难切削材料切削加工技术
先进制造技术
学院：机械工程学院专业：机械工程
2013年 1 月 5日
难切削材料切削加工技术
摘要：本文阐述了难切削加工材料的定义，简单地介绍了几类难加工材料，从切削力、切削温度、刀具磨损等方面介绍了难加工材料的加工特点，并对其产生原因进行了分析。针对难加工材料在加工过程中出现的问题，本文描述了改善难加工材料的切削加工性的方法及其机理，具体对改变材料本身特性、选择刀具材料、润滑冷却方式进行详细介绍。
关键词：难加工；材料；加工性；加工技术
Difficult cutting material machining
technology
Wang Xuebin
( Guizhou university mechanical engineering institute Guiyang guizhou 550025）Abstract：This paper expounds the definition of material to cutting processing, and difficult-to-machine materials processing features was reviewed ,Simply introduce several kind of difficult processing materials, from the sides of cutting force, cutting temperature, tool wear , etc, and its reasons were analyzed. For these problems that exist in the process of machining difficult-to-machine materials , this paper describes the method that improve difficult-to-machine materials processing cutting features and its mechanism, the concrete is introduced about changing materials itself characteristics, choiceing of cutting tool materials and lubrication cooling way .
Key words: difficult processing; Materials; Machining; Processing technology
引言
然而长期以来难加工材料如钛合金、高温合金、不锈钢等其切削加工性极差，给生产带来效率低、质量差、刀具损耗等问题，一直是加工中的难题。随着制造业的发展，21世纪这些材料的用量迅速增加，加工的矛盾将变得突出。与此同时，产品的材料构成也不断优化，新的工程材料也不断问世，而每一种切削材料的采用都对切削加工提出了新的要求。如在切削加工比较集中的汽车工业，其发动机、传动器零件中硅铝合金的比例在逐渐增加，并开始引入镁合金和新的高强度铸铁以减轻汽车重量，节省能耗。又如在航空航天工业，钛合金、镍合金以及超耐热合金、陶瓷等难加工材料的应用比例和加工难度都将进一度的增加，能否高效加工这些材料，直接关系到我国汽车、航空航天、
能源等重要工业的发展速度和制造业整体水平，也是对切削技术的最大挑战。但从某种意义上说，它们对加工的特殊要求起到了促进加工技术发展的作用。现在，人们已经掌握了很有效的难加工材料加工方法。
难加工材料的定义
难加工材料是指难以进行切削加工的材料，即切削加工性差的材料。切削加工性等级代号5级以上的材料均属于难加工材料。从材料的物理力学性能看，硬度高于
250HBS、强度GPa
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<的均属于难加工材料之列，如钛合金、高温合金、不锈钢、高强度钢和超高强度钢、复合材料以及硬脆材料。
难加工材料的分类：
（1）钛合金
钛是同素异构体，熔点为1720C o，在
低于882C o时呈密排六方晶体结构，称为α钛；在高于882C o时呈密排六方晶体结构，称为β钛。利用钛的上述两种结构特点，
添加适当的合金元素，使其相变温度及其相分含量改变而得到不同类型的钛合金。
钛合金的性能特点如下：比强度高、热强度高、抗蚀性好、低温性好、化学活性大、导热性差、弹性模量小。
（2）高温合金
高温合金又称耐热合金或热强合金，它是多组元的复杂合金，以铁、镍、钴、钛等为基础，能在600—1000度的高温氧化环境及燃气腐蚀条件下工作，而且还可以在一定应力作用下长期工作，具有良好的热强行能热稳定性能和热疲劳性能。
（3）不锈钢
不锈钢是指在大气中或在某些腐蚀性介质中具有一定的耐腐蚀能力的钢种。不锈钢种类很多，按其成分可分为钴不锈钢和钴镍不锈钢两大类。
（4）高强度钢与超高强度钢
高强度钢和超高强度钢为具有一定合金含量的合金钢。他们的原始强度、硬度并不高，但经过调质处理（一般为淬火和中温回火），可获得较高或很高的强度。
（5）复合材料
复合材料是指两种或两种以上的物理和化学性质不同的物质人工制成的多相组成固体材料，是由增强相和基体相复合而成的，并形成界面相。增强相主要是承载相，基体相主要是连接相，界面相的主要作用是传递载荷，三者的不同成分和不同复合工艺使复合材料具有不同的性能。
（6）硬脆性材料
硬脆性材料具有高强度、高硬度、高脆性、耐腐蚀和腐蚀、隔热、低密度和膨胀系数及化学性能好等特点，是一般金属材料无法比拟的。硬脆性材料由于这些独特性能而广泛应用于光学、计算机、汽车、航空航天、化工、纺织、冶金、机械和军事等领域。难加工材料的加工特点
难加工材料的切削加工性差一般有以下几个方面：
1 高强度：
2 高硬度；
3 高塑性和高韧性；
4 低塑性和脆性；
5 低导热性；
6 有大量微观硬质点或夹杂物；
7 化学性质活泼
这些性质一般都能使切削过程中切削力加大、切削温度升高，刀具磨损严重，刀具使用寿命缩短，加工表面质量恶化，切削难以控制，最终导致加工效率和加工质量降低，加工成本升高。下面详细介绍难加工材料的切削加工性及其产生机理。
（1）切削力大
凡是硬度和强度高、塑性和韧性大、加工硬化严重、亲和力大的材料，切削功率消耗大，切削力大。这就要求加工设备功率大，刀具有较高的强度和硬度。表1.1是几种典型难加工材料的切削力的对比。
（2）切削温度高
由于难加工材料呢往往加工硬化严重，强度高，塑性和韧性大，亲和力大而导热系数小，切削过程中会产生较大的热量，但散热性能差，因此切削温度较高。如钛合金的传导率只有45钢的1/6左右，且刀-屑接触长度短，切削热集中在切削刃附近，因此切削温度很高，往往是45钢的一倍以上。（3）刀具磨损严重，使用寿命短
凡是硬度高或有磨粒性质的硬质点多或加工硬化严重的材料，刀具的磨料磨损都很严重。另外，导热系数小或刀具材料易亲和、黏结也会造成切削温度高，从而使得黏结磨损和扩散磨损严重。因此难加工材料切削过程中使用寿命铰短。
（4）加工表面粗糙，不以达到进度要求加工表面硬化严重、亲和力大、塑性和韧性大的材料，其加工表面粗糙度大，表面质量和精度均不易达到要求。
（5）切屑难于处理
强度高、塑性和韧性大的材料，切屑连绵不绝、难以处理。切削过程中，切削应得
到很好地控制，不能任其缠绕在工件或刀具上，划伤已加工表面、损坏刀具，甚至伤人。
难加工材料切削加工性的改善
1.改变材料本身的切削加工性
