浅谈切削刀具与特殊材料的车削

摘 要：随着机械制造技术的飞速发展，对材料的质量，结构和工艺性能要求越来越高，特别是材料的持久强度显得尤为重要，新研制的工程材料日益增多，高温合金材料的车削特性、金刚石车刀几何参数的正确选取不可忽视。

关键词：角度;车削;措施

1 金刚石车刀介绍

金刚石车刀主要用于有色金属和非金属材料的车削和精车，车削速度高而进给量和背吃刀量往往很小，因此，车削力主要集中在刀尖的很小部分，金刚石是硬而脆的材料，正确选择金刚石车刀的几何参数以防止刀尖部分的崩碎是不可忽视的主要问题。

1.1 前、后角和刃倾角的选取

車削时主要根据所车材料强度和进给方向选取车刀角度。当车削的材料比较硬时，如车削硬铝合金、青铜等材料时，取大绝对值的负前角Y。=-3°～-6°，后角a。=5°～8°;当车削的材料较软，如车削黄铜、铝等材料时，前角Y。=0°～-3°，后角取a。=5°～8°;单向车削的车刀刃倾角λs=-4°，双向车削的车刀刃倾角λs=0°;选用切入式车削时，前角取γ。=-7°～-11°，后角取3°～5°，以提高刀尖强度。金刚石车刀的刀尖角不应小于70，以防刀尖部分强度降低。

1.2 刀尖刃形的选取

车削外圆时采用主偏角Kr可取45°、60°、75°和90°，工艺系统刚度高时取小值，刚度低时取大值;副偏角Kr可取0°～10°，保证刀尖角εr不小于70°。当工件表面要求粗糙度值高时，Kr取0°～2°，刀尖圆弧半径取0.2～0.8mm。若要求有反向车削，副偏角Kr'取45°，车削有色金属时，表面粗糙度值R。可小于0.2pm，可得到极光的表面。由于刀尖处的主偏角和副偏角都较小，对工件表面有很好的修光作用，车后可得到相糙度值很低的工件表面，但这种刀尖刃形在车削时有较大的径向力，只有在工艺系统的刚度很高才可使用。

金刚石车刀主要用于有色金属和非金属材料的车削和精车，车削速度高、而进给量和背吃刀量往往很小，因此，车削力主要集中在刀尖的很小部分，又金刚石是硬而脆的材料，正确选择金刚石车刀的几何参数以防止刀尖部分的崩碎是不可忽视的主要问题。还有其他一些形式的刀尖刃形，选取原则就是保证表面加工质量和提高金刚石车刀的寿命，达到经济合理。

2 特殊材料的性能特点

（1）切削力大：特殊切削材料强度和硬度高，切削时变形抗力大，产生强烈的塑形变形，使切削力剧增。如高温合金和高强度钢的切削力可达切削45钢时的2-3倍，故要求机床功率大，工艺系统刚性好。（2）切削温度高：高温合金的切削温度可高达750～1000度，一般需要加大切削流量以改善冷却效果并用较大的刀尖角和刀剑园和刀尖圆弧半径加强刀尖的散热条件。（3）加工硬化严重：高锰钢、奥氏体不锈钢以及高温合金都是奥氏体组织，切削加工硬化倾向大，如高温合金的加工硬化程度可达基体硬度的1.2～2倍，加工时不宜突然停机或手动进给，以免造成严重的加工硬化。（4）铁削容易粘刀：奥氏体不锈钢和高温合金的切削强韧，切削温度高，当切削流经道具前面时产生粘结，熔焊等粘刀现象。使刀具容易崩刀，钛合金在高温下化学亲和力强，单位切削压力大，更容易产生粘结现象。（5）切削控制困难：由于材料塑性好、强度高，造成切削的卷曲、折断和屑泄困难。容易缠绕工件和刀具，损坏刀具划伤工件表面产生不安全事故。

3 高温合金材料的车削

高温合金又称耐热合金，其主要特征是在高温状态下800-900℃，σ=0.65GPa。

3.1 合金材料的分类及高温合金材料的车削特性

高温合金材料按生产工艺分，可分为变形高温合金、制造高温合金两大类。高温合金材料的车削特性，在一定的温度范围内，随温度上升，其硬度反有所增高，并且在较高温度下仍能保持材料较高的硬度和强度。

3.2 车削高温合金材料遇到的主要问题是

（1）所需切削力大由于高温合金的塑性好，强度高，因此切附过程中产生所需的切削力大。通常切削高温合金材料所需的切削力，比同样条件下切朋市通钢材约大2～3倍。容易产生加工硬化在切前高温合金时、已加工表面上的加工硬化质相较严重。表面硬度要比其基体高50%～100%。这是由于高温合金内有大量的强化相碳化物或金属间化合物溶于奥氏体固溶体中，从而使固溶体强化，在切割过程中，由于产生大量的切削热，切削温度上升很高，使强化物从固体溶体中分出来，并呈现极细的弥散相分布，使强化能力增加，从而产生加工硬化。（2）切削温度高切削高温合金材料时，塑性变形消耗的能量很大，这在能量90%以上转变为热能，而高温合金材料的热导率很低，传导和散热困难，只是高的切削热集中于切削区，从而使切削温度增高，一般可达1000℃左右。（3）刀具寿命短在切削高温合金材料时，刀具要承受很大的切削力，其工作表面和切削接触面之间的单位压力很大，切削温度又很高。另外，合金中有存在大量的硬度极高的碳化物或合金碳化物的强化相，且分布不均，同时由于加工硬化现象存在导致道具的机械磨损增大。机械磨损，相变磨损，粘结磨损，直接影响着道具的寿命。

3.3 车削高温材料的车刀

车刀前角y=10°-20°，后角a=6°-10°;在主切削刃的后刀面上平行于主切削刃磨出0.3-0.4mm宽的切削刃带。前刀面不磨出负倒棱，切削刃要锋利，刀具其他方面的几何参数根据具体情况选择，各切削刃前.后刀面的表面粗糙度值应研磨至Ra1.6um以下。

4 结束语

总之，从加工角度看改善切削加工性的途径还有选用合适的刀具材料，优化刀具几何参数，选用合适的切削用量，重视切屑控制等措施。

参考文献：

[1]马振福.机械制造技术[M].机械工业出版社.

[2]金福昌.车工（技师、高级技师）[M].机械工业出版社.

[3]雒运强.车削加工操作技巧与禁忌[M].化学工业出版社.

作者简介：于仲寒（1972-），男，本科，教师，一级实习指导教师，现从事一体化教学工作。