难切削材料的加工（一）

太阳岛

　　一、概论：
  I) p% s& U' M* l/ ~( L　　1、什么是难切削材料？
( U! g0 r; q! V' a' b　　就是切削加工性差的材料。一般材料的性能大于或小于此指标中(HB>250、σb>1000 MPa，δ>30%，αk>100 MPa，K8%时，形成奥氏体钢，使加工硬化严重。
* {  B' n  C! v1 m　　V：随着它的含量的增加，材料的磨削性能变差。
# L  o" U; Z( t8 `　　Mo：能提高材料的强度和韧性，但材料的导热系数下降。
　　W：能提高材料的热强性和高温强度及常温硬度与强度。但使材料的导热系数明显下降。
　　Mn：能提高材料的硬度和强度，使材料的韧性下降。当Mn>1.5%时，材料的切削加工性变差。
# g% q9 m1 F$ I' w# g　　Si：能使材料的导热系数下降。
　　Ti：钛是易于形成碳化物的元素，其加工性也差。
　　还有Cr、O、S、P、N、Pb、Cu、Al等元素都对材料的切削加工性有影响。
　　③材料的力学性能：1)硬度和强度：材料的硬度和强度适中，其切削加工性比较好，硬度和强度越高，切削加工性就越差。如正火45钢：HB200，σb 640 MPa；淬火45钢：HRC45，σb 2100～2600 MPa。影响材料切削加工性的还有金属材料组织中的细微杂物，如A1203、Si02、Ti02等，它们的显微硬度高，对刀具产生机械磨损；其切削加工性也变差。2)韧性αk和塑性δ：韧性和塑性大的材料，在切削加工时的阻力、变形和产生的热量就大，其切削加工性也差。3)弹性模量E：它是表示材料刚度的指标，弹性模量大，表示材料在外力的作用下不易产生弹性变形。但弹性模量小的材料在切削过程中，弹性恢复大，且刀具摩擦大，切削也困难。如软橡胶E==2～4MP;45钢 E=200000 MPa：Mo材E=500000 MPa。
% [8 k; Z$ ^! M; R$ W$ R5 R9 ~$ j/ m　　④金相组织：1)铁素体：它的硬度和强度很低(HB50～90，σb =190～250 MPa)、塑性和韧性高(δ=40～50%)，切削时易产生积屑瘤.切削加工性差。2)珠光体：球形珠光体切削加工性好。(如45钢) 3)渗碳体：硬度高(HRC66-70)，但很脆(αk=30-35 MPa)，由于Fc增大易崩边，使切削困难。4)奥氏体：它的硬度不高(HB200左右)，但塑性和韧性很高，加工表面硬化和切屑与刀具冷焊严重，切削加工性差。如1Cr18Ni9Ti、高温合金等。5)马氏体：淬火钢属于这类金相组织。它硬度高、脆性大，其相对切削加工性为45钢的1/3～1/10。
　　3、难切削材料的切削特点：
$ T1 i7 r, ]: f4 Z　　①切削力大：为切45钢的1.5～2.5倍
　　②切削温度高：当Vc=75m/min时，切削以下材料比切削45钢的切削温度高：
1 R; x7 p; D- b! g( {9 S' t" L+ F4 K1 E. R　　TC-4 435℃ GH132 320℃ GH36 270℃ 1Cr18Ni9Ti 195℃
+ v+ V, f; v0 T2 Y) v  J. Y% }　　③加工硬化倾向大：由于部分难切削材料的韧性、塑性高，强化系数大；加之在切削热的作用下吸收周围介质中的H、O、N等的原子，使切削表面和已加工表面形成硬脆层，其硬化程度比基体高50～200%.深度大于0.1mm，是切45钢的好几倍。
　　4、改善难切削材料加工性的途径：
/ a7 q3 V+ ?$ X5 t/ B" R8 P% O" L　　①选用优良的刀具材料。②选用合理的刀具几何参数。③选用合理的切削用量。④选用性能好的切削液。⑤改善工夹具结构。⑥对被加工材料进行适当热处理。⑦采用其他工艺
- T8 [3 m- ]. s$ ?6 e3 z. }2 o6 |! {　　二、难切削材料的车削：
　　1、淬火钢的车削：
) N, n) ~9 I. G8 l% A4 R0 k　　①淬火钢的切削特点：1)硬度高：HRC45-70。2)脆性大。3)强度高：σb =2100～2600 MPa，是45钢的4倍左右。4)切削力大：单位切削力Kc为4500MPa，是切45钢的2.5倍。5)切削温度高：其导热系数为45钢的1/7。
