难加工材料超声辅助切削加工技术

难加工材料超声辅助切削加工技术（通用7篇）

篇1：难加工材料超声辅助切削加工技术

难加工材料超声辅助切削加工技术

高性能合金（如高温合金、钛合金、高强度钢等）、复合材料、硬脆材料（如光学玻璃、工程陶瓷和功能晶体）等先进材料具有优异的性能，在航空、航天、军工、电子和汽车等领域得到越来越广泛的应用。复合材料具有密度低、比强度和比模量高、可设计性强、耐腐蚀性能好、抗疲劳性能好和结构尺寸稳定性好等优点，在航空航天领域主要用于制造如机翼、尾舵、刹车盘、制动鼓、仪器舱段、支架等复杂结构件和零件。这些经过成型制备的复合材料结构件和零件上，许多连接装配和附件安装用的孔、窗口、型腔和安装定位面等需要进行精密机械加工。航空航天领域典型的复合材料和硬脆材料结构件和零件如图1 所示。这些结构件和零件不仅对加工精度和加工质量要求高，而且对加工效率也有很高要求。由于这些复合材料硬脆材料具有硬度高、脆性大和耐磨性好等特点，材料切削加工性差，零件加工要求高，很难用传统机械加工方法和加工工具进行加工。因此，如何实现难加工材料零件的高质高效精密加工已成为当前国内外关注的课题。为了适应各种先进材料不断扩大的应用需求，一方面，传统机械加工技术通过自身的不断更新发展以及与其他相关技术的融合，在一些难加工材料加工领域(尤其在加工、铝合金和钛合金结构件加工等)表现出了加工精度和加工效率方面的优势。另一方面，利用光、电、声、热、化学、磁和原子能等能量进行加工的特种加工方法（包括、超声、、电化学、高压水切割等）得到了较快的发展，在一些高性能合金和硬脆材料等难加工材料加工领域显示出一定的优越性。但是，无论是传统机械加工，还是特种加工方法，多数是直接利用单一能量进行加工，在加工效率、精度、表面质量和工具寿命等方面必然存在一定缺点和局限。于是，利用多种形式能量的综合作用的复合加工技术出现了。复合加工技术可以根据加工材料特性以及加工精度和效率的要求，通过传统加工和特种加工方法的复合，不同特种加工方法的复合等多种形式组合出各具特点的新的复合加工方法，达到优势互补，成为机械加工技术的重要发展方向之一。

超声加工作为20 世纪初发展并开始应用于工业领域的一种非常有效的特种加工方法，特别适合于加工玻璃、陶瓷、石英、金刚石、硅等各种硬脆材料，并已得到了广泛应用。将超声加工与传统的切削加工结合所形成新的加工技术是一种典型的复合加工技术，多年来的研究和应用实践表明，这一复合加工技术既充分发挥了机械加工和超声加工这两种加工技术的优点，又弥补了两种技术的局限和不足，因而具有一些突出优点。超声辅助切削加工技术不仅可以有效降低切削力、提高加工质量、减小磨损和提高加工效率，而且拓展了可加工材料和可加工零件的适用范围和应用领域。近年来，国内外研究人员针对难加工材料的超声辅助切削加工开展了大量的研究，一些机床生产商还开发了超声辅助切削加工机床。超声辅助切削加工技术已成为难加工材料零部件加工中主要先进加工技术之一，具有重要的应用价值和广阔的应用前景。

本文针对航空航天等领域中典型难加工材料零件加工的技术需求和应用背景，结合作者和国内外学者的研究成果，介绍了几种超声辅助切削加工技术的原理、特点和应用效果，以及这一复合加工技术的一些新的进展。

超声辅助切削加工技术的原理、系统与分类

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超声辅助切削加工是在传统切削加工中工具与工件相对运动的基础上，在切削工具或工件上施加超声振动，以获得更好加工性能的加工方法。超声辅助切削加工过程中，通过工具对被加工材料的机械和超声复合作用，使工具与被加工材料的接触状态和作用机制发生变化，主要通过机械切削作用、高频微撞击作用以及超声空化作用等进行材料去除。由于超声振动的引入，改变了材料去除机理，降低了工具与工件之间的摩擦力，减少了工具与工件的接触时间，增强了工具对工件的切削去除作用，从而有效地提高了材料去除率，减小切削力，降低切削热，减少刀具磨损，改善加工精度和质量。

超声辅助切削加工系统主要由超声电源、超声能量传输系统、超声换能器、超声变幅杆、工具或工件、冷却液供给单元等组成。在超声辅助切削加工过程中，超声电源通过超声发生器将产生大于15kHz 的高频电信号，并经过功率放大后输出功率超声信号，通过传输系统将功率超声信号传输到超声换能器，再经过超声换能器将电信号转换成相应频率的机械振动，通过超声变幅杆将机械振动的幅度增大，并传递给工具或工件，使其产生超声振动，实现超声辅助切削加工。根据超声辅助切削加工的方式不同，超声辅助切削加工技术的分类如图2 所示。

本文结合航空航天难加工材料零件的加工，介绍了超声辅助车削、超声辅助钻孔、超声辅助磨削和超声辅助切割等几种先进加工技术。

超声辅助车削技术

超声辅助车削是在普通车削机床运动基础上，在上施加超声振动。超声振动方向主要有沿着工件旋转方向切向的振动和沿着进给方向的振动。图3 为作者研制的一种安装在普通卧式上的超声辅助车削加工装置。

采用聚晶金刚石（PCD）刀具普通车削和超声辅助车削碳纤维复合材料的加工表面形貌和刀具磨损对比如图4 和图5 所示。与普通车削加工表面相比，超声辅助车削表面碳纤维和基体过渡部位相对较光滑，碳纤维复合材料表面加工质量明显改善，刀具磨损量可减小约30% 左右[1-2]。采用硬质合金刀具普通车削和超声辅助车削Ni718 和C263 等高温合金并和普通车削加工质量进行对比试验表明，超声辅助车削的加工表面粗糙度降低25%~50%，圆度提高40%~50%[3]。超声辅助车削还可应用于铝基碳化硅等金属基复合材料的加工，和普通车削加工相比表面粗糙度可降低25% 左右，切削力降低1/3~1/2[4]。超声辅助车削作为先进的复合加工技术，已在发动机轴、叶轮胚体、机匣和活塞等航空难加工材料零件加工领域获得了重要应用。

二维的超声椭圆振动车削（UEVC）是新发展起来的一种加工方法。目前UEVC 的驱动主要包括两种方式：一种是非共振方式，目前主要是基于平行配置压电叠堆和相互垂直配置压电叠堆的直驱结构，这种椭圆振动需要两个激振源同时激振，其工作原理和基于该原理研制的加工装置如图6 所示[5]。另一种是共振方式，主要是利用变幅杆的两个模态振动组合实现椭圆振动，其工作原理如图7 所示。

本文由吊篮联合整理发布研究表明，这种方法不仅能够减小切削力，改善加工精度和表面质量，减少刀具磨损，而且能实现脆性材料延性切削，既可以用于宏观加工，也可以进行微细结构加工。近几年来这种加工方法受到国际学术界和工程界的高度关注。此外，名古屋大学的社本教授等人还提出了三维UEVC 的概念，代表了UEVC 的最新进展[6]。

