现代刀具材料与切削加工技术---102-118.doc

现代刀具材料与切削加工技术 - 102118 作者： 日期：2 个人收集整理 勿做商业用途第三章 难加工材料的切削加工 随着航空航天、汽车、造船、兵器、发电、冶金等装备制造行业由于工作环境的特殊.采用具有特殊性能的新结构材料如：高强度、超高强度、高锰钢、淬硬钢。冷硬铸铁、喷涂材料、不锈钢，高温合金、钛合金、高熔点材料、非金属复合材料（工程陶瓷、石英与宝石碳纤维材料）这些结构材料都属于难加工材料。上述材料之所以难加工或较难加工，其原因是：高硬度；高强度;高塑性和高韧性；低塑性和高脆性；低导热性；有微观的硬质或硬夹杂物;化学性能过于活泼。工件材料的这些特性常使切削工程中的切削力加大,切削温度升高，刀具耐用度降低，有时还将使已加工表面质量恶化，切屑难以控制，最终将导致加工效率和加工质量下降。根据上述原因和切削状况分析，在研究难加工材料的切削加工性，应采用以下有效措施：合理选用刀具材料；合理选择刀具结构和切削参数；选择最佳的切削用量；改进加工方法及加工条件；选择恰当的切削液等，对改善加工的难易程度起着重要作用。下面介绍一些难加工材料的切削加工3.1、 高强度、超高强度钢的切削加工调质（淬火、中温回火）后s1000MPa或b1100MPa的结构钢高强度钢。调质后 s1200MPa或b1500MPa的结构钢，称为超高强度钢。还有合金元素含量较多的中合金、高合金高强度钢与超高强度钢，如30CrMnSiA,35CrMnSiA等用于制作飞机起落架，坦克之类军品，它们的加工难度更大.与普通碳素结构钢相比，它们的硬度、强度较高(约比45#钢高出了一倍或一倍以上)，冲击值较大，导热系数偏低，故切削力较大，切削温度较高。加工高强度、超高强度钢时,可选用以下几种刀具材料:与加工普通碳素钢相同的刀具材料（即YT类硬质合金）：最好是选用在WC-TiC-CO合金基础上添加TaC或NbC牌号合金（即YW、YM类）：可选用TiC或TiCN类金属陶瓷硬质合金；选用涂层硬质合金刀片牌号.如用国产的TiC基金属陶瓷YN05牌号合金精加工35CrNiMo钢材多台阶轴4005006000毫米,原来用YT15合金刀片每车一个台阶需磨一次刀,加工件表面质量不稳定，采用YN05刀片，V=200-300m/min,f=0。08-0.2mm/r,ap=0.1-0.6mm,一个刃口使用两个班不须磨刀，工件表面光洁度达到67，锥度达0.02mm/400mm之内解决了多年的生产关键。北京理工大学做30CrMnSiA和35CrMnSiA（HRC47)高强度钢切削试验，曾收集多种牌号合金刀片试切均不理想,只有YN05合金刀片在切削速度V=150m/min，f=,0.2mm/r,ap=0。5mm的条件下切削137分钟，后刀面磨损仅0.17 mm,被认为是目前切削高强度钢最理想的刀具材料.个人收集整理,勿做商业用途个人收集整理，勿做商业用途在连续切削粗加工或半精加工30CrMnSiA和35CrMnSiA时，选用TW3合金其效果比YT15合金可提高效率1520，刀具耐用度提高2-3倍.在工艺系统刚性允许的情况下，前角和主偏角应较小，刀尖圆弧半径较大，必须采用低于加工中碳正火钢的切削用量，尤其是切削速度.3.2、不锈钢的切削加工不锈钢加入Cr 、Mo、Ti等元素，使其耐磨蚀性能在较高温度下有较高强度的合金钢称为不锈钢。不锈钢分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体加铁素体不锈钢四种。 马氏体不锈钢，这种不锈钢在退火状态下，塑性大，韧性大，切削困难；淬火后的切削加工性主要决定于硬度,硬度在HRC38以上的，加工起来很困难。典型的有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、9Cr18等。 