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【金属切削工艺】不同的金属材料,切削工艺有

2020-02-10

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

不锈钢切削工艺1

01-P钢

什么是钢?

- 钢是金属切削领域中的材料组。

- 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。不锈钢切削工艺2

 

在金属切削范围内,P组是的材料组,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。不锈钢切削工艺3

 

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。不锈钢切削工艺4

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。

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。不锈钢切削工艺5

 

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。不锈钢切削工艺6

K组主要应用在汽车部件、机器制造业和炼铁业。

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。

注意,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。不锈钢切削工艺7

 

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) 合金组成其中的部分。

- 铜、青铜、黄铜。不锈钢切削工艺8

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mm3(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。不锈钢切削工艺9

 

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。不锈钢切削工艺10

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。不锈钢切削工艺11

 

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。不锈钢切削工艺12

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。

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。不锈钢切削工艺13

 

机械加工工艺过程

机械加工工艺的来源在机加工生产过程中,凡是改变生产对象的形状、尺寸、位置和性质等,使其成为成品或者半成品的过程称为机械加工工艺过程。

机械加工工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、装配等工艺过程;

机械制造工艺过程一般是指零件的机械加工工艺过程和机器的装配工艺过程的总和制订机械加工工艺过程,必须确定该工件要经过几道工序以及工序进行的先后顺序,仅列出主要工序名称及其加工顺序的简略工艺过程,称为工艺路线。

工艺路线的拟定是制定工艺过程的总体布局,主要任务是选择各个表面的加工方法,确定各个表面的加工顺序,以及整个工艺过程中工序数目的多少等。工艺路线拟定须遵循一定的原则。

一、拟定机加工件工艺路线的原则:

1、先加工基准面:零件在加工过程中,作为定位基准的表面应首先加工出来,以便尽快为后续工序的加工提供精基准。称为“基准先行”。

2、划分加工阶段:加工质量要求高的表面,都划分加工阶段,一般可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。主要是为了保证加工质量;有利于合理使用设备;便于安排热处理工序;以及便于时发现毛坯缺陷等。

3、先面后孔:对于箱体、支架和连杆等零件应先加工平面后加工孔。这样就可以以平面定位加工孔,保证平面和孔的位置精度,而且对平面上的孔的加工带来方便。

4、光整加工:主要表面的光整加工(如研磨、珩磨、精磨\滚压加工等),应放在工艺路线最后阶段进行,加工后的表面光洁度在Ra0.8um以上,轻微的碰撞都会损坏表面;

 

在日本、德国等国家,在光整加工后,都要用绒布进行保护,绝对不准用手或其它物件直接接触工件,以免光整加工的表面,由于工序间的转运和安装而受到损伤。

二、拟定机加工件工艺路线的其他原则:

上述为工序安排的一般情况。有些具体情况可按下列原则处理。

1、、为了保证加工精度,粗、精加工最好分开进行。因为粗加工时,切削量大,工件所受切削力、夹紧力大,发热量多,以及加工表面有较显著的加工硬化现象,工件内部存在着较大的内应力;如果粗、粗加工连续进行,则精加工后的零件精度会因为应力的重新分布而很快丧失。对于某些加工精度要求高的零件。在粗加工之后和精加工之前,还应安排低温退火或时效处理工序来消除内应力。 

2、合理地选用设备。粗加工主要是切掉大部分加工余量,并不要求有较高的加工精度,所以粗加工应在功率较大、精度不太高的机床上进行,精加工工序则要求用较高精度的机床加工。粗、精加工分别在不同的机床上加工,既能充分发挥设备能力,又能延长精密机床的使用寿命。 

3、在机械加工工艺路线中,常安排有热处理工序。热处理工序位置的安排如下:为改善金属的切削加工性能,如退火、正火、调质等,一般安排在机械加工前进行。为消除内应力,如时效处理、调质处理等,一般安排在粗加工之后,精加工之前进行。为了提高零件的机械性能,如渗碳、淬火、回火等,一般安排在机械加工之后进行。

如热处理后有较大的变形,还须安排最终加工工序 拟定机加工零件的工艺过程时,由于零件的生产类型不同,所采用的加方法、机床设备、工夹量具、毛坯及对工人的技术要求等,都有很大的不同。
不知道以上的内容对你们有没有用呢?如果有用的话,就收藏起来留着备用吧。仅供参考哦。

