難切削材料的加工
一、概論：
1、什么難切削材料？
就切削加工性差材料。一般材料性能大于或小于此指標(biāo)（HB>250、σb>1000 MPa，δ>30％，α k>100 MPa，K<41.8 W/m?k)一項(xiàng)以上，都屬于難切削材料。也可以用切削過程現(xiàn)象(切削力、切削熱、刀具磨損與刀具耐用度、已加工表面質(zhì)量切屑控制等)來衡量。
2、影響材料切削加工性因素：
、傥锢硇阅埽
1)導(dǎo)熱系數(shù)K：導(dǎo)熱系數(shù)高陽(yáng)材料允許Vc就高。如用硬質(zhì)合金刀具切削以下材料Vc：
碳 鋼 K=48.2～50.2 W/m?k Vc=100～150 m/min
高溫合金 K=8.4～16.7 W/m?k Vc= 7～60 m/min
鈦 合 金 K=6.3～9.6 W/m?k Vc= 15～50 m/min
2)線膨脹系數(shù)α：影響材料熱脹冷縮程度而影響加工精度。
、诨瘜W(xué)成分：材料化學(xué)成分配比影響材料力學(xué)性能、物理性能、熱處理性能、金相組織材料切削加工性根本因素。如：
C：材料含碳量增加，其硬度強(qiáng)度增加。
Ni：Ni能提高材料耐熱性，但使材料導(dǎo)熱系數(shù)明顯下降；當(dāng)Ni>8％時(shí)，形成奧氏體鋼，使加工硬化嚴(yán)重。
V：隨著它含量增加，材料磨削性能變差。
Mo：能提高材料強(qiáng)度韌性，但材料導(dǎo)熱系數(shù)下降。
W：能提高材料熱強(qiáng)性高溫強(qiáng)度及常溫硬度與強(qiáng)度。但使材料導(dǎo)熱系數(shù)明顯下降。
Mn：能提高材料硬度強(qiáng)度，使材料韌性下降。當(dāng)Mn>1.5％時(shí)，材料切削加工性變差。
Si：能使材料導(dǎo)熱系數(shù)下降。
Ti：鈦易于形成碳化物元素，其加工性也差。
還有Cr、O、S、P、N、Pb、Cu、Al等元素都對(duì)材料切削加工性有影響。
③材料力學(xué)性能：1)硬度強(qiáng)度：材料硬度強(qiáng)度適，其切削加工性比較好，硬度強(qiáng)度越高，切削加工性就越差。如正火45鋼：HB200，σb 640 MPa；淬火45鋼：HRC45，σb 2100～2600 MPa。影響材料切削加工性還有金屬材料組織細(xì)微雜物，如A1203、Si02、Ti02等，它們顯微硬度高，對(duì)刀具產(chǎn)生機(jī)械磨損；其切削加工性也變差。2)韌性α k塑性δ：韌性塑性大材料，切削加工時(shí)阻力、變形產(chǎn)生熱量就大，其切削加工性也差。3)彈性模量E：它表示材料剛度指標(biāo)，彈性模量大，表示材料外力作用下不易產(chǎn)生彈性變形。但彈性模量小材料切削過程，彈性恢復(fù)大，且刀具摩擦大，切削也困難。如軟橡膠E==2～4MP;45鋼 E=200000 MPa：Mo材E=500000 MPa。
、芙鹣嘟M織：1)鐵素體：它硬度強(qiáng)度很低(HB50～90，σb =190～250 MPa)、塑性韌性高(δ=40～50％)，切削時(shí)易產(chǎn)生積屑瘤．切削加工性差。2)珠光體：球形珠光體切削加工性好。(如45鋼) 3)滲碳體：硬度高(HRC66-70)，但很脆(α k=30-35 MPa)，由于Fc增大易崩邊，使切削困難。4)奧氏體：它硬度不高(HB200左右)，但塑性韌性很高，加工表面硬化切屑與刀具冷焊嚴(yán)重，切削加工性差。如1Cr18Ni9Ti、高溫合金等。5)馬氏體：淬火鋼屬于這類金相組織。它硬度高、脆性大，其相對(duì)切削加工性為45鋼1/3～1/10。
3、難切削材料切削特點(diǎn)：
、偾邢髁Υ螅簽榍45鋼1.5～2.5倍
②切削溫度高：當(dāng)Vc=75m/min時(shí)，切削以下材料比切削45鋼切削溫度高：
TC-4 435℃ GH132 320℃ GH36 270℃ 1Cr18Ni9Ti 195℃
、奂庸び不瘍A向大：由于部分難切削材料韌性、塑性高，強(qiáng)化系數(shù)大；加之切削熱作用下吸收周圍介質(zhì)H、O、N等原子，使切削表面已加工表面形成硬脆層，其硬化程度比基體高50～200％．深度大于0.1mm，切45鋼好幾倍。
