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详细谈一谈几种难切材料的切削加工,欢迎围观指教~

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发表于 2017-4-25 09:48:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
详细谈一谈几种难切材料的切削加工,欢迎围观指教~

一、淬火钢的切削加工

过去加工淬火钢都是采用磨削方法,这一方法加工淬火钢,生产效率低,加工费用高,并因为磨削力大,致使表面往往被烧伤或产生微裂纹。随着硬质合金工业的发展,传统落后的磨削工艺被先进的车削所代替,从而产生效率成十几倍乃至几十倍的提高,为了更好地解决淬火钢的切削加工问题,我们共同来讨论以下的问题。

1.  淬火钢的切削特点
硬度高,导热性差:淬火钢的组织为回火马氏体。硬度可达HRC60以上,强度ób可达260kg/mm2。并且它的导热性能差,有的淬火钢的导热系数可小到0.017卡/厘米、秒、度(未淬火的45#钢λ=0.162卡/厘米、秒、度),所以,切削淬火钢时,单位切削力大,可达450kg/ mm2,切削温度高,且切削热易集中在刃尖处。按照被加工材料切削加工性分级表规定,淬火钢的硬度、强度均属9a,属于最难切削加工材料的范畴。
切削力大,而且吃刀搞力FY接近主切削力,甚至更大。这是为了增加刀尖强度,加大散热面积,选择较小的主偏角所引起的。在机床一夹具一工件系统刚性差时,则会由于FY大,易引起振动,造成打刀现象。
刀一屑接触长度短,这就意味着切削和由于切削力大而引起的大量切削热集中于刀刃附近,如果刀具材料强度不高,易使切削刃造成崩碎和破损。

2. 刀具材料的选择
在淬火钢的低速和断续切削时,一般用加TaC、NbC和适量TiC的M类合金,因为这种合金具有较好的综合性能,切削条件为变速的端面切削和间断切削时,也宜采用这类合金。因为用TiC含量过多的合金,即使其硬度好,但由于韧性和强度不够,易使刀具产生崩刃和崩脱磨损。所以就选择强度高、韧性好、耐热和耐磨性能好的超细颗粒合金,经过实用证明,效果较好的是:YS8。
如用YS8,采用V=14.3m/min,f=0.3mm/rev,ap=2mm切削HRC=60的T11工具钢,效果很好,用普通硬质合金在同样条件下,效果相当差,甚至无法切削。用YS2切削W18Cr4V白钢刀方条,其硬度HRC=63~65,切削用量为:V=10m/min,f=0.25mm/rev,ap=1.2mm,使用效果相当好,在同样的条件下,我们用其它牌号合金试验,效果都不佳。
在较高速度下连续切削淬火钢时,宜采用碳化钛含量较高,高温硬度优良的P类合金。因为P类合金发生粘结磨损,而M、K类合金在6000C时就开始发生粘结磨损,9000C就开始发生扩散磨损。尤其是合金中加入适量的TaC和NbC后,其高温性能明显提高。切削速度在50m/min以下时,建议选用:
TY05 YC12
如采用YT05切削速度再进一步提高,或者是大工件,高精度产品加工,陶瓷刀片和立方氮化硼就显示出其独特的优越性。如华山机械厂采用陶瓷刀片AT6切削HRC=60的T8碳素工具钢,在f=0。15mm/rev,ap=0.15mm的条件下,切削速度可达100m/min,并且刀具寿命高,工件质量好。特别是立方氮化硼,由于其硬度,热稳定性好,在加工淬硬钢时,其耐用度和切削效率都比陶瓷刀片高,并且加工出来的工件尺寸精度高,表面光洁度好。

3. 刀具几何角度的选择
在金属切削加工中,刀具几何角度非常重要,在难加工材料中,这一点就显得特别突出,淬火钢在切削加工中,切削力很大,因此常易出现打刀崩刃现象,这在很大程度上取决于刀具角度的选择合理与否,选得不适当,高强度刀具材料也出现打刀现象,刀具角度合理,脆性大的刀具材料也能进行断续切削。如陶瓷合金,是一种极脆的刀具材料,但试验证明,只要角度合理,它可以断续切削淬硬钢。在实践中,我们认为几何角度的选择原则是:
因为淬火钢硬度、强度高,在切削过程中表现出极大的切削力,因此我们在选择几何角度时,重点从保护刀尖出发,选用0度前角或负前角,小后角。但考虑淬火钢绝大多数是精加工,余量小,切屑薄,因此膈角的选择原则是在保证刀尖强度的情况下,后角可稍大一些。刃倾角一般取负值。平衡各方面的利弊,一般选用:
λ0=0 ao=6~80 λ0=-40
λ01=-60 λ§=0.5mm
在实践中证明,车削HRC60以上的淬硬钢时,前角可以更小,如车削HRC63~65的W18Cr4V时,选用λ01=-60,ao=80λ§=-50,其效果很好。
用陶瓷刀切削淬火钢时,前角λ0还可更小。如用SG4车削6W6M05Cr4V(HRC66)时,刀具角度选用:
λ0=-80 ao=80 λ§=0.5mm
br=0.3mm λ01=-200(V=103m/min ap=0.25mm f=0.1mm/rev)较为合适

