第一篇：幾種常見切削加工方法切削液的選用探討

幾種常見切削加工方法切削液的選用探討 新鄉職業技術學院 數控技術系 蘇世卿 王正宇

摘 要：正確的選用切削液，可以提高金屬切削的生產率，保證被加工材料的加工精度。不同的加工方法選用切削液的種類與方法不同，了解不同加工方法的切削液選用，能保證加工過程持續有效的進行。

關鍵詞：切削加工 切削液 選用

在金屬切削過程中, 為提高切削效率、工件精度和降低工件表面粗糙度 , 延長刀具使用壽命, 達到最佳的經濟效果 , 就必須減少刀具與工件、刀具與切 屑之間磨擦 , 及時帶走切削區 內 因 材 料 變 形 而產生的熱量。要達到這些目的, 一方面是通過開發高硬度耐高溫的刀具材料和改進 刀具 的 幾 何 形 狀 , 而 另 一 方 面 采 用 性 能 優 良 的 切(磨)削液往往可以明顯提高切削效率, 降低工件表面粗糙度, 延長刀具使用壽命, 取得良好的社會和經濟效益。

在機械加工中切削液的主要功能是潤滑和冷卻作用 , 加入特殊添加劑后 還 可 起 到 清 洗 和 防銹的作用, 用于保護機床, 刀具及工件等物件不被腐蝕。我們在機械加工中 , 常用的切削液有:水溶液、普通乳化液、極壓乳化液、礦物油、植物油、動物油、極壓切削油等。其中 , 水溶液的冷卻效果最好 , 極壓切削液的潤滑效果最好,下面本文就針對于常用的金屬切削方法切削液的選用進行探討。

一 車削時切削液的選用

車削加工時最常用的一種切削加工方法，粗車時加工余量較大，因而切削深度和進給量都較大，切削阻力大，產生大量切削熱，刀具磨損也較嚴重，主要應選擇用以冷卻作用為主并具有一定清洗、潤滑和防銹作用的水基切削液，將切削熱及時帶走，降低切削溫度，從而提高刀具耐用度，一般選用極壓乳化液效果好。極壓乳化液除冷卻性能好之外，還具備良好的極壓潤滑性，可明顯延長刀具使壽命，提高切削效率，使用水基切削液要注意機床導軌面的保養，下班前要將工作臺上的切削液擦干，涂上潤滑油。精車時，切削余量較小，切削深度只有0.05~0.8mm，進給量小，要求保證工件的精度和粗糙度。精車時由于切削力小，溫度不高，所以宜采用高濃度（10％以上）的乳化液和含油性添加劑的切削液為宜。對于精度要求很高的車削，如精車螺紋，要采用菜籽油、豆油劃其他產品作潤滑液才能達到精度要求。正如上面所提到的，由于植物油穩定發差，易氧化，有的工廠采用了精密切削潤滑劑全損耗系統用油作為精密切削油，效果很好。

二、銑削時切削液的選用

銑削是最常用的平面加工方法，銑削是斷續切削，每個刀齒的切削深度時刻變化，容易產生振動和一定和沖擊力，所以銑削條件比車削條件差。用高速刀具高速平銑或高速端銑時，均需要冷卻性好，并有一定潤滑性能的切卻液，如極壓乳化液。在低速銑削時，要求用潤滑性好的切削油，如精密切削油和非活性極壓 油。對不銹鋼和耐熱合金鋼，可用含硫、氯極壓添加劑的切削油。

三、鉸削

鉸削加工是對孔的精度加工，要求精度高鉸削屬低速小進給量切削，主要是刀具與孔壁成擠壓切削，切屑碎片易留在刀槽或粘接在刀刃邊上，影響刃帶的擠壓作用，破壞加工精度和表面粗糙度增加切削扭矩，還會產生積屑瘤，增加刀具磨損鉸孔基本上屬于邊界潤滑狀態，一般采用潤滑性能良好并有一定良好性的高濃度極壓乳化液或極壓切削油，就可以得到良好效果。對深孔鉸削，采用潤滑性能 好的深孔鉆切削油便能滿足工藝要求