4、改善難切削材料加工性途徑：
、龠x用優(yōu)良刀具材料。②選用合理刀具幾何參數(shù)。③選用合理切削用量。④選用性能好切削液。⑤改善工夾具結(jié)構(gòu)。⑥對(duì)被加工材料進(jìn)行適當(dāng)熱處理。⑦采用其他工藝
二、難切削材料車削：
1、淬火鋼車削：
、俅慊痄撉邢魈攸c(diǎn)：1)硬度高：HRC45-70。2)脆性大。3)強(qiáng)度高：σb =2100～2600 MPa，45鋼4倍左右。4)切削力大：?jiǎn)挝磺邢髁c為4500MPa，切45鋼2.5倍。5)切削溫度高：其導(dǎo)熱系數(shù)為45鋼1/7。
、诘毒吲c切削用量：1)刀具材料：PCBN、陶瓷、硬質(zhì)合金(600、610、YS8、YT05、758、813)等。2)刀具幾何參數(shù)：γ0=0～-10°，工件硬度連續(xù)切削時(shí)γ0=-10～-30°，α 0=8～10°，κr=30～60°，λs=0～-3°。3)切削用量：硬質(zhì)合金Vc=30～50m/min；陶瓷刀具Vc=60～120m/min；PCBN刀具Vc=100～200 m/min，斷續(xù)切削時(shí)Vc為上述1/2，α p、f為切一般鋼1/2。
注意：一股淬火鋼耐熱性為200～400℃，它硬度隨溫度增高而降低。而刀具材料(硬質(zhì)合金、陶瓷、PCBN)耐熱性分別為800～1000℃、1200℃、1400～1500℃，利用這一特性，連續(xù)切削時(shí)，Vc不能選擇太低；鉆孔時(shí)，Vc要合理，勤退刀；斷續(xù)切削時(shí)f要小，κr適當(dāng)減小，γε增大，λs為負(fù)值。
3、高溫合金車削
由于高溫合金含有許多高熔點(diǎn)合金元素Fe、Ti、Cr、Ni、V、W、Mo等，這元素與其它合金元素構(gòu)成純度高、組織致密奧氏體合金。而具有元素又與非金屬元素C、B、N等構(gòu)成硬度高、比重小、熔點(diǎn)高金屬與非金屬化臺(tái)物。使其它切削加工性變得很差。它相對(duì)切削加工性只有45鋼5～20％。
①切削特點(diǎn)：1)切削力大：比切削一般鋼材大2～3倍。2)切削溫度高：比切45鋼高50％。3)加工硬化嚴(yán)重：切削表面已加工表面硬度比基體高50-100％。4)刀具易磨損：易產(chǎn)生粘結(jié)、擴(kuò)散、氧化、溝紋磨損。
、诘毒卟牧希1)高速鋼：應(yīng)采用高釩、高碳、含鋁高速鋼。2)硬質(zhì)合金：應(yīng)采用細(xì)超細(xì)顆粒YG
、岬毒邘缀螀(shù)：變形高溫合金：γ0=10°，鑄造高溫合金：γ0=0°，一般不搭負(fù)倒棱。α 0=10～15°，粗車λs =-10°，精車λs =0～3°，κr=45～75°。
、芮邢饔昧浚1)高速鋼刀具：Vc=3～8m/min。2)硬質(zhì)合金刀具：Vc=10～60 m/min。變形高溫合金：Vc=40～60m/min。鑄造高溫合金：Vc=7～10m/min。α pf>0.1mm。
、萸邢饕海和讳P鋼。
、薷邷睾辖疸@孔：應(yīng)盡量采用硬質(zhì)合金鉆頭或S型淺孔鉆；如用高速鋼鉆頭時(shí)，加大2巾，修磨α 0b，Vc為3 m/min，f為0.2～0.3mm/r；鉆頭要鋒利，磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為一般鋼材1/2～1/3，最好采用自動(dòng)進(jìn)給不要切削表而停留。
4、鈦合金車削：
鈦合金近幾十年發(fā)展起來一種新金屬，由于它比強(qiáng)度(σb／ρ=1680／4.5=373，45鋼4.5倍)高，熱強(qiáng)度高(500℃長(zhǎng)期工作)、抗腐蝕性好、低溫性能優(yōu)良，而用于航空航天、化工、醫(yī)療等。
①切削特點(diǎn)：1)切削溫度高：相同切削條件下，比切45鋼高1倍。2)親作用大，粘結(jié)嚴(yán)重，高溫時(shí)產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象。3)化學(xué)活性大：高溫切削條件下，它與空氣O、N、H、C發(fā)生反應(yīng)，生成TiO2、TiN、TiH等硬皮層，給切削帶來困難。