铁素体不锈钢，此种不锈钢是比较容易加工的一类不锈钢，当其含量Cr在16% 18%时，切削加工性能较好，与中等硬度的马氏体不锈钢类似，但含Cr量增至25 30%时，则加工比较困难。这种不锈钢典型的有0Cr13、1Cr17Ti、1Cr28、Cr17Ni2、1Cr17Mo2Ti等。 奥氏体不锈钢，其基本组织是奥氏体,这种不锈钢除了具有较高的含Cr量（18）外，还含有大量的Ni(8% 25)，是一种非磁性的铬镍钢，奥氏体不锈钢可热处理强化,但冷作硬化倾向大,它的切削加工性比前两种不锈钢差得多，典型钢种有0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、2Cr18Ni9、1Cr18Ni19Ti等。 奥氏体加铁素体不锈钢,它与氏体不锈钢类似,但在组织中会有一定量的铁素体，从而提高了机械性能，所以它比奥氏体不锈钢更难切削。典型的有1Cr21Ni5Ti、1Cr18Mn10Ni5Mo3N、0Cr17Mn13Mo2N等。 3。2。1、不锈钢难切削的原因1）加工硬化倾向大,高温强度高。与一般钢材相比,不锈钢的强度、硬度并不高，甚至还低些。但由于含有大量Cr、Ni、Mn等元素，塑料与韧性好，高温强度高，加工硬化倾向大,因此切削负荷重。此外，奥氏体不锈钢在切削过程中，内部还会析出一些碳化物,加强了对刀具的擦伤作用。2)导热系数低。一般约为中碳钢的导热系数的1/2 1/4，切削温度高，刀具磨损快。3）切屑与刀具粘结现象严重。切削过程中容易生成积屑瘤,既影响加工表面光洁度，又容易造成刀具表面剥落。4）切屑不易卷曲、折断.对封闭及半封闭容屑的刀具,容易造成切屑堵塞现象，使加工表面光洁度下降及刀具崩刃。5）线膨胀系数大.约为碳素钢线胀系数的一倍半,在切削温度的作用下，工件容易热变形而影响加工尺寸精度。 3.2。2、切削不锈钢的具体措施1)刀具材料的选择：随着刀具材料的不断创新发展，选择范围也不断扩大,像不锈钢这类难加工材料，其切削难度不断缩小，切削效果也越来越显著。下面介绍些切削不锈钢的刀具材料.选择高性能非涂层硬质合金。根据被加工材料难度特性，宜选择ISO标准K40K10和M40M10合金刀片，其K类合金成分是WCCo加入TaC（NbC)，M类合金成分是WC-TiCCo-TaC。这两类合金的特点是，K40和M40具有很高抗弯强度，韧性抗冲击性好，适于不利条件下的粗加工作业，不易打刀和崩刀.而K10和M10合金又具有较高的常温硬度及高温硬度，抗粘结、抗氧化性强，耐磨损,适于半精加工及精加工，不易与同族金属材料相互扩散，亲和力小,不仅能延长刀具寿命，且能保证被加工工件表面质量。推荐牌号见表。选用非涂层硬质合金牌号生产厂家K类合金牌号P/M类合金株洲钻石YG8、 YG8N、 YG6A YD05、 YS8、 YD15 YS2T、YW1、 YW2、 YW3 YM10、YM20、 YM30 YC30T、 YC40T自贡厂YG813 、YG532 YG643、 YG610YW2A、 YT767、 YT726牡丹江厂SM35、 SM35N 、SM30N选择涂层合金刀片。涂层合金刀片使用范围广，即有加工各种材料的通用性，同时又具有专用性强的特点.为此，国内外主要硬质合金厂(家）都推出一些切削不锈钢专用牌号，如用于粗加工瑞典山特维克推出GC235，GC2145；美国肯纳推出KC9245；日本三菱推出US735；中国推出YBM351，YB235等。在半精加工及精加工作业,山特维克推出GC2025，GC2015；中国推出YBM251,YBM151是优先适用于切削不锈钢的刀片材料。所以涂层合金刀片材料从粗加工到半精加工及精加工得到匹配使用. 涂层硬质合金刀具，如整体硬质合金立铣刀主要凃覆TiAlN，AlTiN和TiCN化学成分.用于切削不锈钢在刀具结构上最好是采用奇数齿，不等齿距,不等螺旋角参数，其效果更佳。立方氮化硼的应用.PCBN刀具是一种高效、高耐用度、低粗糙度的先进刀具.