四、拉削

拉削是加工內表面的效率較高的加工方法，拉削時拉刀沿著軸線方向按刀刃和齒升并列著眾多刀齒的加工工具，拉削加工的特點是能夠高精度地加工出具有復雜形狀的工件。因為拉刀是貴重刀具所以刀具耐用度對生產成本影響較大。此外，拉削是精加工，對工件表面粗糙度要求嚴格。拉削時，切削阻力大，不易排屑，冷卻條件差，易刮傷工件表面，所以要求切削液的潤滑性和排悄性能較好。國內已有專用的含硫極壓添加劑的拉削油。

五、鉆孔

使用一般的麻花鉆鉆孔，屬于粗加工，鉆削時排屑困難，切削熱不易導出往往造成刀刃退火，影響鉆頭使用壽命及加工效率。選用性能好的切削液，可以使鉆頭的壽命延長數倍甚至更多，生產率也可明顯提高。一般選用極壓乳化液或極壓合成切削液。極壓合成切削液表面張力低，滲透性好，能及時冷卻鉆頭，對延長刀具壽命，提高加工效率十分有效。對于產銹鋼、耐熱合金等難切削材料，可選 用低粘度的極壓切削油。七磨削加工

磨削加工能獲得很高尺寸精度和較低的表面粗糙度。磨削時，磨削速度高發熱量大，磨削溫度可高達800~1000℃，甚至更高，容易引起工件表面燒傷和由于熱應力的作用產生表面裂紋及工件變形，砂輪磨損鈍化，磨粒脫落，而且磨屑和砂輪粉末易飛濺，落到零件表面而影響加工精度和表面粗糙度，加工韌性和塑性材料時，磨屑嵌塞在砂輪工作面上的空隙處或磨屑與加工金屬熔結在砂輪表面上，會使砂輪失去磨削能力，因此，為了降低磨削溫度，沖洗掉磨屑和砂輪末，提高磨削比和工件表面質量，必須采用冷卻性能和清洗性能良好、并有一定潤滑性能和防銹性能的切削液。六 磨削加工 1普通磨削

可采用防銹乳化液或蘇打水及合成切削液，對于精度要求和精密磨 削，使用精磨液可明顯提高工件加工精度和磨削效率 2.高速磨削

通常把砂輪線速度超過50m/s的磨削稱為高速磨削。當砂輪的線速度增加時，磨削溫度顯著升高。從試驗測定，砂輪線速度為60m/s時的磨削溫度（工作平均溫度）比30m/s高約50％~70％；砂輪線速度為80m/s時，磨削溫度比60m/s時又高15％~20％。砂輪線速度提高后，單位時間內參加磨削的磨粒數增加，摩擦作用加劇，消耗能量也增大，使工件表層溫度升高，增加表面發生燒傷和形成裂紋的可能性，這就需要用具有高效冷卻性能的冷卻液來解決，所以在高速磨削時，不能使用普通的切削液，而要使用具有良好滲透、冷卻性能的高速磨 削液，才能滿足線速度60m/s的高速磨削工藝要求。3.強力磨削 這是一種先進的高效磨削工藝，例如功入式高速強力磨削時，線速度為60m/s的砂輪以每分鐘3.5~6mm左右有進給速度徑向功入，功除率可高達20~40mm3/mm.s，這時砂輪磨粒與工件摩擦非常劇烈，即使在高壓大流量和條件下，所測到摩擦區工件表層溫度范圍達700~1000℃，如果冷卻條件不好，磨削過程就不可能進行。在功入式強力磨削時，采用性能優良的合成強力磨削液與乳化液相比，總磨量提高35％，磨削比提高30％~50％，延長正常磨削時間約40％，降低功率損耗約40％，所以強力磨削時，冷卻液的性能對磨削效果影 響很大。

