金属材料的切削加工性

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影响钢、铁切削加工性的因素及有色金属加工的特点

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影响钢、铁切削加工性的因素及有色金属加工的特点

影响钢、铁切削加工性的因素及有色金属加工的特点
材料	影响因素	切　削　加　工　性	影响因素	切　削　加　工　性
钢	力学性能	硬度：170～230HB最好，HB＞300显著下降，HB≈400很差塑性：ψ＝50%～60%显著下降	轧制方法	含碳量＜0.3%；冷轧或冷拔比热轧好含碳量0.3%～0.4%的中碳钢：冷轧与热轧差不多含碳量＞0.4%的高碳钢：热轧比冷轧好
化学成分 (质量分数)	C：0.25%～0.35%左右最好 Mn：当C＜0.2%时1.5%最好 Ni：＞8%加工更困难 Mo：0.15%～0.40%时，稍提高；当淬火钢硬度为HB＞350时，加入一些Mo，可提高其加工性	金相组织	铁素体：塑性很大的铁素体钢，切削加工性很低，切削前一般经过冷轧或冷拔可提高珠光体：含碳量＞0.6%时，粒状珠光体比片状珠光体好；低碳钢以断续细网状的片状珠光体为好索氏体、屈氏体：二者都比珠光体硬。稍差马氏体：更硬。更差奥氏体：软而韧，加工硬化厉害，导热性差，易粘刀。很差
冶炼方法	转炉钢：含硫、磷较高，最好平炉钢：含硫、磷较低，较差电炉钢：含硫、磷更低，最差
热处理	退火：提高
铸铁	硬度一般虽然不高，但是其热导率较低，并含有碳化铁及其他坚硬的杂质，且切下的切屑是崩碎的，所以刃口附近的较小面积上的温度梯度较大，并且集中地受到一些硬质点的摩擦，因此其切削加工性同样应综合多方面因素来考虑
化学成分 (质量分数)	C、Si、Al、Ni、Cu、Ti：提高。适当含量是Si0.1%～0.2%，Ni0.1%～3.0%，Ti0.05%～0.10%，Mo0.5%～2.0% Cr、V、Mn、Co、S、P等：超过某种限度时就降低。其含量不宜大于Cr1.0%，V0.5%，Mn1.5%，P0.14%	金相组织	自由石墨(显微硬度15～40)：提高，但石墨颗料太大，表面粗糙度会增加自由铁素体(显微硬度215～270)：一般铸件中约占10%，提高珠光体(显微硬度300～390)：一般针状组织(显微硬度400～495)：略降低磷铁共晶体(P10%+Fe%，显微硬度600～1200)：存在于含P＞0.1%的铸铁中，一般当其在铸铁中的比重＜5%时，影响不大，再多就降低自由碳化物(显微硬度1000～2300)：很硬，降低
热处理	退火使硬度下降15%～30%，可提高切削速度30%～80%
铜、铝合金	铜合金： 1.强度、硬度比钢低，切削加工性好 2.青铜比较硬脆，切削时与灰铸铁类似；黄铜比较韧软，切削时与低碳钢有些相同，但较易获得较低的表面粗糙度 3.黄铜容易产生“扎刀”的毛病 4.除车某些青铜外，刀具使用寿命比钢、铁高 5.装卡容易引起变形 6.线膨胀系数比钢、铁大，加工发热，尺寸精度较难控制	铝合金： 1.强度、硬度比铜更低，切削加工性更好，但车螺纹容易“崩扣” 2.加工时容易粘刀，形成刀瘤，增加表面粗糙度 3.组织不够致密，很难获得较低的表面粗糙度 4.除车铸造硅铝明合金外，刀具使用寿命一般都较高(禁止使用陶瓷刀具) 5.装卡和加工时容易引起变形，工件表面也易碰伤或划伤 6.线膨胀系数比铜更大，影响尺寸精度更突出

材

料

影响

因素

切　削　加　工　性

影响

因素

切　削　加　工　性

钢

力学

性能

硬度：170～230HB最好，HB＞300显著下降，HB≈400很差

塑性：ψ＝50%～60%显著下降

轧制

方法

含碳量＜0.3%；冷轧或冷拔比热轧好

含碳量0.3%～0.4%的中碳钢：冷轧与热轧差不多

含碳量＞0.4%的高碳钢：热轧比冷轧好

化学

成分

(质量

分数)

C：0.25%～0.35%左右最好

Mn：当C＜0.2%时1.5%最好

Ni：＞8%加工更困难

Mo：0.15%～0.40%时，稍提高；当淬火钢硬度为HB＞350时，加入一些Mo，可提高其加工性

金相

组织

铁素体：塑性很大的铁素体钢，切削加工性很低，切削前一般经过冷轧或冷拔可提高

珠光体：含碳量＞0.6%时，粒状珠光体比片状珠光体好；低碳钢以断续细网状的片状珠光体为好

索氏体、屈氏体：二者都比珠光体硬。稍差

马氏体：更硬。更差

奥氏体：软而韧，加工硬化厉害，导热性差，易粘刀。很差

冶炼

方法

转炉钢：含硫、磷较高，最好

平炉钢：含硫、磷较低，较差

电炉钢：含硫、磷更低，最差

热处理

退火：提高

铸

铁

硬度一般虽然不高，但是其热导率较低，并含有碳化铁及其他坚硬的杂质，且切下的切屑是崩碎的，所以刃口附近的较小面积上的温度梯度较大，并且集中地受到一些硬质点的摩擦，因此其切削加工性同样应综合多方面因素来考虑

化学

成分

(质量

分数)

