【編者按】ISO 金屬加工工件材料分類體系分為六大類私蕾。K 類包括鑄鐵壤牙。鎳基和鈦基合金等耐熱高溫合金屬于 S 類。H 類的材料特點(diǎn)在于硬度虎炸，基本包括硬度為 45-65 HRc 的鋼件。不銹鋼（鉻含量大于 12% 的合金鋼）組成了 M 類怜俐。N 類包含有色金屬身堡，主要是鋁、銅和黃銅拍鲤。最后是包含碳素鋼贴谎、低合金鋼及高合金鋼的 P 類，其中包括硬度高達(dá) 400HB 的合金鋼和鉻含量不超過(guò) 12% 的不銹鋼季稳。有些長(zhǎng)切屑的可鍛鑄鐵也屬于 ISO P 類赴精。

ISO P 類工件材料包括通常被人們稱為鋼件的金屬材料佩捞。盡管鋼件在材料層面上未表現(xiàn)出明顯的加工挑戰(zhàn)（比如航空航天領(lǐng)域使用的耐熱航天合金），但是合金鋼和鐵卻是各行各業(yè)應(yīng)用最廣的工件材料蕾哟。如此廣泛的用途催生了人們開(kāi)發(fā)各種各樣具有不同物理屬性的合金鋼一忱，這就產(chǎn)生了各種金屬切削性能問(wèn)題。除了大批量生產(chǎn)需要考慮經(jīng)濟(jì)因素之外谭确，這些問(wèn)題還使得 ISO P 類鋼件的加工成為零件制造商以及這些零件的刀具制造商面臨的一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)帘营。

ISO 體系

ISO 金屬加工工件材料分類體系分為六大類。K 類包括鑄鐵逐哈。鎳基和鈦基合金等耐熱高溫合金屬于 S 類芬迄。H 類的材料特點(diǎn)在于硬度，基本包括硬度為 45-65 HRc 的鋼件蒙玩。不銹鋼（鉻含量大于 12% 的合金鋼）組成了 M 類瘤贷。N 類包含有色金屬，主要是鋁绅刨、銅和黃銅招惜。最后是包含碳素鋼、低合金鋼及高合金鋼的 P 類抗钻，其中包括硬度高達(dá) 400HB 的合金鋼和鉻含量不超過(guò) 12% 的不銹鋼棚泛。有些長(zhǎng)切屑的可鍛鑄鐵也屬于 ISO P 類。

上述分類基本上是依據(jù)不同材料的主要物理屬性褒述。這些屬性本質(zhì)上決定著材料的加工表現(xiàn)及其對(duì)切削的影響牢米。K 類金屬的特點(diǎn)是磨蝕性，這會(huì)加快刀具的磨損逃窜。S 類中的耐熱高溫合金通常導(dǎo)熱性不良郊舅，這會(huì)導(dǎo)致切削區(qū)積聚熱量而使切削刀具變形。H 類金屬的硬度不僅會(huì)對(duì)刀具產(chǎn)生很大的壓力止骨，而且還會(huì)產(chǎn)生熱量席赂。M 類具有應(yīng)變硬化的特點(diǎn)，工件材料在切削過(guò)程中會(huì)隨著變形而變硬厚柳。切削壓力和發(fā)熱量的增加會(huì)造成溝槽磨損及其他問(wèn)題氧枣。N 類金屬表現(xiàn)出粘著切削刀具的傾向沐兵，會(huì)造成積屑瘤别垮、表面質(zhì)量不佳以及切削刀具斷裂。

由于上述五類 ISO 材料或多或少各有一種主要物理屬性扎谎，因此設(shè)計(jì)切削刀具時(shí)可以在一定程度上消除其屬性對(duì)切削刀具的不利影響碳想。例如，用于切削 H 類材料的刀具一般需要較高的強(qiáng)度毁靶，而 切削N 類金屬的刀具更加鋒利胧奔，并采用有利于形成切屑流的設(shè)計(jì)逊移，以最大限度地降低切削刃粘著的風(fēng)險(xiǎn)。

