中文版 | ENGLISH


全國服務熱線:
0511-88555096
新聞中心
您所在的位置:網站首頁

難切削材料的加工


一、概論:
  1、什麼難切削材料?

  就切削加工性差材料。一般材料性能大于或小于此指标(HB>250、σb>1000 MPa,δ>30%,α k>100 MPa,K<41.8 W/m?k)一項以上,都屬于難切削材料。也可以用切削過程現象(切削力、切削熱、刀具磨損與刀具耐用度、已加工表面質量切屑控制等)來衡量。

  2、影響材料切削加工性因素:

  ①物理性能:

  1)導熱系數K:導熱系數高陽材料允許Vc就高。如用硬質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

  钛 合 金   K=6.3~9.6  W/m?k    Vc= 15~50  m/min

  2)線膨脹系數α:影響材料熱脹冷縮程度而影響加工精度。

  ②化學成分:材料化學成分配比影響材料力學性能、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,其硬度強度增加。

  Ni:Ni能提高材料耐熱性,但使材料導熱系數明顯下降;當Ni>8%時,形成奧氏體鋼,使加工硬化嚴重。

  V:随着它含量增加,材料磨削性能變差。

  Mo:能提高材料強度韌性,但材料導熱系數下降。

  W:能提高材料熱強性高溫強度及常溫硬度與強度。但使材料導熱系數明顯下降。

  Mn:能提高材料硬度強度,使材料韌性下降。當Mn>1.5%時,材料切削加工性變差。

  Si:能使材料導熱系數下降。

  Ti:钛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等元素都對材料切削加工性有影響。

  ③材料力學性能:1)硬度強度:材料硬度強度适,其切削加工性比較好,硬度強度越高,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微雜物,如A1203、Si02、Ti02等,它們顯微硬度高,對刀具産生機械磨損;其切削加工性也變差。2)韌性α k塑性δ:韌性塑性大材料,切削加工時阻力、變形産生熱量就大,其切削加工性也差。3)彈性模量E:它表示材料剛度指标,彈性模量大,表示材料外力作用下不易産生彈性變形。但彈性模量小材料切削過程,彈性恢複大,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。

  ④金相組織:1)鐵素體:它硬度強度很低(HB50~90,σb =190~250 MPa)、塑性韌性高(δ=40~50%),切削時易産生積屑瘤.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,其相對切削加工性為45鋼1/3~1/10。

  3、難切削材料切削特點:

  ①切削力大:為切45鋼1.5~2.5倍

  ②切削溫度高:當Vc=75m/min時,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℃

  ③加工硬化傾向大:由于部分難切削材料韌性、塑性高,強化系數大;加之切削熱作用下吸收周圍介質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:

  ①選用優良刀具材料。②選用合理刀具幾何參數。③選用合理切削用量。④選用性能好切削液。⑤改善工夾具結構。⑥對被加工材料進行适當熱處理。⑦采用其他工藝

  二、難切削材料車削:

  1、淬火鋼車削:

  ①淬火鋼切削特點:1)硬度高:HRC45-70。2)脆性大。3)強度高:σb =2100~2600 MPa,45鋼4倍左右。4)切削力大:單位切削力Kc為4500MPa,切45鋼2.5倍。5)切削溫度高:其導熱系數為45鋼1/7。

  ②刀具與切削用量:1)刀具材料:PCBN、陶瓷、硬質合金(600、610、YS8、YT05、758、813)等。2)刀具幾何參數:γ0=0~-10°,工件硬度連續切削時γ0=-10~-30°,α 0=8~10°,κr=30~60°,λs=0~-3°。3)切削用量:硬質合金Vc=30~50m/min;陶瓷刀具Vc=60~120m/min;PCBN刀具Vc=100~200 m/min,斷續切削時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℃,它硬度随溫度增高而降低。而刀具材料(硬質合金、陶瓷、PCBN)耐熱性分别為800~1000℃、1200℃、1400~1500℃,利用這一特性,連續切削時,Vc不能選擇太低;鑽孔時,Vc要合理,勤退刀;斷續切削時f要小,κr适當減小,γε增大,λs為負值。

