試析難加工金屬材料的切削加工技術(shù)

房少英

摘 要： 隨著難加工技術(shù)材料的需求不斷擴大，加工問題變得越來越突出。針對這種情況，本文對難加工金屬材料的切削加工技術(shù)進行了分析，提出具體的改進措施，從而對實際工作有一定幫助。

關(guān)鍵詞： 金屬材料;難加工;切削;刀具

【中圖分類號】TG506 【文獻標識碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.28.193

0 引言

奧氏體不銹鋼以及高錳鋼等有著十分廣泛的應用，但對其切削加工一直比較困難，主要的問題為切削效率較低并且切削刀具使用壽命較短。而隨著機械產(chǎn)品小型化的發(fā)展，其所使用的材料在硬度以及耐磨性上會更好，但卻增加了切削加工的難度。而這些材料能夠得到高效的加工，對汽車航天以及整個制造業(yè)的發(fā)展都有重要的影響，因此需要解決難加工材料的切削加工問題，從而滿足行業(yè)發(fā)展的要求。

1 切削領(lǐng)域中的難加工金屬材料

通常切削加工性的等級代號超過5級的都是難加工材料，其硬度超過250HBS，強度大于0.98GPa，延伸率大于30%。常見的難加工金屬材料包括不銹鋼以及高溫合金等，這些材料的硬度與強度都較高，切削加工比較困難，在切削過程中刀具的壽命都較短，并且存在卷屑、斷屑困難以及加工表面質(zhì)量差等問題。

這些類型的金屬加工困難的原因有以下幾點：（1）材料中摻有鈦、鉻等高熔點的合金元素，通過相互結(jié)合從而使材料的硬度增加，導致刀具磨損嚴重。（2）材料本身就具備非常高的硬度、強度與韌性，在加工過程中因為表面發(fā)生塑性變形從而會出現(xiàn)較為嚴重的加工硬化問題，因此需要較高的切削力，并且切削溫度較高。（3）部分難加工的材料的化學性質(zhì)較強，容易和刀具材料發(fā)生化學反應，從而導致刀具更易出現(xiàn)擴散磨損與粘著磨損，加劇刀具的磨損。（4）大部分的難加工材料導熱性較差，從而使切削過程中產(chǎn)生的熱量不能快速的消除，導致刀具刀尖溫度較高，影響切削性能。此外，某些難加工金屬材料在切削高溫的作用下會與刀具中的材料產(chǎn)生反應，導致刀具中相關(guān)成分析出或脫落，使刀具容易產(chǎn)生崩刃等問題，從而使刀具的壽命下降較快。

2 難加工金屬材料的切削技術(shù)

現(xiàn)階段，難加工金屬材料的切削采用的基本都是傳統(tǒng)的切削技術(shù)，為了能夠?qū)⑶邢鞯乃竭M行提高，需要采用多種措施，比如：使用切削性能更好的材料制作刀具;確定最優(yōu)的刀具幾何參數(shù)與切削用量;選擇最合適的切削液;對工藝技術(shù)進行改進等。而使用新型刀具材料時最方便也是最有效的方法，常見的高速鋼、CBN以及金剛石等都可以作為刀具材料，在切削難加工金屬材料時有較好的效果。不過需要注意的是，刀具的材料需要與被加工的材料在物理化學等方面都匹配才能夠獲得滿意的加工效果。

2.1 切削刀具的材料選用

目前的刀具材料，高溫硬度最高的是CBN，使用CBN制造出來的刀具能夠?qū)﹁T鐵等材料進行切削加工，并且刀具的使用壽命以及切削量與CBN的成分含量成正比。經(jīng)過不斷的研究，現(xiàn)在已經(jīng)有不使用粘結(jié)劑的CBN燒結(jié)刀具，適用于難加工材料的切削。

新型涂層硬質(zhì)合金的基體為超細晶粒合金，其耐磨性較強，用其加工的刀具同樣適合切削難加工金屬材料。材料在刀具上的涂層情況不同對實際的切削效果會有加大的影響，因此在實際切削加工的過程中，需要根據(jù)具體的加工對象確定合適涂層的刀具材料。目前的金剛石涂層硬質(zhì)合金以及DLC涂層硬質(zhì)合金的性能最好，在高速切削加工領(lǐng)域有所應用。

