削難加工材料的刀具選擇

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1、切削難加工材料的刀具選擇隨著刀具技術(shù)的發(fā)展和新型刀具材料的出現(xiàn)，金屬切削技術(shù)也在不斷提高，各種切削技術(shù)相繼用于加工不銹鋼、鈦合金、淬硬鋼等難加工材料。目前，難加工材料的切削效率還很低，如何有效提高難加工材料的切削效率，降低加工成本，是當(dāng)前制造業(yè)亟待解決的問題之一。難加工材料的應(yīng)用及切削加工性1難加工材料的應(yīng)用隨著航空航天、石油、化工、兵器及原子能等工業(yè)的蓬勃發(fā)展,各種難加工材料也得到廣泛的應(yīng)用，其中以不銹鋼、鈦合金、淬硬鋼等材料最具代表性。不銹鋼材料的應(yīng)用領(lǐng)域涉及各行各業(yè)。從汽車工業(yè)到水工業(yè)，從建筑與結(jié)構(gòu)業(yè)到環(huán)保工業(yè)與工業(yè)設(shè)

2、施等領(lǐng)域，不銹鋼材料的需求日益上升，其中以在汽車工業(yè)中的應(yīng)用最為迅速。鈦合金分為α型、α+β型、β型，其中α類鈦合金多用于發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)盤與葉片以及其他工作溫度低于540℃的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，也可用于發(fā)動(dòng)機(jī)安裝架、散熱系統(tǒng)等的機(jī)架；β類鈦合金多用于飛機(jī)的起落架；α+β類鈦合金在工業(yè)上的應(yīng)用最多，如TC4、TC11等分別用在發(fā)動(dòng)機(jī)前軸頸、盤件、葉片和前機(jī)匣等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件上。淬硬鋼是典型的耐磨結(jié)構(gòu)材料，廣泛用于軸承、汽車、模具等工業(yè)領(lǐng)域，多用來制造各種對(duì)硬度和耐磨性要求高的零件。隨著對(duì)難加工材料需求的日益增加，如何對(duì)這些材料進(jìn)行高效切削加工

3、是迫切需要解決的問題[1-3]。難加工材料的切削加工性切削加工性是指工件材料切削加工的難易程度。而材料的切削加工性是一個(gè)相對(duì)的概念，因?yàn)樗粌H和材料本身有關(guān)，而且隨切削加工條件和加工要求的不同而變化[4]。難加工材料之所以難以加工就是因?yàn)槠湎鄬?duì)切削性太差，如高硬度和高強(qiáng)度、高塑性和高韌性、低導(dǎo)熱性、低塑性、高脆性、化學(xué)性能過于活潑等特點(diǎn)造成切削過程中切削力大、切削溫度高、切屑難于控制、加工硬化嚴(yán)重和刀具耐用度低等問題。不銹鋼材料加工硬化性大，在切削過程中，被加工材料會(huì)產(chǎn)生塑性變形；不銹鋼的導(dǎo)熱率低，切削加工時(shí)切屑帶走熱量少，

4、切削點(diǎn)的溫度上升，導(dǎo)致刀具壽命變短；同時(shí)，不銹鋼親和性大，易使刀尖產(chǎn)生積屑瘤和后刀面產(chǎn)生附著物，從而使被加工表面精度下降。鈦合金的切削加工性表現(xiàn)為：密度小、導(dǎo)熱性差、切削加工時(shí)切削熱不易擴(kuò)散，導(dǎo)致刀具壽命很短。鈦合金的親和力大；具有高的化學(xué)活性，易與相接觸的金屬親和，導(dǎo)致粘結(jié)、擴(kuò)散加劇、刀具磨損；鈦合金彈性模量低、彈性變形大，會(huì)使已加工表面與后刀面的接觸面積大，磨損嚴(yán)重。淬硬鋼材料的主要特點(diǎn)是硬度、強(qiáng)度高,塑性、導(dǎo)熱性差。在切削過程中，切屑與前刀面接觸長(zhǎng)度短,因此切削力和切削溫度集中在切削刃附近,易使刀具磨損和崩刃。為了克服

5、這些難加工材料的加工難點(diǎn)，就需要選擇正確的刀具材料。由于不同材料的成份和性能各異，切削加工性也不同。因此，只有掌握它們的特殊性，才能找出與之相匹配的刀具材料來完成對(duì)其的切削加工[5-7]。刀具材料的選擇1切削難加工材料時(shí)對(duì)刀具材料性能的要求刀具材料和工件材料的力學(xué)、物理和化學(xué)性能必須得到合理的匹配，切削過程才能正常進(jìn)行，并獲得較長(zhǎng)的刀具壽命。否則，刀具就可能會(huì)急劇磨損，刀具壽命就會(huì)縮短[7]。這樣就要求在選擇刀具材料時(shí)，不僅要考慮刀具材料的常溫力學(xué)性能，還應(yīng)考慮其高溫性能，防止工件與刀具材料中的化學(xué)元素發(fā)生化學(xué)作用或擴(kuò)散作用

6、從而造成刀具的擴(kuò)散磨損。難加工材料在切削加工中，通常出現(xiàn)的刀具磨損包括如下2種形態(tài)：（1）由于機(jī)械作用而出現(xiàn)的磨損；（2）由于熱及化學(xué)作用而出現(xiàn)的磨損，以及由切削刃軟化、溶融而產(chǎn)生的破斷、熱疲勞、熱龜裂等[5]。切削難加工材料時(shí)，由于被加工材料中存在較多促使刀具磨損的因素，通常在很短時(shí)間內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)上述刀具磨損。根據(jù)難加工材料的切削特點(diǎn)，同時(shí)考慮其切削的特殊性，選擇刀具材料時(shí)應(yīng)考慮以下性能:（1）高的硬度和耐磨性；（2）高的耐熱性；（3）足夠的強(qiáng)度和韌性。除此之外，對(duì)于難加工材料的切削還應(yīng)該特別注意以下2點(diǎn)：一是要避免因刀具材

7、料和工件材料之間某些元素的親和作用致使刀具磨損加??；二是要根據(jù)刀具材料、工件材料及其他切削條件選擇最佳切削速度。例如，陶瓷和立方氮化硼刀具切削時(shí)要求切削速度高，如果在較低的速度下切削，其耐用度并不比高速鋼刀具好。因此，各種刀具材料的優(yōu)越性只有在相應(yīng)的速度范圍內(nèi)才能充分顯示出來[4]。2常用刀具材料的切削性能絕大部分刀具材料中都含有碳化物、氮化物、氧化物和硼化物。這些化合物都具有高硬度、高熔點(diǎn)、高彈性模量，這正是刀具材料所需要的性質(zhì)[7]。例如，硬質(zhì)合金的硬質(zhì)相主要為WC和TiC；陶瓷的基體材料常用Al2O3和Si3N4，再加

8、入碳化物、其他氧化物和氮化物，甚至硼化物；立方氮化硼則是一種非金屬的氮化物[8-9]。因此，在現(xiàn)代切削加工中，常用的刀具材料為高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、立方氮化硼和金剛石等。表1為各種刀具材料的主要性能。近年來，高速鋼刀具的性能已不夠先進(jìn)，但因其穩(wěn)定性好，能接受成形加工，在刀具材料總消耗量中