3、高溫合金車削

  由于高溫合金含有許多高熔點合金元素Fe、Ti、Cr、Ni、V、W、Mo等,這元素與其它合金元素構成純度高、組織緻密奧氏體合金。而具有元素又與非金屬元素C、B、N等構成硬度高、比重小、熔點高金屬與非金屬化台物。使其它切削加工性變得很差。它相對切削加工性隻有45鋼5~20%。

  ①切削特點: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:易産生粘結、擴散、氧化、溝紋磨損。

  ②刀具材料:1)高速鋼:應采用高釩、高碳、含鋁高速鋼。2)硬質合金:應采用細超細顆粒YG

  ⑨刀具幾何參數:變形高溫合金:γ0=10°,鑄造高溫合金:γ0=0°,一般不搭負倒棱。α 0=10~15°,粗車λs =-10°,精車λs =0~3°,κr=45~75°。

  ④切削用量:1)高速鋼刀具:Vc=3~8m/min。2)硬質合金刀具: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。

  ⑤切削液:同不鏽鋼。

  ⑥高溫合金鑽孔:應盡量采用硬質合金鑽頭或S型淺孔鑽;如用高速鋼鑽頭時,加大2巾,修磨α 0b,Vc為3 m/min,f為0.2~0.3mm/r;鑽頭要鋒利,磨鈍标準為一般鋼材1/2~1/3,最好采用自動進給不要切削表而停留。

  4、钛合金車削:

  钛合金近幾十年發展起來一種新金屬,由于它比強度(σb/ρ=1680/4.5=373,45鋼4.5倍)高,熱強度高(500℃長期工作)、抗腐蝕性好、低溫性能優良,而用于航空航天、化工、醫療等。

  ①切削特點: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,粘結嚴重,高溫時産生粘結現象。3)化學活性大:高溫切削條件下,它與空氣O、N、H、C發生反應,生成TiO2、TiN、TiH等硬皮層,給切削帶來困難。

  ②刀具材料:1)高速鋼:除普通高速鋼外,最好選用高釩、高钴、含鋁高速鋼。2)硬質合金:YG8、YG6X、YG6A、813、643、YS27、YD15.3)PCD、PCBN天然金剛石。

  ③刀具幾何參數:γ0=5~15°,α 0≥15°。

  ④切削用量:1)高速鋼刀具:Vc=8~12 m/min。2)硬質合金刀具:Vc=15~60 m/min。3)PCD、PCBN天然金剛石刀具:濕切Vc=200 m/min:幹切Vc=100 m/min,α p>0.05mm,f>0.05mm/r。

  ⑤切削液:一股采用乳化液、極壓乳化液。精加工時采用極壓切削油。

  ⑥注意:車削細長軸(杆)時,應使用活頂尖尼龍作跟刀架心架爪托;鉸孔時,應用蓖麻油60%+煤油40%作切削液;攻絲時,适當加大底孔直徑。


  5、冷硬鑄鐵切削:

  這類鑄鐵表層發生白口化,硬度可達HRC60左右;單位切削力K c可達3000MPa,切削45鋼1.5倍;切削力集刃口附近,加工有氣孔、夾砂,切削時易損壞刀具;它脆性大,切削時還會發生崩邊、掉渣等現象。

  ①刀具材料:1)硬質合金:應選硬度抗彎強度高硬質合金。YS2、YS8、YS10、600、610、726。2)陶瓷:SG4、AT6、SM、FT80、FT85。3)PCBN:用于精車。

  ②刀具幾何參數:1)硬質合金:γ0=0~-5°,α 0=5~10°,κr≤45°(κr=45°),λs =-5~一10°,γε=0.5~1 mm;

  ③切削用量:1)硬質合金刀具: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、熱噴塗(焊)材料車削:

  熱噴塗材料大多多組元高強合金,經高溫、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,而得到廣泛應用。銅基、鐵基粉末噴塗層硬度,較易切削。钴基、鎳基粉末噴塗層硬度>HRC50,難切削。钴包WC、鎳包WC、鎳包Al2O3噴塗層硬度>HRC65,最難切削。