總之 加工方法不同，切削液的選用就不同只有針對每種加工方法的特點，選用的合理的切削液才能加工出符合要求的產品。

第二篇：改善工件材料切削加工性的方法

改善工件材料切削加工性的措施

改善工件材料的切削加工性通常可通過以下三種方法：

一、選擇加工性好的存在狀態

低碳鋼以冷拔及熱軋狀態最好加工；中碳鋼以部分秋花的珠光體組織最好加工；高碳鋼則以完全球化的的退火狀態加工性最好。

二、通過熱處理改善加工性

如工具鋼，一般經退火處理可降低硬度、強度，提高加工性。白口鑄鐵可以加熱到950～1100℃，保溫、退火，來提高加工性。

有的工件材料通過調質處理，提高硬度、強度，降低塑性來改善加工性。如車制不銹鋼2Cr13螺紋時，由于硬度太低，塑性較大，光潔度不易提高，當經調質處理后，硬度達到HRC28時，塑性下降，光潔度可以改善，生產效率也相應提高。

還有一些工件材料，如氮化鋼，為了減小工件以加工表面的殘余應力，可采取去應力退火。

時效處理也是改善加工性的方法，如加工Cr20Ni80Ti3之前，先加熱到1000℃保持8小時，然后在900～950℃溫度下時效處理16小時，再在空氣里冷卻，這樣處理后可以提高切削加工性

用熱處理的方法改善加工性，要在工藝允許范圍內進行，而且具體采用哪一種熱處理規范，要跟據工廠的條件而定。

三、在工藝要求許可的范圍內，選用加工性好的工件材料

如機床用的某些絲杠，可以選用易切鋼。自動機、自動線生產中使用易切材料，對提高刀具耐用度及保證穩定生產有重要作用。這是由于易切鋼中的金屬夾雜物（如MnS）具有潤滑與脆化的作用，可以降低切削力，克服粘刀現象，并使切屑容易折斷。隨著切削加工技術和刀具材料的發展，工件材料的加工性也會發生變化。如電加工的出現，使一些原來認為難加工的材料，變得不難加工。“群鉆”的發展，使碳素結構鋼和合金結構鋼鉆孔的加工性差距變小了。

硬質合金的不斷改進，新刀具材料的不斷涌現，將使各種的加工性差距逐漸縮小。隨著新的工件材料（如耐熱材料、高強度材料、高硬材料、高純材料）的出現，高精度、高光潔度加工以及自動化技術的發展，必然給工件材料的切削加工性帶來新的矛盾，這就要求人們進一步的去認識它、分析和解決它。

第三篇：第一章 切削加工基礎知識

第一章 切削加工基礎知識

一、本章的教學目的與要求

本章主要介紹了機械加工基礎知識。重點應掌握切削運動及切削用量概念；切削刀具及其材料基本知識；切削過程的物理現象及控制；砂輪及磨削過程基本知識；材料切削加工性概念；機械加工工藝過程基本概念；機械加工質量的概念等。掌握本章內容為后續內容的學習打基礎，為初步具備分析、解決工藝問題的能力打基礎，為學生了解現代機械制造技術和模式及其發展打基礎。學生學習本章要注意理論聯系生產實踐，才能更好體會，加深理解。可通過課堂討論、作業練習、實驗、校內外參觀等及采用多媒體、網絡等現代教學手段學習，以取得良好的教學效果。為學好本章內容，可參閱鄧文英主編《金屬工藝學》第4版、傅水根主編《機械制造工藝基礎》(金屬工藝學冷加工部分)、李愛菊等主編《現代工程材料成形與制造工藝基礎》下冊及相關機械制造方面的教材和期刊。

