切削加工性能是指金属材料承受切削加工的难易程度。当可以正常切削后,依据工件表面的粗糙度、切削速度和刀具磨损程度,来评价金属切削加工性能。
1. 切削性
切削性又叫可切削性(machinability).切削是一种复杂的表面层现象,牵涉摩擦及高速的弹性及塑性变形。因此,切削的难易及质量的好坏与许多因素有关:
①. 工具的材料及形状(工具用钢及工具的设计);
②. 工件材料的切削性能;
③. 切削加工时有无切削液及其特性;
④. 切削类型及条件。
在其他条件恒定的情况下,最易切削的金属应该是允许使用最大的切削速度、刀具磨损最小、能量消耗最低的,并能获得最满意的表面粗糙度。在大多数情况下,切削加工主要的要求是高速的切削和工具的寿命长;而有些情况却对表面光滑度的要求较为严格。
2. 测定和比较金属切削性能的方法
①. 用给定的切削速度,测定相同刀具切削不同金属的寿命来进行比较;
②. 用相同的压力、转速和时间,测定所钻入不同金属的深度来进行比较;
③. 用切削不同的一定金属量所消耗等能量或散发的热量来比较切削性能。
这些方法都没有考虑加工件的表面粗糙度,只用切削的难易程度来相对比较金属的切削性能。
金属的切削性能是一种很复杂的工艺性能,它与金属的其他性能有关。首先,我们应知道金属难以切削的原因:
①. 硬度太高或强度太大时,切削所消耗的能量就大;当速度提高时,产生的热量会使刀口易于软化,这些都会使切削变得非常困难。
②. 软而塑性很高的金属,在切削时易于产生积屑瘤及与刀刃粘接,使切削变得非常困难,并且使切削表面粗糙度增高。
③. 易于加工硬化的金属,不易切削,例如高碳、高锰、耐磨钢及奥氏体不锈钢等。金属中含有坚硬的第二相,不易切削,例如碳化物、氧化物等,易于磨损刀刃。
其次,我们还应知道什么样的组织可以使金属易于切削,不溶于基体的第二相,如具备润滑性或增加材料的脆性,都可以改善金属的切削性。例如,石墨、铅、铋等可以增加金属切削时的润滑作用;脆性硫化物及磷化物(钢中的MnS及Fe3P)等,可以使切屑易于断裂。
3. 提高金属切削性能的途径
①. 使硬的金属变软(回火或退火);
②. 使太软的金属变硬(冷加工、细化晶粒、正火);
③. 减少坚硬的第二相(提高冶炼质量,减少夹杂);
④. 改善坚硬第二相的分布(退火或正火);
⑤. 加入改善切削性能的第二相元素(Pb、Bi、石墨、MnS、Fe3P等)。
最后的方法⑤可以获得切削性极佳的合金,适用于自动机床,因此叫做易切削钢及易切削合金。
有些影响金属切削性能的物理及力学性质,具有组织不敏感性,因而很难用改善组织的方法来改变。这些性质包括热膨胀系数、热导率、基体金属的弹性模量等。