难切削材料的加工（一）

太阳岛

　　一、概论：
　　1、什么是难切削材料？
( R, @& k' i' e6 ~2 l+ C% ^　　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。
& l  A9 g! L% O7 v　　V：随着它的含量的增加，材料的磨削性能变差。
2 i; \* Q9 N3 E6 J1 Q, W$ X7 {2 x　　Mo：能提高材料的强度和韧性，但材料的导热系数下降。
, ~6 r; e% @" v1 |! q) |　　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。
: S& J9 ^0 |) ~+ J( R/ R+ Y　　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。
7 _' @4 e5 p. \8 s4 T　　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。
1 j5 ^3 F% W: j' q# E' ]　　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。
* y* u0 I3 z* @9 u% V( O+ p　　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：
　　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：
7 }  B% u2 d( g3 N5 b, j9 u1 K& `0 a　　TC-4 435℃ GH132 320℃ GH36 270℃ 1Cr18Ni9Ti 195℃
: a$ A' q9 X' [* g$ e4 |　　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。
! j7 H7 x5 [) n) Y5 A) z　　4、改善难切削材料加工性的途径：
　　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
　　二、难切削材料的车削：
  L& k9 z" L9 Q/ [2 k　　1、淬火钢的车削：
& a7 s' O7 P( o8 g/ u+ C9 m$ ~; e5 ~　　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。
　　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。
% A, \0 |8 L7 B/ x. `& R1 l8 F　　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。
; x- O1 }/ G" z% h　　3、高温合金的车削
　　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%。
　　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。
9 y7 o$ p3 W! k9 D; g" a　　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
2 `0 s! s9 F) D( N1 ?5 E  d) l　　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°。
( i  k: v1 P8 [+ f( i. {6 A　　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。
, e* t4 O, j* b　　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。
- ~# M1 r0 |* G& u6 X2 }+ e　　4、钛合金的车削：
　　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。
: J1 p7 g) [  D$ d3 n. H　　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。
& d- t8 G2 G3 N1 n  c6 A) }" c　　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。
$ [' c4 M# L8 A. g: [　　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。
　　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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