主要适用于淬硬钢HRC5060，冷硬铸铁以及Ni基、Co基、Fe基高温合金、不锈钢的切削加工。但价格比较高，应合理使用有一定的特殊作用。3.2。3、刀具几何参数的选择可转位刀具从刀体到可转位刀片，其刀具结构及刀片槽型参数，都经过认真优化设计，精心制造是一种完整的刀具，只要选择合适装夹后就可使用。但有些传统结构式刀具在几何参数方面须进行合理选择，如焊接式车刀、镗刀得几何参数是：前角及后角应较大,以减少切屑变形及后刀面的摩擦，对硬质合金车刀，可取0 = 15 25,o = 8 10；负倒棱不宜过宽，一般可取brl =（0。5 1。0）f ;采用全圆弧形卷屑槽，以增大前角及取得良好的断屑效果;封闭容屑的刀具，适当增大容屑空间；刀具磨损极限规定得小些，可取加工一般材料的刀具的1/2左右；刃磨时，保证前、后刀面有较高的光洁度。PCBN刀片是硬脆材料,一般用0前角或负前角(0= 35），后角（o=510），一般不用刃倾角,刀尖圆弧宜偏大些，一般（r=0.41.6mm）；对于加工硬材料切削刃一定要加负倒棱（-10x0。2）；对于其它材料也可用也可不用负倒棱。3.2.4 切削用量的选择：切削速度不宜过高，一般在40 80米/分;给进量不宜过大，以免切削负荷过重，但也不要太小，以免切削刃在上次走刀所形成的冷硬层内工作，一般车奥氏体不锈钢，f不应小于（0。12 0。18）毫米/转，车削马氏体或铁素体不锈钢，f不应小于（0。07 0.18）毫米/转；切削深度尽可能大些，以避开毛坯的外皮或前道工序留下的加工硬化层。车削不锈钢的切削用量参考值如表3。2-1所示。表3。21 车削不锈钢的切削用量参考值工件直径范围（毫米）车 外 圆镗 孔切 断粗 车精 车主轴转速n（转/分)给进量f(毫米/转）主轴转速n（转/分）给进量f（毫米/转）主轴转速n(转/分）给进量f（毫米/转)主轴转速n（转/分）给进量f（毫米/转)1012009550.190.6012009550.070。2012009550.070.301200955手动102095576595576595560095576520407654800。270.817654800.100.307654800。100。507656000.100。2540604803806003804803806004806080380305480305380230480305801003052303802303051853802300.080.20100150230185305185230150305150150200185120230150185120150注：1. 工件材料:1Cr18Ni9Ti，刀具材料：YG8.2。 当工件材料或刀具材料变化时,主轴转速应作适当调整。3。 表中较小的直径应选用较高的转速；较大的直径应选用较低的转速。 涂层合金切削用量较未涂层合金切削速度高30%50左右。立方氮化硼允许切削速度要较高些，但进给量须适当减小.4） 切削液的选择:应选用抗粘结及冷却性能好的切削液,如含硫、氯等极压添加剂的乳化液。切削液的供液必须充分，最好能采用喷雾冷却，高压冷却等高效的冷却方法。3.2.5 切削加工不锈钢实例不锈钢材料不仅种类多,其要求加工的工件型状很不规则,有不锈钢焊接件、不锈钢堆焊件、不锈钢铸造件和不锈钢气焊件等等，就更增加了切削难度.下面例举几种实例.车削1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢焊接件,加工单位浙江乐清某厂,用不锈钢板焊成150280毫米圆筒，原采用YT15合金车削，打刀非常严重，加工一个工件须刃磨56次刀才能勉强干完，且表面刀痕紊乱.其原因主要是选择刀具材料不当。在攻克此工件时推荐抗弯强度220 kg / 毫米2的超细晶粒度,加入TaC的YS2T合金（相当于ISO K30K40）车削，一个刃口加工6件刀具还完好无损，可继续使用。车削奥氏体不锈钢轴类堆焊件。