改善材料本身的切削加工性首先可以采用适当的热处理方法。在被加工材料化学成分已定的情况下，经过不同的热处理工艺可得到不同的金相组织，材料的力学、物理性能机加工性将出现很大的差别。故应当采用适当的热处理方法，并合理安排热处理加工工序。如低碳钢的热塑性很大，可进行冷拔或正火以降低塑性，提高硬度，使切削加工性得到改善；马氏体不锈钢也经常进行调质处理，以降低塑性，减少以加工表面粗糙度，使其较易加工；高强度钢在退火、正火状态下，切削加工并不太困难，粗加工躲在这时进行；经过调质，高强度钢的硬度、强度大为提高，变得难加工，此时可进行精加工或半精加工。
其次是可以改变材料的化学成分。在保证材料力学、物理性能的前提下，在钢中适当添加一些元素，如S、Pb、Ca等，其加工性可得到显著改善，这样的钢称为“易切钢”。易切钢可以使刀具耐用度提高，切削力减小，容易断屑，提高以加工表面的质量。易切钢的添加元素几乎都不能与钢基体固溶，而已金属或非金属夹杂物的状态分布，从而改变了钢材的内部结构与加工时的变形状况，使其加工性得到改善。在奥氏体不锈钢中添加S元素会降低不锈钢的抗腐蚀性，可在奥氏体不锈钢中添加Se元素，所形成的硒化物可提高切削加工性而不影响抗腐蚀性。
2 合理的选用刀具材料
刀具材料的切削性能对切削加工技术的水平影响很大。切削难加工材料时，必须尽可能采用高性能的刀具材料。由于难加工材料种类繁多，性质迥异，在选用刀具时，必须注意刀具材料与被加工材料在力学、物理性能和化学性能之间的合理匹配。
常用于难加工材料切削的刀具材料有高性能高速钢、粉末冶金高速钢、添加TaC 和NbC的硬质合金、细晶粒和超细晶粒硬质合金、TiC硬质合金、添加稀土元素的硬质合金、各种陶瓷材料以及CBN和金刚石等超硬材料。
在韧性较好的刀具基体上，进行表面涂层，涂覆具有高硬度、高耐磨性、耐高温材料的薄层是提高刀具切削性能的有效途径。与未涂层刀具相比，刀具经过涂层后，可以采用更高的切削速度，或在同样的切削速度下大幅度地提高刀具使用寿命，也可以减少刀具与工件材料之间的摩擦系数，从而减少切削力，改善被加工材料的表面质量。
采用PVD方法在高速钢基体上可涂覆一层致密、坚硬、厚度为几微米的氮化物或碳化物，使高速钢刀具的寿命和切削性能得到大幅度地提高。这种加工方法适用于麻花钻、立铣刀、丝锥、齿轮滚刀和插齿刀等重磨前刀面的刀具。采用PVD和CVD的方法在韧性较好的硬质合金基体上涂覆一层或多层的高硬度和高耐磨性的材料，可获得高韧性又有高耐磨性的刀具材料。
3.合理的适用润滑冷却方式
在难加工材料切削过程中，合理使用切削液尤为重要。切削液基本上分为三类：切削油、乳化液、合成切削液。切削油的组要成分是矿物油；乳化液系用乳化油加水稀释而成；而乳化油则由矿物质油、乳化剂及其他物质配成；合成切削液是水基，再加入其他成分构成。以上三类切削液均需加入各种添加剂。切削液具有冷却作用和润滑作用，能够有效的降低切削区刀具表面和工件表面的温度，改善刀具与切屑、工件表面之间的摩擦状态，从而减小刀具磨损并提高以加工表面质量；切削液有清洗作用，能将碎屑（如切铸铁）和粉屑（如磨削）冲走；切削液还能防锈，工作性能稳定，且不污染环境，并对人体无害。同时，在金属切削加工领域也可采用低温雾化切削、油雾冷却、低温冷风切削、MQL微量润滑等绿色切削技术。
4.采用其他加工方法
1 热处理渗入可逆元素对于某些材料还可以通过热处理渗入可逆元素来改善切削加工性，加工完成后去除可逆元素，保持工件的原有特性，如钛合金渗氢处理切削加工性显著改善，切削加工后在进行去氢处
理。
2 局部加热切削加工在切削加工中，局部加热工件切削区域可使材料切削变形区的应力降低，切削力则相应降低，有利于提高刀具使用寿命，切削速度可提高。但加热切削法对被加工表面和表层的物理力学性能有影响，选用时应谨慎。
3 低温切削加工切削过程中通过一定的强制冷却手段使得工件保持低温状态，工件的力学性能向有利于切削加工的趋势变化，刀具则因低温环境切削加工性能更好，寿命提高。
4 磁化切削加工使工件和刀具两者之一被磁化，切削过程中带磁切削，切削加工性可得到改善。
5 振动切削加工低频振动切削具有很好的断屑效果，可不断用断屑装置，使刀刃强度增加，切削时总功率消耗比带有断屑装置的普通切屑降低40%左右。高频振动切削也称超声波振动切削，有助于减小刀具与工件之间的摩擦，降低切削温度，减少刀具的粘着磨损，从而提高切削效率和加工表面质量，刀具寿命约可提高40%。
结束语：
难加工材料加工技术是机械加工工业的关键技术，它的发展体现着国家制造业的制造水平。目前难加工材料加工技术发展日趋成熟，已经实现了对钛合金、高温合金、不锈钢等多种难加工材料的加工。但随着科学技术的发展，必将对产品零部件的性能提出新的和特殊的要求，会有更多难加工材料需要加工，难加工材料加工技术也将会得到更加广泛的应用。
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金属材料切削加工性
第一章金属材料切削加工性 切削加工性：Machinability，指金属材料被切削加工成合格零件的难易程度。例如：以车削45#钢为例： 材料硬度HB200（正火） 单位切削力κc=200kg/mm2 用YT15车刀车削：IT8 νc=120 θ=800oC 此种车削方法家喻户晓，人人皆知，谁都会做，没什么难点。 1. 铝合金，这是比较好加工的，κc=70，νc=800m/min时，θ也不高，T很长。 2. 灰口铸铁HT200 κc=114 断屑 切削加工性评价指标： ①刀具耐用度高；T ②许用切削速度高；νc ③已加工表面易于达到； ④车削时断屑； ⑤切削力小，切削温度低。F c θ 3. 45#淬火HRC50 切削力F c大，切削温度θ高，刀具耐用度T低。 一般情况下不车，只能磨削。IT8 §1—1 衡量切削加工性指标
以车削45#钢(HB200)为参照基准： 刀具材料：YT15； 刀具耐用度：T=60min ； [ν60]j =100m/min ； 当切削LY12 ν60=300m/min 相比 []6060300 3100 r j νκν= == 一、称相对加工性 相对加工性比较表 二、衡量指标： 1. 刀具耐用度T ： T 较长，加工性较好。 例：45#钢 T=60min 30C r M n SiA T=20min 加工性差。 2. 切削速度νc ： 例：45#钢 νc =100m/min YT15 LY12 νc =300m/min YG15
300 3 100 r κ= = 加工性好。 泰勒公式： 0.4c A T ν= 切削速度是根据刀具耐用度确定的。一定刀具耐用度下有一个允许的切削速度νT 。 3. 切削力F c （或者κc ） 凡切削力大者，加工性差。 单位切削力κc 比较 4. 切削温度(θ) 凡是切削温度高者，加工性差。 切削温度比较表 条件： νc =60m/min a p =3 f=0.1 见图（一） θo
机械材料切削性能研究3
徐州建筑学院继续教育学院 专业专科毕业论文 机械材料切削加工性能的研究学生姓名： 学号： 指导教师： 专业： 年级： 教学点：江苏省交通技师学院 二0一二年六月