4. 切削用量的选择
切削用量一般包括切削速度,吃刀深度和进给量。在切削加工中它和刀具几何角度一样重要,也是影响切削加工的一个重要因素。
切削速度:在生产实践中,切削速度直接影响工作效率,因此都希望采用高速切削,但随着切削速度的提高,切削温度成直线上升。而切削温度较高,必然会影响刀具的耐用度,这样,适当的切削速度必须根据刀具材料的热稳定温度而定。
吃刀深度:吃刀深度对切削力的影响很大,一般的来说,吃刀深度要根据被加工材料的硬度和刀具材料的强度而定,但对淬火件的切削来说,一般切削余量小,应尽量做到一次车出,这样可减少刀具磨损,提高工作效率。
走刀量:淬火件的切削加工多属精加工,因此,选择走刀量的基本原则是保证工件的尺寸精度和表面光洁度,所以,其走刀量趋向于选得小。通过实践摸索,推苊以下数据。
V=10~50m/min
Ap=0.05~1mm f=0.05~0.25mm/rev
陶瓷刀片切削用量:
V=80~150m/min
Ap=0.1~0.5mm f=0.05~0.3mm/rev
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 楼主| 发表于 2017-4-25 09:50:07 | 显示全部楼层
二、不锈钢的切削加工

不锈钢作为一种耐腐耐蚀材料,目前广泛地用于许多工业部门和日常生活中,并随着工业的发展其用量越来越大,因此了解其性能,掌握它的切削加工方法也越来越显得重要。
不锈钢的种类多样,性能各异,但根据金相组织特点,可将其分为以下几类:
马氏体不锈钢、铁素体不锈钢:它的合金成份主要是Cr,其含量为12~8%。常见的有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、9Cr18、30Cr13Mo等,这类钢经淬火回火后,具有适当的硬度、强度以及良好的抗氧化性能。在切削加工时,切屑容易擦伤和磨损刀具。但碳含量增大到0.4~0。5%时,马氏体不锈钢的切削加工性变好。铁素体不锈钢的主要合金成份也是Cr,其含量与马氏体不锈钢相近。在切削加工中,其性能好与前都相近,只不过是其硬度较低,韧性增大而已。总之这两种不锈钢在切削过程中只要选择刀具材料得当,配合合适的几何角度,切削加工难度还是不大。
奥氏体不锈钢和奥氏体加铁素体不锈钢:这两种不锈钢的成人不但含有铬,而且还含有相当高的镍(一般为7~20%),由于这类钢含有较多的镍或锰,故其组织结构稳定,热处理难以使它强化。这类钢材在切削加工中切屑连绵不断,折断困难,同时易产生加工硬化。奥氏体—铁素体不锈钢仅在组织中含有一定量的铁素体,还存在一定量硬度很高的金属间化合物,其余的性能都与奥氏体钢相似,因此在切削加工中,这两种材料的加工难度较大。奥氏体不锈钢的牌号有1Cr18N9Ti、00Cr18Ni10、O0Cr18Ni14M02Cu2、0Cr18Ni12M02Ti、2Cr13Mn9Ni4等。常见的奥氏体加铁素体不锈钢有0Cr21N95Ti、1Cr18Mn10Ni5、1Cr18Ni11Si4A1Ti等。在不锈钢不还有一种沉淀硬化型不锈钢。这类钢除了含有较高的铬、镍外,还含有能起沉淀硬化作用的铊、铝、钛、钼等合金元素,使钢具有很高的强度和硬度。属于这种类型的不锈钢有0Cr17Ni4Cn4Nb,oCr15Ni7M02A1。这类不锈钢的切削加工难度也比较大。不锈钢的切削加工性差,难点到底在哪里,下面就介绍一下它的特点及其解决的方法。