C、Si、Al、Ni、Cu、Ti：提高。适当含量是Si0.1%～0.2%，Ni0.1%～3.0%，Ti0.05%～0.10%，Mo0.5%～2.0%

Cr、V、Mn、Co、S、P等：超过某种限度时就降低。其含量不宜大于Cr1.0%，V0.5%，Mn1.5%，P0.14%

金相

组织

自由石墨(显微硬度15～40)：提高，但石墨颗料太大，表面粗糙度会增加

自由铁素体(显微硬度215～270)：一般铸件中约占10%，提高

珠光体(显微硬度300～390)：一般

针状组织(显微硬度400～495)：略降低

磷铁共晶体(P10%+Fe%，显微硬度600～1200)：存在于含P＞0.1%的铸铁中，一般当其在铸铁中的比重＜5%时，影响不大，再多就降低

自由碳化物(显微硬度1000～2300)：很硬，降低

热处理

退火使硬度下降15%～30%，可提高切削速度30%～80%

铜

、

铝

合

金

铜合金：

1.强度、硬度比钢低，切削加工性好

2.青铜比较硬脆，切削时与灰铸铁类似；黄铜比较韧软，切削时与低碳钢有些相同，但较易获得较低的表面粗糙度

3.黄铜容易产生“扎刀”的毛病

4.除车某些青铜外，刀具使用寿命比钢、铁高

5.装卡容易引起变形

6.线膨胀系数比钢、铁大，加工发热，尺寸精度较难控制

铝合金：

1.强度、硬度比铜更低，切削加工性更好，但车螺纹容易“崩扣”

2.加工时容易粘刀，形成刀瘤，增加表面粗糙度

3.组织不够致密，很难获得较低的表面粗糙度

4.除车铸造硅铝明合金外，刀具使用寿命一般都较高(禁止使用陶瓷刀具)

5.装卡和加工时容易引起变形，工件表面也易碰伤或划伤

6.线膨胀系数比铜更大，影响尺寸精度更突出

镁

合

金

镁合金与其他金属结构材料相比，密度较小，机加工较容易。可以采用较高的速度、较大的切削深度和进给速度。它的切屑形成类型主要取决于材料成分、热处理状态、工件形状以及刀具进给量大小。其他金属机加工时，刀具倾角和切削速度对切屑形成有很大影响，但对镁合金的影响很小，可以忽略。单点刀具在车、刨、铣、钻等过程中产生的切屑一般分为三种:大进给量时短而易断；中等进给量时短，部分易断；小进给量时则长而卷。铸造合金易于产生折断或部分折断的切屑，并与热处理状态有关；锻件和挤压件则易产生部分断裂或卷曲的切屑，主要与进给速度有关

车、铣、刨、磨、钻、铰、拉、镗等加工工艺均可以满足镁合金工件不同加工及其表面精度的要求。但应遵循的一个共同原则是刀具应尽可能保持锋利、光滑，且无刮痕、毛刺、卷口

镁合金散热极快，加工表面冷却迅速，常常不需要润切液。如果需要主要是用来冷却工件，减小工件变形，减少切屑燃烧的机会(尤其是切屑较细时，若无液体覆盖很容易起火)。因此，镁合金机加工过程中采用的润切液常被称为冷却液。在大批量生产中，冷却液是延长刀具寿命的主要因素。在钻深孔或进行高速大进给量加工时，需要润切液冷却

镁合金采用的油基冷却剂一般为矿物油，而不宜用动物油或植物油

水溶性油或油水乳化液已成功应用于镁合金的某些机加工工艺中，但是不允许使用水基冷却剂。由于水和镁反应将生成易燃易爆气体H₂，导致在镁合金湿切屑的储存和运输过程中出现氢的积累，即使少量氢的不断积累也是极其危险的。此外，水会降低镁合金废屑的回收价值

对镁合金进行机加工时，必须考虑切屑着火的问题。切屑被加热到接近熔点以后会引燃，应特别注意安全

各种

金属

机加

工能

量和

速度

对比

金属

相对能量

粗车速度/m·min^-1

拉削速度(加工5～10mm)/m·min^-1

①受设备、刚度条件限制

②适用于高速钢刀具，也可以采用硬质合金刀具，速度为260m·min^-1

③适用于76mm的孔，进给量为0.41mm·r^-1

④孔径

镁合金

铝合金

铸铁

低碳钢

镍合金

1.0

1.8

3.5

6.3

10.0

可达1200

75～750

30～90

40～200

20～90

150～500

60～400

10～40

15～30

5～20

镁合

金孔

加工

的一

般速

度和

进给

量

工艺

速度^①/

m·min^-1

进给量/mm·r^-1

1.6mm^④

3.2mm^④

6.4mm^④

13mm^④

19mm^④

25mm^④

38mm^④

51mm^④

钻孔

枪钻

铰孔

锪孔

高速钢

硬质合金

43～100

198

120^②

195^②

490^③

0.025

—

0.076

0.025

0.13

—

0.18

0.076

0.20

0.13

0.15

0.30

0.13

0.30

0.15

0.18

0.41

0.20

—

0.18

0.20

0.51

0.25

0.41

0.22

0.25

0.64

0.25

0.51

0.28

0.30

0.76

0.25

0.76

0.33

0.36

镁合

金车

削速

度、

进给

量和

最大

切削

深度

粗

车

车削速度

/m·min^-1

进给量

/mm·r^-1

最大切削深度/mm

粗

车

车削速度

/m·min^-1

进给量

/mm·r^-1

最大切削深度

/mm

90～185

185～305

305～460

460～610

610～1525

0.76～2.5

0.51～2.0

0.25～1.5

0.25～1.0

0.25～0.76

12.7

10.2

7.62

5.08

3.81

90～185

185～305

305～1525

0.13～0.64

0.13～0.51

0.076～0.38

2.54

2.03

1.27