碳鋼是金屬加工行業(yè)的“主力”材料蚯撩，也是迄今為止切削加工最多的鋼種逗爹。美國生產(chǎn)的鋼約有87％都是碳鋼绑蔫。

    　使用碳鋼的可行性取決于其機械特性（如抗拉強度蛋哭、屈服強度县习、疲勞強度、抗沖擊性以及所需要的熱處理）是否適合制造某種零件谆趾。如果碳鋼的特性可以滿足零件的要求躁愿，大多數(shù)用戶都會選用碳鋼，因為其價格比其它鋼材更便宜沪蓬。

    　本文旨在幫助加工碳鋼零件的用戶了解各種碳鋼牌號的成分彤钟，以提高車削加工效率；同時還給出了與切深怜跑、進給率有關(guān)的切削速度參數(shù)和刀具材料與碳鋼的硬度样勃。

  　  早在66年前，金屬切削領(lǐng)域的先驅(qū)M. Eugene Merchant和Hans Ernst博士就已經(jīng)闡述了切屑的形成性芬、切屑與刀具間的摩擦峡眶、表面質(zhì)量和金屬去除效率。在研究中，Merchant博士采用了多種金屬材料骡榨，其中就包括1020低碳鋼和1112易切鋼爹舱。基于大量的試驗寻僧，Merchant博士建立了一個金屬切削過程的數(shù)學模型并沿用至今皿遏，該模型可用于設計刀具的斷屑器。

    　將AISI 1212易切削碳鋼的平均可加工性設定為100％堪渠，就可以用百分數(shù)來表示鐵和非鐵合金材料的可加工性等級丧忍。以AISI 1045中碳鋼作為標準工件材料，在規(guī)定切削條件下進行車削試驗陶握，即可確定各種牌號可轉(zhuǎn)位刀片的使用壽命参挨。

  　  碳鋼分為6大類：低碳鋼、中碳鋼禁歧、高碳鋼亮蜓、再硫化易切鋼、再硫化及再回磷易切鋼和無硫化高錳鋼（含錳量超過1％）架独。

    （1）低碳鋼

    　低碳鋼（AISI 1005～1026）的含碳量為0.06％～0.28％挠囚，含錳量為0.25％～1％，含磷量不超過0.04％脖旱，含硫量不超過0.05％堪遂。目前低碳鋼共有16個標準牌號。

    　車削低碳鋼時夯缺，如果刀具斷屑器不能形成足夠大的剪切角使切屑卷曲而脫離刀片前刀面蚤氏，就會產(chǎn)生長切屑，并在可轉(zhuǎn)位刀片表面生成積屑瘤踊兜。低速切削則是產(chǎn)生積屑瘤的另一個原因竿滨。積屑瘤會起到刀具延伸的作用，從而改變零件加工尺寸捏境，并會使被加工表面光潔度惡化于游。在這種情況下，需將切削速度提高15％～20％或更高垫言，直至加工表面質(zhì)量獲得改善贰剥。

    　合適的切削速度取決于切深、進給率筷频、刀具材料和工件的硬度蚌成。選擇切削速度是一項具有挑戰(zhàn)性的工作。通常涯馆，可根據(jù)加工精度要求（粗加工秕刊、半精加工或精加工）比較保守地預選切深和進給率參數(shù)崎爽。加工低碳鋼采用的切削速度略有不同，據(jù)此可分為兩組腮德。典型的低碳鋼粗加工摹撰、半精加工和精加工切削參數(shù)。

   　 表中數(shù)據(jù)說明：切削速度隨著切深和進給率的增大而減小枫技。如果切深行翘、進給率之一（或二者）與表中數(shù)據(jù)不同，就需要調(diào)整切削速度秧朝，以使按表中切削參數(shù)計算出的金屬切除率（mrr）保持不變领末。計算實例如下。

    　切削參數(shù)的金屬切除率為：

   　 mrr＝12″×sfm×DOC×ipr＝12×550×0.300×0.020＝39.6in.3/min
    　如切深減小至0.200″芋妻，要使金屬切除率保持不變孵熏，則切削速度必須等于825sfm，即：
   　 sfm＝mrr÷DOC÷ipr÷12＝39.6÷0.200÷0.020÷12＝825sfm
   　 在本例中昭礁，切削速度隨著切深的減小而按相同比例增大（0.300÷0.200＝1.5，550×1.5＝825sfm）藻丢。