二、授課主要內容

1切削運動和切削要素

主要學習零件表面的形成、切削運動、切削用量、切削層參數 2切削刀具和切削過程

主要學習切削刀具材料、車刀、刨刀、鏜刀、麻花鉆、銑刀的結構及刀具幾何角度，切削的形成及形態、積屑瘤、切削力、切削熱和切削溫度、刀具磨損和刀具耐用度

3磨具和磨料切削 主要學習磨具和磨削原理 4材料的切削加工性

主要學習衡量材料切削加工性能的指標、常用材料的切削加工性、改善材料切削加工性的方法

5機械加工工藝過程基本概念

主要學習工藝過程的基本概念、工件的安裝和夾具、基準及其選擇原則、工件在夾具中的定位

6機械加工質量的概念

主要學習機械加工精度、機械加工表面質量

三、重點、難點及對學生的要求（掌握、熟悉、了解、自學）

讓學生重點掌握切削運動及切削用量概念、切削刀具及其材料基本知識、切削過程、砂輪及磨削過程、材料切削加工性、機械加工工藝過程基本概念；機械加工質量等概念。

四、要外語詞匯

主運動：primary motion 進給運動：feed movement 車刀：turning tools 刀具材料：cutting tools materials 切削過程：cutting process 磨具：abrasive grinding tools 表面質量：machining quality of machined surfaces

五、輔助教學情況（多媒體課件、板書、繪圖、標本、示數等）

主講（板書）+課堂討論+作題練習+實驗+多媒體課件+實物

六、復習思考題

1.試說明下列加工方法的主運動和進給運動：

a.車端面；b.在鉆床上鉆孔；c.在銑床上銑平面；d.在牛頭刨床上刨平面；e.在平面磨床上 磨平面。

2.試說明車削時的切削用量三要素，并簡述粗、精加工時切削用量的選擇原則。

3.車外圓時，已知工件轉速n=320 r/min，車刀進給速度vf=64 mm/min，其它條件如題圖1-1所示，試求切削速度vc、進給量f、背吃刀量ap、切削層公稱橫截面積AD、切削層公稱寬度bD和厚度hD。

4.彎頭車刀刀頭的幾何形狀如題圖1-2所示，試分別說明車外圓、車端面(由外向中心進給)時的主切削刃、刀尖、前角γ0、主后角ao、主偏角kr和副偏角kr'。

題圖1-1

題圖1-2 5.簡述車刀前角、后角、主偏角、副偏角和刃傾角的作用及選擇原則。

6.機夾可轉位式車刀有哪些優點? 7.刀具切削部分材料應具備哪些基本性能?常用的刀具材料有哪些? 8.高速鋼和硬質合金在性能上的主要區別是什么?各適合做哪些刀具? 9.切屑是如何形成的?常見的有哪幾種? 10.積屑瘤是如何形成的?它對切削加工有哪些影響?生產中最有效的控制積屑瘤的手段是什么? 11.設用γ0=15°, ao=8°, kr=75°, kr'=10°,?s =0°的硬質合金車刀，在C6132型臥式車床上車削45鋼(正火，187HBS)軸件的外圓，切削用量為vc=100 mm/min、f=0.3 mm/r、ap=4 mm，試用切削層單位面積切削力kc計算切削力Fc和切削功率Pm。若機床傳動效率η=0.75，機床主電動機功率PE=4.5 kW，試問電動機功率是否足夠? 12.切削熱對切削加工有什么影響? 13.背吃刀量和進給量對切削力和切削溫度的影響是否一樣?如何運用這一規律指導生產實踐? 14.切削液的主要作用是什么?常根據哪些主要因素選用切削液? 15.刀具的磨損形式有哪幾種?在刀具磨損過程中一般分為幾個磨損階段?刀具壽命的含義和作用是什么? 16.試分析砂輪磨削金屬與刀具切削金屬的過程及原理有何異同?原因何在? 17.如何評價材料切削加工性的好壞?最常用的衡量指標?如何改善材料切削加工性? 18.什么是生產過程、工藝過程、工序和安裝? 19.生產類型有哪幾種? 汽車、電視機、金屬切削機床、大型軋鋼機的生產各屬于哪種生產類型? 各有何特征? 20.機械加工中，工件的安裝方法有哪幾類? 各適用于什么場合? 21.什么是夾具? 按其用途不同，夾具分為哪幾類? 各適用于什么場合? 22.何謂基準?根據作用的不同，基準分為哪幾種? 23.何謂粗基準和精基準? 試述粗、精基準的選擇原則各是什么? 24.試選擇如題圖1-3所示三個零件的粗、精基準。其中題圖1-3a是齒輪，m=2,Z=37，毛坯為熱軋棒料；題圖1-3b是液壓油缸，毛坯為鑄鐵件，孔已鑄出；題圖1-3c是飛輪，毛坯為鑄件。均為批量生產。圖中除了標有不加工符號的表面外，均為加工表面。25.何謂工件的六點定位原理?加工時，工件是否都要完全定位? 26.什么是加工精度?包括哪些內容? 27.機械加工表面質量的含義是什么?它與表面粗糙度有何區別?圖樣上常標注哪一項?

