鋯合金的切削加工

西安泵閥總廠有限公司 (陜西 710025) 丁 勃

我公司根據(jù)市場(chǎng)需求開發(fā)了鋯材泵閥產(chǎn)品。主要涉及的是鋯合金:Zr702鑄件和Zr705棒料鍛件。鋯對(duì)多種酸 (如鹽酸、硝酸、硫酸和醋酸)、堿和鹽具有優(yōu)良的抗蝕性，鋯合金在300～400℃的高溫高壓水和蒸汽中具有良好的耐蝕性能。

1.鋯合金的切削特點(diǎn)

(1)切削力大。鋯合金的強(qiáng)度和硬度較高，塑性變形抗力大，且冷硬現(xiàn)象較嚴(yán)重，所以切削力很大。同時(shí)，鋯合金在空氣中易形成氧化層，氧化表層的強(qiáng)度和硬度更高，因此單位面積承受的切削力更大。

(2)切削溫度高。鋯合金的導(dǎo)熱率小，切削熱都集中在刀刃和切屑上，這不僅加速刀具的磨損，還易造成切屑的氧化。同時(shí)鋯合金燃點(diǎn)極低，容易引起燃燒，發(fā)生事故。

(3)表面質(zhì)量差。鋯合金具有很高的化學(xué)活性，易與大氣中的氧和氮相互作用。切削加工產(chǎn)生的熱量，往往造成切屑和工件表面的氧化，限制切削速度的提高，影響表面質(zhì)量。再加上鋯合金對(duì)刀具材料的化學(xué)親和性，切屑很容易粘附在刀刃上，這使得刀具跟工件之間的摩擦力劇增，摩擦產(chǎn)生的大量熱量使得刀具壽命大大降低，同時(shí)也降低了表面粗糙度質(zhì)量，影響表面質(zhì)量。

2.鋯合金切削條件的確定

(1)刀具材料的選擇。根據(jù)鋯合金的切削特點(diǎn)，要求刀具材料的硬度和強(qiáng)度高，同時(shí)要有好的耐磨性和耐熱性，且與鋯合金的親和性差。經(jīng)多次反復(fù)試驗(yàn)，YG類的硬質(zhì)合金比較合適。比較好用的硬質(zhì)合金牌號(hào)有YG6X、YG8。但鉆孔時(shí)我們采用高鈷高速鋼材質(zhì)、短柄、加大鉆心厚度的麻花鉆，且必須適時(shí)更換刀具。

(2)刀具幾何參數(shù)的選擇。前角γo:為了減少高合金的切削變形和切削溫度，充分散熱，一般粗車時(shí)前角取10°左右，精車時(shí)前角取 5°～7°效果較好。

后角αo:鋯合金的彈性模量小，冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重，其粗、精車后角取16°～17°效果更佳。

主偏角κr和副偏角κr':在保證車床系統(tǒng)剛性的前提條件下，粗車時(shí)主偏角取45°，精車時(shí)主偏角取30°;為了提高表面加工質(zhì)量和利于散熱，副偏角取12°左右比較合適。

刃傾角λ:粗加工時(shí)取λ=4°;精車時(shí)為了避免切屑劃傷已加工表面，取λ=0°可達(dá)到預(yù)期效果。

刀尖圓弧半徑rε:為了防止刀尖崩裂和磨損，磨出刀尖rε=0.5～1.0 mm效果良好。

(3)切削用量的選擇。根據(jù)鋯合金的切削特點(diǎn)，必須采用低的切削速度、大的進(jìn)給量和切削深度。經(jīng)多次試驗(yàn)后，如附表所示數(shù)據(jù)比較適用。

(4)切削液的選擇。鋯合金的切削液采用導(dǎo)熱系數(shù)大、比熱大和汽化熱大的極壓乳化液，充分、快速、大流量澆注切削液，條件具備時(shí)高壓冷卻效果最好。因?yàn)殇喓辖鹑键c(diǎn)低，絕不允許干切。

3.鋯合金的磨削

磨削時(shí)砂輪采用綠碳化硅材質(zhì)，粒度60#，硬度等級(jí)為J，組織號(hào)為7，結(jié)合劑為陶瓷。根據(jù)我們提供的材料特性，供應(yīng)商專門配置了急速降溫冷卻液，其效果較好。工件轉(zhuǎn)速為35 r/min，進(jìn)給量一定要足夠小 (＜0.01 mm/r)。軸類零件中心孔必須及時(shí)研磨，才能夠保證磨削質(zhì)量。

4.鋯合金的銑削

根據(jù)我公司產(chǎn)品特點(diǎn)，鋯合金銑削主要是軸類零件鍵槽的銑削，我們選用YG8硬質(zhì)合金鍵槽銑刀?？紤]到鋯合金的燃點(diǎn)比較低，轉(zhuǎn)速大容易著火。經(jīng)過多次試驗(yàn)，對(duì)于軸類零件鍵槽，先用一個(gè)比實(shí)際寬度小2 mm的鍵槽銑刀粗銑，采用低轉(zhuǎn)速180 r/min。同時(shí)考慮對(duì)刀精確性，裝夾好刀具和工件鎖定不再調(diào)整，只是更換刀頭。粗銑完，換上與實(shí)際寬度等寬的銑刀，采用280 r/min轉(zhuǎn)速。一次銑成效果比較好。

5.鋯合金加工的其他注意事項(xiàng)

根據(jù)我們的加工經(jīng)驗(yàn)，鋯合金燃點(diǎn)低，易自燃，鋯屑必須儲(chǔ)存于盛水容器中。

鋯合金在加工過程中容易受鐵的污染產(chǎn)生電偶腐蝕，在加工中必須避免污染，采用專用量具，最好在機(jī)加完成以后進(jìn)行化學(xué)鈍化處理或者陽極化處理，消除鐵污染。采用鄰菲羅啉溶液檢測(cè)鐵離子。