难切削材料的加工技术

一、什么是难切削材料

切削加工性差的材料，

二、哪些因素影响材料的切削加工性

1)材料的化学成分和配比，它是影响材料的热处理性能和材料切削加工性的根

本因素。

2)材料的热导系数和线膨胀系数的影响

3)材料的硬度、强度、韧性、塑性和弹性模量的影响

4)材料的金相组织的影响

三、具体难加工材料的加工

1)淬火钢的切削

淬火钢是指钢材经过淬火处理后，其结构为马氏体，硬度大于HRC50的钢，它在难切削材料中占有相当大的比例。传统加工淬火钢的方法是磨削，但为了提高加工效率，解决工件形状复杂、不能磨削和淬火后工件产生形状、位置误差的问题，也需要采用车削、铣削、镗削、钻削和铰削等切削加工。

淬火钢在切削加工时有以下特点：淬火钢的硬度高达HRC50-65，强度高达2100-2600Mpa，几乎没有塑性，按照工件材料切削加工性分级属于最难切削的9a级，由于它的强度、硬度高，导热系数只有一般钢材的1/7,所以在切削时不仅切削温度高而且单位切削力高达4500Mpa。它属于脆性材料，切削力集中在刃口附件，易造成崩刃或打刀。

切削淬火钢的刀具材料应选择硬度高抗弯强度也高的硬质合金或陶瓷和立方氮化硼。切削淬火钢的刀具几何参数：通常情况下前角为-10°—0°，断续切削时前角为-10°—-30°，后角为8°—10°，主偏角为30°—60°。刃倾角为-5°—0°，刀尖圆弧半径为0.5—2mm。

切削淬火钢的切削用量，首先，要根据刀具材料和工件材料的物理力学性能、工件形状、工件系统刚性和加工余量来选择。其次，是考虑合理的切削速度。再次，选择切削深度和进给量。一般淬火钢的耐热性为摄氏200—400度，高于此温度，淬火钢的硬度开始下降，而硬质合金刀具、陶瓷刀具和立方氮化硼的耐热性分别为摄氏800—1000度、1100—1200度和1400—1500度，所以在切削淬火钢时，要充分利用这已特性，合理选择切削速度。硬质合金刀具、陶瓷刀具和立方氮化硼的切削速度应控制在：30—70m/min、60—120 m/min和100-200 m/min.

在连续切削的最佳切削速度的情况下，切下的切削为暗红色，在车削淬火钢螺纹时，为了使切入、切出处平稳，应现在入刀和出刀处倒一个45°的角而且每次吃刀深度要小一些。钻孔时，一定要合理选择切削速度，一般为30—50 m/min，避免转速过低，在用小钻头钻孔时要勤退刀，以免工件因为热胀冷缩将钻头夹住而使钻头折断。铣削淬火钢是断续切削，为了使切入切出平稳刀具主偏角应小一些而且还应选择负的刃倾角，硬质合金铣刀的切削速度为40—50 m/min，陶瓷铣刀的切削速度为100 m/min左右，每刀齿进给量为0.05—0.15mm。刨削时除应选用较大的负刃倾角外，硬质合金的切削速度应控制在10 m/min左右，进给量为0.1—0.2mm。

在这里有几点要重点注意：1、要选择硬度高和抗弯强度也好的刀具材料。2、在断续切削时应采用主偏角小于45°和负的刃倾角。3、根据刀具材料和工件材料合理选择切削用量

2)不锈钢的切削

通常把含铬量大于12%、含镍量大于8%的合金钢成为不锈钢。不锈钢在大气或腐蚀介质中具有一定的耐蚀能力并在大于450℃情况下具有较高强度，不锈钢现在广泛运用于航空航天、石油、化工、医疗、食品、建筑、工业及人们日常生活中。不锈钢的种类有：马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体+铁素体不锈钢及沉淀硬化不锈钢。

由于不锈钢性能的影响，它的相对切削加工性只有0.4左右，在切削工程中有以下几点：1、加工表面硬化严重，其硬化程度为基体硬度的1.25—2倍，深度可达0.1mm。2、单位切削力比切削45#钢大25%以上。3、由于不锈钢的导热系数很低，所以在切削过程中在相同的切削条件下，切削温度比45#钢高约200℃—300℃。4、由于不锈钢中Ni、Co、Ti等合金元素易于刀具材料中的这些元素发生亲和作用，造成刀具的粘结和扩散磨损。

切削不锈钢的刀具材料有高速钢和硬质合金，但为了提高刀具的耐用度最好选用高碳、高钒及钼系高速钢。除普通YG类硬质合金外，应首选含碳化氮或碳化铌细颗粒或超细颗粒的YG类硬质合金。

由于不锈钢的硬度、强度不高但韧性和塑性较好，所以在保证刀具刃口有足够强度的前提下应选用较大的刀具前角，一般为12°—30°左右。后角为10°—15°。粗加工时主偏角为45°—75°，有利于刀具散热，刃倾角为3°—-3°，粗加工时取负值。为了保证在切削工程中有良好的断屑，断屑槽采用全圆弧型或直线圆弧型，断屑槽的宽度为3—5mm，槽深为0.5—1.3mm，断屑槽的圆弧半径采用2—8mm，粗加工是取大值。

切削不锈钢的切削速度是一般钢材的40%—60%，切削深度和走刀量均应大于0.1mm，采用高速钢刀具的切削速度为10-20m/min，硬质合金刀具的切削速度为50-100m/min，切削不锈钢刀具的磨钝标准应为切削一般材料的1/2，以使刀具锋利和减小硬化程度与深度。由于不锈钢化学、力学和物理性能的影响，在铣削时切屑易粘附在铣刀刀齿上使切削条件恶化。逆铣时，刀刃先在已经硬化的工件表面滑行，加速刀具的磨损。所以，应当在机床条件允许的情况下尽量采用顺铣以提高刀具的耐用性。铣削的速度应比车削的速度高30%—50%。

在钻削不锈钢时，由于扭矩和轴向力较大，切屑易粘连不易折断，切削表面硬化严重，钻头易磨损。为了改善这种情况，应把钻头横刃宽度修磨成钻头直径的1/20，并磨分屑槽和双峰角已达到良好的断排屑和散热的目的，在钻削过程中钻头不要在切削表面停留以免加剧切削表面硬化，在钻型上可采用不锈钢群钻或不锈钢断屑钻头。高速钢钻头钻不锈钢的切削速度为10-20m/min, 硬质合金钻头的切削速度为40-80m/min，切削进给量应大于

0.1mm/r。

对不锈钢进行铰削时常出现的问题是孔表面磨出沟槽、表面粗糙度差及铰刀磨损严重。为了避免这些问题的出现，处了正确背磨铰刀、控制铰削余量及正确选择切削用量外，应选用硫化油或硫化油+20%—30%四氯化碳做铰削液。在不锈钢上攻丝比在普通钢材上攻丝困难的多，攻丝扭矩大丝攻常被