題圖1-3

七、參考教材（資料）孫大涌主編.先進制造技術.北京：機械工業出版社，2000 2 李偉光主編.現代制造技術.北京：機械工業出版社，2001 3 機械工程手冊編輯委員會.機械工程手冊：機械制造工藝及設備卷(二)第2版.北京：機械工業出版社，1997 4 鄧文英主編.金屬工藝學第4版.北京：高等教育出版社，2000 5 吳桓文主編.工程材料及機械制造基礎(Ⅲ)機械加工工藝基礎.北京：高等教育出版社，1990 6 盧秉恒主編.機械制造技術基礎.北京：機械工業出版社，1999 7 張世昌，李 旦等.機械制造技術基礎.北京：高等教育出版社，2001 8 傅水根主編.機械制造工藝基礎(金屬工藝學冷加工部分).北京：清華大學出版社，1998 9 李愛菊，王守成等.現代工程材料成形與制造工藝基礎(下冊).北京：機械工業出版社，2001 10 賈青云，李冬妮等.現代汽車制造技術之機械加工：世界汽車技術發展跟蹤研究(一).汽車工藝與材料，2002，(4)11 苗赫濯，齊龍浩等.新型陶瓷刀具在機械工程中的應用.機械工程學報，2002，38(2)

第一章 機械加工基礎知識

切削加工是使用切削工具(包括刀具、磨具和磨料)，在工具和工件的相對運動中，把工件上多余的材料層切除，使工件獲得規定的幾何參數(尺寸、形狀、位置)和表面質量的加工方法。

第一節 切削運動及切削要素

一、零件表面的形成

1.基本表面：外圓面、內圓面(孔)、平面 2.成形面：螺紋、齒輪的齒形等

這些表面可分別用圖1-1所示的相應加工方法來獲得。

圖1-1 零件不同表面加工時的切削運動

二、切削運動

切削運動(cutting motions)：在切削加工中，刀具和工件間必須有一定的相對運動。切削運動可以是旋轉運動或直線運動，也可以是連續的或間歇的 切削運動包括主運動(圖中Ⅰ)和進給運動(圖中Ⅱ)。

主運動(primary motion)是使刀具和工件之間產生相對運動，促使刀具接近工件而實現切削的運動。如圖1-2所示工件的旋轉運動。主運動速度最高，消耗功率最大。主運動只有一個。

進給運動(feed movement)使刀具與工件之間產生附加的相對運動，加上主運動，即可連續地切除余量，如圖1-2所示車刀的移動。進給運動可以是1個或多個

圖1-2 切削運動和加工表面

三、切削用量

切削用量(cutting conditions)包括切削速度vc、進給量f(或進給速度vf)和背吃刀量aP；三要素。

1.切削速度

切削刃上選定點相對工件主運動的瞬時速度稱為切削速度(cutting speed)，以vc表示，單位為m/s或m/min。

若主運動為旋轉運動(如車削、銑削等)，切削速度一般為其最大線速度。 vc??dn1000 m/s或m/min 式中：d—工件(或刀具)的直徑，mm；n—工件(或刀具)的轉速，r/s或r/min。