但是龙填，ISO P 類工件帶來(lái)了更復(fù)雜的挑戰(zhàn)胳泉。鋼件，尤其是千差萬(wàn)別的合金鋼岩遗，通常會(huì)表現(xiàn)出不止一種甚至所有影響切削刀具性能的屬性扇商，盡管通常不是極端情況。這給刀具的開(kāi)發(fā)造成了難題棠吨；例如桑趴，在許多情況下，為應(yīng)對(duì)低合金鋼粘著傾向而設(shè)計(jì)的鋒利刃口刀具可能無(wú)法承受另一種鋼成分的磨蝕特性逻盅。此外盔连，由于制造商追求與客戶零件的特定性能需求相匹配的材料，所以各種專用合金鋼的開(kāi)發(fā)仍舊勢(shì)頭不減阻羞。

了解金屬切削

加工合金鋼時(shí)凰染，如何高效地平衡刀具的各種性能屬性如同在鋼絲上跳舞一般。要達(dá)到這種平衡暴姓，需要了解金屬切削的本質(zhì)以及工件材料與切削刀具之間的相互作用娇紊。

金屬切削不是與刀切方式類似的劈開(kāi)過(guò)程，而是對(duì)工件材料施加壓力湿儡，直到使其變形并以切屑形式剪切下來(lái)的過(guò)程触茎。剪切操作伴隨著許多附加影響。使材料充分變形所需的機(jī)械力會(huì)產(chǎn)生高壓力和高熱量处榔，導(dǎo)致溫度達(dá)到 800-900 ?C 水平希俩。斷續(xù)切削或者加工帶有硬內(nèi)含物的零件會(huì)使切削刀具受到?jīng)_擊作用。除了機(jī)械因素之外纲辽，高溫高壓還會(huì)催化切削材料與工件材料之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)颜武，導(dǎo)致出現(xiàn)擴(kuò)散或月牙洼形式的化學(xué)磨損。最后但同樣重要的是拖吼，金屬切削會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的磨擦鳞上。由于切削過(guò)程形成切屑并在刀具上磨擦，因此會(huì)產(chǎn)生摩擦吊档，這稱為磨擦學(xué)效應(yīng)篙议；摩擦學(xué)是研究一定溫度和壓力下相互接觸的表面并測(cè)定這些表面相互改變程度的科學(xué)。所有這些作用力和相互作用都會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果怠硼；或許最重要的結(jié)果是造成刀具磨損鬼贱。

不同的鋼件選用不同的刀具

加工過(guò)程對(duì)鋼件的影響取決于合金鋼成分和鋼件的制造工藝。例如碳含量低于 0.25% 的碳素鋼香璃，它用于那些要求強(qiáng)度高这难、耐沖擊舟误、抗斷裂的汽車輪軸等應(yīng)用中。經(jīng)過(guò)軋制或鍛造的合金鋼會(huì)產(chǎn)生難以斷開(kāi)的切屑躲窜，這些切屑會(huì)刮擦刀具表面并產(chǎn)生月牙洼磨損甚至粘著問(wèn)題沃羽。對(duì)于這些成分，切削刀具設(shè)計(jì)具有鋒利的刃口咧笔，以便更加高效地剪切工件材料萄天，同時(shí)采用鍍層抵抗化學(xué)磨損，并為切削表面提供潤(rùn)滑裹五。

另一方面卦须，合金（包括錳等元素）含量超過(guò) 5% 的高合金鋼可以經(jīng)過(guò)硬化用于制造需要耐磨性和剛性的部件，比如液壓部件和機(jī)床零件等捅县。通常產(chǎn)生的切屑容易成形和斷開(kāi)摊壳，但是加工這些合金的刀具會(huì)承受高壓高溫。對(duì)于通過(guò)鑄造或鍛造工藝生產(chǎn)的未加工工件猪晰，其堅(jiān)硬的表面和可能來(lái)自模具的內(nèi)含物會(huì)要求切削刀具兼具韌性和耐磨蝕性粒颂。

