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史上最难切削材料的如何加工?

发布者: 长相有问题 | 发布时间: 2017-3-25 07:45| 查看数: 2539| 评论数: 1|帖子模式

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1、什么是难切削材料?

就是切削加工性差的材料。一般材料的性能大于或小于此指标中(HB>250、σb>1000MPa,δ>30%,αk>100MPa,K<41.8W/m?k)的一项以上,都属于难切削材料。也可以用切削过程中的现象(切削力、切削热、刀具磨损与刀具耐用度、已加工表面质量和切屑控制等)来衡量。


2、影响材料切削加工性的因素:

①物理性能:

1)导热系数K:导热系数高阳材料允许的Vc就高。如用硬质合金刀具切削以下材料的Vc:

碳钢K=48.2~50.2W/m?kVc=100~150m/min

高温合金K=8.4~16.7W/m?kVc=7~60m/min

钛合金K=6.3~9.6W/m?kVc=15~50m/min

2)线膨胀系数α:影响材料的热胀冷缩程度而影响加工精度。

②化学成分:材料的化学成分和配比是影响材料的力学性能、物理性能、热处理性能、金相组织和材料的切削加工性的根本因素。如:

C:材料含碳量的增加,其硬度和强度增加。

Ni:Ni能提高材料的耐热性,但使材料的导热系数明显下降;当Ni>8%时,形成奥氏体钢,使加工硬化严重。

V:随着它的含量的增加,材料的磨削性能变差。

Mo:能提高材料的强度和韧性,但材料的导热系数下降。

W:能提高材料的热强性和高温强度及常温硬度与强度。但使材料的导热系数明显下降。

Mn:能提高材料的硬度和强度,使材料的韧性下降。当Mn>1.5%时,材料的切削加工性变差。

Si:能使材料的导热系数下降。

Ti:钛是易于形成碳化物的元素,其加工性也差。

还有Cr、O、S、P、N、Pb、Cu、Al等元素都对材料的切削加工性有影响。

③材料的力学性能:1)硬度和强度:材料的硬度和强度适中,其切削加工性比较好,硬度和强度越高,切削加工性就越差。如正火45钢:HB200,σb640MPa;淬火45钢:HRC45,σb2100~2600MPa。影响材料切削加工性的还有金属材料组织中的细微杂物,如A1203、Si02、Ti02等,它们的显微硬度高,对刀具产生机械磨损;其切削加工性也变差。2)韧性αk和塑性δ:韧性和塑性大的材料,在切削加工时的阻力、变形和产生的热量就大,其切削加工性也差。3)弹性模量E:它是表示材料刚度的指标,弹性模量大,表示材料在外力的作用下不易产生弹性变形。但弹性模量小的材料在切削过程中,弹性恢复大,且刀具摩擦大,切削也困难。如软橡胶E==2~4MP;45钢E=200000MPa:Mo材E=500000MPa。

④金相组织:1)铁素体:它的硬度和强度很低(HB50~90,σb=190~250MPa)、塑性和韧性高(δ=40~50%),切削时易产生积屑瘤.切削加工性差。2)珠光体:球形珠光体切削加工性好。(如45钢)3)渗碳体:硬度高(HRC66-70),但很脆(αk=30-35MPa),由于Fc增大易崩边,使切削困难。4)奥氏体:它的硬度不高(HB200左右),但塑性和韧性很高,加工表面硬化和切屑与刀具冷焊严重,切削加工性差。如1Cr18Ni9Ti、高温合金等。5)马氏体:淬火钢属于这类金相组织。它硬度高、脆性大,其相对切削加工性为45钢的1/3~1/10。


3、难切削材料的切削特点:

①切削力大:为切45钢的1.5~2.5倍

②切削温度高:当Vc=75m/min时,切削以下材料比切削45钢的切削温度高:

TC-4435℃GH132320℃GH36270℃1Cr18Ni9Ti195℃

③加工硬化倾向大:由于部分难切削材料的韧性、塑性高,强化系数大;加之在切削热的作用下吸收周围介质中的H、O、N等的原子,使切削表面和已加工表面形成硬脆层,其硬化程度比基体高50~200%.深度大于0.1mm,是切45钢的好几倍。


4、改善难切削材料加工性的途径:

①选用优良的刀具材料。②选用合理的刀具几何参数。③选用合理的切削用量。④选用性能好的切削液。⑤改善工夹具结构。⑥对被加工材料进行适当热处理。⑦采用其他工艺


5、冷硬铸铁的切削:

这类铸铁的表层发生白口化,硬度可达HRC60左右;单位切削力Kc可达3000MPa,是切削45钢的1.5倍;切削力集中在刃口附近,加工有气孔、夹砂,切削时易损坏刀具;它的脆性大,切削时还会发生崩边、掉渣等现象。