摘要：材料的化学成分不一样, 材料的组织结构不同, 热处理的方法不同, 力学性能也不同, 其切削加工性也完全不同。而切削加工性又会影响刀具的耐用度、零件表面质量、产品的生产率, 甚至使被加工零件变成次品、废品。因此, 必须对影响工件材料切削加工性的因素进行分析, 为以后选择正确的加工工艺路线提供依据。主要对影响工件材料切削加工的各种因素如材料的力学性能、物理性能、化学性能、化学成分、金相组织等进行了较为详细的分析, 并提出了改善工件材料切削加工性的基本途径。 关键词：切削加工、热处理、工艺路线，物理特性 Abstract: Chemical composition is not the same as the organizational structure of the material, heat treatment, mechanical properties, its machinability is also completely different. Cutting would affect the durability of the tool parts surface quality, the product of productivity, even the parts to be processed into defective, waste. Therefore, we must analyze the factors affecting the machinability of the workpiece material to provide a basis for the future to select the correct processing line. On a variety of factors influence the machining of the workpiece material, such as the mechanical properties, physical properties, chemical properties, chemical composition, microstructure, etc. in a more detailed analysis, and basic way to improve workpiece material machinability. Keywords:Machining, heat treatment, process route, the physical characteristics
如何选择刀具材料切削切削加工高温合金
如何选择刀具材料切削切削加工高温合金 一、高温合金的含义及性能 1、高温合金的含义：是指以铁、镍、钴为基，能够在600℃以上的高温及 一定应力作用下长期工作的一类金属材料，又被称为超合金，热强合金。 2、高温合金的特点：具有较高的高温强度，良好的抗氧化能和抗腐蚀性能，良好的疲劳性能、抗断裂韧性等综合性能。高温合金是单一奥氏体组织，可以 在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用可靠性。 由于高温合金的特点，已成为制造航空航天发动机热端部件的关键材料， 是航空航天材料的重要成员，也可以广泛应用在石油化工、电力、冶金等领域。 二、高温合金的发展历程 760℃高温材料发展过程从20世纪30年代后期起，为了满足新型发动机的需要，在第二次世界大战期间，高温合金的研究进入了蓬勃发展时期。40年代初，英国首先在80镍-20钴合金中加入少量铝和钛，研制成第一种具有较高高 温强度的镍基合金。同一时期，美国为了适应航空活塞式发动机用涡轮增压器 发展的需要，开始采用钴基合金制作叶片。 此外，美国还研制出用以制作喷气发动机的燃烧室的镍基合金。以后，冶 金学家为了进一步提高合金的高温强度，在镍基合金中加入钨、钼、钴等元素，增加铝、钛含量，研制出一系列牌号的合金，但由于钴资源缺乏，钴基高温合 金发展受到限制。 40年代，铁基高温合金也得到了发展，50年代出现A-286和Incoloy901 等牌号，但因高温稳定性较差，从60年代以来发展较慢。苏联于1950年前后 开始生产镍基高温合金，后来生产变形高温合金和铸造高温合金。中国从1956 年开始试制高温合金，逐渐形成变形高温合金和铸造高温合金。70年代美国还 采用新的生产工艺制造出定向结晶叶片和粉末冶金涡轮盘，以适应航空发动机 涡轮进口温度不断提高的需要。 三、高温合金的分类 （1）按基体元素来分：铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金。其 中铁基高温合金适合的温度在600~800℃，镍基高温合金适用于650~1000℃范 围内的温度；钴基高温合金适合730~1100℃，但由于钴是一种重要的战略资源，致使钴基合金的发展受到限制。目前镍基高温合金应用较广泛。 （2）按强化方式：固溶强化型，沉淀强化型，氧化物弥散强化型以及纤维 强化型等。 （3）按制备工艺：变形高温合金，铸造高温合金以及粉末冶金高温合金。 四、高温合金的加工难点及方法 1、切削加工高温合金的难点：（1）耐高温性能直接提高了加工难度；（2）在加工时重切削力以及产生的高温的共同作用下，刀具容易产生碎片或变形， 或者导致刀具断裂；（3）大多数高温合金都会迅速产生加工硬化现象，从而影响工件的表面精度。
难切削材料的加工及其精密切削加工方面的问题分析
难切削材料的加工及其精密切削加工方 面的问题分析 研究表明,由于其在一定范围内能够有效地解决难切削材料的加工及其精密切削加工方面的问题并在加工中具有一系列的特点,因而越来越引起人们的重视而受到世界各国的瞩目。 1.普通切削与振动切削 在普通切削中,切削是靠刀具与工件的相对运动来完成的。切屑和已加工表面的形成过程,本质上是工件材料受到刀具的挤压,产生弹性变形和塑性变形,使切屑与母体分离的过程(见图1)。在这种刀具始终不离开切削的普通切削中,刀具的作用包括两个方面:一个是刀刃的作用;一个是形成刀刃的刀面的作用。由于刀刃与被切物接触处局部压力很大,从而使被切物分离。刀面则在切削的同时撑挤被切物,促进这种分离。普通切削中,伴随着切屑的形成,由于切屑与刀具之间的挤压和摩擦作用,将不可避免地产生较大的切削力,较高的切削温度,使刀具磨损和产生切削振动等有害现象。 基于这种思想,在和有害的自激振动现象作斗争中产生了一种新的切削方法——振动切削。振动切削即是通过在切削刀具上施加某种有规律的、可控的振动,使切削速度、背吃刀量发生周期性的改变,从而得到特殊的切削效果的方法(见图2)。振动切削改变了工具和被加工材料之间的空间与时间存在条件,从而改变了加工(切削)机理,达到减小切削力、切削热,提高加工质量和效率的目的。振动切削按所加频率不同可分为高频振动和低频振动,低频振动仅仅从量上改变切屑的形成条件,主要用来解决断屑问题以及与此相关的一系列问题。而超声振动(高频振动)切削已经使切屑形成机理产生重大变化,可以提高被加工材料的可加工性,提高刀具寿命和工件加工质量。超声加工的工艺效果来自刀具和工件之间的分离运动,即它是一种脉冲式的断续切削过程。所以,作为精密加工和难加工材料加工中的一种新技术,它的切削效果已经得到世界各国的一致公认,认为它是传统加工技术的一个飞跃。 振动切削系统的流程是:超声波电源输出大功率的超声频的交流信号,由换能器将电能转换成同频率的机械振动,经过变幅杆进行振幅放大,从而带动刀具振动。其组成如图3所示。把振动系统固定在刀架上,刀杆的左端是刀片,右端是振动驱动中心,由换能器和变幅杆将纵向振动转换为弯曲刀杆的横向振动。 2.振动切削的特点及工艺效果分析 (1)振动切削的特点 振动切削可以使切削力大幅度降低,使摩擦热减小、刀具寿命提高和已加工表面粗糙度值减少,即有以下特点:
难切削材料的加工技术