超声辅助钻削技术

超声辅助钻削技术是在传统钻削机床的加工运动基础上，在旋转的钻削工具上施加超声振动，实现超声辅助钻削。图8 所示为作者研制的超声辅助钻削装置。

超声辅助钻削较早应用于钛合金、高温合金和复合材料等难加工材料的钻削加工。利用硬质合金超声辅助钻削和普通钻削镍基高温合金材料的出口形貌和切屑形貌如图9 和图10 所示。结果表明，超声辅助钻削的出口毛刺小且少，切屑为断续切屑，利于切屑的排出。与普通钻削加工相比，超声辅助钻削高温合金的表面粗糙度可以降低60%[9]。利用WC 硬质合金钻头超声辅助钻削Ti6Al4V 钛合金材料时，切削力比普通钻削降低20% 左右[10]。目前，超声辅助钻削在航天器、飞机机体和发动机中难加工材料关键零部件的定位孔、连接孔、冷却孔和深小孔的加工中具有重要应用价值和应用前景，特别在航空航天结构件的加工装配中，可用于钛合金蒙皮和复合材料蒙皮与合金骨架之间装配连接孔加工。复合材料/ 合金叠层结构的钻孔加工，可以减小钻削力，延长刀具寿命，减小合金连续切屑对复合材料的损伤，改善钻孔质量。

超声辅助磨削技术

超声辅助磨削技术是采用电镀或烧结法制备的固结超硬（金刚石和立方氮化硼）磨削工具，在磨削工具或工件上施以超声振动的复合加工方法。根据施加超声振动的方式不同，分为两种形式：一种是在传统的基础上，通过在工件上施加超声振动，实现超声辅助磨削加工。图11 所示为在一种在传统卧式平面磨床上通过对工件上施加超声振动进行加工的典型超声辅助磨削加工装置[11]。另一种是利用或，将超声振动施加于旋转的磨削工具上实现超声辅助磨削加工，也称为旋转超声加工（RUM）。图12所示为作者研制的采用超声振动旋转工具的超声辅助磨削加工系统。超声辅助磨削加工系统包括超声加工电源、超声功率传输装置、超声振动刀柄、磨削工具和加工机床等，该系统中的超声振动刀柄内集成有超声换能器和传输超声装置，采用通用刀柄（如HSK、BT 和SK 等刀柄系列）结构与不同的数控机床或加工中心的主轴连接，可夹持杯型砂轮、平行砂轮、空心磨头、圆柱磨头、球形磨头等不同结构形式的磨削工具。该系统利用磨削工具的轴向超声振动和旋转运动，并结合数控机床或加工中心的加工运动，可以实现平面、内外圆面、制孔、型腔和复杂曲面的超声辅助磨削。

作者采用超声振动刀柄夹持电镀金刚石砂轮加工了碳纤维复合材料、铝基碳化硅复合材料、反应烧结碳化硅陶瓷和光学玻璃等难加工材料取得较好的加工效果。其中采用电镀金刚石杯形砂轮进行碳纤维复合材料超声辅助平面磨削和普通磨削后的加工表面和砂轮表面形貌分别如图14 所示。结果表明超声辅助磨削加工的表面纤维丝翘起较少，边沿没有毛刺；超声辅助磨削后的工具表面磨粒磨损小，本文由吊篮联合整理发布工具表面几乎没有堵塞现象；超声辅助磨削时磨削力可以降低约50%，表面粗糙度改善约10%~30%[13]。超声辅助磨削加工C/SiC 陶瓷基复合材料，磨削力可降低约20%，表面粗糙度可改善约30%[12]。

以固结金刚石的空心磨头为磨削工具“以磨代钻”是进行陶瓷、玻璃和复合材料等硬脆难加工材料高效精密制孔的有效加工方法。在此基础上，采用超声振动刀柄夹持电镀或烧结金刚石空心磨削工具，可以实现这些硬脆难加工材料的超声辅助磨削制孔。

利用电镀金刚石空心磨头对碳纤维复合材料进行超声辅助磨削和普通磨削制孔加工, 加工后的出口形貌和工具表面形貌如17 所示.由图可以看出超声辅助磨削加工孔的出口处几乎没有毛刺工具磨损较小，几乎没有堵塞现象[14]。采用金属结合剂金刚石空心磨头进行陶瓷基复合材料超声辅助磨削制孔，与普通磨削制孔相比，轴向磨削力可以降低约60%，加工效率可以提高约10%，且孔壁和进出口质量明显改善[15]。近年来，德国在超声辅助加工技术应用方面处于领先水平。德国的Hermann Sauer 公司和Deckel Maho公司将超声技术和先进的机床技术相结合，开发出了ULTRASONIC 系列超声复合加工中心，已在光学、医药、半导体、汽车和航空航天等工业领域得到应用。

超声辅助切割加工技术

超声辅助切割加工技术是在传统切割加工工具上施加超声振动的一种复合切削加工技术。采用固结磨料旋转将锯片切割技术用于陶瓷、光学玻璃和蓝宝石等硬脆材料划片、开槽、切断等加工。在硅和蓝宝石晶圆、面板玻璃等划片和切割中得到广泛应用。日本DISCO 公司在已有金刚石薄锯片切割技术基础上，开发了采用旋转切割片的超声辅助切割加工技术[16]。采用金刚石旋转切割片进行超声辅助切割时，切割力更小，切割片不易堵塞，刀具寿命，可以采用高进给速度提高加工效率3倍以上，可使用更细粒度的切割片获得更好的加工质量和使用更薄的切割片获得更窄的切缝。

采用硬质合金尖刀和圆片刀等切割刀片的超声辅助切割加工技术主要用于复合材料铺设时预浸纤维材料的裁剪和下料以及蜂窝结构复合材料的切割和复杂型面加工等。与普通切割相比，采用超声辅助切割时，切削力小，材料不易变形，可提高切割精度；可以采用高的进给速度大幅度提高加工效率；可以减小刀具与工件间的摩擦力，降低切割温度，减小刀具磨损；可以解决普通切割加工中粘刀等问题。

结束语

复合加工技术是先进加工技术的重要发展方向之一，超声辅助切削加工技术是涉及技术领域较宽，应用范围较广的先进复合加工技术。国内外对难加工材料超声辅助切削加工技术的基础研究和应用研究结果表明，这种先进复合加工技术可以有效降低切削力、提高加工质量和精度、减少刀具磨损和提高加工效率，既可用于碳纤维复合材料、颗粒增强复合材料、陶瓷及陶瓷基复合材料等复合材料结构本文由吊篮联合整理发布件的加工，也可用于光学棱镜、陶瓷盘、玻璃腔体、反射镜轻量化结构和陶瓷活塞等硬脆材料精密零件的加工，在航空航天等领域具有广阔的应用前景。为了实现难加工材料高质量、高精度、高效率的加工，满足不同应用领域难加工材料零件的加工要求，目前，超声辅助切削加工技术通过借鉴其他加工技术的发展经验，正不断向微细化、高效化、精密化、自动化和智能化等方向发展。(end)文章内容仅供参考()()(2012-8-24)

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篇2：难加工材料超声辅助切削加工技术

学院：机械工程学院

专业：机械工程

2013年 1 月 5日

难切削材料切削加工技术

摘要：本文阐述了难切削加工材料的定义，简单地介绍了几类难加工材料，从切削力、切削温度、刀具磨损等方面介绍了难加工材料的加工特点，并对其产生原因进行了分析。针对难加工材料在加工过程中出现的问题，本文描述了改善难加工材料的切削加工性的方法及其机理，具体对改变材料本身特性、选择刀具材料、润滑冷却方式进行详细介绍。关键词：难加工；材料；加工性；加工技术

Difficult cutting material machining

technology

Wang Xuebin(Guizhou university mechanical engineering institute Guiyang guizhou 550025）

Abstract：This paper expounds the definition of material to cutting processing, and difficult-to-machine materials processing features was reviewed ,Simply introduce several kind of difficult processing materials, from the sides of cutting force, cutting temperature, tool wear , etc, and its reasons were analyzed.For these problems that exist in the process of machining difficult-to-machine materials , this paper describes the method that improve difficult-to-machine materials processing cutting features and its mechanism, the concrete is introduced about changing materials itself characteristics, choiceing of cutting tool materials and lubrication cooling way.Key words: difficult processing;Materials;Machining;Processing technology