①刀具材料:1)硬质合金:应选硬度和抗弯强度高的硬质合金。YS2、YS8、YS10、600、610、726。2)陶瓷:SG4、AT6、SM、FT80、FT85。3)PCBN:用于精车。

②刀具几何参数:1)硬质合金:γ0=0~-5°,α0=5~10°,κr≤45°(κr=45°),λs=-5~一10°,γε=0.5~1mm;

③切削用量:1)硬质合金刀具:粗加工Vc=7~10m/min,αp=5~10mm,f=0.5~1.5mm/r。精加工:Vc=15~20m/min,αp=0.5~2mm,f=0.3~O.5mm/r。2)陶瓷刀具:Vc=40~50m/min,αp=0.5~2mm,f=0.3~0.6mm/r。3)PCBN刀具:Vc=60~70m/min,αp=0.5~2mm,f=0.1~0.3mm/r。


6、热喷涂(焊)材料的车削:

热喷涂材料大多是多组元高强合金,经高温、高速喷射到工件表面上,使工件表层的硬度、耐蚀性、耐磨性和耐热性大幅度提高,而得到广泛的应用。铜基、铁基粉末喷涂层的硬度,较易切削。钴基、镍基粉末喷涂层的硬度>HRC50,难切削。钴包WC、镍包WC、镍包Al2O3喷涂层的硬度>HRC65,最难切削。

①刀具材料:1)硬质合金:硬度>HRC45,采用YG、YW硬质合金;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刀具几何参数:γ0=0~-5°,α0=8~12°,κr≤45°。

③切削用量:硬质合金Vc=6~40m/min;陶瓷刀具Vc=18~80m/min;PCBN刀具:Vc=24~160m/min。αp=0.15~0.6mm;f=0.1~1mm/r。


7、软橡胶的切削:

软橡胶的硬度(邵尔A型30~35)和强度(σb20~25MPa)极低,导热性极差(0.14W/m?k)、塑性极高(δ=500~700)、弹性模量极小(2~4MPa)。由于上述性能,它具有很好的弹性、柔顺性和易变性,因此很难对它进行切削加工。

①刀具材料:高速钢、YG类硬质合金。

②刀具几何参数:γ0=45~55°,α0=10~15°,β0=20~30°;刮削时,γ0=0°,α0=70°,还用割刀(β0=5~10°),套料刀。

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

④切削液:用不含油的水溶液。


8、砂轮的车削:

一般刚玉类磨料的硬度为1800~2450HV,碳化硅磨料的硬度为3100~3400HV,采用PCD和PCBN刀具来车削这两种磨料的砂轮,如同用刀切豆腐一样容易。

①为了防止砂轮在车削时崩边,采用圆形刀片的机夹刀具。

②刀具几何参数:圆形刀片γ0=-8~-10°,α0=8~10°。

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


9、硬质合金的车削:

硬质合金的硬度高(HRA85~92.5、HV1300~1650、HRC67~81)、脆性大(σb900~2500MPa)。以前只能采用磨削和电加工来进行加工。由于PCD、PCBN超硬刀具的出现,给车削加工提供了条件。

①刀具材料:PCD、PCBN。②刀具几何参数:γ0=0~-5°,α0=6~8°,κr≤30~45°。

③切削用量:Vc=20~35m/min,αp=0.1~1.5mm,f=0.05~0.15mm/r。

④注意:防止崩边:用煤油作切削液。


10、工程陶瓷的车削:

传统的陶瓷是用金刚石砂轮磨削。这是因为它的硬度高(1100~2250HV)、抗弯强度低(450~1300MPa)、弹性模量高(315000~400000MPa)所致。

①刀具材料:PCD、PCBN;易切陶瓷,也可用硬质合金,但刀具耐用度低。

②刀具几何参数:γ0=-10~-15°,α0=8~12°,κr=30~60°。为了使切出切入平稳,也可采用圆刀片。

③切削用量:用硬质合金刀具车易切陶瓷Vc=10~20m/min。用PCD、PCBN刀具Vc=30~60m/min,αp=0.1~2mm;f=0.05~0.1mm/r。

④切削液:一股使用乳化液。⑤注意问题:防止崩边。


11、复合材料的车削:

复合材料是由两种以上不同物理、化学、力学性能的物质人工制成的多相组成的固体材料。如玻璃钢就是典型的复合材料。复合材料的种类有玻璃纤维增强复合材料(GFRP)、碳纤维增强复合材料(CFRP)、芳纶纤维增强复合材料(KFRP)、硼纤维增强复合材料,统称为树脂基纤维增强复合材料(FRP)。它只有很高的比强度和比刚度(比金属高3~8倍),而且抗疲劳性、减震性、断裂安全性好,而广泛应用于航天、航空、化工等行业。


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