切削难加工材料都有哪些工艺要求？

2025-04-05 05:37:03

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回答1：

难加工材料的界定随着加工技术的发展而一直在发生着变化，现阶段主要指的是钛合金、超耐热合金及碳纤维等材料。由于近年来，工业制造业对于零件高硬度、高韧性和高耐磨性的要求大大提升，这种难加工材料会越来越多地遇到。在切削难加工材料时，由于要产生大量的切削热，刀具寿命会有显著降低。所以，有必要针对不同的切削方式，采取相应的技术措施，选择合适的切削液，提高加工效率并延长刀具寿命。
切削难加工材料对刀具材料的要求
从刀具材料上来说，立方氮化硼刀具具有现有刀具材料中最出色的高温硬度，是加工难加工材料的第一选择。另外，立方氮化硼烧结体也是加工高硬度钢和铸铁材料的一种很好的选择，且随着立方氮化硼含量的增加，寿命也会跟着递增。目前，已开发出不使用粘结剂的CBN烧结体。
难加工材料中的钛和钛合金，由于化学活性较高，热传导率低，适合使用刃口锋利、热传导率高的金刚石刀具来进行切削加工。因为这种材料的刀具在刃尖滞留的热量较少，而且化学性质相对比较稳定，可以延长刀具的寿命。而金刚石烧结体刀具同样适用于铝合金、纯铜等材料的切削加工。
除以上两种材料外，还有新型涂层硬质合金材料，它以超细晶粒合金作基体，选用高温硬度良好的涂层材料进行涂层处理。通过使用性能不同的涂层，几乎可以适用于各种难加工材料的切削加工。在一些性能优越的涂层材料的助力之下，这种刀具已经可以应用于高速切削加工领域。
切削难加工材料对刀具形状的要求
再来看一下刀具的几何形状，这也是一个很重要的决定因素，直接影响着刀具材料的性能能否得到发挥。这里面主要包括刀具的前角、后角和切入角等，另外还包括对刀尖进行的一些处理。近年来，随着高速铣削技术的大范围推广应用，小切深逆铣已成为主流，这样有利于减轻刀齿的负荷，并且提高进给速度。为了适应这个潮流，对刀具切削刃形状的设计思路也在经历着一场“进化”。
对难加工材料进行钻削时，为了尽量降低扭矩和切削热，需要将切削面之间的接触面积控制在一个最小的范围内，可以采取的手段就是增大钻尖角，并进行十字形修磨。钻削加工排屑困难是一个突出的问题，为了便于排出切屑，可以在钻头切削刃后侧设置冷却液喷出口，这对于提高冷却和排屑效果都是非常有效的方法。
切削难加工材料对切削液的要求
在难切削材料中，有的硬度可能高达HRC60以上，抗拉强度比45号钢的抗拉强度高3倍左右，造成切削力比切削45号钢高200％-250％；有的材料导热系数只有45号钢导热系数的1/4-1/7或更低，造成切削区的热量不能很快传出，形成高的切削温度，限制了切削速度的提高；有的材料高温硬度和强度高，造成切削力和切削温度高；因此，在切削各种难切削材料时，要根据所切削材料的性能和切削特点与加工阶段，选用相宜的切削液，以改善难切削材料的切削加工性，而达到加工的目的。
常用的两种难切削材料加工时切削液的选用原则：
钛合金：由于钛合金变形系数小、切削温度高，刀尖应力大、加工硬化严重，造成在切削加工时，刀具容易磨损、崩刃，切削加工质量难以保证。钛合金切削时，切削力不大，加工硬化也不严重，容易获得比较好的表面光洁度，但是钛合金导热系数小，切削温度高，刀具磨损较大，刀具耐用度低，刀具使用寿命短。导致这个结果的主因是加工过程中产生的振动，事实上，解决方法很简单。只要正确地将刀具与切削液完美结合，在加工钛合金等难加工金属时，便能延长刀具寿命，并缩短加工时间。即选择防振刀具，找到最佳刀片，便可减少摩损，而选择正确的钛合金加工切削液进行加工冷却，可以最大程度地减少摩擦力的产生、提高加工质量。
高温合金：切削高温合金时，为了降低切削温度，一定要用切削液。使用切削液比干切可提高切削速度25％。正确地选用切削液能有效地降低切削温度，减小刀具磨损，提高加工表面质量和生产率。
用高速钢刀具切削高温合金时，使用水溶性切削液，具有良好的极压润滑性、防锈性、冷却性和清洗性。该款水性切削液具有极强的抗微生物分解能力，在不同的水硬度条件下，仍可保持其稳定性。
而对于用硬质合金刀具切削高温合金时，应选用极压切削油为切削液如微乳切削液或者使用二氧化碳切削液，能迅速降低高的切削热，使刀具耐用度提高400％，但是二氧化碳切削液的缺点是价格较高，使得加工成本上升。
对镍基高温合金应避免使用含硫的切削液，以免对工件造成应力腐蚀，降低零件的疲劳强度。使用切削液时必须充足，以免硬质合金产生裂纹。
切削难加工材料对切削条件的要求
切削难加工材料时，通常只设定很低的加工条件。但随着刀具性能的提升，以及高进度数控机床和高速铣削加工方式投入使用，难加工材料的切削条件得到了很大的改善，甚至进入了高速切削时代。
切削难加工材料对切削条件的要求主要集中在减轻刀具切削刃负荷和降低切削热这两方面。采用小切深可以有效减轻刀具的切削刃负荷，从而提高切削速度和进给速度；而采用间断切削则可以避免切削热大量滞留在切削刃上。例如孔的精加工，就有用间断切削方式替代传统连续切削方式的趋势，这对于增加切削的平稳性、提高排屑性能和延长刀具寿命都更加有利。同样的加工策略也被应用于螺孔加工方面。
用球头立铣刀对难加工材料进行粗加工时，工具形状和夹具应很好配合，这样可提高刀具切削部分的振摆精度和夹持刚性，以便在高速回转条件下，保证将每齿进给量提高到最大限度，同时也可延长工具寿命。

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