难加工材料Word格式.docx

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第六章钛合金的切削加工

第七章高温合金的切削加工

第八章热喷涂材料的切削加工

第九章难熔金属和纯金属的切削加工

第十章其他难加工材料

绪论：

1.难切削材料分哪几类？

各有什么特点？

难加工材料，科学地说，就是切削加工性差的材料，即硬度>

HB250,强度σb>

1000MPa，延伸率>

80%，冲击值αK>

0.98MJ/m2,导热系数K<

41.8W（m·

K）。

难加工材料种类很多，从金属到非金属材料的范围也很广泛，初步可分为以下八大类：

（1）微观高硬度材料：

如玻璃钢、岩石、可加工陶瓷、碳棒、碳纤维、各种塑料、胶木、树脂、合成材料、硅橡胶、铸铁等。

这类材料的特点是含有硬质点相，其中有的研磨性很强。

由于这些材料的耐磨性很好，切削时起磨料作用，故刀具主要承受磨料磨损，在高速切削时也同时伴随着物理、化学磨损。

（2）宏观高硬度材料：

如淬火钢、硬质合金、陶瓷、冷硬铸铁、合金铸铁、喷涂材料（镍基、钴基）等。

这类材料的主要特点是硬度高。

切削这类材料时，由于切削力大，切削温度高，刀具主要是磨料磨损和崩刃。

（3）加工时硬化倾向严重的材料，如不锈钢、高锰钢、耐热钢、高温合金等。

这类材料的塑性高、韧性好、强度高，强化系数高。

切削加工时的切削表面和已加工表面硬化现象严重。

由于这类材料的强度高，导热系数低，切削温度高，切削力大，刀具主要承受磨料磨损、粘结磨损和热烈磨损。

（4）切削温度高的材料：

如合成树脂、木材、硬质橡胶、石棉、酚醛塑料、高温合金、钛合金等。

这类材料的导热系数很低。

切削这类材料时，刀具易产生磨料磨损、粘结磨损、扩散磨损和氧化磨损。

（5）高塑性材料：

如纯铁、纯镍、纯铜等。

由于这类材料延长率大于50%，塑性高，切削时塑性变形很大，易产生积屑瘤和鳞刺，刀具主要时磨料磨损和粘结磨损。

（6）高强度材料：

是指强度σb>

1000MPa的材料，如奥氏体不锈钢、高锰钢、高温合金和部分合金钢。

由于它们的强度高，切削时的切削力大，切削温度高，不仅刀具易磨损，而且切屑不易处理。

（7）化学活性大的材料：

如钛、镍、钴及及其的合金。

这类材料化学活性大、亲和性强，切削加工时易粘结在刀具上，与刀具材料产生化学、物理反应、相互扩散。

（8）稀有高熔点材料：

是指熔点高于17000C的难熔金属材料，如钨、钼、铌、钽、锆、铪、钒、铼的纯金属及其合金。

由于这些材料本身的熔点高，在切削加工时切削力大，切屑变形也大，刀具主要是磨料磨损和粘结磨损。

2.难切削材料有哪些切削特点？

（1）切削力大：

难切削材料大都具有高的硬度和强度，原子密度和结合力大，抗断裂韧性和持久塑性高，在切削过程中切削力大。

一般难切削材料的单位切削力是切削45钢的单位切削力的1.25-2.5倍。

（2）切削温度高：

多数的难切削材料，不仅具有较高的常温硬度和强度，而且具有高温硬度和高温强度。

因此，在切削过程中，消耗的切削变形功率大，加之材料本身的导热系数小，切削区集中了大量的切削热，形成很高的切削温度。

例如，当切削速度为75m/min时，不同材料的切削温度比切削45钢的切削温度高的情况是：

TC-4高4350C，GH2132高3200C，GH2036高2700C，1Cr18Ni9Ti高1950C。

（3）加工硬化倾向大：

一部分难切削材料，由于塑性、韧性高，强化系数高，在切削过程中的切削力和切削热的作用下，产生巨大的塑性变形，造成加工硬化。

无论是冷硬的程度还是硬化层深度都比切削45钢高好几倍。

加之在切削热的作用下，材料吸收周围介质中的氢、氧、氮等元素的原子，而形成硬脆的表层，给切削带来很大的困难。

如高温合金切削后的表层硬化程度比基体大50-100%，1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢85-95%，高锰钢（Mn13）高200%，其硬化层深度达0.1mm以上。

