5月8日 工件的切削加工特性

歡迎同學們回到課堂 這麼說,切削加工性,說白了就是材料在刀具面前的脾氣好不好 有的材料天生就乖,一削就成形 有的就倔強,非得被勞幹 沒錯,而且這個脾氣可不是一成不變的 就像人一樣,同樣的材料,換個環境,換個工具,表現可能完全不一樣 比如用高速鋼刀具切脆火鋼,那叫一個費勁 換成硬質合金刀具,就好多了 要是上PCBN刀具,那簡直就是絲滑體驗 對,你看這定義就寫的很清楚了,切削加工性就是難易程度 但關鍵在於它受兩大因素影響,一是材料本身,二是切削條件 這就像開車,路況,材料,和車況,切削條件,都得考慮 沒錯,而且你看,材料自身的因素還不少 化學成分,結構,性能,狀態,聽起來就頭大 不過,最核心的還是那個切削條件,簡直是萬能調節器 比如,同一種脆火鋼,用不同的刀具,不同的切削參數,加工性可能天差地別 這個KR值就是給材料加工性打個分 以45鋼爲基準,相當於給所有材料倒了個參照物 如果一個材料的KR大於等於1,說明它比45鋼還好切,或者至少不差 小於1,那就是比45鋼難切了 這個基準選的挺有意思,45號鋼,咱們機械加工裏最常用的材料之一,算是大重點 用它來當參照,大家都有概念 而且你看這個公式,KR等於VT除以VTJ,非常直觀 就是比較兩種材料在相同刀具耐用度下,能跑多快的切削速度 速度快的,自然就好切 對,這個KR值不僅是個評價指標,還能反過來指導我們選切削速度 比如,我知道45鋼用某種刀具能切到60米每分鐘 現在我要加工一個KR等於2的材料,那理論上就可以用60×2等於120米每分鐘的速度去切 當然,實際中還要考慮很多其他因素 除了KR這個量化指標,還有幾種更直觀的方法來衡量加工性 比如,最直接的就是看刀具耐用度 同樣條件下,刀具能用多久,耐用度越高,說明材料越溫柔,加工性就好 這個我同意,還有就是切削力和切削溫度 還有加工表面質量,特別是精加工的時候 如果切出來的表面光潔度高,冷硬層薄,殘餘硬力小 那說明材料配合的好,加工性就好 另外,對於現代機艙來說,切屑的控制和斷屑也很重要 切屑容易斷,不容易纏繞,加工過程就順暢,加工性也好 還有更實際的,比如加工稅用,工時,金屬切除率 這些指標雖然不直接反映材料本身的特性,但最終都是加工性的體現 加工性好的材料往往能帶來更高的效率和更低的成本 接下來是影響因素了,首先是物理性能 這裏面,熱導率和線膨脹係數是兩大糖把子 熱導率,顧名思義,就是導熱能力 材料熱導率高,切削產生的熱量就能被快速帶走 切削區溫度久低,這對刀具壽命和加工精度都是好事 加工性自然就好 你舉的例子很形象,純銅和鈦合金 純銅導熱性好,切起來相對輕鬆 鈦合金導熱性差,熱量積聚,切削速度就得多打折扣 然後是線膨脹係數,就是材料熱脹冷縮的程度 這個係數越大,材料在溫度變化時,尺寸變化就越大 對於精力加工來說,這可是個大麻煩,尺寸精度容易受影響 所以,加工高精度零件時,控制工件溫度就顯得尤爲重要 接下來是化學成分,這部分內容就比較豐富了 各種合金元素都來摻和一下 碳元素是基礎,含碳量越高,鋼材強度硬度越高 但速韌性下降,中碳鋼加工性相對較好 這些元素,很多都是爲了提高材料的強度、硬度 耐磨性或者耐熱性,但它們往往會降低材料的導熱性 甚至形成一些硬質點,導致加工性變差 對,比如液含量超過8%就會形成傲視體鋼 加工硬化非常嚴重,切起來特別費勁 凡、木、烏這些元素,雖然能提高強度 但含量高了,也會讓材料更難加工 硅元素也能提高硬度,但同時降低導熱率也不利於加工 碳元素容易形成碳化物,高溫合金加工性差就跟它有關 有意思的是硫、錫、鉛、銘這些元素 少量存在反而能讓鋼材變得聽話,成爲易切鋼 磷元素適量也能改善切切折斷和表面粗糙度 不過這些元素的添加量都得控制好,過猶不及 對於鑄鐵也有一些規律 鋼、鋼、錫、錫、鉛這些元素會阻礙石墨化 讓鑄鐵更硬更脆,加工性變差 