機械社區(qū)

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相對的概念，因為它不僅和材料本身有關(guān)，而且隨切削加工條件和加工要求的不同而變化。難加工材料之所以難以加工就是因為其相對切削性太差，如高硬度和高強度、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，被加工材料會產(chǎn)生塑性變形；不銹鋼的導(dǎo)熱率低，切削加工時切屑帶走熱量少，切削點的溫度上升，導(dǎo)致刀具壽命變短；同時，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、切削加工時切削熱不易擴散，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)、擴散加劇、刀具磨損；鈦合金彈性模量低、彈性變形大，會使已加工表面與后刀面的接觸面積大，磨損嚴重。淬硬鋼材料的主要特點是硬度、強度高, 塑性、導(dǎo)熱性差。在切削過程中，切屑與前刀面接觸長度短, 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。為了克服這些難加工材料的加工難點，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其的切削加工。刀具材料的

刀具材料的選擇

1、切削難加工材料時對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行，并獲得較長的刀具壽命。否則，刀具就可能會急劇磨損，刀具壽命就會縮短。這樣就要求在選擇刀具材料時，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)作用或擴散作用從而造成刀具的擴散磨損。

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，由于被加工材料中存在較多促使刀具磨損的因素，通常在很短時間內(nèi)就會出現(xiàn)上述刀具磨損。

根據(jù)難加工材料的切削特點，同時考慮其切削的特殊性，選擇刀具材料時應(yīng)考慮以下性能:（1）高的硬度和耐磨性；（2）高的耐熱性；（3）足夠的強度和韌性。除此之外，對于難加工材料的切削還應(yīng)該特別注意以下2點：一是要避免因刀具材料和工件材料之間某些元素的親和作用致使刀具磨損加劇；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。

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、高彈性模量，這正是刀具材料所需要的性質(zhì)。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 。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，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仍占近1/2。在高速鋼的基體上，用物理氣相沉積（PVD）法涂覆耐磨材料薄層（一般為TiN），可顯著提高刀具壽命和加工表面質(zhì)量，降低切削力。這種涂層高速鋼刀具也已得到廣泛的應(yīng)用。

硬質(zhì)合金刀具是碳化物（WC、TiC等）的粉末冶金制品。按晶粒的大小可分為普通硬質(zhì)合金、細晶粒硬質(zhì)合金和超細晶粒硬質(zhì)合金；按化學(xué)成分可分為鎢鈷類（YG）、鎢鈷鈦類（YT）和添加稀有碳化物類（YW）。由于鎢鈷鈦（YT）類刀具和鈦合金有強烈的親和力，所以目前在工業(yè)生產(chǎn)中獲得廣泛應(yīng)用的仍然是鎢鈷類硬質(zhì)合金YG8、YG6、YG3等。如果使用添加稀有金屬的細晶粒硬質(zhì)合金YA6、YD15、YG10H、YS2等，可提高刀具的壽命和加工效率。

金剛石刀具具有極高的硬度和耐磨性、刃口鋒利、低摩擦系數(shù)、高彈性模量、高導(dǎo)熱系數(shù)以及與非鐵金屬親和力小等優(yōu)點。金剛石類刀具適用于難加工材料的精加工和超精加工。金剛石的耐熱溫度只有700~800℃，加工時必須進行充分的冷卻和潤滑。

立方氮化硼刀具的硬度雖然略低于金剛石，但卻遠遠高于其他高硬度材料，而且熱穩(wěn)定比金剛石高得多，可達到 1200℃以上，適合高溫干切削。其另一個優(yōu)點是化學(xué)惰性大。由于CBN刀具加工高硬度零件時可獲得良好的加工表面粗糙度, 因此采用CBN刀具切削淬硬鋼可實現(xiàn)“以切代磨”。表2給出了不同CBN含量的CBN刀具的切削用途。