第五章 切削加工性、表面粗糙度和切削液 工件材料的切削加工性 表面粗糙度 切削液

5-1 工件材料的切削加工性 工件材料切削加工性的概念 5-1 工件材料的切削加工性 工件材料切削加工性的概念 材料的切削加工性笼统地说是指对某种材料进行切削加工的难易程度。切削加工性的概念具有相对性。所谓某种材料切削加工性好坏，是相对于另一种材料而言的。一般在讨论钢料的切削加工性时，习惯地以45碳素结构钢作为比较的基准。如高强度钢比较难加工，就是相对于45钢而言的。

衡量切削加工性的指标 以刀具寿命T或一定寿命下的切削速度VT衡量加工性 以切削力或切削温度衡量切削加工性 以已加工表面质量衡量切削加工性 以切屑控制或断屑的难易衡量切削加工性

改善切削加工性的途径： 通过热处理改变材料的组织和机械性能 调整材料的化学成分 高碳钢和工具钢 球化退火 热轧状态的中碳钢 正火 高碳钢和工具钢 球化退火 热轧状态的中碳钢 正火 低碳钢 冷拔或正火 调整材料的化学成分 在钢中适当添加一些元素，如硫、钙、铅等，使钢的切削加工性得到显著改善，这样的钢叫“易切钢”。

难加工金属材料的切削加工性 难加工的原因一般是以下几个方面：①高硬度；②高强度；③高塑性和高韧性；④低塑性和高脆性；⑤低导热性；⑥有大量微观硬质点或硬夹杂物；⑦化学性质活泼。这些特性一般都能使切削过程中的切削力加大，切削温度升高，刀具磨损加剧，刀具使用寿命缩短；有时还将使已加工表面质量恶化，切屑难以控制；最终则使加工效率和加工质量降低，加工成本提高。

高强度、超高强度钢的切削加工性 高强度钢、超高强度钢的半精加工、精加工和部分粗加工常在调质状态下进行。调质(淬火、中温回火)后的金相组织为索氏体或托氏体，硬度达HRC35—55。一般，σs＞1GPa或σb＞1.1GPa的结构钢，称为高强度钢；σs＞1.2GPa或σb＞1.5GPa称为超高强度钢。

高锰钢的切削加工性 高锰钢的典型牌号有Mnl3、40Mnl8Cr3、50Mnl8Cr4等。经过水韧处理，金相组织为均匀的奥氏体。它的原始硬度虽然不甚高，但其塑性和韧性特别高(分别为45钢的4倍和8倍)，加工硬化特别严重。

冷硬铸铁和淬硬钢的切削加工性 冷硬铸铁的硬度极高，是其难加工的主要原因。它的塑性很低，刀—屑接触长度很小，切削力和切削热都集中在切削刃附近，因而切削刃很容易崩损。冷硬铸铁零件的结构尺寸和加工余量一般都较大，毛坯精度低，因而就进一步加大了加工难度。

纯金属的加工 常用的纯金属如紫铜、纯铝、纯铁等，其硬度、强度都较低，导热系数大，对切削加工有利；但其塑性很高，切屑变形大，刀—屑接触长度大并容易发生冷焊，生成积屑瘤，因此切削力较大，不容易获得好的已加工表面质量，断屑困难。此外，它们的线膨胀系数较大，精加工时不易控制工件的加工精度。

不锈钢和高温合金的切削加工性 不锈钢按金相组织分，有铁素体、马氏体、奥氏体三种。铁素体、马氏体不锈钢的成分以铬为主，经常在淬火—回火或退火状态下使用，综合机械性能适中，切削加工一般不太难。奥氏体不锈钢的成分以铬、镍等元素为主，淬火后呈奥氏体组织，切削加工性比较差。 高温合金中含有许多高熔点合金元素，如铁、钛、铬、钴、镍、钒、钨、钼等，它们与其他合金元素构成纯度高、组织致密的奥氏体合金。 (1)强度较高 (2)硬度较高 (3)导热系数小 (4)合金中的高硬度化合物构成硬质点 (5)在中、低切削速度下，易与刀具发生冷焊