从某种意义上说，它们对加工的特殊要求起引言到了促进加工技术发展的作用。现在，人们然而长期以来难加工材料如钛合金、高已经掌握了很有效的难加工材料加工方法。

温合金、不锈钢等其切削加工性极差，给生产带来效率低、质量差、刀具损耗等问题，难加工材料的定义一直是加工中的难题。随着制造业的发展，难加工材料是指难以进行切削加工的21世纪这些材料的用量迅速增加，加工的矛材料，即切削加工性差的材料。切削加工性盾将变得突出。与此同时，产品的材料构成等级代号5级以上的材料均属于难加工材也不断优化，新的工程材料也不断问世，而料。从材料的物理力学性能看，硬度高于每一种切削材料的采用都对切削加工提出

250HBS、强度b0.98GPa、延伸率大于了新的要求。如在切削加工比较集中的汽车工业，其发动机、传动器零件中硅铝合金的30%、冲击值ak9.8105J/m2、热比例在逐渐增加，并开始引入镁合金和新的高强度铸铁以减轻汽车重量，节省能耗。又o系数k41.9W/(mC)的均属于难加工如在航空航天工业，钛合金、镍合金以及超耐热合金、陶瓷等难加工材料的应用比例和材料之列，如钛合金、高温合金、不锈钢、加工难度都将进一度的增加，能否高效加工高强度钢和超高强度钢、复合材料以及硬脆这些材料，直接关系到我国汽车、航空航天、材料。

难加工材料的分类：能源等重要工业的发展速度和制造业整体（1）钛合金

o钛是同素异构体，熔点为1720C，在水平，也是对切削技术的最大挑战。但低于882oC时呈密排六方晶体结构，称为钛；在高于882oC时呈密排六方晶体结构，称为钛。利用钛的上述两种结构特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及其相分含量改变而得到不同类型的钛合金。

钛合金的性能特点如下：比强度高、热强度高、抗蚀性好、低温性好、化学活性大、导热性差、弹性模量小。

（2）高温合金

高温合金又称耐热合金或热强合金，它是多组元的复杂合金，以铁、镍、钴、钛等为基础，能在600—1000度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，具有良好的热强行能热稳定性能和热疲劳性能。

（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的耐腐蚀能力的钢种。不锈钢种类很多，按其成分可分为钴不锈钢和钴镍不锈钢两大类。

（4）高强度钢与超高强度钢

高强度钢和超高强度钢为具有一定合金含量的合金钢。他们的原始强度、硬度并不高，但经过调质处理（一般为淬火和中温回火），可获得较高或很高的强度。

（5）复合材料

复合材料是指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。增强相主要是承载相，基体相主要是连接相，界面相的主要作用是传递载荷，三者的不同成分和不同复合工艺使复合材料具有不同的性能。

（6）硬脆性材料

硬脆性材料具有高强度、高硬度、高脆性、耐腐蚀和腐蚀、隔热、低密度和膨胀系数及化学性能好等特点，是一般金属材料无法比拟的。硬脆性材料由于这些独特性能而广泛应用于光学、计算机、汽车、航空航天、化工、纺织、冶金、机械和军事等领域。

难加工材料的加工特点

难加工材料的切削加工性差一般有以下几个方面：高强度： 2 高硬度；高塑性和高韧性； 4 低塑性和脆性； 5 低导热性；有大量微观硬质点或夹杂物； 7 化学性质活泼

这些性质一般都能使切削过程中切削力加大、切削温度升高，刀具磨损严重，刀具使用寿命缩短，加工表面质量恶化，切削难以控制，最终导致加工效率和加工质量降低，加工成本升高。下面详细介绍难加工材料的切削加工性及其产生机理。（1）切削力大

凡是硬度和强度高、塑性和韧性大、加工硬化严重、亲和力大的材料，切削功率消耗大，切削力大。这就要求加工设备功率大，刀具有较高的强度和硬度。表1.1是几种典型难加工材料的切削力的对比。（2）切削温度高

由于难加工材料呢往往加工硬化严重，强度高，塑性和韧性大，亲和力大而导热系数小，切削过程中会产生较大的热量，但散热性能差，因此切削温度较高。如钛合金的传导率只有45钢的1/6左右，且刀-屑接触长度短，切削热集中在切削刃附近，因此切削温度很高，往往是45钢的一倍以上。（3）刀具磨损严重，使用寿命短

凡是硬度高或有磨粒性质的硬质点多或加工硬化严重的材料，刀具的磨料磨损都很严重。另外，导热系数小或刀具材料易亲和、黏结也会造成切削温度高，从而使得黏结磨损和扩散磨损严重。因此难加工材料切削过程中使用寿命铰短。

（4）加工表面粗糙，不以达到进度要求

加工表面硬化严重、亲和力大、塑性和韧性大的材料，其加工表面粗糙度大，表面质量和精度均不易达到要求。（5）切屑难于处理

强度高、塑性和韧性大的材料，切屑连绵不绝、难以处理。切削过程中，切削应得到很好地控制，不能任其缠绕在工件或刀具上，划伤已加工表面、损坏刀具，甚至伤人。

难加工材料切削加工性的改善 1.改变材料本身的切削加工性

改善材料本身的切削加工性首先可以采用适当的热处理方法。在被加工材料化学成分已定的情况下，经过不同的热处理工艺可得到不同的金相组织，材料的力学、物理性能机加工性将出现很大的差别。故应当采用适当的热处理方法，并合理安排热处理加工工序。如低碳钢的热塑性很大，可进行冷拔或正火以降低塑性，提高硬度，使切削加工性得到改善；马氏体不锈钢也经常进行调质处理，以降低塑性，减少以加工表面粗糙度，使其较易加工；高强度钢在退火、正火状态下，切削加工并不太困难，粗加工躲在这时进行；经过调质，高强度钢的硬度、强度大为提高，变得难加工，此时可进行精加工或半精加工。

其次是可以改变材料的化学成分。在保证材料力学、物理性能的前提下，在钢中适当添加一些元素，如S、Pb、Ca等，其加工性可得到显著改善，这样的钢称为“易切钢”。易切钢可以使刀具耐用度提高，切削力减小，容易断屑，提高以加工表面的质量。易切钢的添加元素几乎都不能与钢基体固溶，而已金属或非金属夹杂物的状态分布，从而改变了钢材的内部结构与加工时的变形状况，使其加工性得到改善。在奥氏体不锈钢中添加S元素会降低不锈钢的抗腐蚀性，可在奥氏体不锈钢中添加Se元素，所形成的硒化物可提高切削加工性而不影响抗腐蚀性。合理的选用刀具材料

刀具材料的切削性能对切削加工技术的水平影响很大。切削难加工材料时，必须尽可能采用高性能的刀具材料。由于难加工材料种类繁多，性质迥异，在选用刀具时，必须注意刀具材料与被加工材料在力学、物理性能和化学性能之间的合理匹配。

常用于难加工材料切削的刀具材料有高性能高速钢、粉末冶金高速钢、添加TaC和NbC的硬质合金、细晶粒和超细晶粒硬

质合金、TiC硬质合金、添加稀土元素的硬质合金、各种陶瓷材料以及CBN和金刚石等超硬材料。

在韧性较好的刀具基体上，进行表面涂层，涂覆具有高硬度、高耐磨性、耐高温材料的薄层是提高刀具切削性能的有效途径。与未涂层刀具相比，刀具经过涂层后，可以采用更高的切削速度，或在同样的切削速度下大幅度地提高刀具使用寿命，也可以减少刀具与工件材料之间的摩擦系数，从而减少切削力，改善被加工材料的表面质量。

