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不同金属材料的切削性能

CAE之家

4月前浏览5957

导读

在金属切削加工中，会有不同的工件材料，不同的材料其切削形成与去除特性各不相同，我们怎么来掌握不同材料的特性呢？ISO标准金属材料分为6种不同的类型组，每种类型在可加工性方面都具有独特的特性，本文将分别对它们进行总结。

金属材料分为6大类：

（1）P-钢

（2）M-不锈钢

（3）K-铸铁

（4）N-有色金属

（5）S-耐热合金

（6）H-淬硬钢

↑↑不同材料的切削特性↑↑

01-P钢

什么是钢？

- 钢是金属切削领域中最大的材料组。

- 钢可以是非淬硬钢或调质钢（硬度达400HB）。

- 钢是一种以铁（Fe）元素为主要成分的合金。它通过熔炼过程制造而成。

- 非合金钢的碳含量低于0.8%，只有Fe而没有其他合金元素。

- 合金钢的碳含量低于1.7%，加入了合金元素，如Ni、Cr、Mo、V、W等。

应用领域：在金属切削范围内，P组是最大的材料组，因为它涵盖了几个不同的工业领域。

材料通常为长切屑材料，能够形成连续、相对均匀的切屑。具体的切屑形式通常取决于碳含量。

– 含碳量低 = 坚韧的粘性材料。

– 含碳量高 = 脆性材料。

加工特性：

- 长切屑材料。

- 切屑控制相对容易、平稳。

- 低碳钢有粘性，需要锋利的切削刃。

- 单位切削力kc：1500–3100 N/mm²

- 加工ISO P材料需要的切削力及功率，都在有限值范围内。

02-M不锈钢

什么是不锈钢？

- 不锈钢是带有最少11~12%铬的合金材料。

- 碳含量通常很低（低至最大0.01%）。

- 合金主要是Ni (镍)、Mo (钼) 和Ti (钛)。

- 在钢表面形成一层致密的Cr2O3，使其耐腐蚀。

应用领域：在M组中，大部分应用都属于石油和天然气、管件、法兰、加工行业以及制药行业。

切屑形状：材料形成不规则的薄片状切屑，与普通钢材相比，其切削力更高。不锈钢有许多种不同的类型。断屑性能（从容易到几乎无法断屑）因合金特性和热处理的不同而不同。

加工特性：

- 长切屑材料。

- 切屑控制在铁素体中相对平顺，在奥氏体和双相中较困难。

- 单位切削力：1800-2850 N/mm²

- 加工时产生高切削力、积屑瘤、热量和加工硬化。

03-K铸铁

什么是铸铁？

- 铸铁有3种主要类型：灰口铸铁（GCI）、球墨铸铁（NCI）和蠕墨铸铁（CGI）。

- 铸铁以Fe-C为主成分，带相对高的硅含量（1~3%）。

- 碳含量超过2%，这是C在奥氏体相中最大的溶解度。

- Cr（铬）、Mo（钼）和V（钒）加入形成碳化物，增加了强度和硬度，但降低了机械加工性。

应用领域：K组主要应用在汽车部件、机器制造业和炼铁业。

切屑形状：材料的切屑成形有所不同，从近似粉末状的切屑到长切屑。加工该材料组所需的功率通常较小。

*注：灰口铸铁（通常切屑近似粉末状）与球墨铸铁之间差别很大，后者的断屑许多时候比较类似于钢。

加工特性：

- 短切屑材料。

- 在所有工况下都具有良好的切屑控制。

- 单位切削力：790-1350 N/mm²

- 以较高速度加工会产生磨料磨损。

- 中等切削力。

04-N有色金属

什么是有色金属材料？

- 这一类包含有色金属、硬度低于130 HB的软金属。

- 含近22%硅（Si）的有色金属（Al）合金组成其中最大的部分。

- 铜、青铜、黄铜。

应用领域：飞机制造业和铝合金汽车车轮制造商在N组占主要地位。

虽然每立方英寸需要的功率低，但为获得高金属去除率，仍需要计算所需的最大功率。

加工特性：

- 长切屑材料。

- 如果是合金，则切屑控制相对容易。

- 有色金属（Al）具有粘性，需要使用锋利的切削刃。

- 单位切削力：350-700 N/mm²

- 加工ISO N材料需要的切削力及功率，都在有限值范围内。

05-S耐热合金

什么是耐热合金？

- 耐热合金（HRSA）包括许多高合金铁、镍、钴或钛基材料。

组：铁基、镍基、钴基

工况：退火，固溶热处理，时效处理，辊轧，锻造，铸造。

特性：更高的合金含量（钴高于镍）可确保更好的耐热性、更高的抗拉强度和更高的耐腐蚀性。

应用领域：加工困难的S组材料主要应用在航空航天、燃气轮机和发电机行业。

范围较宽，但通常会存在高切削力。

加工特性：

- 长切屑材料。

- 切屑控制困难（锯齿状切屑）。

- 对于陶瓷需要使用负前角，对于硬质合金需要使用正前角。

- 单位切削力：

对于耐热合金：2400–3100 N/mm²

对于钛合金：1300-1400 N/mm²

- 需要的切削力和功率很高。

06-H淬硬钢

什么是淬硬钢？

- 从加工的角度看，淬硬钢是最小的一个分组。

- 该分组包含硬度>45–65 HRC的调质钢。

- 通常，被车削的硬零件的硬度范围一般在55~68 HRC之间。

应用领域：H组中的淬硬钢应用在各种行业，如汽车行业及其分包商，以及机器制造业和模具业务。

切屑形状：通常是连续的、红光炽热的切屑。这种高温有助于降低kc1值，对于帮助解决应用难题很重要。

加工特性：

- 长切屑材料。

- 相对好的切屑控制。

- 要求负前角。

- 单位切削力：2550-4870 N/mm²

- 需要的切削力和功率很高。

来源：CAE之家

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首次发布时间：2024-06-23