 

在生产过程中,那些与有原材料转变为产品直接相关的过程称为工艺过程它包括毛坯制造、零件加工、热处理、质量检验和机器装配等。而为保证工艺过程正常进行所需要的刀具、夹具制造,机床调整维修等则属于辅助过程。在工艺过程中,以机械加工方法按一定顺序逐步地改变毛坯形状、尺寸、相对位置和性能等,直至成为合格零件的那部分过程称为机械加工工艺过程。
技术人员根据产品数量、设备条件和工人素质等情况,确定采用的工艺过程,并将有关内容写成工艺文件这种文件就称工艺规程

为了便于工艺规程的编制、执行和生产组织管理,需要把工艺过程划分为不同层次的单元。它们是工序、安装、工位、工步和走刀。其中工序是工艺过程中的基本单元。零件的机械加工工艺过程由若干个工序组成。在一个工序中可能包含有一个或几个安装,每一个安装可能包含一个或几个工位,每一个工位可能包含一个或几个工步,每一个工步可能包括一个或几个走刀。

工序

一个或一组工人,在一个工作地或一台机床上对一个或同时对几个工件连续完成的那一部分工艺过程称为工序。划分工序的依据是工作地点是否变化和工作过程是否连续。例如,在车床上加工一批轴,既可以对每一根轴连续地进行粗加工和精加工,也可以先对整批轴进行粗加工,然后再依次对它们进行精加工。在第一种情形下,加工只包括一个工序;而在第二种情形下,由于加工过程的连续性中断,虽然加工是在同一台机床上进行的,但却成为两个工序。

工序是组成工艺过程的基本单元,也是生产计划的基本单元。

 

安装

在机械加工工序中,使工件在机床上或在夹具中占据某一正确位置并被夹紧的过程,称为装夹。有时,工件在机床上需经过多次装夹才能完成一个工序的工作内容。

安装是指工件经过一次装夹后所完成的那部分工序内容。例如,在车床上加工轴,先从一端加工出部分表面,然后调头再加工另一端,这时的工序内容就包括两个安装。

 

工位

采用转位(或移位)夹具、回转工作台或在多轴机床上加工时,工件在机床上一次装夹后,要经过若干个位置依次进行加工,工件在机床上所占据的每一个位置上所完成的那一部分工序就称为工位。简单来说,工件相对于机床或刀具每占据一个加工位置所完成的那部分工序内容,称为工位。为了减少因多次装夹而带来的装夹误差和时间损失,常采用各种回转工作台、回转夹具或移动夹具,使工件在一次装夹中,先后处于几个不同的位置进行加工。

 

工步

在加工表面不变,加工工具不变的条件下,所连续完成的那一部分工序内容称为工步。生产中也常称为“进给”。整个工艺过程由若干个工序组成。每一个工序可包括一个工步或几个工步。每一个工步通常包括一个工作行程,也可包括几个工作行程。为了提高生产率,用几把刀具同时加工几个加工表面的工步,称为复合工步,也可以看作一个工步,例如,组合钻床加工多孔箱体孔。

 

走刀

加工刀具在加工表面上加工一次所完成的工步部分称为走刀。例如轴类零件如果要切去的金属层很厚,则需分几次切削,这时每切削一次就称为一次走刀。因此在切削速度和进给量不变的前提下刀具完成一次进给运动称为一次走刀。

 

一、转削的特点
 

钻头通常有两个主切削刃,加工时,钻头在回转的同时进行切削。钻头的前角由中心轴线至外缘越来越大,越接近外圆部分钻头的切削速度越高,向中心切削速度递减,钻头的旋转中心切削速度为零。钻头的横刃位于回转中心轴线附近,横刃的副前角较大,无容屑空间,切削速度低,因而会产生较大的轴向抗力。如果将横刃刃口修磨成DIN1414中的A型或C型,中心轴线附近的切削刃为正前角,则可减小切削抗力,显著提高切削性能。
根据工件形状、材料、结构、功能等的不同,钻头可分为很多种类,例如高速钢钻头(麻花钻、群钻、扁钻)、整体硬质合金钻头、可转位浅孔钻、深孔钻、套料钻和可换头钻头等。   