一、什么是难切削材料 切削加工性差的材料， 二、哪些因素影响材料的切削加工性 1)材料的化学成分和配比，它是影响材料的热处理性能和材料切削加工性的根 本因素。 2)材料的热导系数和线膨胀系数的影响 3)材料的硬度、强度、韧性、塑性和弹性模量的影响 4)材料的金相组织的影响 三、具体难加工材料的加工 1)淬火钢的切削 淬火钢是指钢材经过淬火处理后，其结构为马氏体，硬度大于HRC50的钢，它在难切削材料中占有相当大的比例。传统加工淬火钢的方法是磨削，但为了提高加工效率，解决工件形状复杂、不能磨削和淬火后工件产生形状、位置误差的问题，也需要采用车削、铣削、镗削、钻削和铰削等切削加工。 淬火钢在切削加工时有以下特点：淬火钢的硬度高达HRC50-65，强度高达2100-2600Mpa，几乎没有塑性，按照工件材料切削加工性分级属于最难切削的9a级，由于它的强度、硬度高，导热系数只有一般钢材的1/7,所以在切削时不仅切削温度高而且单位切削力高达4500Mpa。它属于脆性材料，切削力集中在刃口附件，易造成崩刃或打刀。 切削淬火钢的刀具材料应选择硬度高抗弯强度也高的硬质合金或陶瓷和立方氮化硼。切削淬火钢的刀具几何参数：通常情况下前角为-10°—0°，断续切削时前角为-10°—-30°，后角为8°—10°，主偏角为30°—60°。刃倾角为-5°—0°，刀尖圆弧半径为0.5—2mm。 切削淬火钢的切削用量，首先，要根据刀具材料和工件材料的物理力学性能、工件形状、工件系统刚性和加工余量来选择。其次，是考虑合理的切削速度。再次，选择切削深度和进给量。一般淬火钢的耐热性为摄氏200—400度，高于此温度，淬火钢的硬度开始下降，而硬质合金刀具、陶瓷刀具和立方氮化硼的耐热性分别为摄氏800—1000度、1100—1200度和1400—1500度，所以在切削淬火钢时，要充分利用这已特性，合理选择切削速度。硬质合金刀具、陶瓷刀具和立方氮化硼的切削速度应控制在：30—70m/min、60—120 m/min和100-200 m/min. 在连续切削的最佳切削速度的情况下，切下的切削为暗红色，在车削淬火钢螺纹时，为了使切入、切出处平稳，应现在入刀和出刀处倒一个45°的角而且每次吃刀深度要小一些。钻孔时，一定要合理选择切削速度，一般为30—50 m/min，避免转速过低，在用小钻头钻孔时要勤退刀，以免工件因为热胀冷缩将钻头夹住而使钻头折断。铣削淬火钢是断续切削，为了使切入切出平稳刀具主偏角应小一些而且还应选择负的刃倾角，硬质合金铣刀的切削速度为40—50 m/min，陶瓷铣刀的切削速度为100 m/min左右，每刀齿进给量为0.05—0.15mm。刨削时除应选用较大的负刃倾角外，硬质合金的切削速度应控制在10 m/min左右，进给量为0.1—0.2mm。
实现刀具高效加工
实现刀具高效加工 我们在机械加工中单位时间切除金属的效率称为金属切除率（Q），金属切除率Q=ae×ap ×F/1000，其中ae为切削加工中的宽度，ap为切削加工中的深度，F为切削加工中刀具的进给量。由此可见，提高加工效率即金属切除率的主要方法是增加ae、ap及F的数值，也就是说高速加工并不是高效加工的唯一途径，我们还可以通过提高ae、ap和单齿切削量的办法来提高效率，即为我们通常所说的重切削。因此，高效加工就包括了高速加工和大余量加工两种方式，高速加工和粗加工方式所选用的刀具在设计理念和制造工艺上具有各自的针对性。 高速加工采用高转速和高进给的方式进行加工，它的加工优势在于对切削力要求小、工件变形和系统振动的程度都很低，有利于提高工件精度、形位公差和表面质量，较多的应用于航空的薄壁件、难加工材料、模具的型腔加工以及产品的批量加工。高速加工刀具必须具有良好的耐磨性、强度和合理的几何结构参数，并对动平衡系统要求严格。因此，针对硬质合金刀具必须选用先进的刀具材料和涂层，品鼎公司2008新推出的“V”系列产品主要就是针对模具行业和航空领域的高速加工，此系列刀具选用超细晶粒度含12%Co的材料，同时选用AlCrN与TiAlN的复合涂层，表面硬度超过HV3700，刀具采用短刃及独特的槽形设计，保证刀具高速旋转时的刚性，且切屑排屑流畅，刀具推荐切削转速大于12000r/min。
重切削加工采用大进给量或大切削量的加工方式，主要适用大余量粗加工，特点是金属去除率高，但切削条件恶劣，切削力大，对机床和刀具的要求较高，机床需要具有足够的刚性和功率，而刀具则应具有足够的韧性和容屑空间。同时，刀具采用高强度、不等分和不等螺旋设计思路，减小刀具切削过程中切削力，减缓刀具的热磨损。品鼎公司先后推出的分屑槽刀具、后波刃刀具（BW系列）以及不等分不等螺旋刀具（R系列）就是针对粗加工和难加工材料的加工。 除了采用提高切削参数的方式实现高效切削外，我们还可以通过不断优化加工工艺，减少加工工序的方式来提高加工效率。尤其是在孔加工方面应用较为广泛，如我们使用阶梯钻、阶梯铰或钻扩铰等组合刀具的方式减少加工工序，提高生产效率。同时，我们还可以采用在刀具切削刃口焊接超硬刀具材料的形式来提高刀具寿命，采用减少换刀次数的方式来提高生产效率，如焊接金刚石（PCD）、金属陶瓷（Al2O3）和立方氮化硼（CBN）等。品鼎公司于2009年新推出的德国原装制造的钻、铰类产品样本中均有此类型成熟产品。 随着加工机床档次的逐步提高，加工工艺的不断优化，高速加工和重切削加工结合使用会更好的提高加工效率，通常在粗加工时选用重切削加工刀具进行大余量切削，半精加工时或精加工时选用高速加工刀具进行加工，合理的组合使用充分提高加工效率，保证质量要求，降低了生产成本。因此，高效加工越来越受到机械行业的关注，占据了整个行业的主导加工地位
难加工材料
难加工材料 绪论： 1.难加工材料分类？特点？ 2.难切削材料有哪些特点？ 3.改善难切削材料切削加工性的基本途径有哪些？ 第一章淬火钢的切削加工 1.1 什么是淬火钢？它有哪些切削特点？ 1.2怎样选择切削淬火钢的刀具材料？ 1.3切削淬火钢的实例有哪些？ 第二章不锈钢的切削加工 第三章高强度钢和超高强度钢的切削加工 第四章高锰钢的切削加工 第五章冷硬铸铁和耐磨铸铁的切削加工 第六章钛合金的切削加工 第七章高温合金的切削加工 第八章热喷涂材料的切削加工 第九章难熔金属和纯金属的切削加工 第十章其他难加工材料
绪论： 1.难切削材料分哪几类？各有什么特点？ 难加工材料，科学地说，就是切削加工性差的材料，即硬度>HB250,强度σb>1000MPa，延伸率>80%，冲击值αK>0.98MJ/m2,导热系数K<41.8W（m·K）。 难加工材料种类很多，从金属到非金属材料的范围也很广泛，初步可分为以下八大类： （1）微观高硬度材料：如玻璃钢、岩石、可加工陶瓷、碳棒、碳纤维、各种塑料、胶木、树脂、合成材料、硅橡胶、铸铁等。 这类材料的特点是含有硬质点相，其中有的研磨性很强。 由于这些材料的耐磨性很好，切削时起磨料作用，故刀具主要承受磨料磨损，在高速切削时也同时伴随着物理、化学磨损。 （2）宏观高硬度材料：如淬火钢、硬质合金、陶瓷、冷硬铸铁、合金铸铁、喷涂材料（镍基、钴基）等。 这类材料的主要特点是硬度高。切削这类材料时，由于切削力大，切削温度高，刀具主要是磨料磨损和崩刃。
（3）加工时硬化倾向严重的材料，如不锈钢、高锰钢、耐热钢、高温合金等。 这类材料的塑性高、韧性好、强度高，强化系数高。切削加工时的切削表面和已加工表面硬化现象严重。由于这类材料的强度高，导热系数低，切削温度高，切削力大，刀具主要承受磨料磨损、粘结磨损和热烈磨损。 （4）切削温度高的材料：如合成树脂、木材、硬质橡胶、石棉、酚醛塑料、高温合金、钛合金等。 这类材料的导热系数很低。切削这类材料时，刀具易产生磨料磨损、粘结磨损、扩散磨损和氧化磨损。 （5）高塑性材料：如纯铁、纯镍、纯铜等。 由于这类材料延长率大于50%，塑性高，切削时塑性变形很大，易产生积屑瘤和鳞刺，刀具主要时磨料磨损和粘结磨损。 （6）高强度材料：是指强度σb>1000MPa的材料，如奥氏体不锈钢、高锰钢、高温合金和部分合金钢。 由于它们的强度高，切削时的切削力大，切削温度高，不仅刀具易磨损，而且切屑不易处理。
