6难切削材料加工.docx

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6难切削材料加工

难切削材料加工

第四节  几种难切材料的切削加工

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：

TY05YC12

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=0ao=6～80λ0=-40

λ01=-60λ§=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=-80ao=80λ§=0.5mm

br=0.3mmλ01=-200（V=103m/minap=0.25mmf=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=0.05～1mmf=0.05～0.25mm/rev

陶瓷刀片切削用量：

V=80～150m/min

Ap=0.1～0.5mmf=0.05～0.3mm/rev

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