1 不锈钢的切削特点
不锈钢的加工难度从易到顺序是铁素→马氏体型→奥氏体型→奥氏体加铁素体型→沉淀硬化型。现将不锈钢的切削加工特点叙述如下:
加工硬化趋势严重
不锈钢的加工都存在加工硬化倾向,尤其是奥氏体型和奥氏体加铁素体型不锈钢表现得尤为突出。硬化层的硬度可达HV560,比原材料硬度提高两倍以上,硬化层的深度可达切削深度的1/3或更大。造成硬化的原因是不锈钢的塑性好(§>35%),如0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、2Cr18Ni19、Cr18Mn10Ni5M03延伸率均大于40%,是40Cr的210~240%,是45#钢的150%以上,因此在塑性变形时晶格畸变严重,强化系数大。
导热系数小
不锈钢的导热系数小,即热的传导能力差,如奥氏体不锈钢仅是一般钢材的28%左右,因此在切削过程中的切削不能及时通过工件,切屑传导出去,而造成大量的切削热集中在刀刃附近,使切削温度大大的升高,如18—8型不锈钢的切削温度高达1000~11000C。45#钢的切削温度只有700~7500C。
切削力大
不锈钢的高温强度、硬度高,如以奥氏体不锈钢为例,其温度高达7000C时,它的综合机械性能仍高于一般结构钢,再加之它的塑性、韧性好,所以在切削加工中消耗的能量多,使切削力增加,如车削1Cr18Ni19Ti的单位切削力比45#钢的单位切削力高25%。
切屑不易折断,易产生积屑瘤
由于不锈钢的韧性、塑性均大,故在车削加工时,切屑连绵不断,这样不仅影响操作的顺利进行,造成安全事故,而且还会挤伤已加工表面。不锈钢含有Cr、Ni、Ti、Mo等元素,这些元素与其它金属的新和性强,易产生粘附现象,并形成积屑瘤。如奥氏体不锈钢的兰脆区发生在2000C左右或更低的温度,而碳钢的兰脆区发生在3000C左右,这意味着切削奥氏体不锈钢产生积屑瘤的温度比碳钢的还低。
在不锈钢的切削过程中,切削温度高,切削力大,再加之合金元素Cr、Ni、Ti等元素与其它金属的新和性好,致使刀具极易产生粘结,扩散磨损,因此容易在前刀面形成月牙洼。造成刃部强度降低,并产生微小的剥落和缺口;再由于不锈钢中的碳化物硬质点使刀具产生剧烈的磨料磨损,所以在不锈钢的切削过程中,刀具磨损特别严重。

2 刀具材料及刀具几何角度选择
刀具材料的选择
不锈钢是经过高熔点、高激活能元素强化的合金,尤其是其组元复杂,合金元素含量高。这样导至材料塑性大、韧性好,导热系数低。切削加工时,被切层变形阻力大,加工表面的硬化深度和硬化程度均增加,与此同时,其变形温度升高,切屑粘附倾向增大。根据这些特点,在选择硬质合金刀具材料时,主要考虑其高温强度、高温硬度并重点保证足够的韧性。因此在不锈钢切削加工中,原则上选用K类合金,或者说,尽可能采用不含碳化钛或含碳化钛较少,添加碳化钽(铌)及其它难熔合金元素的硬质合金。其主要原因是K类合金具有较高的抗弯强度,能保证刀具采用较大前角和锋利的刃口。其次是K类合金导热性能好,可以避免切削热集中在切削刃,使切削温度降低。
根据这一观点,在一般不锈钢的切削中我们推荐如下几种合金:
YG6A、YG8N、YW1、YW2
最近几年,材料的性能和工件的精度都提高较快,因此对刀具材料的票求也相应提高,为了获得更好的效果,我们建议采用:
YW4、YS2T、YD15等新牌号合金
对于不锈钢切削用硬质合金的选择,其观点也不完全一致,如有人提出切削不锈钢宜采用P类合金,并作了不少试验,证明P类合金好。根据它这种理论,我们YS25作为不锈钢的铣削试验,证明确实有上佳的表现。经过认真分析,这两种观点都有一定道理,但都不全面。我们认为,在低速断续切削时,可采用K类合金,而高速切削时,一定要采用P合金。
刀具几何角度的选择
前角:不锈钢的硬度、强度虽不很高,但其塑性好,韧性大,热强性高,切削时切屑不易被切离,其主要原则是在保证不崩刃的前提下,尽量采用较大的前角。这样做的主要原因是:在250以下范围增加前角,能使单位切削力减少,节省能耗;减少切屑与刀具的粘结,改善前刀面摩擦;降低切削温度,减少刀片的扩散磨损。因此,在车削不锈钢时,前角的大致范围是150~300。粗加工时取较小的值,精加工时取较大值;未经调质处理,或已经调质处理,但硬度较低的不锈钢,可取较大值;工件直径较小或薄壁件,也宜取较大值。精加工奥氏体不锈钢时,前角可选200~250,粗加工时,可取较大前角加—300倒棱角和(0.5~1)进给量的倒棱宽度,这样做既加强了刀尖强度,又不增加很多切削力。
后角:在金属切削加工中,后角也是一个很重要的角度,它的选择合理与否,对切削加工有明显影响。一般说来,后角的选择主要取决于两个方面:一方面是切削层厚度,其值越小,后角应越大;另一方面是根据刀具材料的强度而定,强度高,后角较大,反之,后角较小。在不锈钢的切削加工中,硬质合金刀具后角值大多采用:
粗加工为40~60,精加工时略大于60
为了增加刀尖强度,切削不锈钢时,刃倾角λS一般取-20~-60,断续切削时,λS更小,通常取-50~-150,这是因为已经采用了大前角的刀具应该由较小的负刃倾角来保证刀具强度。在生产实践中,为了更好地提高刀尖强度与散热能力,通常采用双刃倾角车刀,能收到理想的效果。
切削用量的选择
切削不锈钢时,其切削用量一般是:进给量不得小于0.1mm/转,避免微量进给,以免在加工硬化区进行切削;切削深度选择原帽是避开冷硬层,但有时还要根据工件的加工余量而定。切削速度的选择一般根据刀具材料而定,热稳定性好的刀具材料,其切削速度可高一些。但还应注意是,在选择切削速度时应避开振动区域,这是由于后刀面摩擦和切屑形成时所引起的振动的某一切削速度下表现得特别剧烈,因此我们要避开这一振动区速度,防止切削刃微崩,提高刀具耐用度。
近年来,对切削不锈钢进行了大量的研究工作,对其切削理论也有更深的认识。如有人提出,切削不锈钢宜在温下进行,通过切削奥氏体不锈钢的试验,证明其在8000C左右切削时最为适宜。其主要原因是:在奥氏体切削过程中,粘结和扩散磨损是影响刀具耐用度的重要原因,而在8000C左右这个温度区间,能明显减少刀具一工件,刀具一切屑之间的粘结,同时扩散磨损又没有明显增加。并且在这个温度下,有利于被切件的塑性变形,使切削力明显降低,切削过程轻快。根据这种观点,切削不锈钢宜采用较高的切削速度,为了使切削温度达到8000C左右,相应的切削速度是80~15m/min,并配以适当的切削深度和进给量,并推荐使用金属陶瓷刀片。