第七章 工件材料的切削加工性习题
第七章工件材料的切削加工性 工件材料的种类繁多，性能各异。本章主要研究工件材料的切削加工性、影响切削加工性的因素和改善切削加工性的办法。 7．1 必备知识和考试要点 1．了解切削加工性的概念和衡量指标。 2．熟悉影响材料切削加工性的因素。 3．掌握改善材料切削加工性的办法。 4．了解难加工材料切削加工的问题和对策。 7. 2 典型范例和答题技巧。 [例7．1] 工件材料切削加工性的含义是什么?为什么说它是相对的? [答案] 工件材料切削加工性是指在一定的条件下，工件材料切削加工的难易程度。由于切削加工的条件和要求不同，材料的切削加工性有不同的内容和指标。所谓材料切削加工的难易，都是相对某种工件材料而言，这种难易程度是一个相对概念。例如以45钢为基准时，可以说高强度钢切削加工性不好，就是相对于45钢而言。 [例7．2] 常用的切削加工性衡量指标有哪些?各用于什么场合?何谓相对加工性? [答案] 常用的切削加工性衡量指标有：(1)以表面加工质量衡量切削加工性。容易获得好的加工表面质量的材料，切削加工性好，反之则差。该指标是零件精加工时常用的衡量指标。(2)以刀具耐用度衡量切削加工性。在相同的切削条件下加工不同材料时，刀具耐用度较长，或允许的切削速度较高，或切除金属体积较多，切削加工性好。其中相同切削条件下比较刀具耐用度和相同刀具耐用度下比较允许的切削速度是最常用的切削加工性指标，可适用于各种加工条件。(3)以单位切削力、切削温度衡量切削加工性。在相同的条件下，切削力小、切削温度低时，材料的切削加工性好。在粗加工或机床刚性、动力不足时用这种衡量指标。(4)以断屑性能衡量切削加工性。在自动机床、组合机床及自动生产线或深孔钻削等对工件材料断屑性能有要求时，采用这种衡量指标。 相对加工性K v是指以强度 b=0．637GPa的45钢的v60为基准，记为(v60)；其它被切削材料的v60与之相比的数值，称为相对加工性，即，K v= v60／(v60)；K v愈大，切削加工性愈好。 [例7．3] 影响工件材料切削加工性的主要因素有哪些?如何影响? [答案] 影响工件材料切削加工性的主要因素有：(1)工件材料的硬度。硬度包括材料的常温硬度、高温硬度、硬质点和加工硬化。硬度高时，切削力大，切削温度高，降低了刀具耐用度，甚至发生刀尖烧损或崩刃。(2)材料的强度。材料强度包括常温强度和高温强度。材料强度高时，切削力大，切削温度高，刀具磨损加快。(3)工件材料的塑性和韧性。塑性大时，切屑变形大，切削力增大，切削温度也较高，易发生粘结，刀具磨损加大，工件加工表面也粗糙。塑性低或呈脆性时，刀刃处的切削负荷大，刀具磨损加剧。工件材料韧性大时，断屑困难。(4)材料的导热系数。导热系数小的材料，切削温度高，切削加工性差。(5)材料的化学成分。化学元素对材料的作用不相同，影响材料的物理机械性能。钢中Cr、Ni、V、Mn、W、Mo等元素能提高材料的强度和硬度；而铅、硫、磷等能降低材料的强度和塑性，从而影响材料的加工性能。铸铁中硅、铝、铜等元素能促进铸铁碳的石墨化，可提高切削加工性；Cr、Mn、P、S等元素阻碍石墨化，会降低切削加工性。(6)材料的组织。材料的组织不同，其物理机械性能就不同，切削加工性也不一样。铁素体塑性大，切削加工性不好，珠光体硬度、强度、塑性等比较适中，切削加工性好。索氏体和托氏体、渗碳体和马氏体等，或强度大，或硬度高，或两者兼有，切削加工性差。奥氏体塑性、韧性大，加工硬化严重，切削加工性差。 [例7．4] 为什么说低碳钢与高碳钢的切削加工性都不如中碳钢?
高效切削加工制动鼓的刀具材料
一、制动鼓的加工工艺 目前，市场上面制动鼓的主要材料还是灰铸铁占多数，灰铸铁具有良好的减震性和耐磨型，并且噪音小，加工工艺简单。一般加工工艺是铸造—粗加工—半精加工—精加工—钻孔—检验。 （1）铸造：制动鼓在进行铸造时，需控制炉料质量，铁水化学成分进行控制，还有就是控制好浇注温度，配料的正确，如控制不好，可能就会出现铸造缺陷，如夹砂，气孔，白口等，出现以上铸造缺陷会对后面的加工带来困难。 （2）粗加工：铸造之后进入机械加工车间。目前，加工制动鼓常采用数控车床，原因1是降低工件的废品率，原因2是提高加工效率。粗加工制动鼓需留有大概0.5mm的余量，以便以后半精加工和精加工保证光洁度要求。 （3）半精加工：为了使制动鼓获得较高的光洁度，一般在粗加工之后进行半精加工，留有0.1- 0.2mm的余量，方面后面的精加工工序。 （4）精加工：为了获得较高的表面光洁度，一般会在半精加工之后再精加工一刀，加工至图纸要求尺寸，和Ra1.6的光洁度。 （5）钻孔：在图纸要求部位钻相应尺寸的孔。 （6）检验入库：检验制动鼓表面光洁度，和尺寸公差是否满足图纸要求，合格之后如可或装配。 二、车加工制动鼓时的刀具选择 由于车加工制动鼓需三道工序，粗加工时一般要加工3mm左右的余量，并且制动鼓的需求量大，一般采用数控车床批量加工制动鼓。在加工过程中，既要保证加工尺寸，又要提高加工效率，选择的刀具材料
要求：一是对线速度不敏感，可高速切削；二是加工余量大的能一刀完成就一刀完成，减少加工时间，提高加工效率。 刚开始选择硬质合金刀具，但硬质合金刀具对线速度敏感，只能低速切削制动鼓，生产节拍变长，影响加工效率，如小批量或少量车加工制动鼓，在不影响整体加工效益的基础上可选择合适的硬质合金刀具，对于大批量制动鼓，机械厂家会选择CBN刀片加工，其中更多的会选择华菱超硬CBN刀片BN-S30牌号和BN-K20牌号车加工制动鼓效果更明显。 华菱超硬前身是河南超硬材料研究所，是专业生产CBN刀片等超硬材料制品的高新技术企业，目前被广泛应用于高硬度材料，热处理后的高硬度工件，和其他难切削材料的零件领域，产品范围主要是车刀，铣刀和数控刀片等系列，并适应当代“高速，精密加工”等切削要求，广泛应用于汽车，航空航天，电力设备，矿山机械等行业。在超硬刀具学术界享有很高声誉。 其中华菱超硬CBN刀片BN-S30牌号属于整体聚晶CBN刀片，适合粗加工工序，BN-S20牌号属于焊接 式CBN刀片，适合精加工工序。由于工序不同，加工余量不同，选择的刀具牌号也不同，下面就针对制动鼓简单介绍一下华菱超硬CBN刀片的方案。 华菱超硬针对制动鼓研制出两款刀具牌号，分别是BN-S30牌号和BN-K20牌号，针对不同工序选择合适的刀具牌号。下面就针对制动鼓不同工序，选择最合适的华菱超硬CBN刀片。 三、针对不同工序选择合适的华菱超硬CBN刀片牌号 （1）粗加工工序：余量一般在3mm左右，选择华菱超硬CBN刀片BN-S30牌号，此牌号采用非金属（陶瓷）作为粘合剂，与传统CBN刀片相比增加了韧性，不仅高硬度高强度，而且具有良好的耐磨性和抗冲击性，可大余量车削制动鼓，制动鼓余量3mm可一刀完成。下图为华菱超硬CBN刀片BN-S30牌号车加 工制动鼓图片。
金属材料切削加工性
第一章 金属材料切削加工性 切削加工性：Machinability ，指金属材料被切削加工成合格零件的难易程度。 例如：以车削45#钢为例： 材料硬度 HB200（正火） 单位切削力 κc =200kg/mm 2 用YT15车刀车削： IT8 ν c =120 θ=800oC 此种车削方法家喻户晓，人人皆知，谁都会做，没什么难点。 1. 铝合金，这是比较好加工的，κc =70， νc =800m/min 时，θ也不高，T 很长。 2. 灰口铸铁HT200 κc =114 断屑 切削加工性评价指标： ① 刀具耐用度高； T ② 许用切削速度高； νc ③ 已加工表面易于达到； ④ 车削时断屑； ⑤ 切削力小，切削温度低。 F c θ 3. 45#淬火 HRC50 切削力F c 大，切削温度θ高，刀具耐用度T 低。 一般情况下不车，只能磨削。 IT8 §1—1 衡量切削加工性指标 以车削45#钢(HB200)为参照基准： 刀具材料：YT15； 刀具耐用度：T=60min ； [ν60]j =100m/min ； 当切削L Y12 ν60=300m/min 相比 []6060300 3100 r j νκν= == 一、称相对加工性 1. 刀具耐用度T ： T 较长，加工性较好。 例：45#钢 T=60min 30C r M n SiA T=20min 加工性差。 2. 切削速度νc ：