如新疆轻工机械厂做食品机械，为降低制造成本,在普通钢件外面堆焊上不锈钢材料，不仅表面高低不平，且提高了硬度，主要难点，一是普通合金车刀车不动，二是打刀严重，退火处理可加工，但效率也很低。请求全国刀协攻关队帮助解决。根据现场实际情况选择具有高硬度、超细晶粒的YS8合金刀片，采用负刃倾角，正前角磨有负倒棱,全圆弧形卷屑槽。实现了不须退火也可以顺利切削。攻克特种耐热不锈钢车削加工。这种不锈钢是用来制作穿孔无缝钢管顶头。该材料耐高温，抗疲劳性、抗氧化性能好,且硬度高等特点.在常温状态下特别难加工,只能加热到700800在软化状态时才易加工，加工现场条件恶劣，安全性差，工人劳动强度大等。所以1983年某钢厂列入技改项目，预计投入200万元将顶头热加工改为冷加工的自动生产线。求沈阳某机床厂做设计方案，其中要求每2分钟加工好一个顶头。机床厂用遍所有国产硬质合金刀片试切均达不到要求。届时找我们协助选择刀片和刀具。根据现场加工情况，推荐装圆刀片机夹车刀,其主偏角大小是随着切削深度和刀片直径任意变化的。采用负值的刃倾角和前角。刀尖圆弧半径也是随之切深度和刀片直径变化的，刀具刚性好；刀片材质属细晶粒WCCo加TaC的新型合金，具有最高硬度HRA94，散热性能好，耐磨损.经现场反复试验只用1分42秒钟就可加工一件，连续加工18件，刀具完整无损，完全达到要求，为双方洽谈技改项目提供了可靠依据。3.3、 高锰钢的切削加工 3.3.1、高锰钢的加工特点高锰钢的典型牌号有Mn13、40Mn18G3、50Mn18G等。高锰钢是一种含锰、碳均很高的奥氏体钢（特别是Mn13钢约含13Mn，1 1。3% C）。它们的抗拉强度虽然很高(= 105公斤力/毫米2)，但屈服强度仅为抗拉强度的40%左右，塑性大，韧性高，加工硬化的倾向特别大，在加工前硬度一般约为HB220，加工后表面硬度可达HB500 550;其次,高锰钢的导热系数低，约为0.031卡 / 厘米秒,比1Cr18Ni9Ti不锈钢更低；再次，切削力大(K料V 0。15),线膨胀系数也较大，切削温度高,工件热变形大，断屑困难，刀具极易崩刃、磨损。因此，必须从刀具材料、刀具几何参数及切削用量三要素方面合理选择才能实现较顺利地切削加工.3.3。2、刀具材料的选择高锰钢的粗加工工序，一般牌号的硬质合金和陶瓷刀具，由于抗弯强度，冲击韧性差是不适合的。必须选择最高抗弯强度、抗氧化、导热性能好兼顾较好耐磨性硬质合金。通过多次现场验证，粗车时选用在WCCoTiC基础上加入TaC的P30P50的YC35、YC40、YT5R、YC45和YT535硬质合金；半精加工时选用超细晶粒的YS8和加入TaC的YW3牌号合金有较好的抗磨损性。若用Al2O3陶瓷刀片进行高速精加工效果很好。铣削时选用在WC-TiC-CO基础上加入TaC的合金，其牌号有YS30、YS25、YC30S/YC798和YM20，相当于ISO的P25P30和M20类的合金.刨削时,由于切削速度低,冲击力较大,宜选用K类抗弯强度高的亚微细晶粒并加入TaC的YD15合金较合适。 3.3.3、刀具几何参数的选择前角（0）= -35;后角（o)= 813;主偏角(Kr）2545；副偏角（Kr）= 615；刃倾角(s）= 0 5；负倒棱宽度（br1）= 0.3mm，倒棱处的前角（01)= -10 15；刀尖圆弧半径（r）= 12毫米.精车时前、后角应取大值,并可在前刀面上磨出R = 5毫米的卷屑槽来帮助断屑.3。3.4、切削用量的选择应选择较低的切削速度，较大的切削深度及进给量。切削速度:V = 2040米/分进给量：f = 0.31。0毫米/转（粗车） f = 0。3毫米/转（精车）切削深度：p = 610毫米(粗车) p = 24毫米（半精车） p = 1毫米（精车）注：因加工硬化倾向大，在第二次走刀时,f和ap值一点要取大值，超过前次产生的硬化层，方好切削。半精加工后应将工件冷却至室温再精加工。