    （2）中碳鋼

    　中碳鋼（AISI 1029～1053）的含碳量為0.25％～0.55％剪撬，含錳量為0.30％～1.00％，含磷量不超過0.04％悠反，含硫量不超過0.05％残黑。中碳鋼有16個標準牌號。

    　車削中碳鋼時會產(chǎn)生不連續(xù)的切屑斋否，被加工表面質(zhì)量優(yōu)于低碳鋼梨水，但切削力和刀具磨損會隨著含碳量和硬度的增加而加大。因此茵臭，當工件硬度增大時疫诽，應減小切削速度。

    （3）高碳鋼

  　  高碳鋼（AISI 1055～1095）的含碳量為0.60％～1.03％旦委，含錳量為0.30％～0.90％奇徒，含磷量不超過0.04％，含硫量不超過0.05％缨硝。高碳鋼有14個標準牌號摩钙。

   　車削高碳鋼時，因含碳量較高谎拴，切削力和刀具磨損比車削中碳鋼時要大荚谢。因此應采用較低的切削速度以減小刀具磨損。與加工低呐品、中碳鋼時類似凯挟，對不同硬度的工件應采用相應的切削速度逸铆。

    （4）易切鋼

    　易切鋼分為再硫化易切鋼（11XX系列）和再硫化、再回磷易切鋼（12XX系列）楣索。

   　 再硫化易切鋼（AISI 1108～1151）包括14個標準牌號庐钱。含硫量達到0.33％時可改善材料的可加工性（AISI 1119和AISI 1144）。大部分11XX系列牌號都將含錳量由1.30％提高到1.65％媳惦，以便有足夠的錳與硫反應生成MnS顆粒滴图。由于MnS顆粒在切屑成形過程中會形成一些微孔和微裂紋，而這些微觀缺陷擴散到工件的切除層中碎员，加大了切屑的剪切角灸室，加速了切屑斷裂過程，從而可獲得良好的加工表面倾圣。

 　   再硫化鹿鳖、再回磷易切鋼包括4種無鉛標準牌號（AISI 1211、1212壮莹、1213和1215）和3種含鉛標準牌號（AISI 12L13翅帜、12L14和12L15），含鉛量為0.15％～0.35％命满。12XX系列牌號增加了含硫量（0.10％～0.35％）和含磷量（0.04％～0.12％）。增加含硫量的效果與AISI 11XX牌號的情況類似胶台。

   　 增加磷含量后歼疮，磷溶解于鐵可促進斷屑诈唬，有利于避免形成長的卷須狀切屑，可獲得較好的加工表面光潔度铸磅。

    　在車削加工中赡矢，鉛在12XX系列牌號中的作用類似于一種內(nèi)潤滑劑愚屁，可以降低刀具與工件間的摩擦，減少發(fā)熱蛹活。含鉛牌號主要用于大批量加工。使用含鉛牌號可提高切削速度匕磅，獲得良好的加工表面枢蜗，加工效率可提高25％以上晃逞。

  　  再硫化眉剿、再回磷易切鋼廣泛用于加工螺紋制品。由于經(jīng)濟性的原因团何，限制了含鉛易切鋼在螺紋高速加工中的應用，但其出色的加工特性在螺紋高速加工中可以得到充分的體現(xiàn)诫汇。

  　  在所有易切鋼中，12LXX牌號最適于高速車削爽篷。車削易切鋼時產(chǎn)生不連續(xù)切屑，因此不存在切屑控制問題逐工。

    （5）高錳鋼

   　 高錳鋼的含錳量為0.75％～1.65％，含碳量為0.10％～0.71％泪喊，磷和硫的含量與低、中袒啼、高碳鋼相同，共有12個標準牌號瘤泪。大部分牌號含有0.0005％～0.30％的硼育八，加入硼可提高淬硬層的厚度对途。