例：45#钢 νc =100m/min YT15 LY12 νc =300m/min YG15 300 3 100 r κ== 加工性好。 泰勒公式： 0.4c A T ν= 切削速度是根据刀具耐用度确定的。一定刀具耐用度下有一个允许的切削速度νT 。 3. 切削力F c （或者κc ） 凡切削力大者，加工性差。 4. 切削温度(凡是切削温度高者，加工性差。 条件： νc p θo 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 νc m/min 图（一） 1—GH131 2—1Cr18Ni9Ti 3—45#钢（正火） 4—HT200 YT15—45# YG8—GH131 1Cr18Ni9Ti HT200 γo =15o α0=8o κr =75o λs =0o γε=0.2 a p =3 f=0.1
难切削材料加工参数选择
1． 前角选择的原则：刀具材料的抗弯强度和韧性较高时，可选用大前角。高速钢刀具的前 角，在同样条件下，可比硬质合金刀具的前角大5-10°，而陶瓷的前角又要比硬质合金的小一些。加工塑性材料宜选较大的前角，以减少金属变形和摩擦。加工脆性材料时，应选5-15读的较小前角。工件材料硬度、强度较低时，应选用较大前角，反之，选负前角或较小的正前角，以增强刀刃的强度和散热的体积。粗加工取较小的前角，精加工取较大的前角，精密成型刀具取零度前角。 2． 倒棱选择原则：倒棱宽度和进给量有关。倒棱宽度一般取（0.3~0.8）f 粗加工取大值。 进给量f<=0.2mm/r 的精加工刀具，不宜磨出负倒棱。高速钢倒棱前角取-5~0°，硬质合金倒棱角去-15~-5。另外也可以采用刃口钝圆形式代替倒棱，可以增强刃口强度，一般用于粗加工。 3． 后角选用原则：后角主要按照切削厚度来选择。切削厚度小时，宜选用大后角，以减少 刃口圆弧半径，使刃口锋利。当f<=0.25mm/r 时，取后角为10~12°，反之，取后角为6~8°。后角还依据材料强度和硬度选择，材料强度和硬度高，应取小的后角，相反则取大的后角，当工艺系统刚性差时，应选用小的后角或刃带宽=0.1mm~0.2mm,角度为0的刃带。另外后角的选择与刀具的运动轨迹有关。副后角选择原则与主后角相似。 4． 主偏角选择原则：在工艺系统和工艺要求允许的情况下，主偏角宜选的小一些。工艺系 统刚性好、切深小和工件硬度高时，如对冷硬铸铁和淬火钢的加工，取10~30°，工艺系统差可取75~93°。粗加工时为了增加刀尖强度，改善散热条件，应取较小主偏角。 5． 副偏角的选择原则：在工艺系统刚性较好的情况下，副偏角不宜取得太大，精加工时取 5~10°，粗加工时取10~15°。切断刀或切槽刀为了增强刀头强度，取1~2°。 6． 刃倾角选择原则：粗加工时，去3~5°，精加工时，取45~75°，冲击性较大时，取-30~-45， 强力刨削是，取-10~-20°，当车削硬度高的材料时，去-15~-5°，采用金刚石和立方氮化硼刀具时，取-5~0°。 7． 控制积屑瘤产生的措施：（1）降低和提高切削速度，切削速度大于120m/min 或小于 15m/min 时，产生积屑瘤小。（2）采用润滑性能良好的切削液（3）增大刀具前角（4）提高工件材料的硬度，可采用热处理工艺，将材料的硬度提高。（5）降低前刀面的粗糙度。 8． 材料的切削加工性：材料在加工时的难易程度，不仅取决于材料本身的成分、结构、性 能和状态，而且也取决于切削条件。 9． 材料的相对切削加工性：一般以切削未淬火的45钢时的刀具耐用度T=60min 、切削速 度=60m/min 为基准，将其他材料在相同条件下的切削速度的比值，称为此材料相对45号钢的相对切削加工性，用r K 表示，计算公式如下：Tj T r v v K / T v -其他材料切削速度，Tj v -基准材料切削速度。 典型的难切削材料相对切削加工性 量，在相同切削条件下，切削力、切削温度高的材料比切削力、切削温度低的材料切削
刀具材料,牌号,难加工材料刀具几何形状
刀具材料的分类: 工具钢碳素工具钢合金工具钢高速工具钢普通高速钢高性能高速钢硬质合金 按晶粒大小区分: 普通硬质合金细颗粒硬质合金微颗粒硬质合金 按主要成分区分: 钨基硬质合金钛基硬质合金陶瓷氧化物陶瓷氮化物陶瓷超硬材 料立方氮化硼金刚石 刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具 耐用度影响很大。使用碳工具钢作为刀具材料时，切削速度只有10m/min左右；20世纪 初出现了高速钢刀具材料，切削速度提高到每分钟几十米；30年代出现了硬质合金，切削速度提高到每分钟一百多米至几百米；当前陶瓷刀具和超硬材料刀具的出现，使切削速度 提高到每分钟一千米以上；被加工材料的发展也大大地推动了刀具材料的发展。性能优良 的刀具材料，是保证刀具高效工作的基本条件。刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下 工作，应具备如下的基本要求。高硬度和高耐磨性; 刀具材料的硬度必须高于被加工材料 的硬度才能切下金属，这是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学 成分和金相组织的稳定性。足够的强度与冲击韧性 . 强度是指抵抗切削力的作用而不致于 刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的性能。一般用抗弯强度来表示。 冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力，一般地，硬 度越高，冲击韧性越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一 个关键。高耐热性耐热性又称红硬性，是衡量刀具材料性能的主要指标。它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。良好的工艺 性和经济性. 为了便于制造，刀具材料应有良好的工艺性，如锻造、热处理及磨削加工性能。当然在制 造和选用时应综合考虑经济性。当前超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵，但其使用寿命 很长，在成批大量生产中，分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此在选用时一定要 综合考虑. 硬质合金常用牌号及用途介绍:牌号/相当标准ISO/ 物理机械性能(min):抗弯强度N/mm2 ;硬度HRA/用途 :适于铸铁.有色金属及合金.淬火钢合金钢小切削断面高速精加工.; 2、YG6/ K20 /1900; 90.5 /适于铸铁.有色金属及合金.非金属材料中等到切削速度下半精加工和精加工. 3、YG6x /K15/ 1800; 92.0/ 适于冷硬铸铁.球墨铸铁.灰铸铁.耐热合金钢的中小切削断面高速精加工.半精加工.