 

二、断屑与排屑

 

钻头的切削是在空间狭窄的孔中进行,切屑必须经钻头刃沟排出,因此切屑形状对钻头的切削性能影响很大。常见的切屑形状有片状屑、管状屑、针状屑、锥形螺旋屑、带状屑、扇形屑、粉状屑等。

钻削加工的关键——切屑控制 当切屑形状不适当时,将产生以下问题:

①细微切屑阻塞刃沟,影响钻孔精度,降低钻头寿命,甚至使钻头折断(如粉状屑、扇形屑等)。
②长切屑缠绕钻头,妨碍作业,引起钻头折损或阻碍切削液进入孔内(如螺旋屑、带状屑等)。

 

如何解决切屑形状不适当的问题:

①可分别或联合采用增大进给量、断续进给、修磨横刃、装断屑器等方法改善断屑和排屑效果,消除因切屑引起的问题。
②可使用专业的断屑钻头打孔。例如:在钻头的沟槽中增加设计的断屑刃将切屑打断成为更容易清除的碎屑。碎屑顺畅地沿着沟槽排除,不会发生在沟槽内堵塞的现象。因而新型断屑钻获得了比传统钻头流畅许多的切削效果。
同时短碎的铁屑使冷却液更容易流至钻尖,进一步改善了加工过程中的散热效果和切削性能。而且因为新增的断屑刃穿了钻头的整个沟槽,经过多次修磨之后依然能够保持其形状和功能。除上述功能改善外,值得一提的是该设计强化了钻体的刚性,显著地增加了单次修磨前钻孔的数量。
 

三、钻孔精度

孔的精度主要由孔径尺寸、位置精度、同轴度、圆度、表面粗糙度以及孔口毛刺等因素构成。
 
钻削加工时影响被加工孔精度的因素:
①钻头的装夹精度及切削条件,如刀夹、切削速度、进给量、切削液等。
②钻头尺寸及形状,如钻头长度、刃部形状、钻芯形状等。
③工件形状,如孔口侧面形状、孔口形状、厚度、装卡状态等。
 

1:扩孔

扩孔是由加工中钻头的摆动引起的。刀夹的摆动对孔径和孔的定位精度影响很大,因此当刀夹磨损严重时应及时更换新刀夹。钻削小孔时,摆动的测量及调整均较困难,所以最好采用刃部与柄部同轴度较好的粗柄小刃径钻头。使用重磨钻头加工时,造成孔精度下降的原因多是因为后面形状不对称所致。控制刃高差可有效抑制孔的切扩量。

 

2:孔的圆度

由于钻头的振动,钻出的孔型很容易呈多边形,孔壁上出现像来复线的纹路。常见的多边形孔多为三角形或五边形。产生三角形孔的原因是钻孔时钻头有两个回转中心,它们按每间隔600交换一次的频率振动,振动原因主要是切削抗力不平衡,当钻头转动一转后,由于加工的孔圆度不好,造成第二转切削时抗力不平衡,再次重复上次的振动,但振动相位有一定偏移,造成在孔壁上出现来复线纹路。当钻孔深度达到一定程度后,钻头刃带棱面与孔壁的摩擦增大,振动衰减,来复线消失,圆度变好。这种孔型从纵向剖面看孔口呈漏斗型。同样原因,切削中还可能出现五边形、七边形孔等。为消除该现象,除对夹头振动、切削刃高度差、后面及刃瓣形状不对称等因素进行控制外,还应采取提高钻头刚性、提高每转进给量、减小后角、修磨横刃等措施。

 

3:在斜面及曲面上钻孔

钻头的吃刀面或钻透面为斜面、曲面或阶梯时,定位精度较差,由于此时钻头为径向单面吃刀,使刀具寿命降低。
 
为提高定位精度,可采取以下措施:
先钻中心孔。
②.用立铣刀铣孔座。
③选用切入性好、刚性好的钻头。
④降低进给速度。

 

4:毛刺的处理

钻削加工中,在孔的入口及出口处会出现毛刺,尤其是在加工韧性大的材料及薄板时。其原因是当钻头快要钻透时,被加工材料出现塑性变形,这时本应由钻头靠近外缘部分刃口切削的三角形部分受轴向切削力作用后变形向外侧弯曲,并在钻头外缘倒角和刃带棱面的作用下进一步卷曲,形成卷边或毛边。
 

