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（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：
、傥锢硇阅埽
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
鈦 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：隨著它含量增加，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：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等元素都對材料切削加工性有影響。
、鄄牧狭W性能：1)硬度強度：材料硬度強度適，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，對刀具產生機械磨損；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、變形產生熱量就大，其切削加工性也差。3)彈性模量E：它表示材料剛度指標，彈性模量大，表示材料外力作用下不易產生彈性變形。但彈性模量小材料切削過程，彈性恢復大，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：它硬度強度很低(HB50～90，σb =190～250 MPa)、塑性韌性高(δ=40～50％)，切削時易產生積屑瘤．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：
、偾邢髁Υ螅簽榍45鋼1.5～2.5倍
、谇邢鳒囟雀撸寒擵c=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℃
、奂庸び不瘍A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對被加工材料進行適當熱處理。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℃，它硬度隨溫度增高而降低。而刀具材料(硬質合金、陶瓷、PCBN)耐熱性分別為800～1000℃、1200℃、1400～1500℃，利用這一特性，連續切削時，Vc不能選擇太低；鉆孔時，Vc要合理，勤退刀；斷續切削時f要小，κr適當減小，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、組織致密奧氏體合金。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臺物。使其它切削加工性變得很差。它相對切削加工性只有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：易產生粘結、擴散、氧化、溝紋磨損。
、诘毒卟牧希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。
、萸邢饕海和讳P鋼。
、薷邷睾辖疸@孔：應盡量采用硬質合金鉆頭或S型淺孔鉆；如用高速鋼鉆頭時，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、鈦合金車削：
鈦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。
、偾邢魈攸c：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，高溫時產生粘結現象。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。
、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)硬質合金：YG8、YG6X、YG6A、813、643、YS27、YD15.3)PCD、PCBN天然金剛石。
、鄣毒邘缀螀担害0=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：干切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。
、拮⒁猓很囅骷氶L軸(桿)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，適當加大底孔直徑。
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。
、诘毒邘缀螀担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；
、矍邢饔昧浚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、熱噴涂(焊)材料車削：
熱噴涂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
、诘毒邘缀螀担害0=0～-5°，α 0=8～12°，κr≤45°。
、矍邢饔昧浚河操|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。
、诘毒邘缀螀担 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。
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)。以前只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°。
、矍邢饔昧浚篤c=20～35m/min，α p=0.1～1.5mm，f=0.05～0.15 mm/r。
、茏⒁猓悍乐贡肋叄河妹河妥髑邢饕骸
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)所致。
、俚毒卟牧希篜CD、PCBN；易切陶瓷，也可用硬質合金，但刀具耐用度低。
、诘毒邘缀螀担害0=-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。
、矍邢饔昧浚河糜操|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、復合材料車削：
復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。如玻璃鋼就典型復合材料。復合材料種類有玻璃纖維增強復合材料(GFRP)、碳纖維增強復合材料(CFRP)、芳綸纖維增強復合材料(KFRP)、硼纖維增強復合材料，統稱為樹脂基纖維增強復合材料(FRP)。它只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。復合材料切削加工時，由于材料導熱系數很低(小于一般鋼1/16)，造成切削溫度高，易產生變質軟化，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。
、俚毒卟牧希焊咚黉撏繉痈咚黉、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。
、诘毒邘缀螀担阂话闱闆r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：
隨著科技發展，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，廣泛學習他人經驗與金切知識，才能順利地解決生產難切削材料加工。
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