+ L, m% H4 ?. m; q5 \　　②刀具与切削用量：1)刀具材料：PCBN、陶瓷、硬质合金(600、610、YS8、YT05、758、813)等。2)刀具几何参数：γ0=0～-10°，工件硬度和连续切削时γ0=-10～-30°，α0=8～10°，κr=30～60°，λs=0～-3°。3)切削用量：硬质合金Vc=30～50m/min；陶瓷刀具Vc=60～120m/min；PCBN刀具Vc=100～200 m/min，断续切削时Vc为上述的1/2，αp、f为切一般钢的1/2。
　　注意：一股淬火钢的耐热性为200～400℃，它的硬度随温度增高而降低。而刀具材料(硬质合金、陶瓷、PCBN)的耐热性分别为800～1000℃、1200℃、1400～1500℃，利用这一特性，在连续切削时，Vc不能选择太低；钻孔时，Vc要合理，勤退刀；断续切削时f要小，κr适当减小，γε增大，λs为负值。
2 R2 q" c8 z2 i- `1 b8 [. |5 h1 r" V　　3、高温合金的车削
3 b* u: p+ ~: `+ C5 u) ~2 t5 j　　由于高温合金中含有许多高熔点的合金元素Fe、Ti、Cr、Ni、V、W、Mo等，这元素与其它合金元素构成纯度高、组织致密的奥氏体合金。而具有的元素又与非金属元素C、B、N等构成硬度高、比重小、熔点高的金属与非金属的化台物。使其它的切削加工性变得很差。它的相对切削加工性只有45钢的5～20%。
8 [' s) H9 @- C4 _0 B　　①切削特点：1)切削力大：比切削一般钢材大2～3倍。2)切削温度高：比切45钢高50%。3)加工硬化严重：切削表面和已加工表面的硬度比基体高50-100%。4)刀具易磨损：易产生粘结、扩散、氧化、沟纹磨损。
, W( P1 G  _/ w　　②刀具材料：1)高速钢：应采用高钒、高碳、含铝高速钢。2)硬质合金：应采用细和超细颗粒的YG
　　⑨刀具几何参数：变形高温合金：γ0=10°，铸造高温合金：γ0=0°，一般不搭负倒棱。α0=10～15°，粗车λs =-10°，精车λs =0～3°，κr=45～75°。
, N/ V" ]& h$ I: P5 P5 u; r　　④切削用量：1)高速钢刀具：Vc=3～8m/min。2)硬质合金刀具：Vc=10～60 m/min。变形高温合金：Vc=40～60m/min。铸造高温合金：Vc=7～10m/min。αp和f>0.1mm。
　　⑤切削液：同不锈钢。
　　⑥高温合金钻孔：应尽量采用硬质合金钻头或S型和浅孔钻；如用高速钢钻头时，加大2巾，修磨α0和b，Vc为3 m/min，f为0.2～0.3mm/r；钻头要锋利，磨钝标准为一般钢材的1/2～1/3，最好采用自动进给和不要在切削表而停留。
7 x4 W4 e, r, n7 k3 D　　4、钛合金的车削：
2 K( _# k! X- ?# `1 v8 J" ?% m　　钛合金是近几十年发展起来的一种新金属，由于它的比强度(σb／ρ=1680／4.5=373，是45钢的4.5倍)高，热强度高(500℃长期工作)、抗腐蚀性好、低温性能优良，而用于航空航天、化工、医疗等。
　　①切削特点：1)切削温度高：在相同的切削条件下，比切45钢高1倍。2)亲和作用大，粘结严重，在高温时产生粘结现象。3)化学活性大：在高温切削条件下，它与空气中的O、N、H、C发生反应，生成TiO2、TiN、TiH等的硬皮层，给切削带来困难。
  ?! I' h3 L7 Z& ~) C' z　　②刀具材料：1)高速钢：除普通高速钢外，最好选用高钒、高钴、含铝高速钢。2)硬质合金：YG8、YG6X、YG6A、813、643、YS27、YD15.3)PCD、PCBN天然金刚石。
　　③刀具几何参数：γ0=5～15°，α0≥15°。
　　④切削用量：1)高速钢刀具：Vc=8～12 m/min。2)硬质合金刀具：Vc=15～60 m/min。3)PCD、PCBN天然金刚石刀具：湿切Vc=200 m/min：干切Vc=100 m/min，αp>0.05mm，f>0.05mm/r。
　　⑤切削液：一股采用乳化液、极压乳化液。精加工时采用极压切削油。
. m  I0 G3 X! ^0 O0 K1 ^* H! V$ \　　⑥注意：车削细长轴(杆)时，应使用活顶尖和尼龙作跟刀架和中心架的爪托；铰孔时，应用蓖麻油60%＋煤油40%作切削液；攻丝时，适当加大底孔直径。
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