改善20钢切削加工性能(难切削材料的加工技术讲座之一，工件材料切削加工的因素和改善)
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改善20钢切削加工性能(难切削材料的加工技术讲座之一，工件材料切削加工的因素和改善)
影响工件材料切削加工性的因素和改善途径
1、什么是难切削材料？所谓难切削材料，就是切削性差的材料，或切削困难的材料。材料的性能如硬度大于250HB，抗拉强度大于1000MPa，延伸率δ大于30％，冲击值αK大于100MPa，导热系数K小于41.8W/m.k，都属于难切削材料。也可用切削过程中的现象(切削力大、切削4温度离、刀具易磨损、刀具耐用度低、已加工表面质量难于达到要求和切屑难于控制等)来衡量。
2、影响材料切削加工性的因素：
(1)物理性能：
1)导热系数K：导热系数高的材料，允许的切削速度Vc就高。如用硬质合金刀具切削下列不同导热系数的材料所允许用的Vc；
碳钢 K=48.2～50.2 W/m.k Vc=100～150 m/min
高温合金 K=8.4～16.7 W/m.k Vc=7～60 m/min
钛合金 K=5.44～10.47 W/m.k Vc=15～50 m/min
2)线膨胀系数α：它的大小影响材料在切削时加工时热胀冷缩程度而影响加工精度。
(2)材料的化学成分：材料的化学成分和配比，是影响材料的力学性能、物理性能、热处理性能、金相组织和材料的切削加工性的根本因素。如：
碳(C)；材料含碳量增加，其硬度和强度相应增大。含碳量适中(如45号钢)，其切削加工性好。材料含碳量低，切削加工性也变差。
镍(Ni)：Ni能提高材料的耐热性，但材料的导热系数明显下降。当镍大于8％时，形成奥氏体钢，致使加工硬化严重。
钒(V)：随着材料含钒量的增加，使材料的磨削性能变差。
钼(Mo)：钼能提高材料的强度和韧性，但材料的导热系数下降。
钨(W)：能提高材料的高温强度和常温强度，但使材料的导热系数明显下降。
锰(Mn)：锰能提高材料的硬度与强度，但使材料的韧性略降低。当锰大于1.5％时，材料的切削加工性将变差。
硅(Si)：使材料的导热系数下降。
钛(Ti)：钛是易于形成碳化物的元素，其加工性也差。
还有Cr、O、S、P、N、Pb、Cu、Al等元素，都对材料的切削加工性能有影响。
(3)材料的力学性能：
1)硬度和强度：材料的硬度和强度适中，其切削加工性比较好。硬度和强度越高，材料的切削加工性就越差。如火的45号钢，它的硬度为HB200，抗拉强度σb为640MPa，就好切削；淬火钢的硬度达HRC55～65，抗拉强度σb达2100～
2600MPa，它的切削加工性就很差。
2)韧性和塑性：韧性(冲击值αK)和塑性(延伸率δ)大的材料，在切削加工时的切削阻力、切削变形和产生的切削热量就大，其切削加工性也较差。
3)弹性模量：它是表示材料刚度的指标。弹性模量大，示材料在外力作用下不易产生弹性变形。但弹性模量小的材料在切削过程中，弹性恢复大，且与刀具摩擦大，切削也困难。如软橡胶的弹性模量为2～4MPa，45号钢E=200000MPa，Mo材E=500000MPa。
3、金相组织：
1)铁素体：它的硬度和强度很低(HB50～90，σb=190～250MPa)、塑性和韧性高(&=40～50％)，切削时易产生积屑瘤切削加工性较差。
2)珠光体：这种金相组织的材料，切削加工性好，如45号钢。
3)渗碳体：硬度高，但很脆，切削易崩边，切削加工性差。
4)奥氏体：它的硬度不高(HB200左右)，但塑性和韧性很高，加工表面硬化严重，切削加工性很差。如高温合金、1Cr18Ni9Ti等。
5)马氏体：淬火钢属于这类金相组织。它的硬度高、脆大，其切削加工性为45号钢的1/3～1/10。
3、难切削材料的切削特点：
(1)切削力大：单位切削力为切削45号钢的1.5～2.5倍
(2)切削温度高：当切削速度Vc=75m／min时，切削以下材料比切削45钢的切削温度高：
TC-4 435℃； GH132 320℃；
GH36 270℃； 1Cr18Ni9Ti 195℃
(3)加工硬化倾向大：由于部分难切削材料的塑性、韧性高，强他系数大，加之在切削热的作用下，吸收周围介质中的H、O、N等原子，使切削表面和已加工表面形成硬脆层，硬化程度比材料基体高50～200％，深度大于0.1mm，是切削45号钢的好几倍。
4、改善难切削材料加工性的途径：
选用性能优良的刀具材料，选用合理的刀具几何参数，选用合理的切削用量，选用性能好的切削液，对被切削材料进行适当的热处理，采用其它工艺措施(如离子加热切削、振动切削、电熔爆等)。
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