采用PVD方法在高速钢基体上可涂覆一层致密、坚硬、厚度为几微米的氮化物或碳化物，使高速钢刀具的寿命和切削性能得到大幅度地提高。这种加工方法适用于麻花钻、立铣刀、丝锥、齿轮滚刀和插齿刀等重磨前刀面的刀具。采用PVD和CVD的方法在韧性较好的硬质合金基体上涂覆一层或多层的高硬度和高耐磨性的材料，可获得高韧性又有高耐磨性的刀具材料。3.合理的适用润滑冷却方式

在难加工材料切削过程中，合理使用切削液尤为重要。切削液基本上分为三类：切削油、乳化液、合成切削液。切削油的组要成分是矿物油；乳化液系用乳化油加水稀释而成；而乳化油则由矿物质油、乳化剂及其他物质配成；合成切削液是水基，再加入其他成分构成。以上三类切削液均需加入各种添加剂。切削液具有冷却作用和润滑作用，能够有效的降低切削区刀具表面和工件表面的温度，改善刀具与切屑、工件表面之间的摩擦状态，从而减小刀具磨损并提高以加工表面质量；切削液有清洗作用，能将碎屑（如切铸铁）和粉屑（如磨削）冲走；切削液还能防锈，工作性能稳定，且不污染环境，并对人体无害。同时，在金属切削加工领域也可采用低温雾化切削、油雾冷却、低温冷风切削、MQL微量润滑等绿色切削技术。4.采用其他加工方法 1 热处理渗入可逆元素对于某些材料还可以通过热处理渗入可逆元素来改善切削加工性，加工完成后去除可逆元素，保持工件的原有特性，如钛合金渗氢处理切削加工性显著改善，切削加工后在进行去氢处理。局部加热切削加工在切削加工中，局部加热工件切削区域可使材料切削变形区的应力降低，切削力则相应降低，有利于提高刀具使用寿命，切削速度可提高。但加热切削法对被加工表面和表层的物理力学性能有影响，选用时应谨慎。低温切削加工切削过程中通过一定的强制冷却手段使得工件保持低温状态，工件的力学性能向有利于切削加工的趋势变化，刀具则因低温环境切削加工性能更好，寿命提高。磁化切削加工使工件和刀具两者之一被磁化，切削过程中带磁切削，切削加工性可得到改善。振动切削加工低频振动切削具有很好的断屑效果，可不断用断屑装置，使刀刃强度增加，切削时总功率消耗比带有断屑装置的普通切屑降低40%左右。高频振动切削也称超声波振动切削，有助于减小刀具与工件之间的摩擦，降低切削温度，减少刀具的粘着磨损，从而提高切削效率和加工表面质量，刀具寿命约可提高40%。

结束语：

难加工材料加工技术是机械加工工业的关键技术，它的发展体现着国家制造业的制造水平。目前难加工材料加工技术发展日趋成熟，已经实现了对钛合金、高温合金、不锈钢等多种难加工材料的加工。但随着科学技术的发展，必将对产品零部件的性能提出新的和特殊的要求，会有更多难加工材料需要加工，难加工材料加工技术也将会得到更加广泛的应用。

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业出版社，2009.18-53

篇3：难加工材料超声辅助切削加工技术

在切削加工中, 通常出现的刀具磨损包括如下两种形态:a.由于机械作用而出现的磨损, 如崩刃或磨粒磨损等;b.由于热及化学作用而出现的磨损, 如粘结、扩散、腐蚀等磨损, 以及由切削刃软化、溶融而产生的破断、热疲劳、热龟裂等。

切削难加工材料时, 在很短时间内即出现上述刀具磨损, 这是由于被加工材料中存在较多促使刀具磨损的因素。例如, 多数难加工材料均具有热传导率较低的特点, 切削时产生的热量很难扩散, 致使刀具刃尖温度很高, 切削刃受热影响极为明显。这种影响的结果会使刀具材料中的粘结剂在高温下粘结强度下降, WC (碳化钨) 等粒子易于分离出去, 从而加速了刀具磨损。另外, 难加工材料中的成分和刀具材料中的某些成分在切削高温条件下产生反应, 出现成分析出、脱落, 或生成其他化合物, 这将加速形成崩刃等刀具磨损现象。

在切削高硬度、高韧性被加工材料时, 切削刃的温度很高, 也会出现与切削难加工材料时类似的刀具磨损。如切削高硬度钢时, 与切削一般钢材相比, 切削力更大, 刀具刚性不足将会引起崩刃等现象, 使刀具寿命不稳定, 而且会缩短刀具寿命, 尤其是加工生成短切屑的工件材料时, 会在切削刃附近产生月牙洼磨损, 往往在短时间内即出现刀具破损。

在切削超耐热合金时, 由于材料的高温硬度很高, 切削时的应力大量集中在刃尖处, 这将导致切削刃产生塑性变形;同时, 由于加工硬化而引起的边界磨损也比较严重。

由于这些特点, 所以要求用户在切削难加工材料时, 必须慎重选择刀具品种和切削条件, 以获得理想的加工效果。

2 难加工材料在切削加工中应注意的问题。

切削加工大致分为车削、铣削及以中心齿为主的切削 (钻头、立铣刀的端面切削等) , 这些切削加工的切削热对刃尖的影响也各不相同。车削是一种连续切削, 刃尖承受的切削力无明显变化, 切削热连续作用于切削刃上;铣削则是一种间断切削, 切削力是断续作用于刃尖, 切削时将发生振动, 刃尖所受的热影响, 是切削时的加热和非切削时的冷却交替进行, 总的受热量比车削时少。

铣削时的切削热是一种断续加热现象, 刀齿在非切削时即被冷却, 这将有利于刀具寿命的延长。日本理化研究所对车削和铣削的刀具寿命作了对比试验, 铣削所用刀具为球头立铣刀, 车削为一般车刀, 两者在相同的被加工材料和切削条件 (由于切削方式不同, 切削深度、进给量、切削速度等只能做到大体一致) 及同一环境条件下进行切削对比试验, 结果表明, 铣削加工对延长刀具寿命更为有利。

利用带有中心刃 (即切削速度=0m/min的部位) 的钻头、球头立铣刀等刀具进行切削时, 经常出现靠近中心刃处工具寿命低下的情况, 但仍比车削加工时强。

在切削难加工材料时, 切削刃受热影响较大, 常常会降低刀具寿命, 切削方式如为铣削, 则刀具寿命会相对长一些。但难加工材料不能自始至终全部采用铣削加工, 中间总会有需要进行车削或钻削加工的时候, 因此, 应针对不同切削方式, 采取相应的技术措施, 提高加工效率。

3 切削难加工材料用的刀具材料。

CBN的高温硬度是现有刀具材料中最高的, 最适合用于难加工材料的切削加工。新型涂层硬质合金是以超细晶粒合金作基体, 选用高温硬度良好的涂层材料加以涂层处理, 这种材料具有优异的耐磨性, 也是可用于难加工材料切削的优良刀具材料之一。

难加工材料中的钛、钛合金由于化学活性高, 热传导率低, 可选用金刚石刀具进行切削加工。CBN烧结体刀具适用于高硬度钢及铸铁等材料的切削加工, CBN成分含量越高, 刀具寿命也越长, 切削用量也可相应提高。据报道, 目前已开发出不使用粘结剂的CBN烧结体。

金刚石烧结体刀具适用于铝合金、纯铜等材料的切削加工。金刚石刀具刃口锋利, 热传导率高, 刃尖滞留的热量较少, 可将积屑瘤等粘附物的发生控制在最低限度之内。在切削纯钛和钛合金时, 选用单晶金刚石刀具切削比较稳定, 可延长刀具寿命。