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 楼主| 发表于 2017-4-25 09:52:02 | 显示全部楼层
三、高温合金的切削加工
①高温合金的分类
按成份而言,常用的一般是铁、镍、钻基高温合金,习惯上,一般把它分为:铁基高温合金(又称耐热钢)。这类合金就成分而言以铁为主,因此它称为耐热钢就金相组织来说,有珠光体合金(如GH34)和奥氏体合金(如GH2036、GH2132)。
铁—镍基高温合金,这类合金含镍量一般为30~45%之间,它的典型代表是GH130、GH2135和GH1140等。
镍基高温合金,这类合金有良好的高温性能,如 ъ 8000C>20kg/mm2 或ъ10000C>
100小时 100小时
14kg/mm2,它在高温条件下抗氧化和抗气体腐蚀性能也很好,它大量用于燃气涡轮发动机上。这类合金的镍含量大多在50%以上,它的典型代表是GH30、GH4033、GH4037、GH4049。
钴基高温合金。钴是一种价格昂贵的元素,在我国是一种奇缺的矿产资源,因此,它很少应用,它的典型代表是K10,目前也已被其它高温合金代替。

1 高温合金的切削特点
高温合金金相组织复杂,合金组元多,有的合金元素高达20种以上,如镍基合金大都是六组元、八组元、十组元以上的合金。它强化效果好,合金性能高,因此,其切削性能很差。以切削45号钢的加工性为100%,而高温合金的相对加工性仅为它的20%左右。根据各种高温合金的性能,其切削加工性由易到难的排例顺序是:
变形高温合金—→铸造高温合金
变形高温合金的顺序是:
GH34→GH2036→GH2132→GH2135→GH1140→GH30→GH4033→GH37→GH4049→GH33A
铸造高温合金的顺序是:
K11→K214→K1→K6→K10
下表列出几种高温合金的物理和机械性能:
  
牌 号
  
  
使用状态
  
  
Bb
  Kg/mm2
  
  
§s
  %
  
  
ak
  kgm/cm2
  
  
HB
  
  
Cal/
  cm·S·0C
  
  
  
  
  
  
  
  
GH34
  GH2036
  GH2132
  
  
淬火、回火
  淬火时效
  〞
  
  
92
  94
  100
  
  
13
  16
  20.4
  
  
4
  3.5~5
  10.2
  
  
285
  275~310
  255~320
  
  
0.096
  0.041
  0.032
  
  
  
  
  