四、钻削的加工条件

一般的钻头产品样册目录中有按加工材料排列的《基本切削用量参考表》,用户可参考其提供的切削用量选择钻削加工的切削条件。切削条件的选择是否适当,应通过试切削,根据加工精度、加工效率、钻头寿命等因素综合判断。

 

1:钻头寿命与加工效率

在满足被加工工件技术要求的前提下,钻头的使用是否得当,主要应根据钻头使用寿命和加工效率来综合衡量。钻头使用寿命的评价指标可选用切削路程;加工效率的评价指标可选用进给速度。对于高速钢钻头,钻头使用寿命受回转速度的影响较大,受每转进给量的影响较小,所以可通过增大每转进给量来提高加工效率,同时保证较长的钻头寿命。但应注意:如果每转进给量过大,切屑会增厚,造成断屑困难,因此必须通过试切确定能顺利断屑的每转进给量范围。对于硬质合金钻头,切削刃负前角方向磨有较大倒角,每转进给量的可选范围比高速钢钻头小,如加工中每转进给量超过该范围,会降低钻头使用寿命。由于硬质合金钻头的耐热性高于高速钢钻头,回转速度对钻头寿命的影响甚微,因此可采用提高回转速度的方法来提高硬质合金钻头的加工效率,同时保证钻头寿命。

 

2:切削液的合理使用

钻头的切削是在空间狭窄的孔中进行,因此切削液的种类及给注方式对钻头寿命及孔的加工精度有很大影响。切削液可分为水溶性和非水溶性两大类。非水溶性切削液的润滑性、浸润性和抗粘接性较好,同时还具有防锈作用。水溶性切削液的冷却性较好,不发烟和无可燃性。出于对环境保护的考虑,近年来水溶性切削液的使用量较大。但是,如果水溶性切削液的稀释倍率不当或切削液变质,会大大缩短刀具使用寿命,所以使用中必须加以注意。不论是水溶性或非水溶性切削液,使用中都必须使切削液充分到达切削点,同时对切削液的流量、压力、喷嘴数、冷却方式(内冷或外冷)等都必须严格控制。

 

五、钻头的重新刃磨

 

钻头重磨判别
钻头需重新刃磨的判别标准为:
①切削刃刃口、横刃、刃带棱面的磨损量;
②被加工孔的尺寸精度及表面粗糙度;
③切屑的颜色、形状;
④切削抗力(主轴电流、噪音、振动等间接值) ;
⑤加工数量等。
 
实际使用中应根据具体情况,从上述指标中确定准确、方便的判别标准。采用磨损量作为判别标准时,应找出经济性最好的最佳重磨期。由于主要刃磨部位为头部后面和横刃,如钻头磨损量过大,刃磨耗时多,磨削量大,可重磨次数减少(刀具的总使用寿命=重磨后的刀具寿命×可重磨次数),反而会缩短钻头的总使用寿命;采用被加工孔的尺寸精度作为判别标准时,应用柱规或限规检查孔的切扩量、不直度等,一旦超过控制值,应马上重新刃磨;采用切削抗力作为判别标准时,可采用超过所设界限值(如主轴电流)立即自动停机等办法;采用加工数量限度管理时,应综合上述判别内容,设定判别标准。
 
钻头的刃磨方法
重新刃磨钻头时,最好使用钻头刃磨专用机床或万能工具磨床,这对保证钻头使用寿命和加工精度非常重要。如原来的钻型加工状态良好,可按原钻型重磨;如原钻型有缺陷,可按使用目的适当改进后面形状和进行横刃修磨。
刃磨时应注意以下几点:
.防止过热,避免降低钻头硬度。
②应将钻头上的损伤(尤其是刃带棱面部位的损伤)全部除去。
③钻型应对称。
④刃磨中注意不要碰伤刃口,并应除去刃磨后的毛刺。
⑤对于硬质合金钻头,刃磨形状对钻头性能影响很大,出厂时的钻型是经科学设计、反复试验得出的最佳钻型,因此重新刃磨时一般应保持原刃型。

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