房少英

摘 要： 隨著難加工技術(shù)材料的需求不斷擴(kuò)大，加工問題變得越來越突出。針對這種情況，本文對難加工金屬材料的切削加工技術(shù)進(jìn)行了分析，提出具體的改進(jìn)措施，從而對實(shí)際工作有一定幫助。

關(guān)鍵詞： 金屬材料;難加工;切削;刀具

【中圖分類號】TG506 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.28.193

0 引言

奧氏體不銹鋼以及高錳鋼等有著十分廣泛的應(yīng)用，但對其切削加工一直比較困難，主要的問題為切削效率較低并且切削刀具使用壽命較短。而隨著機(jī)械產(chǎn)品小型化的發(fā)展，其所使用的材料在硬度以及耐磨性上會更好，但卻增加了切削加工的難度。而這些材料能夠得到高效的加工，對汽車航天以及整個(gè)制造業(yè)的發(fā)展都有重要的影響，因此需要解決難加工材料的切削加工問題，從而滿足行業(yè)發(fā)展的要求。

1 切削領(lǐng)域中的難加工金屬材料

通常切削加工性的等級代號超過5級的都是難加工材料，其硬度超過250HBS，強(qiáng)度大于0.98GPa，延伸率大于30%。常見的難加工金屬材料包括不銹鋼以及高溫合金等，這些材料的硬度與強(qiáng)度都較高，切削加工比較困難，在切削過程中刀具的壽命都較短，并且存在卷屑、斷屑困難以及加工表面質(zhì)量差等問題。

這些類型的金屬加工困難的原因有以下幾點(diǎn)：（1）材料中摻有鈦、鉻等高熔點(diǎn)的合金元素，通過相互結(jié)合從而使材料的硬度增加，導(dǎo)致刀具磨損嚴(yán)重。（2）材料本身就具備非常高的硬度、強(qiáng)度與韌性，在加工過程中因?yàn)楸砻姘l(fā)生塑性變形從而會出現(xiàn)較為嚴(yán)重的加工硬化問題，因此需要較高的切削力，并且切削溫度較高。（3）部分難加工的材料的化學(xué)性質(zhì)較強(qiáng)，容易和刀具材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致刀具更易出現(xiàn)擴(kuò)散磨損與粘著磨損，加劇刀具的磨損。（4）大部分的難加工材料導(dǎo)熱性較差，從而使切削過程中產(chǎn)生的熱量不能快速的消除，導(dǎo)致刀具刀尖溫度較高，影響切削性能。此外，某些難加工金屬材料在切削高溫的作用下會與刀具中的材料產(chǎn)生反應(yīng)，導(dǎo)致刀具中相關(guān)成分析出或脫落，使刀具容易產(chǎn)生崩刃等問題，從而使刀具的壽命下降較快。

2 難加工金屬材料的切削技術(shù)

現(xiàn)階段，難加工金屬材料的切削采用的基本都是傳統(tǒng)的切削技術(shù)，為了能夠?qū)⑶邢鞯乃竭M(jìn)行提高，需要采用多種措施，比如：使用切削性能更好的材料制作刀具;確定最優(yōu)的刀具幾何參數(shù)與切削用量;選擇最合適的切削液;對工藝技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)等。而使用新型刀具材料時(shí)最方便也是最有效的方法，常見的高速鋼、CBN以及金剛石等都可以作為刀具材料，在切削難加工金屬材料時(shí)有較好的效果。不過需要注意的是，刀具的材料需要與被加工的材料在物理化學(xué)等方面都匹配才能夠獲得滿意的加工效果。

2.1 切削刀具的材料選用

目前的刀具材料，高溫硬度最高的是CBN，使用CBN制造出來的刀具能夠?qū)﹁T鐵等材料進(jìn)行切削加工，并且刀具的使用壽命以及切削量與CBN的成分含量成正比。經(jīng)過不斷的研究，現(xiàn)在已經(jīng)有不使用粘結(jié)劑的CBN燒結(jié)刀具，適用于難加工材料的切削。

新型涂層硬質(zhì)合金的基體為超細(xì)晶粒合金，其耐磨性較強(qiáng)，用其加工的刀具同樣適合切削難加工金屬材料。材料在刀具上的涂層情況不同對實(shí)際的切削效果會有加大的影響，因此在實(shí)際切削加工的過程中，需要根據(jù)具體的加工對象確定合適涂層的刀具材料。目前的金剛石涂層硬質(zhì)合金以及DLC涂層硬質(zhì)合金的性能最好，在高速切削加工領(lǐng)域有所應(yīng)用。