利用金剛石燒結(jié)而成的刀具能夠?qū)︿X合金以及純銅等材料進行切削加工。金剛石刀具憑借其刃口較為鋒利、導熱效果好以及刃尖殘留少等優(yōu)勢，能夠?qū)Ψe屑瘤等粘附物進行控制，使其保持在較低的水平。在對鈦合金以及純鈦的材料進行切削加工時，因為鈦合金和鈦的化學性質(zhì)比較活躍、傳熱性較差，通常選擇單晶金剛石的刀具完成切削加工，整個切削過程相對穩(wěn)定，并且刀具也能夠有較長的使用壽命。

2.2 合理選擇刀具幾何參數(shù)

在對難加工的材料進行切削時，如果刀具的形狀處于最優(yōu)的狀態(tài)，則能夠?qū)⒌毒卟牧系男阅艹浞职l(fā)揮出來。在切削加工時使刀具的前角、后角以及切入角等幾何參數(shù)與難加工材料的相關(guān)參數(shù)進行匹配，同時對刃尖進行一定的處理，從而能夠使切削精度得到提升，并且可以在一定程度上延長刀具的使用壽命。不過隨著高速銑削技術(shù)的應用，目前已經(jīng)開始使用小切深，從而降低刀齒的負荷，同時進行逆銑并加大進給速度，因此可以改變切削刃形狀的設(shè)計理念，比如鉆削難加工材料時，通過加大鉆尖角，同時進行十字形修磨，能夠使扭矩降低并使切削過程中產(chǎn)生較少的切削熱，能夠把切削與切削面的接觸面積控制在最小范圍之內(nèi)，從而能夠改善切削條件，并且使刀具具備較長的使用壽命。而為了使排屑更加容易，一般都在鉆頭與切削刃的后側(cè)設(shè)置冷卻液噴出口，通過提供相應的冷卻液，可以在兼顧排屑的同時還能夠起到較好的冷卻效果。

2.3 合理選擇難加工材料的切削條件

難加工金屬材料在進行切削時，其切削條件通常都較低，而隨著切削刀具的性能的不斷改善，數(shù)控機床的加工質(zhì)量不斷提高，以及高速銑削方式的引入。高速加工以及如何延長刀具使用壽命是現(xiàn)在難加工材料切削加工的研究重點。通過使用小切深能夠使刀具切削刃的負荷明顯下降，從而使切削速度與進給速度得到明顯提升，是切削難加工材料的最優(yōu)選擇。

不過選擇與難加工材料相關(guān)性能匹配的刀具材料與刀具集合參數(shù)同樣重要，同時還應盡量保證刀具的切削軌跡的最優(yōu)化。比如在對不銹鋼等材料進行鉆削時，因為不銹鋼的導熱性較差，因此需要避免切削刃上留有大量的切削熱，從而在鉆削的過程中應使用間斷鉆削的方式進行加工，從而使切削刃與切削面之間不會產(chǎn)生大量的摩擦熱，保證了鉆削的質(zhì)量，同時延長了刀具使用壽命。

如果采用上述的方式還是不能對難加工材料進行有效的加工，則需要降低相應加工參數(shù)和應用范圍。比如對部分高硬度材料進行切削時，高速鋼與硬質(zhì)合金鋼的硬度與耐磨性達不到實際應用要求，則需要降低切削速度，從而導致加工效率達不到預期要求。而CBN與金剛石雖然具有非常高的硬度，但因為韌性差，因此只適合精加工，并且因為金剛石不可以對黑色金屬進行切削，導致其應用受限。

3 結(jié)語

隨著機械設(shè)備發(fā)展的需求不斷增加，各種合金材料應運而生，但也變得更難加工，通過對難加工金屬材料的實際特性進行分析，不斷完善相關(guān)切削加工技術(shù)，開發(fā)新型刀具的材料以及各種涂層技術(shù)，采用高速銑削等方式，都能夠改善難加工技術(shù)材料的加工過程。本文從難加工金屬材料的切削加工過程中的難點入手，提出一些具體的切削技術(shù)，對促進相關(guān)加工技術(shù)的發(fā)展有積極的意義。

參考文獻

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