式，切削用量↑， T ↓，其中速度v 对T 影响最大， 次之， 影响最小。 进给量f 次之，背吃刀量ap影响最小。 粗加工中选择切削用量时，应首先选择尽可能大的背吃刀 粗加工中选择切削用量时， 中选择切削用量时 量ap，其次在工艺条件允许下选择较大的进给量f ，最后根 据合理的刀具寿命， 据合理的刀具寿命，用计算法或查表法确定切削速度v 。这 的乘积最大，以获得最大的生产率. 样使v、f 、ap 的乘积最大，以获得最大的生产率. 精加工时则主要按表面粗糙度和加工精度要求确定切削用量。 精加工时则主要按表面粗糙度和加工精度要求确定切削用量。 时则主要按表面粗糙度和加工精度要求确定切削用量
2.7切削用量的选择及工件材料加工性 切削用量的选择及工件材料加工性 2.72.7-1 切削条件的合理选择
补充） 一、刀具寿命的合理选择(补充） 刀具寿命的合理选择 补充
生产目标：加工质量、加工效率、 生产目标：加工质量、加工效率、经济性 优化指标：单件生产时间、单件加工成本、利润率 优化指标：单件生产时间、单件加工成本、 切削参数：切削用量、刀具材料、几何参数、 切削参数：切削用量、刀具材料、几何参数、机床等 作中间控制因素把优化指标和切削参数联系起来。 常用T 作中间控制因素把优化指标和切削参数联系起来。
2.7－ 2.7－2工件材料的切削加工性
工件材料切削加工性 指材料被加工成合格零件的难易程度 是一个相对的概念
工件材料的切削加工性
工件材料的切削加工性
以刀具耐用度衡量 以工性
1.工件材料切 削加工性的衡 量指标
以切削力和切 削温度衡量切 削加工性
以加工表面质量 衡量切削加工性
2.工件材料物理力学性能的影响
硬度
强度
塑性与韧性
导热系数
工件材料硬度 包括常温硬度、 高温硬度。
2）合金元素
为了改善钢的性能，可加入一些合金元属如铬（Cr）、镍（Ni）、 钒（V）、钼（Mo）、钨（W）、锰（Mn）、硅（Si）和铝（Al）等。
其中Cr、Ni、V、Mo、W、Mn等元素大都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而使刀具磨损加剧。当这 些元素含量较低时（一般以0.3％为限），对钢的切削加工性能影响不 大；当这些元素含量超过0.3％时，对钢的切削加工性是不利的。
1）对钢的切削加工 性的影响
不同种类金相组织对 切削加工性有直接影 响。钢中铁素体与珠 光体的比例关系影响 钢的切削加工性。
2）对铸铁切削加 工性的影响
按金相组织的不同，铸 铁可分为白口铁、马口 铁、灰铸铁和球墨铸铁。 它们的硬度依次递减， 塑性依次增高，切削加 工性依次递增。
在钢中加入微量的硫（S）、硒（Se）、铅（Pb）、铋（Bi）、钙 （Ca）等元素会在钢中形成夹杂物，能使钢脆化，或起润滑作用，减轻 刀具磨损，改善工件材料的切削加工性。加入磷（P）虽然使钢的强度 与硬度有所提高，但可使其韧性与塑性显著下降，因此，有利于断屑。
4.工件材料金相组织的影响
工件材料金相 组织的影响
工件材料强度 包括常温强度 和高温强度。
工件材料的塑性 以延伸率表示， 工件材料的线膨 值越大，则塑性 胀系数和弹性模 越大。工件材料 的韧性以冲击韧 量也对切削加工 度表示，值越大， 性有影响。 表示工件材料在 破断时吸收的能 量越多。
以刀具耐用度衡量 以工性
1.工件材料切 削加工性的衡 量指标
以切削力和切 削温度衡量切 削加工性
以加工表面质量 衡量切削加工性
2.工件材料物理力学性能的影响
硬度
强度
塑性与韧性
导热系数
工件材料硬度 包括常温硬度、 高温硬度。
2）合金元素
为了改善钢的性能，可加入一些合金元属如铬（Cr）、镍（Ni）、 钒（V）、钼（Mo）、钨（W）、锰（Mn）、硅（Si）和铝（Al）等。
其中Cr、Ni、V、Mo、W、Mn等元素大都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而使刀具磨损加剧。当这 些元素含量较低时（一般以0.3％为限），对钢的切削加工性能影响不 大；当这些元素含量超过0.3％时，对钢的切削加工性是不利的。
1）对钢的切削加工 性的影响
不同种类金相组织对 切削加工性有直接影 响。钢中铁素体与珠 光体的比例关系影响 钢的切削加工性。
2）对铸铁切削加 工性的影响
按金相组织的不同，铸 铁可分为白口铁、马口 铁、灰铸铁和球墨铸铁。 它们的硬度依次递减， 塑性依次增高，切削加 工性依次递增。
在钢中加入微量的硫（S）、硒（Se）、铅（Pb）、铋（Bi）、钙 （Ca）等元素会在钢中形成夹杂物，能使钢脆化，或起润滑作用，减轻 刀具磨损，改善工件材料的切削加工性。加入磷（P）虽然使钢的强度 与硬度有所提高，但可使其韧性与塑性显著下降，因此，有利于断屑。
4.工件材料金相组织的影响
工件材料金相 组织的影响
工件材料强度 包括常温强度 和高温强度。
工件材料的塑性 以延伸率表示， 工件材料的线膨 值越大，则塑性 胀系数和弹性模 越大。工件材料 的韧性以冲击韧 量也对切削加工 度表示，值越大， 性有影响。 表示工件材料在 破断时吸收的能 量越多。
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工件材料的切削加工性的评定指标
加工要求和生产条件不同，评定材料切削加工性的指标也不相同。
常用的评定指标有下面几种：
1.切削力或切削温度指标
在相同的切削条件下加工不同材料时，凡切削力大、切削温度高的工件材料，其切削加工性就差；反之，其切削加工性就好，在粗加工或机床刚性、动力不足时，常以切削力来评定材料的切削加工性能指标。
2.刀具寿命指标
在相同的切削条件下，使刀具寿命高的工件材料，其切削加工性好。
或者在一定刀具寿命下，所允许的最大切削速度高的工件材料，其切削加工性就好。
3.已加工表面质量指标
以常用材料是否容易保证得到所要求的已加工表面质量(常用表面粗糙度，或用加工硬化和残余应力等来衡量)，作为评定材料切削加工性的指标。
加工后表面质量好的材料，其加工性好；反之，加工性差。
在精加工时，常以此作为加工指标。
4.切削控制性能指标
凡切削容易被控制或折断的材料，其切削加工性就好，反之，则差。
在自动机床或自动生产线上，常用切削控制的难易程度来评定材料的切削加工性。
一种工件材料很男在各方面都能获得较好的切削加工性指标，只能根据需要选择一项或几项作为衡量其切削加工性的指标。
在一般的生产中，常以保证一定的刀具寿命所允许的切削速度作为评定材料切削加工性的指标。
此外，还有用切削路程的长短、金属切除量或金属切除率的大小作为指标来衡量材料的切削加工性。