  
变形
  
  
GH2135
  GH1140
  
  
淬火、回火、时效
  淬 火
  
  
109~110
  67
  
  
16~24
  40
  
  
3.4~5.2
  
  
285~320
  
  
0.026
  0.036
  
  
铸造
  
  
GH2136
  K214
  
  
淬火、时效
  〞
  
  
95
  110~120
  
  
12
  2.0~3.0
  
  
3.2
  0.7~2.0
  
  
270~340
  
  
0.023
  
  
镍基
  
  
变形
  
  
GH4033
  GH33A
  
  
淬火、时效
  〞
  
  
95~110
  123~125
  
  
15~20
  24~26
  
  
4~10
  5.5~12.7
  
  
255~310
  329~368
  
  
0.033
  
  
铸造
  
  
K1
K2
  
  
淬 火
  铸 态
  
  
95
  75~86
  
  
2.0
  5
  
  
1~1.5
  
  
302~370
  
  
0.024
  0.033
  
  
钴基
  
  
铸造
  
  
K10
  
  
铸 态
  
  
70
  
  
8
  
  
2~3
  
  
255~302
  
  
  
高温合金难切削的原因主要表现在以下几个方面:
切削力大。各种高温合金,大多数都具有一定的塑性,其中有些合金的塑性很好。如GH140
的室温延伸率高达40%。高温合金中大多元素是Cr、Co、Mo、W、V、Nb、Ta、Hf,这些元素熔点高,激活能大,原子能大,原子结合十分稳定,要使其脱离平衡位,需要很大的能量,因而变形抗力很大。再加上合金元素Ti、A1、C与基体金属构成化合物弥散分布于基体,不仅增大合金塑性变形抗力,而且使变形区的日格严重畸变,故而使其强度、硬度大大提高,使切削力大幅度升高,比一般钢材的大2~3倍。
切削温度高。由于高温合金在切削时产生巨大的塑性变形,刀具与工件,切屑之产生强烈的磨擦,因此产生大量的切削热。同时高温合金导热系数低,传热困难,致切削热高度集中于切削刃附近,使切削温度高达10000C左右,如车削GH1131,切削温度超过9000C,而在相同条件下,45#钢的切削温度仅为640左右。这样的温度不但使刀具材料软件化,而且明显地加剧刀具的扩散、粘结磨损,使刀具寿命大幅度降低。
加工硬化现象严重。由于高温合金的切削温度高,合金中的强化相从固溶体中分离出来,并呈极细的弥散质点均匀分布于基体,使合金的强化能力进一步增加,提高了硬度,如切削高温合金时,其已加工表面硬度高50~100%。另外,各高温合金中都含有碳化物、氮化物、硼化物等硬质相,使刀具受到强烈磨损。与此同时,刀具还会出现塑性变形及崩刃等现象,这样使切削加工难度进一步加大。由于加工高温合金时硬化现象严重,故刀具除产生正常磨损外,还会出现边界磨损和沟纹磨损。

2. 刀具材料的选择
高温合金具有极好的高温综合性能,并且导热系数低,故切削加工时,要求硬质合金刀具具备较高的高温强度、高温硬度和足够的韧性。原来切削高温合金均采用YG8N、YG6A、YW1、YW2等合金作刀具材料,这些合金尽管能进行切削,但其切削效率刀具寿命极短,同时加工出来的产品表面质量差。最近几年,由于硬质合金工业的发展,对高温合金的切削加工也有所进展。特别是由于此类合金切削难度大引起人们重视后,对刀具材质的选择进行了认真的研究。经过研究分析,切削高温合金尽可能采用不含碳化钛或含碳化钛很少,添加碳化钽(铌)及其它合金元素的硬质合金。因为这类合金高温性能好,导热性能优良,在切削过程中,收到明显的效果。实践证明:
在低速下粗车毛坯,断续切削镍基高温和铸造高温合金,推荐用
YS2T(YG10HT)
连续切削时,建议采用
YS8、YS10

3.刀具几何角度的选择
在切削高温合金时,前角的选择方法也符合一般规律,它的大小主要取决于高温合金的类别和工件精度及表面质量的要求。粗车时,硬质合金刀具取00较为合适,精加工时,前角可稍加大,值得注意的是,切削刃要磨得锋利,不允许有锯齿形缺陷,前刀面光洁度最好保持在▽9以上,这样可以减小切屑变形,降低切削力。切削刃一般不磨出倒棱,如为了增加刀片强度必须磨出倒棱,其宽度也应尽量小。
高温合金加工硬化现象严重,很容易造成刀面与加工表面之间的磨损,因此,宜选用较大的后角。一般情况下,ao=60~80,精车时可取上限值。
从提高刀尖强度和改善散热条件的观点出发,通常主偏角取750以下,这样可以提高刀具耐用度,但必须在机床动力及工艺刚性允许的条件下,因为没有这个前提会引起振动等现象发生。尺倾角λs一40般取左右。

