加工中心钢切削加工特性

钢材中碳的含量对材料切削加工性的影响较大。碳素结构钢的强度与硬度随着含碳量的增加而增加，而塑性与韧性随含碳量的增加而减小。当碳素工具钢含碳量大于0.9%时，硬 度继续增加而强度下降。低碳钢的塑性和韧性较髙，切削力和摩擦力相对较大，而且切削加工时产生的切屑不易断屑，故切削加工性较低；高碳钢的强度、硬度较高，切削力大，而且刀具磨损较快，故切 削加工性能也较低；一般情况下中碳钢的切削加工性较好。

在钢中加人Cr、Mn等合金元素能提髙钢的强度和硬度，改善钢的使用性能。这些元素 含量高于一定值时，会使切削力增加，刀具磨损加剧，导致材料切削加工性降低。在钢中加人少量的硫、砸、铅、磷、铋和钙等元素可形成易切削钢，对提高切削加工性有利。它们能在钢中产生硫化物，质地柔软，降低切削力，使切屑易于折断，且有润滑作 用，减小刀具磨损，提高切削加工性，但降低了钢的使用性能。对力学性能要求较高的工件应避免使用此类钢材。

一、高锰钢铣削加工的特点

高锰钢是指含锰量在9%〜18%的合金钢。主要有高碳高锰耐磨钢和中碳高锰无磁钢两大类。高锰钢常用“水韧处理”，这时高锰钢将具有高强度、高韧性、高耐磨性、无磁性等 较好的使用性能。常用的高锰钢主要有Mnl3、ZGMnl3、20Mn23Al、40Mnl8Crl3、 50Mnl8Cr4、50Mnl8Cr4V等，其中最难切削加工的是ZGMnl3„高锰钢铣削加丁的特 点如下。

1.         加工硬化严重，切削力大高锰奥氏体钢的被加工表层硬化严重，加工表面硬度比 基体增加2倍，硬化层深度可达0.3mm以上，引起切削力剧增。与正火45钢相比，单位切 削力增加60%左右。

2.       高锰钢热导率小，刀具热磨损严重高锰钢热导率小，切削温度髙。在相同切削条 件下，切削温度比45钢高100〜200*0,刀刃热磨损加剧。

3.      高锰钢塑性大、韧性髙，断屑、排屑困难高锰钢的冲击韧度值高，约为45钢的8 倍，伸长率较大，易产生鳞刺，加工表面质量不易保证。切屑强度大，硬度髙，断屑困难。

4.       高锰钢线膨胀系数大，影响工件尺寸精度高锰钢的线膨胀系数较大，约为20X 10_^SK—\在高的切削温度下，易产生膨胀和变形，影响加工精度。同时，高锰钢的伸长率 随温度升高有所下降，但超过600X；时又很快增加。因此，切削速度不宜过高，以避免切削38 温度过高而引起伸长率增加，使切削加工困难。

二、高强度钢铣削加工的特点

高强度钢是指那些强度、硬度都很高，同时又具有很好韧性和塑性的合金钢。高强度钢按含有合金元素成分不同，可分为铬钢、锰钢、镍钢、铬镍钢、铬锰钢、铬钼钢、锰硅钢 等。如 40Cr、40CrSi、30CrMnSi、30CrMoMnSiNi2、45CrNiMoV 等。高强度钢铣削加工 特点如下：

1.   切削力大高强度钢的室温强度高，抗拉强度在1.47GPa以上，淬火的硬度非常 高，故铣削时变形困难，切削力大。

2.  切削温度髙高强度钢铣削中消耗的功多，产生的热量大，且高强度钢的热导率 低，所以切削温度高。

3. 刀具磨损快，容易崩刃打刀高强度钢加工中，由于切削力大，切削温度高，使 得刀具磨损快；同时切屑与前刀面接触长度短，应力集中在刀尖处，容易使刀具崩刃 打刀。

4.      断屑困难高强度钢是具有很高韧性和塑性的合金钢，铣削加工中断肩排屑困难。

5.     不锈钢铣削加工的特点

6.    塑性高，加工硬化严重，切削力大不锈钢塑性大，其伸长率超过45钢1.5倍以 上，切削加工时塑性变形大，加工硬化严重，使总切削力增大，其单位切削力比正火45钢 要高出25%以上。

