试析难加工金属材料的切削加工技术

房少英

摘 要： 随着难加工技术材料的需求不断扩大，加工问题变得越来越突出。针对这种情况，本文对难加工金属材料的切削加工技术进行了分析，提出具体的改进措施，从而对实际工作有一定帮助。

关键词： 金属材料;难加工;切削;刀具

【中图分类号】TG506 【文献标识码】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.28.193

0 引言

奥氏体不锈钢以及高锰钢等有着十分广泛的应用，但对其切削加工一直比较困难，主要的问题为切削效率较低并且切削刀具使用寿命较短。而随着机械产品小型化的发展，其所使用的材料在硬度以及耐磨性上会更好，但却增加了切削加工的难度。而这些材料能够得到高效的加工，对汽车航天以及整个制造业的发展都有重要的影响，因此需要解决难加工材料的切削加工问题，从而满足行业发展的要求。

1 切削领域中的难加工金属材料

通常切削加工性的等级代号超过5级的都是难加工材料，其硬度超过250HBS，强度大于0.98GPa，延伸率大于30%。常见的难加工金属材料包括不锈钢以及高温合金等，这些材料的硬度与强度都较高，切削加工比较困难，在切削过程中刀具的寿命都较短，并且存在卷屑、断屑困难以及加工表面质量差等问题。

这些类型的金属加工困难的原因有以下几点：（1）材料中掺有钛、铬等高熔点的合金元素，通过相互结合从而使材料的硬度增加，导致刀具磨损严重。（2）材料本身就具备非常高的硬度、强度与韧性，在加工过程中因为表面发生塑性变形从而会出现较为严重的加工硬化问题，因此需要较高的切削力，并且切削温度较高。（3）部分难加工的材料的化学性质较强，容易和刀具材料发生化学反应，从而导致刀具更易出现扩散磨损与粘着磨损，加剧刀具的磨损。（4）大部分的难加工材料导热性较差，从而使切削过程中产生的热量不能快速的消除，导致刀具刀尖温度较高，影响切削性能。此外，某些难加工金属材料在切削高温的作用下会与刀具中的材料产生反应，导致刀具中相关成分析出或脱落，使刀具容易产生崩刃等问题，从而使刀具的寿命下降较快。

2 难加工金属材料的切削技术

现阶段，难加工金属材料的切削采用的基本都是传统的切削技术，为了能够将切削的水平进行提高，需要采用多种措施，比如：使用切削性能更好的材料制作刀具;确定最优的刀具几何参数与切削用量;选择最合适的切削液;对工艺技术进行改进等。而使用新型刀具材料时最方便也是最有效的方法，常见的高速钢、CBN以及金刚石等都可以作为刀具材料，在切削难加工金属材料时有较好的效果。不过需要注意的是，刀具的材料需要与被加工的材料在物理化学等方面都匹配才能够获得满意的加工效果。

2.1 切削刀具的材料选用

目前的刀具材料，高温硬度最高的是CBN，使用CBN制造出来的刀具能够对铸铁等材料进行切削加工，并且刀具的使用寿命以及切削量与CBN的成分含量成正比。经过不断的研究，现在已经有不使用粘结剂的CBN烧结刀具，适用于难加工材料的切削。

新型涂层硬质合金的基体为超细晶粒合金，其耐磨性较强，用其加工的刀具同样适合切削难加工金属材料。材料在刀具上的涂层情况不同对实际的切削效果会有加大的影响，因此在实际切削加工的过程中，需要根据具体的加工对象确定合适涂层的刀具材料。目前的金刚石涂层硬质合金以及DLC涂层硬质合金的性能最好，在高速切削加工领域有所应用。

利用金刚石烧结而成的刀具能够对铝合金以及纯铜等材料进行切削加工。金刚石刀具凭借其刃口较为锋利、导热效果好以及刃尖残留少等优势，能够对积屑瘤等粘附物进行控制，使其保持在較低的水平。在对钛合金以及纯钛的材料进行切削加工时，因为钛合金和钛的化学性质比较活跃、传热性较差，通常选择单晶金刚石的刀具完成切削加工，整个切削过程相对稳定，并且刀具也能够有较长的使用寿命。

2.2 合理选择刀具几何参数

在对难加工的材料进行切削时，如果刀具的形状处于最优的状态，则能够将刀具材料的性能充分发挥出来。在切削加工时使刀具的前角、后角以及切入角等几何参数与难加工材料的相关参数进行匹配，同时对刃尖进行一定的处理，从而能够使切削精度得到提升，并且可以在一定程度上延长刀具的使用寿命。不过随着高速铣削技术的应用，目前已经开始使用小切深，从而降低刀齿的负荷，同时进行逆铣并加大进给速度，因此可以改变切削刃形状的设计理念，比如钻削难加工材料时，通过加大钻尖角，同时进行十字形修磨，能够使扭矩降低并使切削过程中产生较少的切削热，能够把切削与切削面的接触面积控制在最小范围之内，从而能够改善切削条件，并且使刀具具备较长的使用寿命。而为了使排屑更加容易，一般都在钻头与切削刃的后侧设置冷却液喷出口，通过提供相应的冷却液，可以在兼顾排屑的同时还能够起到较好的冷却效果。

2.3 合理选择难加工材料的切削条件

难加工金属材料在进行切削时，其切削条件通常都较低，而随着切削刀具的性能的不断改善，数控机床的加工质量不断提高，以及高速铣削方式的引入。高速加工以及如何延长刀具使用寿命是现在难加工材料切削加工的研究重点。通过使用小切深能够使刀具切削刃的负荷明显下降，从而使切削速度与进给速度得到明显提升，是切削难加工材料的最优选择。

不过选择与难加工材料相关性能匹配的刀具材料与刀具集合参数同样重要，同时还应尽量保证刀具的切削轨迹的最优化。比如在对不锈钢等材料进行钻削时，因为不锈钢的导热性较差，因此需要避免切削刃上留有大量的切削热，从而在钻削的过程中应使用间断钻削的方式进行加工，从而使切削刃与切削面之间不会产生大量的摩擦热，保证了钻削的质量，同时延长了刀具使用寿命。

如果采用上述的方式还是不能对难加工材料进行有效的加工，则需要降低相应加工参数和应用范围。比如对部分高硬度材料进行切削时，高速钢与硬质合金钢的硬度与耐磨性达不到实际应用要求，则需要降低切削速度，从而导致加工效率达不到预期要求。而CBN与金刚石虽然具有非常高的硬度，但因为韧性差，因此只适合精加工，并且因为金刚石不可以对黑色金属进行切削，导致其应用受限。

3 结语

随着机械设备发展的需求不断增加，各种合金材料应运而生，但也变得更难加工，通过对难加工金属材料的实际特性进行分析，不断完善相关切削加工技术，开发新型刀具的材料以及各种涂层技术，采用高速铣削等方式，都能够改善难加工技术材料的加工过程。本文从难加工金属材料的切削加工过程中的难点入手，提出一些具体的切削技术，对促进相关加工技术的发展有积极的意义。

参考文献

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