、诘毒卟牧希1)高速鋼：除普通高速鋼外，最好選用高釩、高鈷、含鋁高速鋼。2)硬質(zhì)合金：YG8、YG6X、YG6A、813、643、YS27、YD15.3)PCD、PCBN天然金剛石。
③刀具幾何參數(shù)：γ0=5～15°，α 0≥15°。
、芮邢饔昧浚1)高速鋼刀具：Vc=8～12 m/min。2)硬質(zhì)合金刀具：Vc=15～60 m/min。3)PCD、PCBN天然金剛石刀具：濕切Vc=200 m/min：干切Vc=100 m/min，α p>0.05mm，f>0.05mm/r。
、萸邢饕海阂还刹捎萌榛、極壓乳化液。精加工時(shí)采用極壓切削油。
、拮⒁猓很囅骷(xì)長(zhǎng)軸(桿)時(shí)，應(yīng)使用活頂尖尼龍作跟刀架心架爪托；鉸孔時(shí)，應(yīng)用蓖麻油60％＋煤油40％作切削液；攻絲時(shí)，適當(dāng)加大底孔直徑。
5、冷硬鑄鐵切削：
這類鑄鐵表層發(fā)生白口化，硬度可達(dá)HRC60左右；單位切削力K c可達(dá)3000MPa，切削45鋼1.5倍；切削力集刃口附近，加工有氣孔、夾砂，切削時(shí)易損壞刀具；它脆性大，切削時(shí)還會(huì)發(fā)生崩邊、掉渣等現(xiàn)象。
、俚毒卟牧希1)硬質(zhì)合金：應(yīng)選硬度抗彎強(qiáng)度高硬質(zhì)合金。YS2、YS8、YS10、600、610、726。2)陶瓷：SG4、AT6、SM、FT80、FT85。3)PCBN：用于精車。
、诘毒邘缀螀(shù)：1)硬質(zhì)合金：γ0=0～-5°，α 0=5～10°，κr≤45°(κr=45°)，λs =-5～一10°，γε=0.5～1 mm；
、矍邢饔昧浚1)硬質(zhì)合金刀具：粗加工Vc=7～10m/min，α p=5～10mm，f=0.5～1.5mm/r。精加工：Vc=15～20m/min，α p=0.5～2mm，f=0.3～O.5mm/r。2)陶瓷刀具：Vc=40～50m/min，α p=0.5～2mm，f=0.3～0.6mm/r。3)PCBN刀具：Vc=60～70m/min，α p=0.5～2mm，f=0.1～0.3mm/r。
6、熱噴涂(焊)材料車削：
熱噴涂材料大多多組元高強(qiáng)合金，經(jīng)高溫、高速噴射到工件表面上，使工件表層硬度、耐蝕性、耐磨性耐熱性大幅度提高，而得到廣泛應(yīng)用。銅基、鐵基粉末噴涂層硬度，較易切削。鈷基、鎳基粉末噴涂層硬度>HRC50，難切削。鈷包WC、鎳包WC、鎳包Al2O3噴涂層硬度>HRC65，最難切削。
、俚毒卟牧希1)硬質(zhì)合金：硬度>HRC45，采用YG、YW硬質(zhì)合金；硬度，采用600、610、726、767、YD05、YC12、YS2、YS8：硬度>HRC65，采用YG3X、YD05、YC09、YC12、YS8、600、610。
2)陶瓷刀具：3)PCBN
②刀具幾何參數(shù)：γ0=0～-5°，α 0=8～12°，κr≤45°。
、矍邢饔昧浚河操|(zhì)合金Vc=6～40m/min；陶瓷刀具 Vc=18～80m/min；PCBN刀具：Vc=24～160m/min。α p=0.15～0.6mm；f=0.1～1mm/r。
7、軟橡膠切削：
軟橡膠硬度(邵爾A型30～35)強(qiáng)度(σb 20～25 MPa)極低，導(dǎo)熱性極差(0.14W/m?k)、塑性極高(δ=500～700)、彈性模量極小(2～4 MPa)。由于上述性能，它具有很好彈性、柔順性易變性，因此很難對(duì)它進(jìn)行切削加工。
、俚毒卟牧希焊咚黉摗G類硬質(zhì)合金。
、诘毒邘缀螀(shù)： γ0=45～55°， α 0=10～15°，β0=20～30°；刮削時(shí)，γ0=0°，α 0=70°，還用割刀(β0=5～10°)，套料刀。
、矍邢饔昧浚篤c≤100 m/min。α p=2～5mm；f=0.5～0.7 mm/r。
、芮邢饕海河貌缓退芤骸
8、砂輪車削：
一般剛玉類磨料硬度為1800～2450HV，碳化硅磨料硬度為3100～3400HV，采用PCDPCBN刀具來車削這兩種磨料砂輪，如同用刀切豆腐一樣容易。
、贋榱朔乐股拜嗆囅鲿r(shí)崩邊，采用圓形刀片機(jī)夾刀具。
