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        鈦合金的切削加工性

        2022-03-10 10:30:01

        隨著科學技術的發展,對機械電子、航空航天、兵器產品和化工設備及其零部件的性能有著各種新的要求。有的需在高溫、高應力狀態下工作,有的要能耐腐蝕、耐磨損,有的要能絕緣,有的需有高的電導率。故現代新型工程材料不斷涌現。不僅使用一般的碳素結構鋼,而且使用了高強度、超高強度合金結構鋼、高錳鋼和不銹鋼;不僅使用一般的灰鑄鐵、球墨鑄鐵和可鍛鑄鐵,而且使用了合金耐磨鑄鐵和冷硬鑄鐵;不僅使用黑色金屬,而且使用了鈦合金、銅合金、鋁合金及其他有色金屬;不僅使用一般的鐵碳合金,而且使用了多元合金如高溫合金等;不僅使用以珠光體、鐵素體為主的普通鋼材,而且使用了以索氏體、托氏體為主的中硬調質鋼和馬氏體淬硬鋼。此外,還大量使用各種非金屬材料和粉末冶金材料等。在以上新工程材料中,有不少是屬于難切削的,即所謂“難加工材料”。

        難加工的原因一般是以下幾個方面:

        ①高硬度;

        ②高強度;

        ③高塑性和高韌性;

        ④低塑性和高脆性;

        ⑤低導熱性;

        ⑥有大量微觀硬質點或硬夾雜物;

        ⑦化學性質活潑。

        這些特性一般都能使切削過程中的切削力加大,切削溫度升高,刀具磨損加劇,刀具使用壽命縮短;有時還將使已加工表面質量惡化,切屑難以控制;Z終則使加工效率和加工質量降低,加工成本提高。

        一、高強度、超高強度鋼的切削加工性

        高強度鋼、超高強度鋼的半精加工、精加工和部分粗加工常態調質狀態下進行。調質(淬火、中溫回火)后的金相組織為索氏體或托氏體,硬度達HRC35—55。一般,σs>1GPa或σb>1.1GPa的結構鋼,稱為高強度鋼;σs>1.2GPa或σb>1.5GPa稱為超高強度鋼。其延伸率和沖擊值雖有所降低,但有些鋼種(如38CrNiMoVA)調質后的塑性和韌性仍然不低于中碳正火鋼。含碳量的0.30%—0.50%之間,合金元素總量不超過6%的,為低合金高強度鋼、超高強度鋼,在生產中用得Z多。還有合金元素含量更多的中合金、高合金高強度鋼與超高強度鋼,其加工難度更大。機械前沿微信號:jixieqianyan

        與普通碳素結構鋼相比,高強度鋼、超高強度鋼的強度高(都比45鋼高出l倍或l倍以上),導熱系數偏低,故切削力大(為加工4.5鋼的1.2—1.3倍),切削溫度高(比加工45鋼高出100—200℃),刀具磨損快,刀具使用壽命短[93],斷屑亦稍難。

        根據以上特點,必須采用耐磨性強的刀具材料。按粗加工、半精加工、精加工的要求,應分別采用不同牌號的YT類硬質合金,好是添加鉭、鈮的牌號。高速精加工時,應采用高TiC含量并添加鉭鈮的YT類合金、TiC基和Ti(C,N)基硬質合金、涂層硬質合金和復合A1203陶瓷等。刀具前角應較小,例如車削38CrNi3MoVA時,取γ。=4—6o;車削35CrMnSiA時,取γ。=0—-4o。在工藝系統剛性允許的情況下,應采用較小的主偏角kr和較大的刀尖圓弧半徑rε。切削用量,尤其是切削速度,應比加工中碳正火鋼時適當降低。盡可能采用切削液與斷屑措施以改善切削條件。

        二、高錳鋼的切削加工性

        高錳鋼的典型牌號有Mnl3、40Mnl8Cr3、50Mnl8Cr4等。經過水韌處理,金相組織為均勻的奧氏體。它的原始硬度雖不甚高,但其塑性和韌性特別高(分別為45鋼的4倍和8倍),加工硬化特別嚴重。加工硬化后,可高達HB500左右。切削過程中,工件表面上還會形成高硬度的氧化層(Mn203)。它的導熱系數很小,約為45鋼的1/4。因此,切削溫度很高,切削力約比加工45鋼時增大60%。高錳鋼比高強度鋼更難加工。

        加工高錳鋼,應選用硬度高、有一定韌性、導熱系數較大、高溫性能好的刀具材料。粗加工時,可采用YG類、YH類或YW類硬質合金;精加工時,可采用YTl4、YG6X等合金。實踐表明,用復合氧化鋁陶瓷高速精車高錳鋼,效果很好。從提高切削刃強度和散熱條件出發,前角應選小值。但為使切屑變形不致過大,前角又不宜過小。一般,取γ。=-5—5o,α。=8—12o,λs=0—-5o。切削速度應較低,一般為Vc=20—49m/min;只有用復合氧化鋁陶瓷精車時,可以來用高于100m/min的切削速度。進給量和切削深度均不能過小,以免切削刃或刀尖在上一道工序形成的硬化層中劃過而加速刀具的磨損。

        三、冷硬鑄鐵和淬硬鋼的切削加工性

        冷硬鑄鐵的硬度極高,是其難加工的主要原因。它的塑性很低,刀—屑接觸長度很小,切削力和切削熱都集中在切削刃附近,因而切削刃很容易崩損。冷硬鑄鐵零件的結構尺寸和加工余量一般都較大,毛坯精度低,因而就進一步加大了加工難度。

        加工冷硬鑄鐵應選用硬度、強度都好的刀具材料,一般均采用細晶?;虺毦Я5腨G類和YH類硬質合金。實踐表明,用復合氧化鋁或氮化硅陶瓷對冷硬鑄鐵進行精加工、半精加工非常有效,刀具使用壽命和生產率比之硬質合金有顯著提高。為了提高切削刃和刀尖的強度,一般取γ。=0—-4o,α。=4—6o,λs= 0—-5o,主偏角kr適當減小,刀尖圓弧半徑rε適當加大。

        淬硬鋼的組織為回火馬氏體,硬度達HRC60以上,塑性和導熱系數都很低。其加工性及刀具材料、刀具幾何參數的選擇基本上與冷硬鑄鐵同。對它們進行精加工,可采用CBN刀具。


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