說完化學成分,再來看力學性能 首先是硬度和強度,這個比較好理解 太硬太強切起來費勁,加工性差 太軟太粗性大,比如純銅、純鋁也容易變形 產生機械流,同樣不好加工 所以,適中最好 對,而且這裏還提到了微觀硬度 材料內部如果有硬質點加達物,比如氧化物、碳化物 這些小東西也會加劇刀具磨損,讓加工性變差 還有加工硬化,特別是二實體材料 切削過程中表面會迅速硬化 韌性也是一個重要因素,韌性高的材料 抵抗變形的能力強,切削時需要的能量就大 切削率和溫度都會升高,而且切削不容易斷 加工性自然就差了 塑性也類似,塑性越大的材料,切削時變形越大 切削力和溫度也越高,更容易產生機械流 影響表面質量,刀具磨損也快 彈性膜量,也就是材料的剛度,也會影響加工性 彈性膜量小的材料,比如橡膠 彈性恢復大,容易變形,加工精度難保證 彈性膜量大的材料,原子結合力強,剛性好 但切屑也不容易切下來,同樣難加工 金像組織,這個是材料的內在美決定的 不同的組織,硬度,強度,塑性,韌性都不一樣 所以加工性也千差萬別 比如鐵塑體,軟而韌,切削時容易粘刀 產生機械流,加工性差 聖炭體,硬而脆,含量高了,刀具就容易被 膜料磨損 燭光體就比較中庸了,加工性良好 傲視體,這個大家應該不陌生,很多不鏽鋼 雖然硬度不高,但塑性和韌性還高,切削 變形大,容易粘刀,加工表面硬化也嚴重 馬屍體,脆活後的鋼就是馬屍體,硬度非常高 但也很脆 用硬質合金刀具切馬屍體,使用速度只有 切45鋼的三分之一,是最難切削的材料之一 萊屍體,須屍體,這些組織都比較硬脆,加工 性也差 索屍體,是回活後的組織,硬度比燭光體高 一些,但塑性有所降低,加工性反而比較好 瞭解了這麼多影響因素,那怎麼給材料的加工 性定個級呢?這裏提供了一個方法,根據材料 的硬度,抗拉強度,伸長率,衝擊值和熱導率 這些物理力學性能數據,把材料分成0-9A 共12個等級 這個分級表看起來挺全面的,把前面提到的 很多因素都考慮進去了 比如,硬度等級,強度等級,塑性等級,伸 長率,衝擊值,熱導率等級,每個指標都有 對應的數值範圍和等級劃分 但是,這個分級方法也承認了它的侷限性 它主要還是基於宏觀的物理力學性能,沒有 深入到材料的微觀組織和化學成分的細節 比如,同樣是傲視體不鏽鋼,不同的排號,不同 的熱處理狀態,加工性可能差別很大,但這個 分級表可能就無法完全區分 是的,所以這個分級表可以作爲一個初步的 參考,但不能完全依賴它 實際應用中還需要結合具體的材料,排號, 熱處理狀態以及加工經驗來綜合判斷 我們來看幾個例子,第一個是45鋼,正火狀態 查表可知,它的硬度等級是4,強度等級3, 伸長率和衝擊值等級都是2,熱導率等級4 綜合來看,最高等級是4,所以它屬於較易切 削的材料,這跟我們平時的認知是一致的 第二個例子,傲視體不鏽鋼ECR18N9T,水脆石 小,它的硬度等級4,強度等級3,跟45鋼差不多 但是,它的伸長率,衝擊值和熱導率等級都是8, 這也符合傲視體不鏽鋼加工來的特點 第三個例子更有意思,軟橡膠,它的硬度,強 度,衝擊值,都比較低,等級不高。但是,它的 伸長率和熱導率都達到了9A級,這是最高等級 所以,雖然軟,但它屬於難切削材料。這也提醒 我們,不能只看硬度,還要看其他性能 這些例子說明,這個分析方法確實能反映材料 加工性的某些方面,但需要綜合各項指標來看 好了,今天咱們把供電材料的切削加工性這 塊捋了一點。總結一下,切削加工性是個綜合 指標,受材料自身和外部條件雙重影響。 對,我們學習了相對切削加工性KR的概念,它提 供了一個量化評價的工具。也瞭解了多種衡量 加工性的方法,以及物理性能,化學成分,力 學性能,晶像組織這些因素是如何影響加工性 的。最後還看到了一個基於物理力學性能的 分級方法。這些知識對於我們實際工作非常 重要。理解了材料的加工性,才能更好地選擇 材料特性。