4.切削用量的选择
在切削高温合金时,有一个最佳切削速度,也就是说,在最佳切削温度区域内选择一个合理的切削速度。据实验,用硬质合金刀具切削高温合金的最佳切削温度范围是7500C~10000C,对应的最佳切削速度粗车约为10~30m/min,精车为50m/min左右。实验证明,只有在这样的切削温度和切削速度下,刀具相对磨损小,耐用度和切削路程最大,偏离这一数值,刀具磨损明显增加。
进给量在切削过程中是一个很重要的参数,尤其是对切削温度的影响明显。它的增大使切削温度成直线上升,加剧刀具磨损。同时,它也是影响最佳切削速度的敏感值,高温合金的进给量最好小于0.3mm/r为宜。
切削深度一般推荐采用ap=3~5mm(粗车)
ap=0.2~0.5mm(精车)
另外要注意的一点是,由于在切削高温合金时切削温度高,造成刀具磨损较快。为了解决这一问题,在采用硬质合金切削高温合金时,建议使用切削液,这样不但能降低切削温度,提高切削速度,而且还能改善工件的表面质量。


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 楼主| 发表于 2017-4-25 09:53:00 | 显示全部楼层
四、钛合金的切削加工

1.钛合金的性能及切削特点
概括起来,钛合金具有以下性能:
比强度高。钛的比重是4.5/克/厘米3,约为钢的铜的半。但其强度很高,如纯钛的强度接近于普通钢材的强度,一些高强钛合金的强度比一些高强结构钢还高,其ób高达168kg/mm2。特别是钛合金具有强度高、比重小的优点,决定了它是一种良好的航天、航空材料。
热强性高、抗蚀性好。钛合金是一种热稳定性好的材料,它能在3500C,甚至5000C范围内长期工作,如超音速收音机的蒙皮就是钛合金制成。钛合金的抗蚀性也很好,如在潮湿的大气和海水介质中工作,其抗湿性在大优于不锈钢;抗酸、碱腐蚀性能也很好。但对铬盐介质的抗蚀性较差。
导热性能差。纯钛的导热系数λ=0.0364Cal/cm·s·0C,约为纯镍的1/4,铝的1/14,而钛合金的导热系数更低,如TC-4的λ=0.019 ,TC-9的λ=0。017。
由于钛合金具有如此多的优越性能和在地球中的丰富含量,现在已被广泛地用于航天、航空、航海、石油、化工、医药等部门,因此研究钛合金的切削性能具有极其重要的意义。
也是由于它具有优越的使用性能,致使它给切削加工带来很大的困难,以致钛合金成为最难切削加工的材料之一。现将其难切削原因归结如下:
切削温度高。在切削钛合金的过程中,其切削温度较其它几种难加工材料的切削温度高。
造成如此高的切削温度的主要原因是钛合金的导热系数小。前面讲过,TC-9的导热系数仅为0。017Cal/cm·s·0C。这样差的导热性能切削热很难通过 工件和切屑传导出去,而集中到刀具上,使切削温度明显升高;另则是切削钛合金时的变形系数小,切屑不收缩,在前刀面上流动时,磨擦长度增加,也使切削温度上升。再者是切削钛合金时刀一屑接触面积很小,切削热高度集中于切削刃附近的小小面积内,这几个原因加在一起,使钛合金的切削温度升高。从下表也可以看出,几种难加工材料中,钛合金的切削温度最高,几乎比切削45#钢的温度高出一半。
在不同切削速度下,各种材料切削温度比较
  
   
切 削 温 度切 0C    削 速 度(米/分)
   
   
工件材料
   
   
  
钛合金
  TC-4
  
  
铁基高温合金
  
  
不锈钢
  1Cr18Ni9Ti
  
  
合 金 钢
  
  
碳素钢
  45#
  
  
GH2132
  
  
GH2036
  
  
30CrMnSiA
  
  
40CrNiMoA
  
  
50
  
  
836
  
  
730
  
  
675
  
  
630
  
  
505
  
  
465
  
  
470
  
  
75
  
  
940
  
  
825
  
  
775
  
  
700
  
  
560
  
  
520
  
  
505
  
  
100
  
  
995
  
  
875
  
  
845
  
  
735
  
  
605
  
  
566
  
  
530
  
单位切削力大。切削钛合金时,总的切削力不大,但由于刀一屑接触面积小,切削压力集中于切削刃附近极小范围内,故使切削刃的单位切削力大大上升。这样造成刀一屑接触处的磨擦系数加大,加剧刀具前刀面的磨损。
易产生表面变质层。钛的化学活泼性很大,易与气体杂质产生强烈的化学反应。如O、N、H、C等在钛合金中是间隙固溶强化元素,侵入钛中,形成间隙型固溶体,使表面层晶格严重弯扭,塑性下降。这样导致切削变形的滑移条件恶化,合金表层硬度及脆性上升。Ti与N、C作用,还能形成硬度极高的TiN、TiC存在于表面;当切削温度达到6500C,特别是超过钛的同素异型转变温度8820C时,氧的扩散速度加剧,使表面硬化,这几种因素造成的污垢层厚度可达0.155mm,在切削过程中严重损伤刀具。
钛和其它金属元素的新和性强。又由于它的切削温度高,单位切削力大,因此,在切削过程中,易与刀具材料咬合,熔焊在一起,严重的粘刀现象,形成刀屑瘤,在切屑被强迫流动排出时,会使部分刀具材料带走,造成刀具前刀面迅速的磨损,降低刀具寿命。
弹性后效严重。由于钛合金的弹性模量小(E钛=11000kg/mm2),约为钢的1/2,故刚性差,易变形。在切削过程中,工件易产生让刀现象,这样使工件的尺寸精度和形状精度和形状精度很难保证。同时,工件被切削之后,加工表面回弹性大,造成后刀面强烈磨擦,这样不但使粘结等磨损增加,而且还会由于工件和刀具的相对运动造成刀具撕裂等现象。