例如:1983年当时我国经济形势面临低谷时期，不少工厂生产任务不足，特别是机械行业更为突出，如福建三明重型机器厂好不容易招揽了高锰钢加工件任务500余吨，有了活干又碰到切削加工难度大，当时我们恰好同福建刀具协会开展切削技术交流活动，工厂要求协助一起做切削攻关试验，根据以往的实践： 从选择刀具材料入手，在车削作业上推荐YC35合金,铣削工序选用YS25专用铣削合金，刨削作业推荐YD15牌号合金。 刀具几何角度的选择，车削、刨削采用主偏角(Kr）30，前角(0）= 8，刃倾角（s)=-6 -8，兼有负倒棱，铣削主偏角（Kr）45，同样选用双负角(即负前角和负刃倾角）. 切削用量，车削采用低速，大进给大切深V = 25米/分，f =,1。0毫米/转，铣削进给量f = 0.30.4毫米/转。通过双方共同努力顺利攻克了切削高锰钢难题,为切削加工创作了良好条件。3。4、 淬硬钢和冷硬铸铁的切削加工淬硬钢的组织为回火马氏体，硬度可达HRC60以上。塑性和导热系数均极低。冷硬铸铁的特点是铸铁表面经激冷而发生“白口”（组织为渗碳体加珠光体）,特别高镍铬合金铸铁，其硬度最高可达到HRC68，工件表面夹砂气孔现象较多，更增加了切削加工的难度。其切削加工措施是:3.4.1合理选择刀具材料切削淬硬钢，其硬度在HRC55以下的，可选用YT05， YC12, 和YT726，硬度在HRC 58以上，宜选用YS8,YD05,YG 600合金，以及氮化硅陶瓷,PCBN刀具.切削冷硬铸铁,可采用YS10, YS8， YD15，YG 643合金，以及氮化硅陶瓷，PCBN刀具。从技术经济效果分析，立方氮化硼切削效果最佳,刀具寿命和切削效率比硬质合金可提高510倍,但价格较贵，应有针对性选择.3。4。2刀具几何角度选择切削硬材料应选用较小的主偏角及前角，增大刀尖圆弧半径，并辅以适当的负刃倾角。并根据被加工件硬度及表面状况来决定参数，硬度高，表面状况不佳（除主偏角），其它几何角度宜取大的参数值，反之，宜取小的参数值。切削淬硬钢、硬铸铁刀具几何参数被加工材料前角（0）主偏角（Kr）副主偏角（Kr）后角(o）刃倾角（s）刀尖角（r）淬硬钢-105104510 1561205(断续)10 201.0冷硬铸铁10510 4510 154 60 5（断续） -10 201.03。4.3切削用量选择用硬质合金刀具切削淬硬钢和冷硬铸铁较佳的切削用量推荐见表，其中切削冷硬铸铁宜采用低速，大进给量,效果显著。表3。4-1 切削用量推荐参值切削用量冷硬铸铁淬 硬 钢半精车精车切削深度p(毫米)3 60。5 1。00。2 0。3给进量f（毫米/转）1.5 3.00.2 0。30。05 0.1切削速度V（米/分）5 7（HRC55以下)304030(HRC60以上)2030注：用氮化硅陶瓷刀具切削淬硬钢、冷硬铸铁的切削速度V可为硬质合金车刀的3倍左右。PCBN刀具比硬质合金高5倍左右。刀具的前、后刀面及刃口的光洁度一般为9，以有利于提高刀具耐用度。3。4。3、切削淬硬钢实例从1979年开始就常用硬质合金刀具切削淬硬钢HRC4050左右，后来合金材料不断发展,淬火硬度HRC60以上也能切削,所以在全国各地切削高硬度淬火件、陶瓷制品、光学玻璃等不少于上百次。于1979年应邀参加甘肃省刀具技术交流会，在兰州石油化工机械厂表演车削淬火轴套HRC46，原来在内孔磨床上磨削一件需4045分钟，改车削时仅2分多钟就加工一件,提高效率20多倍.当时原全国总工会付主席王崇仑观看表演时说“这刀不错” ，询问哪个厂生产的,并要求送几粒刀片，有机会做推广试验。1983年中国刀协组织赴新疆技术攻关交流，巧遇新疆联合收割机厂制造六套模具淬火硬度HRC63,其外径800110 mm大了5 mm,无法安装，找到了攻关小组要求协助解决，在全国劳模张国良指导下,选用新型刀具材料YS8和加工方法，二个小时就车削一件，顺利解决该厂燃眉之急，又传播了加工技术.