对粉末冶金机械零件的切削加工分析

对粉末冶金机械零件的切削加工分析
摘要：目前，伴随着我国经济的快速增长，粉末冶金机械零件的切削加工也越
来越完善，粉末冶金机械零件的切削加工可以让一些无法成型的槽、空与成型形
状难以满足某种尺寸精度及粗糙度要求的机械零件获得要求的形状与精度。

本文
主要对粉末冶金机械零件的加工难点、切削刀具的选择及切削加工工艺进行了分析。

关键词：粉末冶金；机械零件；切削加工；分析
引言
粉末冶金是以金属粉末为主要原材料，生产金属摩擦材料及相关制品的工艺
技术。

利用粉末冶金技术生产的材料与零件具有质优价廉的特点，此类零件多应
用于汽车工业、仪器仪表工业及核工业等多个领域。

粉末冶金机械零件与铁氧磁
性材料是粉末冶金工业的代表性产品，对此类产品的切削加工过程进行分析，可
为这一技术的发展进步提供支持。

1粉末冶金机械零件的切削加工的概述
用粉末冶金法制造机械零件的目标之一，是消除所有的机加工，但是这个目
标还没有达到，受到粉末冶金零件成型工艺的制约，一些无法成型的槽、孔或者
成型形状达不到规定尺寸精度和粗糙度要求的，仍然需要进行机械加工，以获得
要求的形状及精度。

由于粉末冶金材料的结构不同于铸件和锻件，因此它们的加
工性能也有所不同，这主要是粉末冶金零件特有的多孔性所致。

多孔性，导致微
观上的断续切削和刃口的微观疲劳，当从孔到固体颗粒不断地切入切出，刀刃持
续地受到小冲击，导致切削刃上产生小裂纹，这些疲劳裂纹增长到切削刃微崩；
通常固体颗粒极硬，这些固体颗粒导致严重而快速的刃口磨粒磨损，最终导致刀
尖部位产生崩刃。

所以，粉末冶金材料的加工性，不仅与多孔结构的含孔率有关，而且与合金相硬度有关。

一些粉末冶金机械零件烧结后，就补充机械加工，这时
烧结零件宏观硬度较低，孔隙度影响较大，切削刃口韧性很重要；经热处理的粉
末冶金零件，表面硬度较高，，切削刃的强度和耐磨粒磨损更重要。

2加工难点
虽然粉末冶金工业不断发展中的目标之一是消除机加工，而且粉末冶金工艺
的一个主要的吸引力是只需少量的加工，但是很多零件仍然需要后处理获得精度
或更好的表面光洁度。

不幸的是加工这些零件是极其困难的。

碰到的多数麻烦是
由多孔性引起的。

多孔性导致刃口的微观疲劳。

切削刃在切入切出，它从颗粒和
孔之间通过。

重复的小冲击导致产生切削刃上的小裂缝。

这些疲劳裂纹增长直至
切削刃微崩。

这种微崩通常很细小，通常表现为正常的磨料磨损。

多孔性还降低
粉末冶金零件的热导性。

其结果是切削刃上的温度很高并会引起月牙洼磨损和变形。

内部相连的多孔结构提供切削液从切削区域排出的通路。

这会引起热裂纹或
变形，在钻削里尤其重要。

内在的多孔结构引起的表面面积增加还导致在热处理
时发生氧化和／或碳化。

象先前提到的那样，这些氧化物和碳化物很硬很耐磨。

多孔结构也给出零件硬度读数的失效这一点极其重要。

当有意去测一个粉末冶金
零件的宏观硬度，它包含孔的硬度的因素。

多孔结构导致结构的倒塌，得出相对
较软零件的错误印象。

颗粒个体要硬很多。

象上面描述的，区别是戏剧性的。

粉
末冶金零件里夹杂物的存在也是不利的。

加工中，这些颗粒会从表面拉起，当它
从刀具前面擦过时在零件表面上形成擦伤或划痕。

这些夹杂物通常很大，在零件
表面留下可见的孔。

碳含量的参差导致可加工性的不一致。

例如，有一种FC0208
合金，碳含量允许在0．6％到0．9％之间。

一批含碳量0．9％的材料相对较硬，导致刀具寿命差；而另一批含碳量0．6％的材料得到极好的刀具寿命。

可两种合
金都在允许范围之内。

最终的加工问题和发生在粉末冶金零件上的切削类型相关。

由于零件接近最终形状，通常切深很浅。

这需要自由切削刃，可是在切削刃上的
积屑瘤经常导致微崩。

3粉末冶金机械零件的切削加工
3.1粉末冶金机械零件的车削与镗削
在粉末冶金机械零件尺寸与形状精度难以达到要求的情况下，相关人员通常
会利用车削或镗孔加工开展切削作业。