2.刀具材料的选择
根据合金的性能和切削特点,在选择硬质合金刀片牌号时,一定要从降低切削温度的观点来考虑。要做到这一点,一定要使硬质合金刀片材质具备磨擦系数小,亲和性差、导热性高、耐磨性好等特点。因此,我们选用K类合金作刀具材料较为合适。特别是加入钽铌等稀有金属元素,细晶粒新牌号咸质合金,效果尤为可佳。因为这类合金导热性好,热稳定温度高,因此在高温状态下能保持良好的综合性能。在实践中发现,采用YD15(YGRM)、(YS2T(YG10HT)、YG6A切削钛合金时,使用效果好。
但值得注意的是,切削合金时,切忌采用碳化钛基合金以及含水量TiC高的P类合金,因为它们属同种金属元素,其亲和性好,严重加剧刀具的扩散、粘结等磨损。
表面光洁度和尺寸精度要求高的零件,往往采用金刚石作刀具材料。由于金刚石硬度高,导热性能好,不易被切材料粘结,因此它不但能提高工件表面质量,而且能大幅度提高切削效率。
为了降低切削温度,提高切削效率,在切削过程中往往采用加切削液的办法。由于水比油的导热系数、比热、汽化热都大,故用水溶性切削热较为合适。

3.几何角度的选择
钛合金塑性小,在切削过程中,刀一屑接触面积小,根据这一特点,应选择较小的前角,以增加刀一屑接触长度,使切削力和切削热分散均匀,同时还有利于增加刀头强度,减少刀片崩刃。
切削钛合金时,应选取较大的后角,这样做主要是为了避免由于弹性后效对后刀面造成巨大磨擦,以及由它引起的粘附、粘结、撕扯等现象。根据一般的规律,后角ao选150左右较为合适。
选择主偏角时,往往从改善热条件和减少单位切削力出发,选取较小的主偏角,通常是450或更小。同时,采用大刃倾角,一般取100左右,这样既能减小切屑对前刀面的磨擦力,又能使刀尖保持锋利。

4.切削用量的选择
切削钛合金时,也有一个最佳的切削温度,硬质刀具切削钛合金的最佳切削温度是650~7500C,相应的最佳切削速度30~60m/min。但这里要考虑进给量的影响,因为进给量对切削温度影响非常敏感。为了供同志们参考,下表列出一组钛合金的切削参数:
  
工 序
  
  
工件硬度等级
  
  
切削深度(mm)
  
  
切削速度(m/min)
  
  
进给量(mm/r)
  
  

  车
  
  

  中
  硬
  
  
>2
  
  
30~54
  24~54
  15~30
  
  
0.2~0.4
  0.15~0.3
  0.1~0.2
  
  

  车
  
  

  中
  硬
  
  
0.1~0.75
  
  
37~60
  30~80
  18~36
  
  
0.07~0.15
  0.07~0.12
  0.05~0.12
  
注:软TA1~7 TC1~2
中TA8  TC3~8
硬TC9~10 TB1~2


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 楼主| 发表于 2017-4-25 09:53:39 | 显示全部楼层
五、铸铁的切削加工