如北京市刀具队成员关其柱师付用一块高速钢方刀条（HRC66)选择最新合金YS8做切削试验，不仅把方条的车成圆型,而且又车成M121的螺纹一举成功，在场观众赞不绝口地说“这刀倍棒。3。5、 热喷涂材料的切削加工热喷涂材料是将合金粉末(Ni基、Fe基、Co基等）通过加热至融化状态，并在较大压力和喷涂速度喷到工件表面上，从而形成一层牢固的耐高温、耐磨损的保护层。热喷材料的成分，性能和加工性，Ni基喷涂件是Ni基粉末并匹配含有Cr、B、Si元素，一般硬度HRC50-60,较高硬度为HRC60-65，当需要更高硬度时，在Ni基粉末中，加入WC，Cr和Co强化元素，硬度可达HRC72，是高硬度材料中最难切削的典型材料。切削热喷涂材料的主要措施3。5。1、择优选用刀具材料。如1983年在上海联合攻关切削喷涂材料试验时，参加单位都推出新型硬质合金和陶瓷刀具材料。经过反复试切高性能的YD05合金,切削效果最优,切削路程为476米，其它牌号合金切削路程为193米，而Al2O3陶瓷刀片，耐磨性和抗弯强度都较差,效果不理想退出攻关试验。现在新研制的Si3N4和PCBN刀具未做过对比，将不清楚效果如何。3.5.2、选择合理的刀具几何角度及切削用量。刀具材料确定之后，刀具几何角度、切削用量就成了切削成功与否的重要因素,以切削三个喷涂材料样件为例深入解释其效果,这也是从不断实践，不断认识，不断找出切削规律性的过程。刀具前角和主偏角应取小值，刀尖圆弧半径取大,切削速度应低些，进给量应大些，是获得成功的有效措施，其结果见表3.5-1表3。5-1 刀具几何角度、切削用量与效果对比表工件尺寸HRC63刀具材料刀具几何角度切削用量切削效果Kr0osrVfp第一次试切90x580YD05(YC09)450660.5250。10。5切削长278mmh=0.78mm第二次试切90x580同上25-86-101。0250。450.5切削长560mmh=0.45mm第三次试切93x1300同上1330108-122.0130.960。5切削长1300mmh=0。28mm在为南京热电厂攻克Ni基喷涂工件HRC72时，就是采用小主偏角，负前角和负刃倾角、较大刀尖圆弧半径的可转位刀具，和低速V=57米/分，大进给量f=1.3毫米/分，只用几分钟就顺利车好60200毫米工件，加工质量完全符合要求.3、改进切削方法,保护加工件完整性。喷涂件、硬铸铁、玻璃和陶瓷材料都有很大的脆性，若是两端面不规则时，经反复进刀、退刀，受挤压力影响很容易掉边角或者剥落,为此，应先将两端车平，在进行正常切削，可避免发生此现象，此外，应严格控制切削深度和刀具磨损极限，若是切削深度大于0.4mm，切削时容易造成喷涂层脱壳和剥落，当后刀面磨损值超过0。3mm,也会造成脱壳和剥落,所以要保持刀具刃口锋利性很重要。3.6、 高温合金的切削加工3.6。1、高温合金的分类 按生产工艺分:变形高温合金（GH）、铸造高温合金（K），后者含有较多的W、Mo、Ti、Al等强化元素及较高的含碳量,热强度高，塑性差，只能在铸态下使用。铸造高温合金比变态高温合金更难切削加工。1)镍基高温合金,是以金属镍为基体的合金,Ni含量（50-75%)为目前抗高温氧化性能最稳定的一类材料,如GH3030， GH4033， GH4037， GH4039及 K401,K406,K24等切削加工难度很大.2）铁镍基高温合金，Ni含量（30-45%），如GH2130、 GH1139、GH1140及K211、K213、 K214等，随着Ni含量减少,切削加工难度比镍基高温合金小些。3）铁基高温合金，是以金属铁或铁镍为基体的合金,后者也称铁镍基高温合金，它的抗氧化性能不如镍基高温合金，而高温强度又远不如钴基高温合金.但由于镍含量低，价格较便宜,故使用较广。GH2034, GH2132铁基高温合金的切削加工性能比镍基或钴基高温合金好些，与奥氏体不锈钢相类似。4)钴基高温合金,是以金属钴为基体的合金Co含量5058，其特点是高温强度高，可耐1000以上的高温,如GH625及K210牌号钴基高温合金的切削加工性能比镍基高温合金略好。