难加工材料超声切削加工
哈尔滨工业大学 难加工材料超声辅助切削加工技术 指导教师： 郭永丰 班 号 ： 1108401 姓 名 ： 胡昉 学 号 ： 111084013 同组人员： 张瑞 丁海鑫 创新研修课
难加工材料超声辅助切削加工技术 高性能合金（如高温合金、钛合金、高强度钢等）、复合材料、硬脆材料（如光学玻璃、工程陶瓷和功能晶体）等先进材料具有优异的性能，在航空、航天、军工、电子和汽车等领域得到越来越广泛的应用。复合材料具有密度低、比强度和比模量高、可设计性强、耐腐蚀性能好、抗疲劳性能好和结构尺寸稳定性好等优点，在航空航天领域主要用于制造如机翼、尾舵、刹车盘、制动鼓、仪器舱段、支架等复杂结构件和零件。这些经过成型制备的复合材料结构件和零件上，许多连接装配和附件安装用的孔、窗口、型腔和安装定位面等需要进行精密机械加工。航空航天领域典型的复合材料和硬脆材料结构件和零件如图1 所示。这些结构件和零件不仅对加工精度和加工质量要求高，而且对加工效率也有很高要求。由于这些复合材料硬脆材料具有硬度高、脆性大和耐磨性好等特点，材料切削加工性差，零件加工要求高，很难用传统机械加工方法和加工工具进行加工。因此，如何实现难加工材料零件的高质高效精密加工已成为当前国内外关注的课题。为了适应各种先进材料不断扩大的应用需求，一方面，传统机械加工技术通过自身的不断更新发展以及与其他相关技术的融合，在一些难加工材料加工领域( 尤其在加工、铝合金和钛合金结构件加工等)表现出了加工精度和加工效率方面的优势。另一方面，利用光、电、声、热、化学、磁和原子能等能量进行加工的特种加工方法（包括、超声、、电化学、高压水切割等）得到了较快的发展，在一些高性能合金和硬脆材料等难加工材料加工领域显示出一定的优越性。但是，无论是传统机械加工，还是特种加工方法，多数是直接利用单一能量进行加工，在加工效率、精度、表面质量和工具寿命等方面必然存在一定缺点和局限。于是，利用多种形式能量的综合作用的复合加工技术出现了。复合加工技术可以根据加工材料特性以及加工精度和效率的要求，通过传统加工和特种加工方法的复合，不同特种加工方法的复合等多种形式组合出各具特点的新的复合加工方法，达到优势互补，成为机械加工技术的重要发展方向之一。 超声加工作为20 世纪初发展并开始应用于工业领域的一种非常有效的特种加工方法，特别适合于加工玻璃、陶瓷、石英、金刚石、硅等各种硬脆材料，并已得到了广泛应用。将超声加工与传统的切削加工结合所形成新的加工技术是一种典型的复合加工技术，多年来的研究和应用实践表明，这一复合加工技术既充分发挥了机械加工和超声加工这两种加工技术的优点，又弥补了两种技术的局限和不足，因而具有一些突出优点。超声辅助切削加工技术不仅可以有效降低切削力、提高加工质量、减小磨损和提高加工效率，而且拓展了可加工材
难加工材料
摘要：阐述了难加工材料的特点，重点介绍了对难加工材料进行车削加工时应采取的措施，列举了几种不同材料车削时应选取的参数。 引言 在压缩机的生产过程中，经常会接触到一些难加工的材料，如制造压缩机叶轮的材 料有一种含有Cr、Ni、Mo等合金元素的高强度结构钢，这种钢材一经调质处理达 到一定的硬度时，很难车削。钦合金叶轮因为钦合金元素的存在给车削带来诸多麻 烦，大型硬齿面齿轮，渗碳淬火的过程会造成一些需要加工的表面过硬而难以车削 加工;还有一些运输机械常用紫铜等纯金属制造的套类零件也给车削带来相当大的 麻烦。为了解决这些难加工材料的车削加工问题，需要对难加工材料的特性有足够 的了解，然后采取有针对性的措施才能予以解决。 1 难加工材料的加工特点 1.何谓难加工材料 所谓难加工材料，主要是指切削加工性能差的材料。金属材料切削加工性的好坏， 主要是从切削时的刀具耐用度、已加工表面的质量及切屑形成和排除的难易程度3 个方面来衡量。只要上述这3个方面有一项明显的差，就可认为是难加工材料。常 见的难加工材料有高强度钢、不锈钢、高温合金、钦合金、高锰钢和纯金属(如紫铜) 等。 2.难加工材料的切削特点 a.车削温度：在切削难加工材料时，切削温度一般都比较高，主要原因有以下 两方面。 i.导热系数低：难加工材料的导热系数一般都比较低(纯金属紫铜等除 外)，在切削时切削热不易传散，而且易集中在刀尖处。
ii.热强度高：如镍基合金等高温合金在500一800℃时抗拉强度达到最高值。因此在车削这类合金时，车刀的车削速度不宜过高，一般不宜超过10m/min，否则刀具切人工件的切削阻力将会增大。 b.切削变形系数和加工硬化：难加工材料中的高温合金和不锈钢等，这些材料 的变形系数都比较大。在较小的切削速度开始，变形系数就随着车削速度的增大而增大，在切削速度大约达到6m/min的情况下，切屑的变形系数将达到最大值。由于车削过程中形成切屑时的塑性变形，金属产生硬化和强化，使切削阻力增大，刀具磨损加快，甚至产生崩刃。 如高温合金、高锰钢和奥氏体不锈钢奥氏体组织，其硬化的严重程度和深度都很大，要比4 5钢大好几倍。难加工材料由于硬化程度严重，切屑的温度和硬度高，韧性好，以及切削温度高(强韧切屑)，如果这样的切屑流经前刀面，就容易产生粘结和熔焊等粘刀现象，粘刀不利于切屑的排除，使容屑糟堵塞，容易造成打刀。粘刀还容易使刀具产生粘结磨损和崩刃。 另外，强韧的切屑呈锯齿形，容易损坏刀具刃口。 c.切削力：难加工材料一般强度较高，尤其是高温强度要比一般钢材大得多， 再加上塑性变形大和加工硬化程度严重，因此车削难加工材料的切削力一般都比车削普通碳钢时大得多。 d.磨损限度与耐用度：由于难加工材料的温度高、热强度高、塑性大、切削温 度高和加工硬化严重，有些材料还有较强的化学亲和力和粘刀现象，所以车刀的磨损速度也较快。车削硬化现象严重的材料，车刀后刀面的磨损限度值不宜过大。硬质合金车刀粗车时的磨损限度为0.9～1.0mm ，精车为0.4～0.6mm 。难加工材料的刀具耐用度对于不锈钢而言为90～150min。对高温合金和钦合金等材料来说，刀具的耐用度时间还要短。车刀的耐用度与选择合理的车削速度和车刀材料及车刀类型都有一定的关系。 2 车削时应采取的措施