涂层硬质合金刀具几乎适用于各种难加工材料的切削加工, 但涂层的性能 (单一涂层和复合涂层) 差异很大, 因此, 应根据不同的加工对象, 选用适宜的涂层刀具材料。据报道, 最近已开发出金刚石涂层硬质合金和DLC (Diamond Like Carbon) 涂层硬质合金, 使涂层刀具的应用范围进一步扩大, 并已可用于高速切削加工领域。

4 切削难加工材料的刀具形状。

在切削难加工材料时, 刀具形状的最佳化可充分发挥刀具材料的性能。选择与难加工材料特点相适应的前角、后角、切入角等刀具几何形状和对刃尖进行适当处理, 对提高切削精度和延长刀具寿命有很大的影响, 因此, 在刀具形状方面决不能掉以轻心。但是, 随着高速铣削技术的推广应用, 近来已逐渐采用小切深以减轻刀齿负荷, 采用逆铣并提高进给速度, 因此, 对切削刃形状的设计思路也有所改变。

对难加工材料进行钻削加工时, 增大钻尖角, 进行十字形修磨, 是降低扭矩和切削热的有效途径, 它可将切削与切削面的接触面积控制在最小范围之内, 这对延长刀具寿命和提高切削条件十分有利。钻头在钻孔加工时, 切削热极易滞留在切削刃附近, 而且排屑也很困难, 在切削难加工材料时, 这些问题更为突出, 必须给以足够的关注。

为了便于排屑, 通常在钻头切削刃后侧设有冷却液喷出口, 可供给充足的水溶性冷却液或雾状冷却剂等, 使排屑变得更为顺畅, 这种方式对切削刃的冷却效果也很理想。近年来, 已开发出一些润滑性能良好的涂层物质, 这些物质涂镀在钻头表面后, 用其加工3~5D的浅孔时, 可采用干式钻削方式。

孔的精加工历来采用镗削方式, 不过近来已逐渐由传统的连续切削方式改变为采用等高线切削这类间断切削方式, 这种方式对提高排屑性能和延长工具寿命均更为有利。因此, 这种间断切削用的镗削刀具设计出来后, 立即被应用于汽车零件的CNC切削加工。在螺纹孔加工方面, 目前也采用螺旋切削插补方式, 切螺纹用的立铣刀已大量投放市场。

如上所述, 这种由原来连续切削向间断切削的转换, 是随着对CNC切削理解的加深而进行的, 这是一个渐进的过程。采用此种切削方式切削难加工材料时, 可保持切削的平稳性, 且有利于延长工具寿命。

5 难加工材料的切削条件。

难加工材料的切削条件历来都设定得比较低, 随着刀具性能的提高, 高速高精度CNC机床的出现, 以及高速铣削方式的引进等, 目前, 难加工材料的切削已进入高速加工、刀具长寿命化的时期。

现在, 采用小切深以减轻刀具切削刃负荷, 从而可提高切削速度和进给速度的加工方式, 已成为切削难加工材料的最佳方式。当然, 选择适应难加工材料特有性能的刀具材料和刀具几何形状也极为重要, 而且应力求刀具切削轨迹的最佳化。例如, 钻削不锈钢等材料时, 由于材料热传导率很低, 因此, 必须防止切削热大量滞留在切削刃上, 为此应尽可能采用间断切削, 以避免切削刃和切削面摩擦生热, 这将有助于延长工具寿命和保证切削的稳定。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。

结束语。如前所述, 难加工材料的最佳切削方法是不断发展的, 新的难加工材料不断出现, 对新材料的加工总是不断困扰着工程技术人员。最近, 新型加工中心、切削工具、夹具及CNC切削等技术发展非常迅速, 而且在切削加工之外, CNC磨削、CNC电加工等技术也得到空前的发展, 难加工材料的加工技术选择范围已大为扩展。

当然, 有关难加工材料加工信息的收集与对该技术的深入理解, 还不能尽如人意, 正因为如此, 而对难加工材料的不断涌现, 人们总是感到加工技术有些力不从心。

今后, 难加工材料零件的加工将采取CAD/CAM、CNC切削加工等计算机控制的生产方式, 因此, 数据库的建构、工具设计与制作等工具管理系统的完善, 都极为重要。难加工材料切削加工中, 适用的刀具、夹具、工序安排、工具轨迹的确定等有关切削条件的数据, 均应作为基础数据加以积累, 使零件生产方式沿着以IT化为基础的方向发展, 这样, 难加工材料的切削加工技术才能较快地步入一个新的阶段。

责任编辑:温雪梅

摘要：简要论述切削加工中的难加工材料的切削技术。

篇4：难加工金属材料的切削加工技术

关键词：难加工金属材料切削加工技术刀具几向参数

中图分类号：TH142 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）05（b）-0031-02

基于这种情势背景之下，出现了新加工材料这一领域。经济的不断发展和生产力的不断提升，不同领域之间运用到难加工材料的次数越来越频繁，其加工技术也随着经济的发展而不断的完善和优化。如何对于这些材料进行高效率的加工和利用，成为如今应该重点思考的问题。如果能够对于这些材料进行科学合理的利用，那么对于重工业领域、航天领域以及其他相关领域进行健康可持续的发展有着极为重要的价值和意义。在对其进行探究的过程当中，要掌握问题的根源，对于难加工材料种类多样化以及多功能性这两大问题进行重点的研究和探讨，切实解决制造业发展的需要。

1 切削领域中的难加工金属材料

难加工金属材料其定义就是指在进行切削加工的过程当中难度系数较大的，所需要花费的人力资本较多的材料。相关的工作人员将加工材料的切削工序分为了不同的等级，等级越高进行加工时难度越大，5级以上的加工材料就可以被定义为难加工材料。这些材料往往具有高强度或者是高硬度的特性，大多数都是金属产品，在对其进行加工时所使用的道具寿命不长，卷屑也较为困难，加工过后的成品往往表面比较粗糙。之所以上述的金属材料进行加工的难度系数较大，笔者对其原因进行了详细的探析，分为以下几点：（1）金属材料主要由合金元素组成，其熔点相较于其他加工材料来说熔点较高，比如说铁、钛等在加工的过程当中可以相互进行交融，与其他合金要素发生化学反应，会形成硬度较高的颗粒物。这样刀具在进行材料的加工过程当中，由于磨损过大，其寿命就会大大的减少。（2）加工材料具有固定的本质属性，其自身就具有一定的硬度和韧性，而材料加工的环境往往都是需要高温的，而在高温的环境当中，材料会因为温度的增加使自身原始的表面形态发生一定的变化，就是会发生变形，切屑的硬度增加，进行切屑时所耗费的生产力也就更多。（3）加工材料当中往往具有一些化学特性，其中蕴含的分子元素活跃性较强，比如说钛合金当中的分子元素在与刀具进行接触的过程当中，化学的亲和性强，道具会因此与钛合金当中的化学元素发生反应，使得道具表面组织发生改变，从而加剧刀具的磨损。（4）在对于难加工材料进行分析之后，发现其具有共同的特性，那就是其热传导率较低，在进行加工的过程当中不能够将热量及时的散发出去，这样就会使得刀刃与刀柄之间温度的差异较大。其所带来最直接的后果就是刀具在高温环境之下，其粘连性会有所下降，造成粒子丢失，进一步的加剧刀具的磨损。同时在进行材料高温切削的过程当中，道具往往与难加工材料发生一定的化学反应，会出现成分丢失或者是增加的情况，这些情况都是造成刀具磨损的要素。