3。6.2、高温合金难切削的原因1）高温强度高，切削变形大,塑性大，切削负荷重,一般镍基高温合金的单位切削力可比中碳合金钢高50%。2）导热性差。45钢导热系数为50。2w/（m)，而高温合金仅为45钢的1/2 1/5，故切削温度高。3）加工硬化倾向大。硬化程度达200500%。4)刀具易磨损，除切削刃处磨损，刀具的刀尖及边界磨损，副后刀面也极容易发生沟纹磨损。这是由于强化元素含量高，金属间化合物等硬质点，对刀具有强烈的擦伤作用。5）对刀具的粘结倾向大,不易断屑,塑性越高，越难切削,极容易产生积屑瘤，影响加工表面质量。3。6.3、切削高温合金的具体措施1、刀具材料的选择加工高温合金选择刀具材料种类较多。a、高性能高速钢：铣刀、钻头、铰刀、拉刀、齿轮刀具等多刃复杂刀具可选用低钴超硬，铝高速钢,高碳高钒、粉末冶金等高速钢。b、硬质合金选用WC-CO类加入TaC的细和超细晶粒合金牌号,粗加工：YS2T 、YD15、YF06、YG813半精加工：YD15、YG813、YG532、YF06、YG643 、YS8 、YD201精加工：YD05、YF06、YS8 、YD201、YG610、YG643 c、纳米涂层硬质合金刀片、刀具，粗加工，（包括孔加工，铣削、切断、切槽）YBG302;精加工用YBG202。d、陶瓷刀具，晶须陶瓷用于粗加工及精加工。e、PCBN，YCB011刀具用于精加工。2、刀具结构及几何参数的选择 立铣刀的机构形式及参数高速钢立铣刀用于粗加工，为改善刀具抗冲击韧性散热性及排屑顺畅,宜采用波刀立铣刀.整体硬质合金立铣刀结构形式，宜采用奇数齿，不等距，不等螺旋角,其优点容屑空间大易注入冷却液改善散热性，不会重复切削，切削平稳，提高加工效率（60%）提高刀具寿命。 硬质合金车刀几何参数的选择前角应略小些。当用硬质合金车刀切削变形高温合金时，可取0 = 5 10；车削铸造高温合金，可取0 = 0 5；后角应较大。对一般的硬质合金车刀，可取o = 8 15；主偏角应该尽可能小一些，在一般情况机床工艺系统刚性条件下,可取r = 45 75；刀具磨损极限可取切削普通钢材刀具的1/2 1/3.3、切削用量的选择切削用量的选择与切削不锈钢基本相同，其中最主要的是切削速度。在切削高温合金时，切削速度与刀具耐用度的关系具有明显的峰性。切削速度过高或过低，刀具磨损均较迅速，经过切削试验得到的最佳切削速度（V = 30 50米/分）见表3.61。给进量宜取中等偏小，但一般应使f大于0。1毫米/转,精加工时，切削深度也不宜过小.表3.61 车削高温合金的最佳几何参数及切削速度高温合金刀具材料试 验 条 件最佳切削速度（米/分）(铁基）YF06 YD15 YS80 = 10,o = 10，r = 45, r= 0。5mm,br1 = 0.2mm， f = 0.2mm / r ,p = 2mm50（镍基)YD150 = 0,o =o = 8,r = 70，r = 20,r= 0。2mm， f = 0。1 mm / r ,p = 0。5mm40YG81338。5YS2T YF0640（钴基）YF06 YS2T0 = 0，o =o = 10,r = 45,r = 45，s = 0， f = 0。1 mm / r ，p = 0。25mm35YD15，YG 81345YS845K24 HRC45镍基YF060 = 6,o = 8， br1 = 0。3mm， o = 8r = 30， r= 0.8-.1。0mm，f = 0。4mm / r ，p = 1.2mm25注:GH或K后第一位数字表示分类号:1和3分别表示固溶强化型铁基和镍基合金,2和4分别表示时效硬化型铁基和镍基合金，6表示钴基合金。3。7、钛合金的切削加工钛合金在航空、航天工业中应用最广泛。