   　 15XX系列低碳高錳鋼（AISI 1513～1527）主要用于加工對表面淬硬性要求高于普通碳鋼的滲碳零件髓棋。

　    中碳高錳鋼（含碳量0.30％～0.35％）一般用于棒料加工的零件锉寿，是否需要熱處理取決于應用場合和所需要的強度趴国。

 　   高碳高錳鋼（AISI 1547～1566）比普通碳鋼牌號有更高的強度和耐磨性。

   　 含硼高錳鋼（如AISI 15B48H）一般用于軸類制品债苍。這種鋼可替代合金鋼和高碳鋼制造需要熱處理的螺釘。

    　車削高錳鋼類似于車削10XX系列中碳鋼咳铅。

  　  刀具材料牌號說明

   　 刀具材料的技術(shù)規(guī)范來源于ANSI（美國國家標準學會）和ISO（國際標準化組織）选阔。ANSI采用的是行業(yè)代碼具椒，可以標示出未涂層硬質(zhì)合金牌號（C-1曹均、C-2等）和涂層硬質(zhì)合金牌號（CC-5、CC-6等）物虑。代碼的數(shù)字部分僅僅給出了硬質(zhì)合金的基本特性，如韌性和硬度鲤遥。C-1～C-4牌號都是采用鈷結(jié)合劑的純碳化鎢，但鈷含量和碳化鎢粒度有所不同渴频。

　　CC-5～CC-8牌號包括了采用鈷結(jié)合劑的復合碳化鎢、碳化鉭卜朗、碳化鈦和碳化鈮。這些牌號與C-1～C-4相比具有更好的抗月牙洼磨損性能场钉，因此推薦用于加工鋼件蚊俺。從CC-5到CC-8牌號逛万，材料的硬度依次增大，而韌性依次減小宇植。

　　CC-6牌號是通用硬質(zhì)合金材料得封，具有中～高水平的抗沖擊性和中等水平的抗磨損性颗屏，推薦用于粗加工和半精加工。CC-7牌號具有中等水平的抗沖擊性和抗磨損性卑托，適用于精加工效蝎。牌號數(shù)字較大的硬質(zhì)合金的抗磨損性較好势粱，可采用較高切削速度腰燕。牌號數(shù)字較小的硬質(zhì)合金的韌性較好食土，可采用較大進給量。

　　ISO標準代碼由字母和兩位數(shù)字組成赵须。字母C表示涂層硬質(zhì)合金企鄙，后面的字母P表示該牌號適合加工碳鋼业嗅。CP-10牌號表示適用于高速切削唉侄，切屑橫截面小～中；CP-20表示適用于中速切削野建，切屑橫截面中等；CP-30表示適用于中～低速切削候生，切屑橫截面中～大。牌號的數(shù)字越大唯鸭，表示該硬質(zhì)合金韌性越大、硬度越小目溉。牌號數(shù)字較小的硬質(zhì)合金具有較好的抗磨損性明肮，可提高切削速度缭付；牌號數(shù)字較大的硬質(zhì)合金韌性好，可增大進給量陷猫。

　　需要說明的是，不同生產(chǎn)廠商專門命名的硬質(zhì)合金牌號與ANSI和ISO代碼不一定相同在轮。

　　前面表中給出的切削速度只是起始推薦值牺幻，因為隨著新的機床和涂層硬質(zhì)合金刀具的采用铣碴，切削速度可以提高15％～30％，但這樣做必須考慮機床功率悼锻。

    　涂層硬質(zhì)合金刀具不僅使用壽命長唉攻，而且還可進行高速切削以提高加工效率透辜。切削速度提高30％网赤，加工成本可降低15％使萨。

    　在各種涂層材料中族延，采用PVD工藝的TiAlN涂層最為常用锰扶，一般用于干式高速精加工和普通加工中寝受。采用CVD工藝的3層涂層（外層為TiN罕偎，中間層為Al2O3，內(nèi)層為TiCN）一般用于粗加工和半精加工京闰。

    　雖然碳鋼的車削加工并不復雜，但零件制造商需要了解碳鋼的牌號和材料特性蹂楣，通過合理選擇刀具、車床（或車削中心）和工件夾緊裝置痊土，就能大大提高加工效率。

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