难加工材料的新型加工工艺

难加工材料加工新技术

1.采用高性能新刀具新材料

新型刀具的应用有力地提高了难加工材料加工效率。新型高速切削钢有各种超硬高速钢、粉末高速钢和涂层高速钢，其切削性能比普通高速钢大为提高。新型硬质合金包括各种添加钽、铌等元素的WC基合金、细晶粒和超细晶粒的WC基合金、TiC基和Ti(C，N)基合金、涂层和稀土硬质合金，还有热压复合陶瓷和超硬刀具材料CBN、金刚石等，可以分别用于切削各种难加工材料，但应注意工件、刀具材料的合理匹配。

2.采用非常规切削方法

上述新型刀具材料在常规切削状态下的性能尚不能满足一些难加工材料的切削需要。例如，对于某些高硬度材料的加工，新型硬质合金的硬度和耐磨性还显不足，因此必须降低切削速度，由此造成加工效率不高。CBN和金刚石刀具硬度虽高，但强度不足，且金刚石不能加工黑色金属，故只能在一定的切削条件下用于难加工材料的加工。对于以上状况，可采用非常规的新切削方法。

(1)加热切削法

加热切削法一种是导电加热切削，即在工件和刀具的回路中(工件必须是导电体)施加低电压(约5 V)、大电流(约500 A)，使切削区产生热量，从而使局部工件材料的力学性能、接触和摩擦条件都发生变化。

另一种是等离子体加热切削，即用等离子弧对靠近刀尖的工件材料进行加热，使其硬度、强度降低，从而改善了切削条件。

这2种方法的效果相近，均可较大幅度地降低切削力，消除积屑瘤，提高表面粗糙度技术标准和刀具耐用度。因此用这样的方法进行大切深、大进给加工硬材料是有效的。沈阳工业大学和北京理工大学曾用等离子体加热切削法加工高锰钢和高强度钢，华南理工大学和安

徽工学院曾用电热切削加工高强度钢，取得了系统的试验数据，并开始在生产中应用。此外，还有一种激光辅助切削法，如图2所示。

近年，国内发明了“电熔爆”切削法。带电的刀盘与被加工表面产生剧烈放电，将被加工表层快速熔化、爆离，从而切掉余量。此方法工件内部材料不受热的影响，效率高，对硬、软、黏料均适用，既可用于粗加工，又可用于精加工。

(2)低温切削法

低温切削法用液氮(-180 ℃)或液体CO2(-76 ℃)为切削液，可降低切削区温度，如图3所示。据试验，使用该方法主切削力可降低20%，切削温度可降低300 ℃以上，同时积屑瘤消失，提高了已加工表面质量，刀具耐用度可提高2~3倍，在加工高强度钢、耐磨铸铁、不锈钢、钛合金时均有效果。

(3)豪克能加工

豪克能是一种能量的加工方式，豪克能是利用激活能和冲击能的复合能量对金属零件进行加工，一次加工即可使零件表面达到镜面并实现改性的创新性能量加工技术。利用金属在常温下冷塑性的特点，运用豪克能对金属表面进行复合能量的加工方式，使金属零件表面达到更理想的表面粗糙度要求，也可以形象的说类似熨衣服一样，将零件表面熨平；同时属于不去除材料的加工方式，能够在保证工件完整性的前提下进行加工，预置理想可控的压应力，延长工件的使用寿命。提高零件表面的显微硬度，耐磨性及疲劳强度和疲劳寿命。

(4)真空切削法

日本东洋大学对真空中切削进行了研究，加工铜、铝时，真空度对变形系数、切削力及已加工表面粗糙度无影响;而加工中碳钢和钛合金时，真空度越大，其变形系数及切削力加大，表面粗糙度较低。这是因为在真空中刀屑界面不能产生有利于减小摩擦的氧化物。

(5)惰性气体保护切削法

这是针对切削钛合金这类材料所采取的一种措施。南京航空学院曾在钛合金的切削区喷射氩气，使切削区材料与空气隔离，因而不产生不利于加工的化合物，从而改善了钛合金的加工性。这种方法对化学性质活泼金属的加工有一定效果。以此类推，如果采用某些特殊成分的切削液，也会有效果。

(6)绝缘切削法

在切削过程中，如将工件、刀具连成回路，回路中有热电流，则刀具磨损加剧;如将工件、刀具与机床绝缘，切断电流，则刀具耐用度有所提高。西北工业大学用这种方法钻削高温合金K14，西安黄河机械厂用该法切削1Cr13、2Cr13钢，均取得了一定效果。这种方法的机理虽未查明，但简单易行，有实用价值。

(7)超高速切削法

在常规切削下，提高切削速度将使刀具耐用度降低。有人提出，当切削速度提高到一个临界值，切削温度就达到最高值，然后温度将随着速度继续提高而降低，切削力也随之下降，可获得较高的表面质量。这就是超高速切削的理论基础。美国、德国、日本的学校和工厂在这方面有很多实践，他们用硬质合金、陶瓷刀具切削钢、铸铁、钛、铝合金等材料。这种切削方法常受到设备条件限制而不能推广，能否在难加工材料切削中发挥作用，尚有待探讨。

3.采用特种加工方法

工程机械零件的加工，除了上述各种方法以外，相继研究出一些与切削加工原理完全不同的加工方法，如豪克能加工、电火花加工、电解加工、超声加工、激光加工、电子束加工、离子束加工等被称为特种加工方法。

在特种加工方法中，工具与工件基本上不接触，加工时无明显的机械作用力，可加工脆性材料、精密细微零件、薄壁和弱刚性零件等。该方法利用电能、化学能、声能、热能去除被加工材料，瞬时能量密度很高，可加工任何高硬度材料。

目前，电火花加工多用于加工模具和异形孔等;电解加工多用于加工特形表面和异形孔，可获得更高的表面质量;超声加工可加工许多非金属硬脆材料，尤其是加工异孔、切割等;激光加工主要用于各种金属、非金属材料的打孔与切割;电子束加工主要用于打微孔和切缝;离子束加工可对零件表面进行超精密、超微量加工。