（4）刀具磨损大：

切削难切削材料的切削力大，切削温度高，刀具与切屑之间的磨檫加剧，刀具材料与工件材料产生亲和力作用，材料硬质点的存在和严重的加工硬化现象的产生，使刀具在切削过程中产生粘结、扩散、磨料、边界和沟纹磨损，而使刀具丧失切削的能力。

（5）切削难处理：

材料的强度高，塑性和韧性大，切削时的切削呈带状的缠绕屑，既不安全，又影响切削过程的顺利进行，而且也不便于处理。

改善难切削材料切削加工性的途径是多方面的，但我们研究切削加工，只能从切削加工上去考虑，但也要因地制宜采用其他的加工工艺。

（1）选用合理的刀具材料。

（2）改善切削条件。

（3）选择合理的刀具几何参数和切削用量。

（4）对被加工材料进行适当的热处理

（5）重视切屑控制

（6）采用其他加工措施：

如采用等离子加热切削、振动切削、电熔爆切削，都可以获得较高的切削效率。

第一章淬火钢的切削加工

1.什么是淬火钢？

它有哪些切削特点?

淬火钢是指金属经过淬火后，组织为马氏体，硬度大于HRC50的钢。

它在难切削材料中占有相当大的比重。

加工淬火钢的传统方法是磨削。

但是为了提高加工效率，解决工件形状复杂而不能磨削和淬火后产生形状和位置误差的问题，往往就需要采用车削、铣削、镗削、钻削和铰削等切削加工方法。

淬火钢在切削时有以下特点。

（1）硬度高、强度高，几乎没有塑性：

这是淬火钢的主要切削特点。

当淬火钢的硬度达到HRC50-60时，其强度可达σb=2100-2600

MP，按照被加工材料加工性分级规定，淬火钢的硬度和强度为9a级，属于最难切削的材料。

（2）切削力大、切削温度高：

要从高硬度和高强度的工件上切下切屑，其单位切削力可达4500MP。

为了改善切削条件，增大散热面积，刀具选择较小的主偏角和副偏角。

这时会引起振动，要求要有较好的工艺系统刚性。

（3）不易产生积屑瘤：

淬火钢的硬度高、脆性大，切削时不易产生积屑瘤，被加工表面可以获得较低的表面粗糙度。

（4）刀刃易崩碎、磨损：

由于淬火钢的脆性大，切削时切屑与刀刃接触短，切削力和切削热集中在刀具刃口崩碎和磨损。

（5）导热系数低：

一般淬火钢的导热系数为7.2W（m·

K），约为45钢的1/7.材料的切削加工性等级是9a级，属于很难切削的材料。

由于淬火钢的导热系数低，切削热很难通过切屑带走，切削温度高，加快了刀具磨损。

2.怎样选择切削淬火钢的刀具材料？

合理选择刀具材料，是切削加工淬火钢的重要条件。

根据淬火钢的切削慝点，刀具材料不仅要有高的硬度、耐磨性，耐热性，而且要有一定的强度和导热性。

（1）硬质合金：

为了改善硬质合金的性能，在选择硬质合金时，应优先选择加入适量TaC或NbC的超细微粒的硬质合金。

因为在WC-Co类硬质合金中，加入TaC以后，可将其原来的8000C高温强度提高150-300MP，常温硬度提高HV40-100.加入NbC以后，高温强度提高150-300MP，常温硬度提高HV70-150。

而且Ta和NbC可以细化晶粒，提高硬质合金抗月牙洼磨损的能力。

TaC还可以降低磨檫系数，降低切削温度，增强硬质合金抗热烈和热塑性性变形的能力，同时也将WC的晶粒细化到0.5-1μm，其硬度提高HRA1.5-2，抗弯强度可提高600-800MP，高温硬度比一般硬质合金高。

常用来切削淬火钢的硬质合金牌号有：

YS8、YN05、YN10、600、610、726、758、767、813等。

（2）热压复合陶瓷和热压氮化硅陶瓷：

在Al2O3中加入TiC等金属元素并采用热压工艺，改善了陶瓷的致密性，提高了氧化铝基陶瓷的性能，使它的硬度提高到HRA95.5，抗弯强度可达800-1200MP，耐热性可达1200-13000C，在使用中可减少粘结和扩散磨损。