專為鋼件車削設(shè)計(jì)的刀片示例：WNMG080404-MF2，TP1500

專為鋼件銑削設(shè)計(jì)的刀片示例：LOEX080404TR-M08状寨，F(xiàn)40M

經(jīng)濟(jì)因素

加工操作的傳統(tǒng)目標(biāo)是以更快的速度生產(chǎn)更多的零件仑萧，因此需要盡可能采用最激進(jìn)的切削參數(shù)。但是枷遂，其他問(wèn)題會(huì)限制這個(gè)簡(jiǎn)單的目標(biāo)樱衷。在選擇切削參數(shù)時(shí)，經(jīng)濟(jì)因素起著十分關(guān)鍵的作用酒唉。特種合金制造的航空航天部件等零件在大多數(shù)情況下產(chǎn)量相對(duì)較低矩桂。制造商之所以以這種速度加工零件，是為了最大限度地提高工藝可靠性痪伦，保護(hù)昂貴的工件材料和已投入的寶貴制造時(shí)間侄榴。因此，高級(jí)工件材料采用的加工速度和進(jìn)給量通常高效但相對(duì)保守网沾。

鋼件加工方法通常各不相同癞蚕。許多鋼件需要大批量生產(chǎn)，并且要求盡快完成辉哥，以便用低廉的工件材料來(lái)加工相對(duì)簡(jiǎn)單的零件來(lái)從而獲取最大的經(jīng)濟(jì)回報(bào)桦山。加快切削速度通常會(huì)提升生產(chǎn)率，但這要求切削刀具的基體能在高切削溫度下保持高強(qiáng)度证薇。鑒于合金鋼的品種日益增多度苔，制造商或機(jī)床車間有必要咨詢刀具制造商匆篓，以便確定最適合某一特定應(yīng)用的刀具材質(zhì)等級(jí)和槽形猬肖。當(dāng)前進(jìn)行的刀具開(kāi)發(fā)旨在生產(chǎn)出可以解決合金鋼多種加工問(wèn)題的刀具余窖。制造商尋求更鋒利且更強(qiáng)壯的刀具，并能夠通過(guò)鍍層和槽形克服熱量函以、壓力森片、化學(xué)和粘著磨損問(wèn)題。

環(huán)境因素

環(huán)境因素是制造商近幾年才考慮的一項(xiàng)因素轨畏，它也影響鋼件材料加工參數(shù)的選擇毯炊。許多制造商現(xiàn)在注重環(huán)境意識(shí)或“綠色”加工倡議。其中包括降低能源消耗瞄隶、盡量減少加工過(guò)程產(chǎn)生的廢物态素。盡管在加工特種金屬時(shí)，技術(shù)方面的挑戰(zhàn)仍是主要問(wèn)題第讯，但環(huán)保因素在加工鋼件時(shí)的重要性變得日益突出躲含。

減少能耗的一種方法是降低切削速度。在許多情況下褒碌，制造商可以通過(guò)成比例地增加進(jìn)給率和切削深度來(lái)保持生產(chǎn)率别肄。除了節(jié)省能源外，該策略還能延長(zhǎng)刀具壽命交惯。這反過(guò)來(lái)又會(huì)減少加工產(chǎn)生的廢料流次泽，因?yàn)樯a(chǎn)同樣數(shù)量的零件會(huì)消耗更少的切削刃和“用完即扔的”刀片。降低切削速度還會(huì)減少發(fā)熱席爽，從而可以減少金屬加工冷卻液的需求意荤，因?yàn)槔鋮s液本身也會(huì)變成金屬加工過(guò)程不需要的廢物。

結(jié)論

由于 ISO P 類鋼件廣為人知只锻，并且廣泛用于制造常規(guī)零件袭异，所以涉及合金鋼的加工通常不會(huì)受到密切關(guān)注和詳細(xì)分析。但是炬藤，如果制造商了解到鋼件的許多加工難題可以通過(guò)仔細(xì)選擇刀具加以消除御铃，那么他們即使對(duì)大批量零件的生產(chǎn)率進(jìn)行細(xì)小的改進(jìn)，也會(huì)顯著地提升盈利能力沈矿，甚至還對(duì)環(huán)保大有好處上真。

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