常用的钛基合金牌号是TC4、TC9，近年来研制的新型钛合金Ti5563,具有更好的淬硬性和疲劳强度，更适合制作关键零件，比传统的钛合金更能加工，刀具寿命更短。3.7.1、钛合金的难切削原因1）刀屑接触长度短。钛合金的切屑在空气中氧和氮的作用下，会形成硬脆的化合物，使切屑成短碎片状，因而刀-屑接触长度很短，切削力和切削热集中在切削刃附近，刀具容易崩刃。2)导热性差.钛合金的导热系数特别小,仅为45钢的1/6 1/7，而且密度低，比热小，刃区温度极高，刀具磨损迅速.3）与刀具材料的化学亲和力大。刀具的粘结与扩散磨损严重。4）弹性模量小.约为45钢的弹性模量的1/2，故后刀面处的工件弹性恢复大，摩擦严重。同时，工件也容易发生装夹变形.5）钛屑易燃。在高温下（600），钛屑容易燃烧.3。7.2、切削钛合金的具体措施3.7。2。1刀具材料的选择：切削钛合金这种难加工材料,根据它的性能，切削难点和切削加工作业形式,必须选择多种刀具材料才能适应。1）高性能高速钢：如M42钴高速钢或粉末高速钢制造波形刃铣刀,经表面涂层TiCN或TiAlN，用于粗加工，切削速度V = 12-18m/min，进给速度75-120mm/min。还有用于制造多刃刀具如拉刀等。2）选用超细晶粒钨钴类硬质合金，粗加工如YS2T、YD15、YG813、YG643,半精加工YD15、YG813、YG643，精加工YD05、YG610。3)涂层TiAlN硬质合金刀片用于精加工。涂层AlTiN整体硬质合金立铣刀其结构为四刃和六刃,不等齿距大螺旋角,正前角使刃口锋利，较深排屑槽,排屑顺畅，刀刃并不会重复切削位置.。4）立方氮化硼（PCBN）用于精加工3.7.2。2、刀具几何参数的选择：刀具的前角、主偏角、副主偏角、刃倾角应较小，并须磨出适当的刀尖圆弧，后角应较大。一般硬质合金车刀可取0 = 5； o = 10 15； r = 30 45； r= 0。5 1。0毫米。此外，刀具的前、后刀面应有较高的光洁度，一般不低于9。3.7.2。3切削用量的选择：选用较低的切削速度，较大的给进量和切削深度。用硬质合金车刀时,可取f = 0.1 0.3毫米/转，p = 1 3毫米，V = 65 26米/分，为车削钛合金的最佳切削速度。见表3.7-1。粗加工时,切削深度一定要大于氧化皮的深度。表3.7-1：车削钛合金的最佳切削速度切深p切速V进给量f0.10。150.20.31655243362494034283443026a）冷却润滑:一般应选用极压乳化液来冷却，流量应充足.但若对零件的疲劳要求较高时，则切削液中不应含有硫、氯，此时应选用普通乳化液。b）工件的装夹：夹紧力不宜过大,以免工件变形,必要时可增加辅助支承来提高装夹刚性。c）其它：机床要有较好的刚性，各运动部件的间隙要仔细调整，这对粗加工特别重要，否则很容易打刀。3.8、工程塑料的切削加工工程塑料的品种非常多，按其性质的不同，可分为热塑料、塑料和热固性塑料两大类。前者有聚氯乙烯、聚丙烯、有机玻璃等,后者有胶木、玻璃钢等.塑料的比重小，强度高，耐磨损，抗腐蚀、不导电，具有良好的使用性能。它们的硬度、强度虽然不高，但导热系数极小，只为碳钢的1/1751/145,加工时容易引起烧伤和热变形，弹性模量小，不易保证加工尺寸。刀具材料一般选用YG类硬质合金或高速钢，采用大前角，锋利的切削刃。3。9、复合材料和纤维增强材料的切削加工复合材料可以由金属、高聚物和陶瓷三者任意两个人工合成.复合材料包括纤维增强材料、有碳纤维（CFRP）、玻璃纤维（GFRP）和Kevlar纤维（KFRP)等。纤维增强材料的弹性模量和导热系数都很小，已加工表面易发生回弹、撕裂、产生毛刺，故表面质量不易保证。切削力和表面粗糙度常因切削方向不同而发生变化。刀具也选择TG类硬质合金或高速钢，选用人造金刚石刀具效果更为显著。 新的难加工工程材料不仅是以上所提到的，还有其它的类型，如纯金属（纯铁、纯铜、纯镍）、高比重合金以及陶瓷玻璃等等，它的加工性也各有特色，此处不一一介绍。118