其主要牌号有AG2、AG3、AG4、LT35、LT55、AT6等。

氮化硅基陶瓷是在Si3N4中加入TiC等金属元素，其硬度为HRA93-94，抗弯强度为70-1100MP。

主要牌号有HS73、HS80、F85、ST4、TP4、SM、HDM1、HDM2、HDM3。

这两种陶瓷适用于车、铣、镗、刨削淬火钢。

（3）立方氮化硼复合片（PCBN）刀具：

它的硬度为HV8000-9000，复合抗弯强度为900-1300MP，导热性比较高，耐热性为1400-15000C，是刀具材料最高的。

它十分适合于淬火钢的半精加工和精加工。

综上所述，切削淬火钢最好的刀具材料是立方氮化硼，其次是复合陶瓷，再其次是新牌号硬质合金。

3.怎样选择切削淬火钢时的切削用量？

切削加工淬火钢的切削用量，主要是根据刀具材料、工件材料的物理、力学性能、工件形状、工艺系统刚性和加工余量来选择。

在选择切削用量三要素时，首先考虑选择合理的切削速度，其次是切削深度，再次是进给量。

（1）切削速度：

硬质合金刀具速度为30-75m/min；

陶瓷刀具速度为60-120m/min；

立方氮化硼刀具速度为100-200m/min。

在连续切削和工件材料硬度太高时，应降低切削速度，一般约为上面最低切削速度的1/2.在连续切削时的最佳切削速度，以切下的切屑呈暗红色为宜。

（2）切削深度：

一般根据加工余量和工艺系统刚性选择，一般情况下ap=0.1-3mm。

（3）进给量

一般为0.05mm/r到0.4mm/r。

在工件材料硬度高或断续切削时，为了减小单位切削力，应当减小进给量，以防崩刃和打刀。

第二章不锈钢的切削加工

1.什么是不锈钢？

通常，人们把含铬量大于12%或含镍量大于8%的合金叫做不锈钢。

这种钢在大气中或在腐蚀性介质中具有一定的耐蚀能力，并在较高温度（>

4500C）下具有较高的强度。

含铬量达16-18%的钢称为耐酸钢或耐酸不锈钢，习惯上通称为不锈钢。

钢中含铬量达12%以上时，在与氧化性介质接触中，由于电化学作用，表面很快形成一层富铬的钝化膜，保护金属内部不受腐蚀；

但在非氧化性腐蚀介质中，仍不易形成坚固的钝化膜。

为了提高钢的耐蚀能力，通常增大铬的比例或添加可以促进钝化的合金元素，加Ni、Mo、Mn、Cu、Nb、Ti、W、Co等，这些元素不仅提高了钢的抗腐蚀能力，同时改变了钢的内部组织以及物理力学性能。

这些合金元素在钢中的含量不同，对不锈钢的性能产生不同的影响，有的有磁性，有的无磁性，有的能够进行热处理，有的不能热处理。

由于不锈钢所具有的上述特性，越来越广泛地应用于航空、航天、化工、石油、建筑和食品等工业部门及日常生活中。

所含有的合金元素对切削加工性影响很大，有时甚至很难切削。

2.不锈钢可分哪几类？

不锈钢按其成分，可分为以铬为主的铬不锈钢和以铬、镍为主的铬镍不锈钢两大类。

工业上常用的不锈钢一般按金相组织分类，可分为以下五大类：

（1）马氏体不锈钢：

含铬量12-18%,含碳量0.1-0.5%（有时达1%），常见的有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17Ni2、9Cr18、9Cr18MoV、30Cr13Mo等。

（2）铁素体不锈钢：

含铬量12-13%，常见的有0Cr13、0Cr17Ni、0Cr13Si4NbRE、1Cr17、1Cr17Ni、1Cr17Mo2Ti、1Cr25Ti、1Cr28等。

（3）奥氏体不锈钢：

含铬量12-25%，含镍量7-20%（或20%以上），最典型的代表是1Cr18Ni9Ti，常见的还有00Cr18Ni10、00Cr18Ni14Mo2Cu2、0Cr18NiMo2Ti、0Cr18Ni1