切削过程基本规律的应用：难加工材料的切削加工性及加工方法

随着科学技术的发展，对机械零件及产品的性能的要求也越来越高，对所使用的材料要求也越来越高，现在出现了许多难加工材料，如耐磨钢、高强度钢、不锈钢、高温合金等，以下对难加工材料进行介绍。

（1）高锰钢

钢中锰含量在11％～14％时，称为高锰钢。常用有高碳高锰耐磨钢和中碳高锰无磁钢。高锰钢很难切削。

高锰钢切削加工性差的主要原因时加工硬化性能高和导热性差。高锰钢在切削加工过程中，因塑性变形使材料中奥氏体组织变为细晶粒马氏体组织，硬度提高一倍，而导热系数约为45钢的1/4，因此切削温度很高。此外，高锰钢韧性高，约为45钢8倍，切屑也不易折断，使加工更加困难。

在加工高锰钢时，为减小加工硬化，应使刀刃锋利。为增强刀刃和改善散热条件，一般车削选用前角γo＝-5o～5o，负倒棱bγ1＝0.2～0.8㎜，γo1＝-5o～-15o，后角值较大，通常αo＝-5o～-10o，主偏角κr＝45o。切削时速度不宜太高，一般υ＝20～40m/min。因为加工硬化严重，进给量和切削深度不宜小，以免刀刃在硬化层切削。进给量大于0.16㎜/r，一般f ＝0.2～0.8㎜/r；背吃刀量粗车ap＝3～6㎜，半精车ap＝1～3㎜。

为提高切削效率，可采用加热切削法。

（2）高强度钢

高强度钢的室温强度高，抗拉强度在1.177GPa以上。低合金和中合金高强度钢，在淬火及回火后能得到硬度为40～50HRC的高硬度和高强度。高强度钢的高硬组织在切削时，刀刃切削应力大，切削温度高，刀具磨损比较严重，难切削，但在退火状态下，高强度钢比较容易切削。

高强度钢切削时，应注意以下几点：

l 在刀具材料的选用上，如采用硬质合金，应选用强度大，耐热冲击的牌号刀具；采用高速钢刀具时，应选用高温硬度高的高钒高钴高速钢；为减小崩刃，选用碳化物细小均匀的钼系高速钢。

l 为防止崩刃，增强刀刃，前角应取小值或负值，刀刃粗糙度小，刀刃尖角用圆弧代替，圆弧半径ｒε>0.8㎜。

l 切削时，切削速度要低，约普通结构钢的1/8～1/2，进给量不宜过小。

l 采用硬质合金刀具时，不宜采用水溶性切削液，以免刀刃承受较大的热冲击。

l 粗车时，一般在退火状态下进行，前角选用较小的数值，倒棱前角γo1＝-5o～-10o，如f <0.06mm/r时，γo1＝3o～-5o。后角应选大些，αo＝10o。

（3）不锈钢

不锈钢按材料组织可分为多种形式，其中奥氏体不锈钢（如1Cr18Ni9Ti）和马氏体不锈钢（2Cr13，3Cr13）应用较多。

奥氏体不锈钢组织塑性大，容易产生加工硬化，而且刀热性也差，约为45钢的1/3，因此奥氏体不锈钢较难切削；马氏体不锈钢淬火后硬度和强度都较高，切削也比较困难。未调质的马氏体不锈钢，虽然能在较高的速度下切削，但表面光洁度较差。

切削不锈钢时应注意以下几点：

l 刀具材料应选用强度高，导热性好的硬质合金。

l 切削刀具一般选用较大前角，较小的主偏角，以利于切削。

l 刀具前刀面和后面应仔细研磨，保证具有较小的表面粗糙度。此外选用较高和较低的切削速度，以免产生粘结现象。

l 不锈钢切屑不容易折断，应采用各种断屑、排屑措施。

l 不锈钢导热性能低，容易产生热变形，精加工时尺寸精度易受影响。

l 车削不锈钢，在刀具参数的选择上，一般前角γo＝25o～30o，对于强度和硬度较大的不锈钢，可取γo＝20o～25o；粗车时，后角αo＝6o～10o，精车αo＝10o～12o；粗车时bγ1＝0.1～0.3㎜，精车时倒棱bγ1＝0.05～0.2㎜；刀具材料一般选用细晶粒的YG硬质合金。不锈钢的车削用量如表2-11所示。

（4）硬质合金

许多模具采用硬质合金制造。加工硬质合金材料时，除可以采用磨削加工外，还采用表层为人造金刚石、基体为硬质合金的复合金刚石刀具（PCD）加工。YG类的硬质合金车削加工时，如选用切削速度υc＝20m/min，进给量f ＝0.02㎜/r，背吃刀量ap＝0.05㎜，加工表面粗糙度可达Ra＝0.2μm；为提高刀具强度，一般刀具前角γo＝-15o。在切削液的选用上，一般选用含煤油的混和切削油，以提高浸润性和降低摩擦。

表2-11 不锈钢的车削用量

工件材料
车外圆及镗孔

υ（m/min）
f （㎜/r）
ap（㎜）

工件直径（mm）
粗加工
精加工
粗加工
精加工

≤20
≥20

奥氏体不锈钢

（1Cr18Ni9Ti等）
40～60
60～110
0.2～0.8
0.07～0.3
2～4
0.2～0.5

马氏体不锈钢（2Cr13等，≤ 250HBS）
50～70
70～120
0.2～0.8
0.07～0.3
2～4
0.2～0.5

马氏体不锈钢（2Cr13等，>250HBS）
30～50
50～90
0.2～0.8
0.07～0.3
2～4
0.2～0.5

析出硬化不锈钢
25～40
40～70
0.2～0.8
0.07～0.3
2～4
0.2～0.5

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