难加工材料的切削加工技术
难加工材料的切削加工技术 难加工材料的界定及具体品种，随时代及专业领域而各有不同，例如，宇航产业常用的超耐热合金、钛合金及含有碳纤维的复合材料等，都是该领域的难加工材料。宇航业的工程技术人员开展了加工技术的研究与开发工作，已经研究出适合该领域使用的切削工具和加工方法。近年来，机械制品多功能、高功能化的发展势头十分强劲，要求零件必须实现小型化、微细化。为了满足这些要求，则所用材料必须具有高硬度、高韧性和高耐磨性，而具有这些特性的材料其加工难度也特别大，因此又出现了新的难加工材料。难加工材料就是这样随着时代的发展及专业领域的不同而出现，其特有的加工技术也随着时代及各专业领域的研 另一方面，随着信息化社会的到来，难加工材料切削技术信息也可通过因特网互相交流，因此，今后有关难加工材料切削加工的数据等信息将会更加充实，加工效率也必然会进 切削领域中的难加工材料 在切削加工中，通常出现的刀具磨损包括如下两种形态：(1)由于机械作用而出现的磨损，如崩刃或磨粒磨损等；(2)由于热及化学作用而出现的磨损，如粘结、扩散、腐蚀等磨损，以及由切削刃软化、溶融而产生的破断、热疲劳、热龟裂等。 切削难加工材料时，在很短时间内即出现上述刀具磨损，这是由于被加工材料中存在较多促使刀具磨损的因素。例如，多数难加工材料均具有热传导率较低的特点，切削时产生的热量很难扩散，致使刀具刃尖温度很高，切削刃受热影响极为明显。这种影响的结果会使刀具材料中的粘结剂在高温下粘结强度下降，WC(碳化钨)等粒子易于分离出去，从而加速了刀具磨损。另外，难加工材料中的成分和刀具材料中的某些成分在切削高温条件下产生反应，出现成 在切削高硬度、高韧性被加工材料时，切削刃的温度很高，也会出现与切削难加工材料时类似的刀具磨损。如切削高硬度钢时，与切削一般钢材相比，切削力更大，刀具刚性不足将会引起崩刃等现象，使刀具寿命不稳定，而且会缩短刀具寿命，尤其是加工生成短切屑 在切削超耐热合金时，由于材料的高温硬度很高，切削时的应力大量集中在刃尖处，这将导致切削刃产生塑性变形；同时，由于加工 由于这些特点，所以要求用户在切削难加工材料时，必须慎重选择刀具品种和切削条 难加工材料在切削加工中应注意的问题 切削加工大致分为车削、铣削及以中心齿为主的切削(钻头、立铣刀的端面切削等)，这些切削加工的切削热对刃尖的影响也各不相同。车削是一种连续切削，刃尖承受的切削力无明显变化，切削热连续作用于切削刃上；铣削则是一种间断切削，切削力是断续作用于刃尖，切削时将发生振动，刃尖所受的热影响，是切削时的加热和非切削时的冷却交替进行，总的
切削加工高温合金的刀具材料
切削加工高温合金的刀具材料 高温合金具有优良的高温强度、热稳定性及抗热疲劳性能，因此它广泛应用于航空航天、船舶、核工业、电站等行业，例如现代燃汽涡轮发动机的燃烧室、涡轮导向叶片与工作叶片、涡轮盘及涡轮转子结构件、航空发动机盘件、环形件等高温转动部件等等。 高温合金是最难加工的材料之一，如果45# 钢的加工性为100% ，则高温合金的相对加工性仅为5% ～20% ，其切削加工的特点有：①切削力大，是普通钢材的 2 ～ 4 倍。高温合金含有许多高熔点金属元素，构成组织结构致密的奥氏体固溶体，合金的塑性好，原子结构十分稳定，需要很大能量才能使原子脱离平衡位置，因而变形抗力大。②切削温度高，最高可达1000 ℃左右。高温合金导热系数小，仅为45# 钢的1/4 ～1/3 ，刀具与工件间摩擦强烈而导热性差，故切削温度高。③加工硬化严重，表面硬度比基体硬度高50% ～100% 。④塑性变形大，在室温下的延伸率可达30% ～50% 。⑤刀具易磨损，常见的有扩散磨损、边界磨损、刀尖塑性变形、月牙洼磨损及积屑瘤。由于这些特点，切削高温合金的刀具材料应具有高的强度、高的红硬性、良好的耐磨性和韧性、高的导热性和抗粘接能力等。 高速钢刀具材料是较早用于加工高温合金的刀具材料，现在由于加工效率等原因正被像硬质合金这样的刀具材料所替代。但在一些成形刀具以及工艺系统刚性差的条件下，采用高速钢刀具材料加工高温合金仍是很好的选择。另一方面，加工效率是一种综合的评判，高速钢刀具切削速度低，在某些特定条件下其损失的效率可以通过采用大的切削深度来弥补，因为高速钢刀具材料有更高的强度和韧性，且刃口可以更锋利，产生的切削热更低，加工硬化现象更轻。 用于加工高温合金的高速钢，常有钴高速钢、含钴超硬高速钢和粉末冶金高速钢等高性能高速钢。 在高速钢中加入适量的钴后，由于钴可促进奥氏体中碳化物的溶解作用，可以提高高速钢的热稳定性和二次硬度，高温硬度得到提高；同时钴还可促进高速钢回火时从马氏体中析出钨或钼的碳化物，增加弥散硬化效果，因而能提高高速钢的回火硬度，从而提高高速钢的耐磨性。在高速钢中增加钴量可改善其导热性，特别是在高温时更为明显，这有利于切削性能的提高，在相同条件下，刀刃温度可减小30 ～75 ℃。同时钢中加入钴后，可降低刀具与工件间的摩擦系数，并改善其加工性。如车削高温合金GH132 ，采用W2Mo9Cr4VCo8(M42) ，工件D=33mm ，n=180r/min ，ap=2mm ，f=0.15mm/r ，油冷，切削长度300mm ，后刀面磨损0.2 ～0.3 。粉末冶金高速钢是用细小而均匀的高速钢结晶粉末，在高温(1100 ℃) 、高压(100Mpa) 下直接压制成的刀具。这种工艺完全避免了碳化物的偏析，在相同硬度条件下强度比熔炼钢提高20% ～80% ，硬度则随着密度加大而提高，组织均匀，高温硬度比熔炼钢高0.5 ～ 1.0HRC ，因此有较好的切削性能。如在其中加入适当的碳化物( 如TiC 、TiCN 、NaC 等) ，可增加耐磨性、耐热性，这更有利于高温合金的切削加工，如在加工航空发动机镍基合金GH37 叶片上的孔时，粉末冶金高速钢FT15(FW12Cr4V5Co5) 钻头可钻9 孔，而M42 只能钻 1 ～ 3 孔。在镍基合金的火箭发动机零件上铣削螺纹，用9/2 ＂的硬质合金螺纹铣刀能够加工 5 件，用粉末治金高速钢CPM76( 美) 螺纹铣刀则可以加工33 件。