  ①刀具材料:1)硬質合金:硬度>HRC45,采用YG、YW硬質合金;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:γ0=0~-5°,α 0=8~12°,κr≤45°。

  ③切削用量:硬質合金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)強度(σb 20~25 MPa)極低,導熱性極差(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,因此很難對它進行切削加工。

  ①刀具材料:高速鋼、YG類硬質合金。

  ②刀具幾何參數:  γ0=45~55°,  α 0=10~15°,β0=20~30°;刮削時,γ0=0°,α 0=70°,還用割刀(β0=5~10°),套料刀。

  ③切削用量:Vc≤100 m/min。α p=2~5mm;f=0.5~0.7 mm/r。

  ④切削液:用不含油水溶液。

  8、砂輪車削:

  一般剛玉類磨料硬度為1800~2450HV,碳化矽磨料硬度為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。

  ①為了防止砂輪車削時崩邊,采用圓形刀片機夾刀具。

  ②刀具幾何參數:圓形刀片γ0=-8~-10°,α 0=8~10°。

  ③切削用量:Vc=30~50m/min。α p=4~5mm;f=1~1.5 mm/r。

  9、硬質合金車削:

  硬質合金硬度高(HRA85~92.5、HV1300~1650、HRC67~81)、脆性大(σb 900~2500 MPa)。以前隻能采用磨削電加工來進行加工。由于PCD、PCBN超硬刀具出現,給車削加工提供了條件。

  ①刀具材料:PCD、PCBN。②刀具幾何參數: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:

  傳統陶瓷用金剛石砂輪磨削。這因為它硬度高(1100~2250HV)、抗彎強度低(450~1300MPa)、彈性模量高(315000~400000MPa)所緻。

  ①刀具材料:PCD、PCBN;易切陶瓷,也可用硬質合金,但刀具耐用度低。

  ②刀具幾何參數:γ0=-10~-15°,α 0=8~12°,κr=30~60°。為了使切出切入平穩,也可采用圓刀片。

  ③切削用量:用硬質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。

  ④切削液:一股使用乳化液。⑤注意問題:防止崩邊。

  11、複合材料車削:

  複合材料由兩種以上不同物理、化學、力學性能物質人工制成多相組成固體材料。如玻璃鋼就典型複合材料。複合材料種類有玻璃纖維增強複合材料(GFRP)、碳纖維增強複合材料(CFRP)、芳綸纖維增強複合材料(KFRP)、硼纖維增強複合材料,統稱為樹脂基纖維增強複合材料(FRP)。它隻有很高比強度比剛度(比金屬高3~8倍),而且抗疲勞性、減震性、斷裂安全性好,而廣泛應用于航天、航空、化工等行業。複合材料切削加工時,由于材料導熱系數很低(小于一般鋼1/16),造成切削溫度高,易産生變質軟化,纖維樹脂性能相差很大,表面粗糙度難以達到,且刀具磨損嚴重,大多數情況下不能使用切削液。

  ①刀具材料:高速鋼塗層高速鋼、YG類硬質合金。為了幾十到幾百倍提高刀具耐用度,應選PCD、PCBN刀具。

  ②刀具幾何參數:一般情況下γ0=-10~-15°,α 0=10~12°,γε=1~3mm,車螺紋時為防止崩牙γt=-15~-25°。

  ③切削用量:高速鋼刀具Vc=1O~15 m/min;硬質合金刀具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。

  ④注意:為防止分層、撕裂,應采用防護措施(支承防護扳、減少刀具主偏角進給量切入切出處先倒角等)。

       三、結束語:

  随着科技發展,高性能特殊性能材料出現應用,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、純钼、純鎢、純鐵、钽等,它們有切削加工性極差。為此,我們要了解被加工材料性能,廣泛學習他人經驗與金切知識,才能順利地解決生産難切削材料加工。

本文共分 1
上一篇新聞:磨具制造及工作原理介紹
下一篇新聞:實施品牌戰略 建設我國磨料磨具民族品牌

國内咨詢熱線:

0511-88555096

地址:中國江蘇省揚中市倒石橋

http://m.juhua328652.cn|http://wap.juhua328652.cn|http://www.juhua328652.cn||http://juhua328652.cn