利用金剛石燒結(jié)而成的刀具能夠?qū)︿X合金以及純銅等材料進(jìn)行切削加工。金剛石刀具憑借其刃口較為鋒利、導(dǎo)熱效果好以及刃尖殘留少等優(yōu)勢，能夠?qū)Ψe屑瘤等粘附物進(jìn)行控制，使其保持在較低的水平。在對鈦合金以及純鈦的材料進(jìn)行切削加工時(shí)，因?yàn)殁伜辖鸷外伒幕瘜W(xué)性質(zhì)比較活躍、傳熱性較差，通常選擇單晶金剛石的刀具完成切削加工，整個(gè)切削過程相對穩(wěn)定，并且刀具也能夠有較長的使用壽命。

2.2 合理選擇刀具幾何參數(shù)

在對難加工的材料進(jìn)行切削時(shí)，如果刀具的形狀處于最優(yōu)的狀態(tài)，則能夠?qū)⒌毒卟牧系男阅艹浞职l(fā)揮出來。在切削加工時(shí)使刀具的前角、后角以及切入角等幾何參數(shù)與難加工材料的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行匹配，同時(shí)對刃尖進(jìn)行一定的處理，從而能夠使切削精度得到提升，并且可以在一定程度上延長刀具的使用壽命。不過隨著高速銑削技術(shù)的應(yīng)用，目前已經(jīng)開始使用小切深，從而降低刀齒的負(fù)荷，同時(shí)進(jìn)行逆銑并加大進(jìn)給速度，因此可以改變切削刃形狀的設(shè)計(jì)理念，比如鉆削難加工材料時(shí)，通過加大鉆尖角，同時(shí)進(jìn)行十字形修磨，能夠使扭矩降低并使切削過程中產(chǎn)生較少的切削熱，能夠把切削與切削面的接觸面積控制在最小范圍之內(nèi)，從而能夠改善切削條件，并且使刀具具備較長的使用壽命。而為了使排屑更加容易，一般都在鉆頭與切削刃的后側(cè)設(shè)置冷卻液噴出口，通過提供相應(yīng)的冷卻液，可以在兼顧排屑的同時(shí)還能夠起到較好的冷卻效果。

2.3 合理選擇難加工材料的切削條件

難加工金屬材料在進(jìn)行切削時(shí)，其切削條件通常都較低，而隨著切削刀具的性能的不斷改善，數(shù)控機(jī)床的加工質(zhì)量不斷提高，以及高速銑削方式的引入。高速加工以及如何延長刀具使用壽命是現(xiàn)在難加工材料切削加工的研究重點(diǎn)。通過使用小切深能夠使刀具切削刃的負(fù)荷明顯下降，從而使切削速度與進(jìn)給速度得到明顯提升，是切削難加工材料的最優(yōu)選擇。

不過選擇與難加工材料相關(guān)性能匹配的刀具材料與刀具集合參數(shù)同樣重要，同時(shí)還應(yīng)盡量保證刀具的切削軌跡的最優(yōu)化。比如在對不銹鋼等材料進(jìn)行鉆削時(shí)，因?yàn)椴讳P鋼的導(dǎo)熱性較差，因此需要避免切削刃上留有大量的切削熱，從而在鉆削的過程中應(yīng)使用間斷鉆削的方式進(jìn)行加工，從而使切削刃與切削面之間不會產(chǎn)生大量的摩擦熱，保證了鉆削的質(zhì)量，同時(shí)延長了刀具使用壽命。

如果采用上述的方式還是不能對難加工材料進(jìn)行有效的加工，則需要降低相應(yīng)加工參數(shù)和應(yīng)用范圍。比如對部分高硬度材料進(jìn)行切削時(shí)，高速鋼與硬質(zhì)合金鋼的硬度與耐磨性達(dá)不到實(shí)際應(yīng)用要求，則需要降低切削速度，從而導(dǎo)致加工效率達(dá)不到預(yù)期要求。而CBN與金剛石雖然具有非常高的硬度，但因?yàn)轫g性差，因此只適合精加工，并且因?yàn)榻饎偸豢梢詫谏饘龠M(jìn)行切削，導(dǎo)致其應(yīng)用受限。

3 結(jié)語

隨著機(jī)械設(shè)備發(fā)展的需求不斷增加，各種合金材料應(yīng)運(yùn)而生，但也變得更難加工，通過對難加工金屬材料的實(shí)際特性進(jìn)行分析，不斷完善相關(guān)切削加工技術(shù)，開發(fā)新型刀具的材料以及各種涂層技術(shù)，采用高速銑削等方式，都能夠改善難加工技術(shù)材料的加工過程。本文從難加工金屬材料的切削加工過程中的難點(diǎn)入手，提出一些具體的切削技術(shù)，對促進(jìn)相關(guān)加工技術(shù)的發(fā)展有積極的意義。

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