为了在车削或镗孔缓解保存零件的表面孔隙，硬质合金车刀会应用于切削加工过程之中。

为避免切削刀具对金属表面产生
的破坏，相关人员需要将刀具刀刃研磨至最锋利最平滑的状态。

刀具形态及走刀
量需要通过试验方式进行确定。

如切削刀具的刀尖半径为1.59mm，切削过程中
的走刀量需控制为0.25-0.38mm/r。

假设刀尖半径0.25mm，切削过程中的走刀量
需控制在0.07-0.12mm/r之间。

如果切削过程对粉末冶金机械零件的表面孔隙度
有严格要求，走刀量需要控制在0.12-0.38mm/r之间。

车削与镗削过程也需要对
切削速度进行严格控制。

如在铜基材料与铁基材料的切削过程中，刀具的切削速
度需要控制在51-106m/min。

若车削、镗削过程无需保证机械零件表面的多孔性，可将切削速度控制在152m/min左右。

3.2粉末冶金机械零件的钻孔与铰孔
3.2.1粉末冶金机械零件的钻孔
粉末冶金机械零件的钻孔过程是利用钻床加工一些零件烧结过程中不能压制
的孔的过程。

在硬质合金钻头应用于钻孔过程以后，相关人员需要将设备的切切
削速度控制在61m/min以下。

如钻孔过程应用有高速钢钻头，切削速度不得超过21m/min。

为保证钻孔效果，人们可以在钻孔过程中使用大螺旋角，以便在延长
钻头的使用寿命。

在钻孔环节，相关人员需要采用以机械走刀为主的切削方式，
如果钻孔过程是切削加工的最后工序，机械走刀仍然需要应用于切削过程之中。

根据钻孔过程的实际情况，机械走刀可以为粉末冶金金属零件的粗糙度提供保障，进刀量与切削速度之间存在一种正相关的关系，但是它与钻头的使用寿命成反比，故而相关人员也需要根据钻头直径确定进刀量。

假设钻头直径在7mm以内，进
刀量需控制为0.05mm/r。

若钻头直径在8-12.8mm，进刀量需控制为0.10mm/r。

若钻头直径在13-19.75mm，进刀量需为0.15mm/r；在钻头直径在20-25.25mm
的情况下，进刀量需要控制为0.25mm/r。

3.2.2粉末冶金机械零件的铰孔
在粉末冶金机械零件对零件精度要求较高的情况下，铰孔加工会成为切削过
程中不可缺少的环节。

在铰削加工过程中，人们可以将硬质合金铰刀应用于铰孔
过程之中。

加工过程需要让刀刃刀瘤降低至最低限度。

在钻孔过程中也需要预留
一定的铰量。

孔的大小是铰量的决定因素，如孔径在6.35mm以内的情况下，钻
削余量需控制为0.051mm；在孔径为6.35-12.70mm的情况下，钻削余量需控制
在0.051-0.102之间。

为保证铰刀使用寿命，在条件允许的情况下，人们可以将铰刀安装于浮动钻套之中。

结语
普通硬质合金YG8、YT14、YT15和高速钢刀具材料，在加工粉末冶金烧结零
件尤其加工多孔隙和具有断续切削的烧结零件中，有较好的综合加工性能，该类
刀具价格又低，所以在车削和钻削加工烧结零件，特别是在粗加工和半精加工中，
仍是生产中常使用的切削刀具。

参考文献：
[1]陈成英，林育阳，杨聪斌，等.粉末冶金机械零件的切削加工[J].装备制造技术，2015，（8）：144-145+156.
[2]韩立发.涂层刀具切削铁基粉末冶金复合材料时的磨损机理[J].机械制造，2015，（1）：42-44.
[3]张耀寰.机械设计加工工艺设计实用手册[M].北京：航空工业出版社，2016.。