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[资料] 难切削材料的加工(一)

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发表于 2011-7-13 23:52:54 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  一、概论:% i. h& u3 e* [' {" V
  1、什么是难切削材料?0 z$ L/ a* Q" f# L5 U4 n
  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。* I2 \7 y' Z1 t0 H7 Z4 a  z8 W$ a
  V:随着它的含量的增加,材料的磨削性能变差。
1 K! S0 E) T. l/ E' o- I7 J. }" o5 g  Mo:能提高材料的强度和韧性,但材料的导热系数下降。2 t# v: J( ^: A2 S" m( ]. c9 \
  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。( x$ C% {7 s) F, O& p  X  t, h8 r; _
  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。
% r1 E! F! [+ h' J- Y$ Y8 y0 r' b  Si:能使材料的导热系数下降。
) U2 l. h5 F/ n% }( ]+ b  Ti:钛是易于形成碳化物的元素,其加工性也差。
# p8 V9 \/ d# f4 d) A5 ]  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。
9 P3 D. w8 p' m8 g  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。' d- }& V, T9 m" l4 N" Q) g) D6 ^
  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。5 _2 s9 N9 a; \2 ^1 v$ b
  3、难切削材料的切削特点:! ]% i" @3 ?9 B4 L9 e
  ①切削力大:为切45钢的1.5~2.5倍
! z, n. b/ n0 D7 d3 ?6 D3 n' ~  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:
, f9 E' g5 ^4 [  TC-4 435℃ GH132 320℃ GH36 270℃ 1Cr18Ni9Ti 195℃
$ F* ?( m' ~' v1 o5 u- E* \  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。
- Y5 G0 f& u$ m7 j8 M  4、改善难切削材料加工性的途径:
' A' ^+ N8 E3 z3 I4 ?/ a  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
/ W- D& L2 m2 f7 _  二、难切削材料的车削:
3 u) \/ j( i' J  {0 [# Y  1、淬火钢的车削:3 J9 t- j$ g) ]2 t* B2 Q
  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。
* V0 o7 H. Y' M; i8 |! ?3 @/ ?8 K  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。5 G1 q5 p7 Z; W, P/ ]
  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。* G. b7 O3 C6 Y- o% g4 V  M
  3、高温合金的车削7 }+ N3 B& [8 ~, l% H
  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%。
7 s: j' z1 c/ D  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。6 T; y0 V5 S) W; K6 |# S
  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# v* U7 K% Q3 z- C. q5 r+ V
  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°。) k& P+ I+ |0 v2 w& v1 h" I5 T; i
  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。
7 M! z6 U! \% _7 ^1 z  ⑤切削液:同不锈钢。
8 t8 t' u& s9 H" b8 M  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。9 q* B. v4 U* l; a2 s9 q& Z
  4、钛合金的车削:
. a$ i: o; F' B+ t  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。" I) k8 ?1 |0 s
  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。( O/ Z! e  ~0 w9 r/ R! [
  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。
6 p: d8 Q" l9 M9 x  ③刀具几何参数:γ0=5~15°,α0≥15°。
2 [' A7 E$ F) Q) w- J0 V7 f  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。7 }: @' v4 O& l8 O+ T3 |
  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。: r! G# N) L% W
  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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