第7章 难加工结构与难加工材料

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(1) 钛合金的性能


比强度高 热强度、高温强度高 抗蚀性好 低温性能好 化学活性大 导热性差 弹性模量小
记忆钛合金镜架
钛合金刀具
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(2) 高温合金

以铁、镍、钴、钛等为基的多组元复杂合金，能在 600～1000℃的高温氧化环境及燃气腐蚀条件下工作 ，而且还可以在一定应力作用下长期工作，有优良的 热强性能、热稳定性能和热疲劳性能。
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7.2 难加工材料的加工
1. 钛合金加工 2. 高温合金加工 3. 不锈钢加工 4. 高强度钢和超高强度钢的加工 5. 复合材料加工 6. 脆性材料加工
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7.2.1钛合金的机械加工 1. 钛合金切削过程的特点
①变形特点：变形系数接近1 剪切变形大，压缩变形小 变形程度不均匀，产生周期性集中剪切变形 ② 切屑形状 节状切屑，背面呈锯齿形 ③ 切削形成的过程 微小破裂；收到压缩；产生 集中剪切 ④ 热导率低，切削温度高 ⑤ 刀具以前刀面磨损为主
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影响切削加工性的主要因素
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1. 难加工材料的分类
钛合金 高温合金 不锈钢 高强度钢与超高强度钢 复合材料 硬脆性材料

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(1) 钛合金
钛的同素异构体： α钛：六方晶格结构 β钛：体心立方晶格结构 钛的合金：改变相变温度及相分含量，添加适当的合 金元素而得到不同类型的钛合金 α相钛合金：TA，加工性能最好 β相钛合金：TB，加工性能最差 α+β相钛合金：TC
复合材料的性能与种类
复合材料的性能 改善或克服组成材料的弱点， 充分发挥其优点； 它可按构件结构和受力要求， 给出预定的、分布合理的配套 性能，进行材料的最佳设计； 单一组成材料不具备的性能。 复合材料的种类： 聚合物为基体，其中以树脂为 基体的居多； 金属或合金或陶瓷为基体。
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(3) 不锈钢

不锈钢是指在大气中或在某些腐蚀性介质中具有一定 耐腐蚀能力的钢种。 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 沉淀硬化型不锈钢
不锈钢阀门
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(4) 高强度钢与超高强度钢
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
切削加工性差 切削变形大 加工硬化倾向大 切削力大 切削温度高 刀具易磨损 表面质量和精度不易保证
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2. 改善高温合金切削加工性的措施
尽量在硬化期前加工合金 2. 使用锋利的锐角切刃的刀具 3. 使用强度高的几何外形刀具 4. 采取提高刚度措施的刀具 5. 防止工件偏移 6. 在钻削加工中，采用较大的导程角 7. 当走刀次数较大时，改变切削深度
第七章 难加工材料与结构的 加工技术
7.1 概述 7.2 难加工材料的加工技术 7.3 难加工结构的加工技术工
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7.1 概述 7.1.1材料的切削加工性



定义：一定条件下工件材料切削加工的难易程度 材料可加工性的衡量： 刀具耐用度 已加工表面的完整性 切屑的控制 通常使用刀具耐用度作为衡量切削加工性的指标
1.
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3. 高温合金加工刀具
无涂层硬质合金刀具 2. 涂层硬质合金刀具 3. 陶瓷刀具 4. 立方氮化硼（CBN）刀具
1.
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7.2.3 不锈钢的加工 1. 不锈钢的相对加工性
切削力大 切削温度高 加工硬化严重 刀具易磨损 切屑不易卷曲和折断 容易粘刀和形成积屑瘤 线膨胀系数较大

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高强度和超高强度钢为具有 一定合金含量的结构钢。经 过调质处理（淬火和中温回 火），可获高强度。 高强度钢：σb>1.2GPa、 σs>1GPa 超高强度钢：σb>1.5GPa、 σs>1.3GPa 硬度在35～50HRC之间。
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(5) 复合材料
低膨胀、恒弹性、高弹性高温合金
精密合金高温合金不锈钢棒
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高温合金分类


基体合金元素：铁基、镍基和钴基 合金强化类型：固溶强化型，时效沉积强化 成形方式：变形合金、铸造合 金和粉末冶金合金。 使用特性：高强度合金、高屈服强度合金、抗松弛合 金、低膨胀合金、抗热腐蚀合金等
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2. 钛合wenku.baidu.com的加工
① 车削：切削温度高，工件回弹大 ② 铣削：顺铣改善切屑粘结 ③ 磨削：磨削比低，与砂轮发生化学反应 ④ 高速切削：PCD刀具及高效冷却方式 ⑤ 电解：
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7.2.2 高温合金的加工 1. 高温合金加工特性
热压氮化硼及其复合材料
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(6) 硬脆性材料

硬脆性材料具有高强度、高硬度、高脆性、耐磨损和 腐蚀、隔热、低密度和膨胀系数及化学稳定性好等特 点，是一般金属材料无法比拟的。 自然和人工硬脆性材料 金属和非金硬脆性材料； 导电和非导电硬脆性材料； 晶体和非晶体硬脆性材料；
陶瓷刀具
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7.1.3 难加工结构


所谓难加工结构是指在常规机床上加工时精度难以保 证或必须采用多轴联动才能加工出的结构。 难加工结构：外型面和内型面难加工结构。 外型面难加工结构：薄壁件、叶片、涡轮盘、微小微 细零件外型面及其它特殊复杂的型面。 内型面难加工结构：蜂窝结构、阵列孔、有特殊要求 的小孔、窄缝及其它特殊复杂的形腔结构。


复合材料是由两种或两种以上的 物理和化学性质不同的物质人工 制成的多相组成固体材料，是由 增强相和基体相复合而成的，并 形成界面相。 增强相是承载相， 基体相是连接相， 界面相是传递载荷， 三者的不同组分和不同复合工艺 使复合材料具有不同的性能。
碳纳米管－氧化铝纳 米复相陶瓷
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