难加工材料数控加工

发表时间:2015/1/26 作者:佚名 
难加工材料的切削加工具有切削力大、切削温度高、加工硬化倾向大、刀具磨损大等特点,不仅切削效率低,而且刀具寿命短,一直是切削加工中的难题。为此,广泛开展难加工材料高效加工技术的研究和推广应用,对于提高企业竞争力具有十分重要的现实意义。

  随着科学技术的发展,钛合金、高温合金、超高强度钢、陶瓷材料、复合材料等难加工材料在航空、航天、舰船、兵器、核能等国防工业中的应用越来越广泛。同时,新产品、新装备研制的周期明显缩短,型号数量增多、批量减少的发展趋势要求制造企业必须改善零件加工质量,提高加工效率,降低消耗。难加工材料的切削加工具有切削力大、切削温度高、加工硬化倾向大、刀具磨损大等特点,不仅切削效率低,而且刀具寿命短,一直是切削加工中的难题。为此,广泛开展难加工材料高效加工技术的研究和推广应用,对于提高企业竞争力具有十分重要的现实意义。

  常用的工件材料类别如下:

  > 一般钢材---普通碳钢、合金钢、工具钢
  > 淬火钢
  > 不锈钢
  > 铸铁---灰铸铁、球墨铸铁
  > 钛合金
  > 高温合金---镍基合金、钴基合金
  > 有色金属---铜合金、铝合金
  > 复合材料

  所谓难加工材料,就是切削加工性差的材料,即硬度高、强度高、延伸率高、冲击值大、导热系数小的材料。但在日常生产中,切削加工所用的材料种类很多,性能各异,对于某一种类材料性能并非全面达到或超过以上指标,其中一项或两项超过以上指标者,也是难加工材料。常用难加工材料有五大类,即高温合金(包括铁基、镍基和钴基三大类)、钛合金、不锈钢(如奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、沉淀硬化型不锈钢)、超高强度钢、以及高温结构陶瓷材料等。

  材料切削加工性的衡量指标通常有四种标志方法:刀具耐用度T、已加工表面质量、单位面积切削力、断屑性能。

  超高强度钢难加工材料加工特点。如38CrNi3MoVA、 40CrNi2Si2MoVA 超高强度钢,其半精加工、精加工和部分粗加工常在调质状态下进行。调质后的金相组织为索氏体或托氏体,硬度高达HRC55。一般σs>1GPa或σb>1.1Gpa的结构钢,称为高强度钢;σs>1.2GPa或 σb>1.51Gpa的结构钢称为超高强度钢。与普通碳素结构钢相比,高强度钢、超高强度钢的强度高,导热系数偏低,故切削力大,切削温度高(比45钢高出100~200℃),刀具磨损快,使用寿命短,断屑亦稍难。

  超高强度钢必须采用耐磨性强的刀具材料。按粗加工、半精加工、精加工的要求,应分别采用不同牌号的YT(P)类硬质合金,最好是添加钽、铌的牌号。高速精加工时,应采用高TiC含量并添加工钽铌的YT类合金、TiC基和Ti(C,N)基硬质合金,涂层硬质合金和复合Al2O3陶瓷等。刀具前角应较小。在工艺系统刚性允许的情况下,应采用较小的主偏角和较大的刀尖圆弧半径。切削用量,尤其是切削速度,应比加工中碳正火钢时适当降低。尽量采用切削液与断屑措施以改善切削条件。

  高温合金和不锈钢材料加工特点。不锈钢按金相组织分,有铁素体、马氏体、奥氏体三种。奥氏体不锈钢的成分以铬、镍等元素为主,淬火后呈奥氏体组织,切削加工性比较差,表现在:

  > 塑性大,加工硬化很严重,易生成积屑瘤而使已加工表面质量恶化。切削力约比45钢(正火)高25%。加工表面硬化程度及硬化层深度大,常给下序带来困难。且不易断屑

  > 导热系数小,只为45钢的1/3,产生的热量不易传出,所以切削温度高。

  > 由于切削温度高,加工硬化严重,加上钢中有碳化物(TiC等)形成硬质夹杂物,又易与工具发生冷焊,故刀具磨损快,使用寿命降低。

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