7.    易粘刀，损坏刀具，生成积屑瘤，影响加工表面质量不锈钢材料在切削过程中， 切屑与刀具粘结现象严重，容易造成刀具表面剥落。另外，由于粘结严重，容易形成积屑 瘤，使已加工表面粗糙度增大。对含碳量低的马氏体不锈钢尤为严重。

8.   切削温度高，刀具容易磨损切削不锈钢时，由于切削力大，消耗功率多，故产生 的切削热也多。再加上不锈钢导热性差，其导热率约为中碳钢的1/2〜1/4,大量切削热集 中在切削区和刀屑接触界面上，不能及时传出，从而使刀刃容易产生过热现象，在髙温下失去切削性能。加之不锈钢中的高硬度碳化物，在切削过程中直接与刀面接触、摩擦，会使刀 具加速磨损。

9.       切屑不易卷曲和折断

10.       由于不锈钢塑性高，韧性大，且髙温强度高，切削时切屑不易卷曲和折断。若切屑不能 及时排出，易造成堵屑现象，会挤坏和划伤已加工表面，甚至崩坏刀刃。因此，解决断屑和排屑是不锈钢铣削的难点之一。

11.    不锈钢的线膨胀系数大，影响加工精度不锈钢的线膨胀系数比碳钢和铸铁都大， 约为碳素钢的1.5倍。在切削温度的作用下，工件容易产生热变形，故在精加工时易影响零 件的尺寸和形位精度。

    三、高温合金的切削加工特性

高温合金是难切削金属材料中很难加工的材料，其相对可加工性小于0.2„铁基髙温合 金的相对可加工性仅为奥氏体不锈钢的1/2左右，而镍基高温合金的相对可加工性更差，且 随抗热性能的提高而降低。高温合金难切削的主要原因如下。

1、 单位切削力大，约为切削中碳钢的2〜3倍。高温合金含有大量的合金元素，其高温强度很高，约为45钢的6. 5倍，抗塑性变形能力强，这是切削力大的主要原因；其次是高温合金加工硬化严重，其已加工表面的硬度往往比基体硬度高出50%〜100%,冷硬程度 的增加，使切削力进一步增加；其次是高温合金塑性好，加工中塑性变形大、切削力大。此外，还由于切屑与前刀面接触长度加大，摩擦力增大，使切削力也随之增大

2、  切削髙温合金时，由于变形抗力大，刀面与切肩及工件表面间的摩擦剧烈，消耗功 率多，因此加工高温合金时要比加工一般钢材产生的切削热多。且高温合金的热导率很低，只有45钢的1/3〜1/4，故切削热从切削区向外传出很慢，大部分切削热集中在切削区，故 使切削区的平均温度高达750〜10001C,约比切削45钢要高出3001C左右。

3、   刀具磨损剧烈，耐用度低。在切削高温合金时，由于切削温度高，在切削中产生的 扩散磨损与氧化磨损要比加工一般钢材严重。高温合金中含大量合金元素的碳化物、氮化物、硼化物及金属间化合物等硬质点，其高温硬度很高，故在切削加工中其磨粒磨损特别严 重。高温合金中多含有与刀具材料相同的合金元素，在切削加工中，由于亲和力的作用，易产生粘刀现象，造成的粘结磨损比加工一般钢材严重。由于上述原因，在切削髙温合金时， 刀具除后刀面产生磨损外，还常在前刀面产生磨损，这种磨损严重时，会使刀刃大块崩损。

     易产生积屑瘤和鳞刺，影响加工精度与表面质量。铣削高温合金时，由于切削温度 高，易使刀具和工件的尺寸与形状发生变化，影响加工精度。且在切削过程中易产生积屑瘤与鳞刺，影响加工表面质量。