2 难加工金属材料的切削技术

如今在进行难加工材料的加工过程当中，仍旧使用的是传统的切削技术，其加工的质量和效率都不尽人意，为了使得这一情况有所改善，提出一些对策和建议使得切削技术能够有所提升：选择切削功能强、质量优良的刀具；对于切削用量和参数进行科学合理的制定；在上述的建议当中对于刀具的选择是最重要的，其不但要求质量优良，对于切削性也具有一定的要求。比如说陶瓷和金刚钻都能够在难加工材料切削的过程当中发挥巨大的价值。与此同时对于刀具与难加工材料当中的化学、物理属性也要进行详细的考虑，确保刀具在进行切削的过程当中，化学或者是物理反应不要过于激烈，这样才能够确保刀具的质量得到保障。

2.1 切削难加工金属材料的刀具材料选用

CBN的高温硬度相较于其他刀具材料来说具有一定的优势地位，其在进行硬度较大的材料加工时，由于其CBN 成分含量多，因此刀具的寿命也能够因此延长，切削的质量和效率也会有所提升。

新型涂层硬质合金其耐磨性较高，在进行难加工材料的切削时，大多数厂家都愿意选择其为切削的道具。究其主要原因就是其适用的难加工材料种类丰富，并且切削效果较好。但是其涂层具有性能单一的特性，这样在选用其进行难加工材料的切削时，就需要根据该材料的特性进行分析，在此基础之上进行涂层道具材料的选择运用。

金刚石烧结体刀具适用于硬度较大的金属，因为碳化学分子比较稳定，硬度较强，其所制成的刀具材料具有刀刃锋利的特性，并且其热度不会给在刀刃处滞留，不会导致刀刃刀柄的温差较大而加大化学物的滞留的情况发生，極大程度上减轻了刀具的磨损状况。

2.2 合理选择刀具几何参数

想要使得难加工材料在切削的过程当中减轻切削的压力，可以从刀具形状方面进行考虑。对于难加工材料的特性进行分析，对于道具几何形状进行适当的改变，这样不但使得切削的质量精准性有所提升，并且对于刀具的保养也有裨益，因此在对于难加工材料的切削技术处理时，刀具形状的选用是至关重要的。如今随着经济和科技的不断发展，在对于切削刀具形状进行选择时，思维理念也有了创新和发展，比如说增大钻尖角等等。

2.3 合理选择难加工材料的切削条件

在对于难加工材料进行切削条件的设定时，其要求的规格标准并不高。随着科技的不断完善，难加工材料的切削工艺已经日益完善并不断的得以优化，刀具的使用寿命也日益加长。如今对于道具切口的选择大多数都是使用那些比较轻巧方便的切削工具，不但能够使得难加工材料的切削质量有所提升，也能够减轻切削的压力，从而提高切削的效率。与此同时对于刀具形状以及刀具的材料构成要素也要进行重视，这样才能够使得切削效果达到最佳。

上述的建议对于大部分的难加工材料的切削工艺是有一定裨益和帮助的，但是存在采取上述方式仍旧不能够进行有效切削工作展开的情况。比如说，在对于那些硬度较大的切削金属材料进行加工的过程当中，切削的速率要加以降低，这样才能够取得良好的切削效果。有些刀具当中含有CBN成分或者是金刚石，其刀刃的硬度较大，但是其韧性较低，进行加工材料的选择时具有一定的局限性，尤其是金刚石其对于黑色金属加工材料不具有切削能力，这样其应用范围就被大大的缩小。如今对于切削方式技巧不断的得以完善，其思维理念也有所创新，发明了特种加工的方法，其加工的原理并不是使用传统机械的方式对其进行加工，而是使用声能、太阳能等方式，其对于材料没有限制性，适用于任何种类的加工材料。

虽然特种加工的方式适用范围十分广阔，但是其仍旧具有一定的局限性，在未来今后的发展过程当中，发展潜力并不大。

3 结语

难加工金属材料是时代的产物，其切削的技术和方式也在随着时代的进步和经济的发展在不断的完善和优化。如今应该对切削工艺进行重视，加快对于新型切削刀具的开发和创新，使得切削技术能够运用到更多的领域当中，切实促进我国经济发展。

参考文献

[1]郁鼎文，陈恳.现代制造技术[M].北京：清华大学出版社，2006.

[2]刘冠权，马修泉.精切代磨技术的发展与应用[J].辽宁工程技术大学学报，2003（3）：28-31.

[3]张树森.45淬硬钢的精切代磨加工[J].机械工程师，2006（3）：41-43.

篇5：难加工材料超声辅助切削加工技术

超声切割技术在复合材料加工领域的应用

由于超声切割技术的.切割质量优异,具有无毛刺、无刀具磨损、无炭化材料、侧向切割力小、加工速度快、加工精度高、无粉尘污染、可切割凯夫拉和UD纤维等优势,在国外已得到了广泛的应用.

作者：高军崔巍作者单位：德国海斯・安德莱公司(HACO 刊名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY 年，卷(期)：2008 “”(4) 分类号：V2 关键词：

篇6：难加工材料的切削加工研究

关键词：难加工材料,切削加工性,刀具材料

0 引言

近年来,随着社会的发展难加工材料的应用越来越广泛,但是其切削加工仍然是一个难题。如何高效地加工这些难加工材料一直困扰着工程技术人员,既要保证加工效率和加工质量,又要控制加工成本。要切削难加工材料,必须了解其切削加工性,掌握切削规律,寻求切削措施,这是难加工材料切削加工中的重要课题。本文将主要对几种典型难加工材料的特性和切削时对刀具材料的选择以及刀具几何参数方面的选用原则进行分析,以期对难加工材料的切削加工有一定的帮助和指导作用。由于车削在难加工材料的切削加工中所占比重较大,因此本文中的切削加工都是指车削。

1 难加工材料的分类及其切削加工性

难加工材料种类繁多,分类方法也很多,按照材料的种类可分为:不锈钢、钛合金、高强度与超高强度钢、高锰钢、高温合金、冷硬铸铁、喷焊(涂)材料及淬硬钢等金属材料,此外,还有石材、工程陶瓷、工程塑料和复合材料等许多非金属材料。

切削加工性是指工件材料切削加工的难易程度。材料的切削加工性是一个相对的概念,因为它不仅和材料本身有关,而且随切削加工条件和加工要求等的不同而异,因此生产中常用相对切削性来衡量。难加工材料之所以难以加工就是因为其相对切削性太差,如高硬度和高强度、高塑性和高韧性、低导热性、低塑性、高脆性、化学性能过于活泼等特点造成切削过程中切削力大、切削温度高、切屑难于控制、加工硬化严重和刀具耐用度低,这是难加工材料切削加工中的一般特点。由于各种材料的成份和性能各异,切削加工性也不同,只有掌握它们的特殊性,才能研究出相应的工艺方法来解决切削加工中的各种问题。

2 难加工材料切削时刀具的选用原则

金属的切削加工其本质是被切削金属层在刀具切削刃和前刀面的作用下,经受挤压而产生剪切滑移变形的过程。刀具材料的切削性能对切削加工技术水平影响极大,金属切削的生产率、成本和质量在很大程度上取决于刀具材料的合理选择。在金属切削中刀具起主导作用,而刀具几何参数和切削用量都以刀具材料的性能为依据,尤其在难加工材料的切削加工中,优选刀具材料往往是工艺人员的首要任务。根据难加工材料切削的特点,选择刀具材料应优先考虑以下性能:①高的硬度和耐磨性;②高的耐热性;③足够的强度和韧性。考虑到难加工材料切削的特殊性,选择刀具材料时还必须考虑到以下几个问题:①要避免因刀具材料和工件材料之间某些元素的亲和作用致使刀具磨损加剧;②根据刀具材料、工件材料和其他切削条件选择最佳切削速度,即在此切削速度下切削时刀具磨损量最小,耐用度最高,切削路程最长;③各种刀具材料的优越性只有在相应的速度范围内才能充分显示出来,比如,陶瓷和立方氮化硼刀具切削时要求切削速度高,如果在较低的速度下切削,其耐用度并不比高速钢刀具好,因此要确定所选择刀具适应的切削速度范围。