钛合金的切削加工性 钛合金的切削加工性也很差，刀具磨损快，刀具耐用度低，其原因为:(1)加工钛合金时，剪切角很大，刀屑接触长度短；(2)导热系数极小；(3)已加工表面经常出现硬而脆的外皮；（4)弹性模量小，已加工表面回弹量大，加剧了对后刀面的摩擦。

5-2 已加工表面粗糙度 已加工表面质量的标志 工件经过切削加工后，已加工表面质量的主要标志是：表面的粗糙度、表面层冷作硬化程度、表面层残余应力的性质及其大小。已加工表面质量对工件成为机器零件后的使用性能有很大的影响。

理论粗糙度 切削刃相对于工件运动，能够形成已加工表面。如果把切削刃看作几何学的线，由相对于工件运动时，应该形成的已加工表面的粗糙度，称为理论粗糙度。它的数值决定于残留面积的高度。实际上，只有切削脆性材料或高速切削塑性材料时，已加工表面的粗糙度才比较接近理论组糙度，因为除此之外，还有许多其他因素，诸如鳞刺、积屑瘤、振动、切削刃不平整、工件材料组织的缺陷等等的影响，使已加工表面难以接近理论粗糙度。

残留面积的高度 b Rmax 2 a κr κ′r c e Rmax f 2 d f

鳞刺及其对已加工表面粗糙度的影响 鳞刺就是已加工表面上的鳞片状毛刺。生产实践及科学实验表明，在较低的及中等的切削速度下，用高速钢、硬质合金或陶瓷刀具，切削一些常用的塑性金属，如低碳钢、中碳钢、铬钢(40Cr、20Cr)、不锈钢、铝合金、紫铜等，在车、刨、插、钻、拉、滚齿、螺纹车削、板牙铰螺纹等工序中，都可能出现鳞刺。鳞刺的产生是切削加工中获得较小粗糙度的表面的一大障碍。

积屑瘤对已加工表面粗糙度的影响 积屑瘤自身能增大已加工表面粗糙度之外，它还在已加工表面上导致鳞刺的形成，进一步增大粗糙度。

5-3 切削液

切削油的主要成分是矿物油，少数采用动植物油或复合油。纯矿物油不能在摩擦界面上形成坚固的润滑膜，润滑效果一般。 切削液的分类 水溶液的主要成分是水，它的冷却性能好，若配成液呈透明状，则便于操作者观察。 乳化液是将乳化油用水稀释而成。乳化油是由矿物油、乳化剂及添加剂配成，用95—98％水稀释后即成为乳白色或半透明状的乳化液。它具有良好的冷却作用，但因为含水量大，所以润滑、防锈性能均较差。 切削油的主要成分是矿物油，少数采用动植物油或复合油。纯矿物油不能在摩擦界面上形成坚固的润滑膜，润滑效果一般。

切削液的作用 切削液的冷却作用 切削液的润滑作用 切削液的清洗作用 切削液的防锈作用

切削液的添加剂 油性添加剂和极压添加剂 防锈添加剂 防霉添加剂 抗泡沫添加剂 乳 化 剂

切削液的选择和使用 高速钢刀具粗加工时，应选用以冷却作用为主的切削液，主要目的是降低切削温度；硬质合金刀具粗加工时可以不用切削液，必要时也可以来用低浓度的乳化液或水溶液，但必须连续地、充分地浇注。精加工切削时（包括铰削、拉削、螺纹加工、剃齿等），应选用润滑性能好的极压切削油或高浓度的极压乳化液。硬质合金刀具精加工时采用的切削液与粗加工时基本相同，但应适当注意提高其润滑性能。切削高强度钢和高温合金等难加工材料，对切削液的冷却、润滑作用都有较高的要求，此时应尽可能采用极压切削油或极压乳化液。加工铜、铝及其合金不能用含硫的切削液。