②刀具幾何參數(shù)：圓形刀片γ0=-8～-10°，α 0=8～10°。
、矍邢饔昧浚篤c=30～50m/min。α p=4～5mm；f=1～1.5 mm/r。
9、硬質(zhì)合金車削：
硬質(zhì)合金硬度高(HRA85～92.5、HV1300～1650、HRC67～81)、脆性大(σb 900～2500 MPa)。以前只能采用磨削電加工來進(jìn)行加工。由于PCD、PCBN超硬刀具出現(xiàn)，給車削加工提供了條件。
、俚毒卟牧希篜CD、PCBN。②刀具幾何參數(shù)：γ0=0～-5°，α 0=6～8°，κr≤30～45°。
③切削用量：Vc=20～35m/min，α p=0.1～1.5mm，f=0.05～0.15 mm/r。
④注意：防止崩邊：用煤油作切削液。
10、工程陶瓷車削：
傳統(tǒng)陶瓷用金剛石砂輪磨削。這因?yàn)樗捕雀?1100～2250HV)、抗彎強(qiáng)度低(450～1300MPa)、彈性模量高(315000～400000MPa)所致。
①刀具材料：PCD、PCBN；易切陶瓷，也可用硬質(zhì)合金，但刀具耐用度低。
、诘毒邘缀螀(shù)：γ0=-10～-15°，α 0=8～12°，κr=30～60°。為了使切出切入平穩(wěn)，也可采用圓刀片。
、矍邢饔昧浚河糜操|(zhì)合金刀具車易切陶瓷Vc=10～20m/min。用PCD、PCBN刀具Vc=30～60m/min，α p=0.1～2mm；f=0.05～0.1 mm/r。
、芮邢饕海阂还墒褂萌榛。⑤注意問題：防止崩邊。
11、復(fù)合材料車削：
復(fù)合材料由兩種以上不同物理、化學(xué)、力學(xué)性能物質(zhì)人工制成多相組成固體材料。如玻璃鋼就典型復(fù)合材料。復(fù)合材料種類有玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(GFRP)、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)、芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(KFRP)、硼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，統(tǒng)稱為樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)。它只有很高比強(qiáng)度比剛度(比金屬高3～8倍)，而且抗疲勞性、減震性、斷裂安全性好，而廣泛應(yīng)用于航天、航空、化工等行業(yè)。復(fù)合材料切削加工時(shí)，由于材料導(dǎo)熱系數(shù)很低(小于一般鋼1/16)，造成切削溫度高，易產(chǎn)生變質(zhì)軟化，纖維樹脂性能相差很大，表面粗糙度難以達(dá)到，且刀具磨損嚴(yán)重，大多數(shù)情況下不能使用切削液。
、俚毒卟牧希焊咚黉撏繉痈咚黉摗G類硬質(zhì)合金。為了幾十到幾百倍提高刀具耐用度，應(yīng)選PCD、PCBN刀具。
、诘毒邘缀螀(shù)：一般情況下γ0=-10～-15°，α 0=10～12°，γε=1～3mm，車螺紋時(shí)為防止崩牙γt=-15～-25°。
、矍邢饔昧浚焊咚黉摰毒遃c=1O～15 m/min；硬質(zhì)合金刀具Vc=40～80m/min；PCD、PCBN 刀具Vc=80～120m/min，f=0.2～0.5 mm/r，α p無特殊要求。
、茏⒁猓簽榉乐狗謱、撕裂，應(yīng)采用防護(hù)措施(支承防護(hù)扳、減少刀具主偏角進(jìn)給量切入切出處先倒角等)。
三、結(jié)束語(yǔ)：
隨著科技發(fā)展，高性能特殊性能材料出現(xiàn)應(yīng)用，大都需要切削加工，給切削加工帶來了難題。除上述幾類難加工材料外，還有許多純金屬及合金，如純鎳、純鉬、純鎢、純鐵、鉭等，它們有切削加工性極差。為此，我們要了解被加工材料性能，廣泛學(xué)習(xí)他人經(jīng)驗(yàn)與金切知識(shí)，才能順利地解決生產(chǎn)難切削材料加工。
下一篇新聞：實(shí)施品牌戰(zhàn)略 建設(shè)我國(guó)磨料磨具民族品牌