3 典型难加工材料的切削加工

3.1 不锈钢的切削

不锈钢因具有耐腐蚀性能及在较高温度(>450o)下具有较高强度而在机械制造、航空、航天、石油、化工及人们的日常生活中得到了广泛的应用。不锈钢的切削加工性较差,其加工性约是45钢的一半,切削时须选用红硬性高、抗弯强度高、耐磨、导热性好、抗粘结、抗扩散和抗氧化磨损性好的刀具材料,常选用YG类及含Ta(Nb)C的YG类硬质合金。粗车时可选用YG8或者YC6,若用YG8N和813硬质合金,能大大地提高刀具耐用度;在连续切削条件下的高速精车或半精车宜选用YT5、YTl5、798、YWl和YW2等硬质合金。

切削不锈钢时,应在保证切削刃强度的前提下尽量选用较大前角以利断屑,通常前角γ0取值如下:粗车时γ0=10o~15o;半精车时γ0=15o~20o;精车时γ0=20o~30o。后角α0应取较大值,以减小后刀面与加工表面间的摩擦,一般粗车时α0=4o~6o;半精车及精车时α0=6o~10o。其他几何参数的选择如下:主偏角kr=45o~75o;副偏角kr′=10o~15o;刀尖圆弧半径rε常取0.5 mm;刃倾角λs=-3o~-8o,精车时一般可以取正值。

切削不锈钢时还有个值得注意的问题就是断屑槽,由于切削奥氏体类不锈钢时断屑特别困难,可将切削部分刃磨成全弧型的卷屑槽,以达到断屑的目的。

3.2 钛合金的切削

钛合金具有比强度高、耐热性好、耐蚀性好等优良的力学和物理性能,因此在航空、航天、造船、石油、冶金、化工等工业中得到了广泛的应用,但钛合金本身化学活性大、导热系数小、弹性模量小等特点使得钛合金很难切削。切削钛合金时宜选用与钛化学亲和作用小、导热系数高、强度大、晶粒度小的钨钴类硬质合金作刀具材料,以不含或少含TiC的硬质合金为宜,如YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、643M、YS2、YD15、YG10H等牌号。若用金刚石和立方氮化硼切削钛合金效果更好,因刀具导热性高、抗粘结、刀刃锋利。

由于钛合金塑性小,刀—屑接触长度短,切削时应选较小前角,硬质合金车刀的前角γ0一般取5o;由于钛合金弹性模量小,为避免因回弹造成的摩擦,后角应取较大值,一般取α0=10o~15o;主偏角kr≤45o;副偏角kr′一般取15o;rε不宜过大,一般0.5 mm≤rε≤1.5 mm,此外rε应小于切深ap的一半。

进行切削前应采用金刚石砂轮精磨车刀前、后刃面,且要防止有裂纹和任何细小的缺口,因车刀切削刃的细小缺口会导致崩刃、粘屑,从而使刀具耐用度大大降低。

3.3 淬硬钢的切削

淬硬钢属于高硬度难加工材料,在生产中常被用作耐磨材料。淬硬钢的切削加工性差、强度高、硬度高、脆性大、导热性差,因此给切削加工造成很大困难。切削淬硬钢时宜选用红硬性高、耐磨、导热性好的刀具,可以用硬质合金、陶瓷和立方氮化硼作为刀具材料。用硬质合金时,一般以含TaC(NbC)的K类和M类硬质合金为好,可选用600、610、767、726、712、YW1、YW2、YN05、YT05等牌号。由于陶瓷刀具耐磨、耐热性好,切削时不仅可以提高刀具耐用度,还可在更高的切削速度范围内切削,从而提高生产率,这是硬质合金刀具所不能比拟的。

因淬硬钢的硬度和强度都很高,为加强刃口强度必须选择负前角,且负值不能太大,以免使切削力显著增大,应在保证刃口强度的前提下选择最小负前角,一般γ0=-5o~-10o;为减少刀具磨损,后角值可以稍大些,一般α0=8o~15o;机床刚度好时kr=20o~45o,刚度不好时kr=45o~60o;副偏角一般取kr′=5o~15o;λs=-5o~-15o;rε一般取0.5 mm,在不产生振动条件下其值可适当加大。

3.4 高强度钢的切削

高强度钢是指那些强度和硬度都很高,具有一定合金含量的结构钢,常用作机器中的关键承载部件,如发动机的曲轴、重要的齿轮、连杆和花键轴等。高强度钢的切削加工性差主要是由于其高的室温强度和硬度,钢中合金元素的含量和成分也对其加工性有很大影响,切削用的刀具材料应具有很高的硬度和很好的耐磨性。由于高强度钢属铁基金属,不能采用金刚石刀具,其他的先进刀具材料都能用来切削高强度钢,推荐使用新型硬质合金(如添加钽、铌或稀土元素的P类合金,TiC基合金,P类涂层合金)和Al2O3基陶瓷作为刀具材料。

由于高强度钢的硬度和强度高,须加强刀具的切削刃和刀尖部分。刀具前角应适当减小,一般取γ0=-5o~10o,被加工材料强度高时取小值;后角半精加工时取α0=8o~10o,精加工时取α0=10o~12o;其他几何参数的选取原则和切削一般钢料时相同。切削高强度钢时还应在刀具前面磨出断屑台,以利断屑,断屑台的宽度一般为(3~4)f(f为每转进给量),高度为0.6 mm~0.8 mm,根部圆弧半径为0.8 mm~1 mm。

3.5 热喷焊(涂)材料的切削

喷焊与喷涂是一种对零件进行表面处理、防护和修复的新工艺,能显著提高零件的耐磨、耐热、耐腐蚀等性能,已经广泛应用于航空、航天、汽车、造船、石油等工业中。热喷焊(涂)材料是一种新兴的难加工材料,具有硬度高、耐磨性好等特点,给加工带来很大困难。切削用的刀具材料不仅要有高的耐磨性,还要有较高的抗弯强度,可选用添加TaC(NbC)的超细晶粒硬质合金、陶瓷和立方氮化硼刀具进行切削。硬质合金刀具选用YD05、610、726、643M、YG10H、YD15、YM051、YM053等牌号较好;陶瓷刀具可选用SG4、SG5、LT35、LT55等牌号;用立方氮化硼刀具切削热喷焊(涂)层能取得很好的切削效果,其加工效率和刀具寿命等均优于其他刀具。

切削热喷焊(涂)层时,刀具几何参数是围绕增强切削刃强度和刀尖的散热能力以及刀具耐用度等要求来确定的。前角值的选取应随被切削材料硬度的提高而适当减小,当材料硬度较高时,应取γ0=-5o~-10o,当选γ0=0o或正值时需磨出负倒棱;粗车时γ0≤-5o,精车时一般取γ0=0o~8o。其他几何参数的选择如下:α0=8o~12o;λs=0o~-5o;kr=10o~30o;kr′=10o~15o;rε=0.3 mm~1 mm。

4 结语

切削难加工材料时,刀具的材料及其几何参数的合理选择至关重要。虽然难加工材料的种类繁多,但是切削时都是在合理选择刀具材料和刀具几何参数的基础上进行切削用量的优化和加工方式的选择,因此本文对典型难加工材料切削加工的分析研究对其他难加工材料的切削也有一定的借鉴意义。随着社会的发展和科技的进步,必将涌现出更多新型的性能优良的刀具材料,也会出现更多有效的加工方法,难加工材料的切削效率和加工质量将大大提高。

参考文献

[1]韩荣第,于启勋.难加工材料切削加工[M].北京:机械工业出版社,1996.