铸铁是一种广泛应用的金属材料,由于它的使用范围不同,条件各异,故其性能也不一样。为了满足现代工业发展的需要,铸铁的发展也很快,不但品种增多,而且其性能也有明显提高。如含5.5%Ni 和9%Cr的铸铁硬度高,韧性好。Cr-Mo铸铁由于有良好的耐磨性,已被大量制作装甲板、轧辊、喷嘴等。铬(15%)钡(5%)铸铁的研制成功,不但使其硬度高,耐磨性好,而且拉伸强度也明显强度高。Ni(12~36%)、Cr(1~5.5%)、Mn(0.5~6%)、Si(1.5~6%)奥氏体铸铁耐热强度高,抗碱液和海水腐蚀能力强。特别是加钼的奥氏体铸铁,当温度高达600~7500C时仍能正常工作。
就其金相组织而言,铸铁可分为灰口铸铁、球墨铸铁,可锻铸铁和白口铸铁。它们的主要区别是碳的存在形式和分布的状态。前三类的碳都以石墨或小部份渗碳体形式存在,强度低、硬度也不高,切削加工性能好。而白口铁是用冷激方法获得的冷硬铸铁,它的碳大部份或全部以渗碳体形式存在,性硬而脆,是一种难切削加工材料,现将其特点及加工方法简述如下:
①铸铁切削特点
1、切削温度高。这类材料的特点是硬度高,其切削加工性类似如淬火钢。HRC一般为40~60,如高镍铬冷硬铸铁,其HRC在60以上。要从这样高硬度材料切下切屑,要消耗很大的功率。再加之铸铁属脆性材料,刀一屑接触面积小,本来就很大的切削力集中在面积很小的切削刃区,故更加大了其单位切削力,使切削过程很难进行。
2、切削温度高、刀具磨损快。铸铁的导热性能比钢差,尤其是合金化程度很高的冷激铸铁,由于金相组织复杂,其导热系数更小,因此其切削热高度集中于狭小切削刃部,使切削温度加剧升高,从而降低刀具的相对硬度。再都是铸铁中的Fe3C,其硬度极高,它能刻划玻璃,尤其是经过合金元素固溶强化的Fe3C,其硬度更高,使刀具造成严惩的沟纹磨损,大幅度降低刀具寿命。
3、打刀、崩刃现现象严重
铸铁中一般都含有夹渣、气孔、砂眼、裂纹,这此因素都使切削条件恶化,再加之由于刀一屑接触面积小而引起的高温高压以及由于切削深度变化而引起受力不均,使切削刃受到很大的冲击负荷,因此在切削铸铁的过程中,造成很频繁的打刀崩刃现象。

1.刀具材料的选择
由于以上的原因,切削加工铸铁的硬质合金一定要具备韧性好、硬度高,并要求有一定的高温性能。原来切削这类材料,大多采用YG8、YG6等钨钴类合金,其效果很不理想,尤其是最近一些高性能的铸铁材料出现,这些常用合金牌号无法啃动。针对高性能铸铁的出现,一些新牌号合金研制成功,这些合金对解决铸铁的切削加工有了较大的突破。经过反复试验,推荐采用以下几种硬质合金牌号:
YS10、YS8、YD15、YDS15
近年来,由于陶瓷刀片质量的提高,对铸铁的加工也收到了理想的效果,如用Si2N4陶瓷刀片车削各类冷硬铸铁,不论是工件质量和刀具寿命,都有明显的提高。

2刀具几何角度的选择
根据铸铁的切削特点,在选择刀具几何角度时,主要应从这几方面考虑,即增加刀尖强度;改善散热条件;降低单位切削力。根据这一原则,我们在选择几何角度时,采用小前角,小后角和小主偏角。有时为了使切削过程劲快,也可选用较大前角,但必须采用负倒棱增强切削刃强度。
切削用量的选择是,由于铸件存在砂眼、气孔、夹渣等缺陷,切削速度不宜太快,但为了提高切削效率,减少刀具磨损,一般采用低速大吃刀,进给量可以根据具体条件而定,下表列出其参与值:
难加工铸铁切削用量、刀具角度的推荐值
  

  铸 铁 类 别
  
  
切 削 用 量
  
  
刀 具 角 度 (度)
  
  
V(m/min)
  
  
F(mm/rev)
  
  
ap(mm)
  
  
λO
  
  
aO
  
  
Kr
  
  
λs
  
  
高镍铬冷硬铸铁
  中镍铬冷硬铸铁
  
  
10~15
  
  
0.5~1
  
  
3~5
  
  
-2~-5
  
  
4~6
  
  
3~15
  
  
-10~-15
  
  
无限冷硬铸铁
  球墨无限冷硬铸铁
  
  
10~20
  
  
0.5~1
  
  
4~5
  
  
0~-5
  
  
4~6
  
  
15~20
  
  
-5~10
  
  
激冷白口铸铁
  白口铸铁
  
  
20~23
  
  
0.5~1
  
  
2~3
  
  
-5
  
  
4~6
  
  
20~75
  
  
-5~-10
  
注:要参看刀具材料和机床刚性等具体条件。

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发表于 2017-4-25 14:02:22 | 显示全部楼层
真的很不错,谢谢楼主分享
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发表于 2017-4-26 09:05:06 | 显示全部楼层
一般能遇到一种就够受的了
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发表于 2017-4-26 23:23:20 | 显示全部楼层
学习了,但是不容易理解
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发表于 2021-10-15 15:40:05 | 显示全部楼层
值得学习一下
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发表于 2021-10-16 08:02:12 | 显示全部楼层
谢谢楼主分享,学习了
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