難切削材料的切削加工性研究

【摘要】新材料的出現(xiàn)，使得傳統(tǒng)的切削加工變得困難，切削加工性降低。本文主要介紹了三種難切削材料的切削加工性的一些特點，并以此提出了提高難切削材料切削加工性的途徑。

【關(guān)鍵詞】切削加工性；鈦合金；鎳基高溫合金；高強度鋼

一、鈦合金的切削加工性

鈦合金是一種比強度和比剛度較高，在溫度550℃以下耐腐蝕很高的材料。它是應(yīng)用很廣泛的飛行器結(jié)構(gòu)材料，也應(yīng)用于造船、化工等行業(yè)。鈦合金從金屬組織上可分為α相鈦合金、β相鈦合金、（α+β）相鈦合金。硬度及強度按α相、（α+β）相、β相的次序增加，而切削加工性按這個次序下降。鈦合金的切削加工性是較低對的，其原因如下：（1）鈦合金導(dǎo)熱性能低，切屑與前刀面的接觸面積很小，致使切削溫度很高，可為45鋼切削溫度的2倍。（2）鈦合金在600℃以上的溫度時，與氣體發(fā)生劇烈的化學作用。（3）鈦合金塑性較低，特別是和周圍的氣體發(fā)生化學變化后，硬度增高，剪切角增大，切屑與前角面的接觸長度很小，使前刀面上應(yīng)力很大，刀刃容易發(fā)生破損。（4）鈦合金的彈性模量低，彈性變形大，接近后刀面處工件表面的回彈量大，故已加工表面與后刀面的接觸面積特別大，磨損也比較嚴重。根據(jù)鈦合金的性質(zhì)和切削過程中的特點，切削時應(yīng)該考慮的措施是：（1）盡可能使用硬質(zhì)合金刀具，以提高生產(chǎn)率，應(yīng)該選用與鈦合金親和力小，導(dǎo)熱性能良好的強度高的細晶粒鎢鈷類硬質(zhì)合金。成型和復(fù)雜刀具可選用高溫性能好的高速高。（2）為增大切屑與前刀面的接觸長度，以提高耐用度，應(yīng)采用較小的前角。后角應(yīng)比切普通鋼的大。刀尖采用圓弧過渡刃，刀刃上避免有尖角出現(xiàn)。（3）刀刃的粗糙度應(yīng)盡可能小，以保證排屑流暢和避免崩刃。（4）切削速度宜低，切削深度可以較大，進給量應(yīng)適當。進給量過大易引起刀刃的燒損；進給量過小將因刀刃在加工硬化層中工作而磨損過快。（5）應(yīng)進行充分冷卻，慎用含氯的極壓切削液。在使用含氯的切削液時，使用后應(yīng)將工件充分清洗，以防止應(yīng)力腐蝕。

二、鎳基高溫合金的切削加工性

鎳基高溫合金導(dǎo)熱性低，加工硬化嚴重，切削時與刀具粘結(jié)現(xiàn)象嚴重，故切削非常困難。影響其切削加工性的因素有r′相（金屬間化合物，是高溫合金的主要強化相）數(shù)量的多少，材料的真實強度Sb（尤其是高溫時的真實強度），材料的延伸率δ和收縮率ψ。r′相數(shù)量越多，Sb愈大，Sb和ψ愈大，則切削加工愈困難。鎳基高溫合金在切削時，硬化程度可達200%～500%，因此剪切面上剪切應(yīng)力高，切削力大，可達45剛的2～3倍。切削溫度也很高，可高達750℃～1000℃。因此在切削鎳基高溫合金時，應(yīng)十分注意降低切削溫度和減少加工硬化：（1）刀具的刀刃應(yīng)該始終保持鋒利，前角應(yīng)為正值，但不能過大，后角一般稍大一些。（2）合理選擇切削用量，一般是低切削速度，中等偏小的進給量，較大的切削深度。應(yīng)該使刀刃在冷硬層以下進行切削。（3）選擇合適的切削液，對于鎳基高溫合金應(yīng)避免使用含硫的切削液，否則會對工件造成應(yīng)力腐蝕，影響零件疲勞強度。

三、高強度鋼的切削加工性

高強度鋼的室溫強度較高，抗拉強度在1.177GPa以上。高的室溫硬度和強度時影響切削加工性的主要因素。高強度鋼的高硬度組織在切削時，使刀刃的應(yīng)力增大，切削溫度升高，刀具磨損加劇，故高強度鋼在退火狀態(tài)下比較容易切割。Cr、Ni、Mo、V和Mn等元素能使淬硬深度增加，故它們對切削加工性有一定影響。（1）為避免引起振動，要求工藝系統(tǒng)有足夠的剛性，刀具的懸伸量應(yīng)盡量小。（2）為了防止崩刃，增強刀刃，前角應(yīng)選小值或負值，刀刃的粗糙度應(yīng)很小，刀刃的刃形上不應(yīng)有尖角，尖角必須用圓弧替代。（3）要充分冷卻，使用硬質(zhì)合金刀具時不宜使用水溶性切削液，以免刀刃承受較大的熱沖擊，引起崩刃。

綜上所述，對于難切削材料，我們可以通過以下措施來提高其切削加工性：選擇合適的刀具材料，這是最重要的方面；對工件材料進行相應(yīng)的熱處理，盡可能在最適宜的組織狀態(tài)下進行切削；提高機床—夾具—刀具—工件這一工藝系統(tǒng)的剛性，提高機床的功率；刀具表面應(yīng)該仔細研磨，達到盡可能小的粗糙度，以減少粘結(jié)和因沖擊造成的微崩刃；合理選擇刀具幾何參數(shù)，合理選擇切削用量；對斷屑、卷屑、排屑和容屑給予足夠的重視；注意使用切削液，以提高刀具耐用度。

現(xiàn)代機械傳統(tǒng)制造業(yè)仍然沿用以材料力學為基礎(chǔ)的單刃或多刃刀具的切削加工，這種方法雖然仍然是不可替代的，但存在著工件被加工成形時能量利用率低。因此，必須應(yīng)用更多的物理的化學的和材料科學的現(xiàn)代知識，來開發(fā)新的制造技術(shù)，以適應(yīng)新材料發(fā)展的挑戰(zhàn)。

參 考 文 獻

[1]陸劍中，孫家寧．金屬切削原理與刀具[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2011

[2]陳體康．加工鈦合金內(nèi)螺紋的絲錐優(yōu)化設(shè)計[J]．工具技術(shù)．2007（8）