[2]李企芳.难加工材料的加工技术[M].北京:科学技术出版社,1992.

篇7：对金属切削加工技术的探析

关键词：金属切削切削加工技术

中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号1672-3791（2016）07（b）-0000-00

切削加工以其能耗小、效益高的优势被广泛应用在机械加工之中，并成为机械加工过程中的一个重要环节。也正因如此，做好对切削加工技术的分析与研究，始终是机械加工技术人员所面临的重要课题。以下笔者即结合个人实践工作经验与相关参考文献，从几个方面入手可对金属切削技术的发展趋势进行了粗浅的分析，也希望通过本文笔者的粗浅阐述，能够为广大同行在今后的工作中提供有益的参考与借鉴。

1对金属切削的分析

金属切削加工就是利用刀具，将工件上多余的材料进行切除，进而使加工件获得想要的形状、尺寸与精度，并且使加工件的表面质量达到相应的加工要求。而要想实现这一加工过程，则必须要具备以下三个条件：第一，加工件与刀具之间必须要具备一定的相对运动，也就是说进行切削运动；第二，刀具与材料必须要具备一定的切削性能；第三，刀具必须要具备一定的几何参数，也就是具备一定的切削角度。一般来讲，在整个金属的切削加工过程中，普遍都是通过机床或者是手持工具开展的，而主要的加工方法则具体包括了：车、铣、刨、磨、钻、镗、齿等加工方法，这些加工形式虽然是多种多样的，但是无论是哪一种加工形式，在加工的过程中都会出现一个共同的现象与规律，而这些共同的现象与规律恰恰就是金属切削工作人员以及研究工作者从事切削加工方法学习与研究的共同基础所在。

在对金属切削加工技术的分类中，我们可以按照工艺特征、表面形成方法，这两点进行分类。其中，按照工艺特征可分为：车削、铣削、钻削、拉销、镗削等；按照表面形成方法则可以分为：滚切法、成形法、刀尖轨迹法。

2.金属切削加工自动化技术的发展

近些年来，随着我国科学技术的快速发展，微电子与信息技术在机械加工技术中的应用，不仅有效提高了制造业管理水平，还有效降低了机械制造过程中的大量辅助工时，推动了机械自动化的发展，并且给传统的金属切削理论与技术带来了全新的发展方向，其中较为重要的发展领域与技术成果如下：

第一，切削数据库与工艺数据库。近些年来，在微机辅助数据库技术的大力推广与实际应用中，不仅有效克服了过去纯手工查阅手册作业，依靠人工经验解决切削技术问题的困境，还进一步提高了工作人员获得信息的速度，加大了信息量的掌握，弥补了信息准确性不足的问题，为CAPP系统、CAM系统、CIMS系统的发展奠定了坚实的基础；

第二，切削技术专家系统。切削技术专家系统的根本所在，是人工智能技术在金属切削领域中的应用，而恰恰也是专家系统的出现成为了金属切削过程中可能出现的各类问题、诊断、决策的重要解决工具；

第三，切削用量和工艺过程优化。传统理论上的优化主要是对单刀，单工序，单目标，单参数的优化。而在现代化的机械加工之中对其优化则以多刀、多工序、多目标为主，因此，这也是正是优化理论与技术不断进步的重要体现；

第四，切削过程检测与监控。在无人管理的制造系统中，必须建立完善的切削过程检测与监控系统，对其制造过程中的各种状态和各种故障进行有效的监管，降低制造过程中的废品出现率，降低加工成本。

3.精密高效切削技术的发展

在20世纪50年代初期，国外发达国家就已经开始了对超精密切削技术以及机床的研发工作，因此，直至今日，我们在金属切削过程中所使用的金刚石刀具以及专业机床的切削厚度俨然已经达到了1μm。而中小型超精密机床，其主轴回转的实际精确度可以达到0.05μm，形状精度可以达到0.3μm到0.5μm，加工表面的实际粗糙程度则可以控制在0.01μm以下。

在尖端工业技术及现代化武器的制造过程中必须用到精密加工技术，甚至成为该领域的关键技术。所以，在当前许多高新技术的产品设计之中，往往对加工技术提出了微米级、亚微米级、纳米级的精度要求。而近些年来，我国也加强了对精密高效切削技术的研究与开发，一些单位对超精密加工机床和切削技术的研究也取得了十分有益的成效。

而采用超高速切削的突出特点如下：第一，超高速切削不仅具备着较高的切削效率且整体的能耗较低；第二，因单位切削力的逐步下降，使得切削过程中的热被切削走，进而降低切削的热度，使切削过程中的激振频率原理工艺熊的共振，进而提高了切削加工质量与进度；第三，延长了刀具的使用寿命；第四，超高速切削可以完成对精密薄壁件的一次成型加工，进而扩大了切削技术的加工范围。

4.刀具技术的发展

在切削加工过程中刀具作为其实施主体，与切削技术的发展有着至关重要的联系。也正因如此，近些年来在进一步加强切削加工技术发展的同时，在刀具技术方面，也纷纷涌入了许多极具发展潜力的全新的刀具生产材料。

第一，具有极高性能的高速钢，这种高速钢具有极强的耐用性，在一定的切削条件下，其切削速递是高速钢的1.5倍到3倍之间；

第二，全新的硬质合金金属，这种硬质合金金属比传统的合金金属应用范围更为广泛，可用在端铣刀、立铣刀、铰刀、钻头等螺纹齿轮刀具之上；

第三，涂层刀具在柔性自动化加工中具备着十分卓越的优越性，是近些年来在工业研究过程中十分活跃的一个研究领域；

第四，具有十分高硬度的刀具材料，这种刀具材料由于硬度极高，因此可以用于对硬质合金和陶瓷的切削。

可以说伴随着金属切削领域的不断发展，刀具技术也在随之不断的完善与发展，而刀具材料更是为了迎合刀具技术的应用做出了十分巨大的革新与完善，这就给刀具结构的变化带来了十分巨大的进展，尤其是刀具结构上的柔性化更是极大的拓展了柔性自动化加工设备的应用，为提供机械加工效率起到了十分重要的作用。

5.金属切削技术的发展趋势

金属切削技术与理论作为机械制造业的基础技术、基础理论，其对整个世界制造技术的发展而言都有着至关重要的影响，也正因如此，不断的促进切削技术的进步，完善刀具加工则尤为重要。这是因为，工业产品的生产制造环节与工业产品的生产效率、生产质量成正比关系，而要想提高这个相对比例就必须压缩机械制造环节所用时间，而这恰恰离不开切削理论、切削技术的进步。同时，我们也知道没有合适的刀具势必就无法加工出精度与表面质量符合技术要求的零件，所以，进一步完善刀具，也正是加强对切削技术本身的投入。而在未来金属切削技术的发展中，我们也要从这两个方面入手，不断的进行研究与完善。

6结束语

我们都知道，在国民生产总值中相当多的产业与机械制造技术密切相关，而在绝大多数情况下，切削加工又完成了90%以上的机械加工，因此，在整个机械制造技术中切削加工技术占据着十分重要的地位，具有着十分重要的意义。所以，做好切削加工技术的分析与研究，不断的提高切削加工技术则尤为重要。笔者也旨在通过对本文的粗浅阐述，能够让更多的人们清楚的认识金属切削加工技术，了解金属切削加工技术的发展，从而为今后的工作做有益的铺垫。也只有如此，不断的加强对切削理论、切削技术的研究与分析，才能够真正的有效振兴我国的机械制造业。