若主運動為往復直線運動(如刨削、插削等)，則常以其平均速度為切削速度，即：  vc?2Lnr m/s或m/min 1000式中：L—往復行程長度，mm；nr——主運動每秒或每分鐘的往復次數，str/s或str/min。

2.進給量

刀具在進給運動方向上相對工件的位移量稱為進給量(feed rate)。

用單齒刀具(如車刀、刨刀等)加工時，進給量常用刀具或工件每轉或每行程刀具在進給

運動方向上相對工件的位移量來度量，稱為每轉進給量或每行程進給量，以f表示，單位為mm/r或mm/str。

用多齒刀具(如銑刀、鉆頭等)加工時，進給運動的瞬時速度稱進給速度，以vf表示，單位為mm/s或mm/min。刀具每轉或每行程中每齒相對工作進給運動方向上的位移量，稱每齒進給量，以fz表示，單位為mm/z。fz、f、vf之間有如下關系：

 vf?fn?fzzn mm/s或mm/min 式中：n—刀具或工件轉速，r/s或r/min；z—刀具的齒數。

3.背吃刀量

在通過切削刃上選定點并垂直于該點主運動方向的切削層尺寸平面中，垂直于進給運動方向測量的切削層尺寸，稱為背吃刀量(back engagement of the cutting edge)，以aP表示，單位為mm。如圖1-2所示，車外圓時，aP可用下式計算，即  ap?dw?dm mm 2式中：dw、dm—工件待加工和已加工表面直徑，mm。

工件上由主切削刃形成的那部分表面是過渡表面。

四、切削層參數

切削層是指切削過程中，由刀具切削部分的一個單一動作(如車削時工件轉一圈，車刀主切削刃移動一段距離)所切除的工件材料層。它決定了切屑的尺寸及刀具切削部分的載荷。切削層的尺寸和形狀，通常是在切削層尺寸平面中測量的，如圖1-3所示。

(1)切削層公稱橫截面積AD 在給定瞬間，切削層在切削層尺寸平面里的實際橫截面積，單位為mm2。

(2)切削層公稱寬度bD 在給定瞬間，作用于主切削刃截形上兩個極限點間的距離，在切削層尺寸平面中測量，單位為mm。

(3)切削層公稱厚度hD 同一瞬間切削層公稱橫截面積與其公稱寬度之比，單位為mm。由定義可知

 AD?bDhDmm2

因AD不包括殘留面積，而且在各種加工方法中AD與進給量和背吃刀量的關系不同，所以AD不等于f和aP的積。只有在車削加工中，當殘留面積很小時才能近似地認為它們相等，即

AD?fap mm

第四篇：常見電工材料及其選用

常見電工材料及其選用

常用電工材料分為四類: 絕緣材料、導電材料、電熱材料和磁性材料。

一、絕緣材料

絕緣材料又名電介質，其主要作用是用來隔離不同電位的導體或導體與地之間的電流，使電流僅沿導體流通。在不同的電工產品中，根據需要不同，絕緣材料還起著不同的作用。

二、導電材料

普通導電材料是指專門用于傳導電流的金屬材料。銅和鋁是合適的普通導電材料，它們的主要用途是用于制造電線電纜。電線電纜的定義為：用于傳輸電能信息和實現電磁能轉換的線材產品。

三、電熱材料

電熱材料是用來制造各種電阻加熱設備中的發熱元件，作為電阻接到電路中，把電能轉變為熱能，使加熱設備的溫度升高。對電熱材料的要求基本要求是電阻率高，加工性能好，在高溫時具有足夠的機械強度和良好的抗氧化能力。常用的電熱材料是鎳鉻合金和鐵鉻鋁合金。

四、電磁材料

磁性材料按其磁性能及其應用，可以概括分為軟磁材料、硬磁材料和特殊磁性材料三類。按其組成又可分為金屬（合金）磁性材料和非金屬磁性材料—鐵氧體磁性材料兩種系列。

五、電工導電材料的選用原則和方法 1．導線的正確選用

作為線芯的金屬材料，必須具備的特點是：電阻率較低；有足夠的機械強度；在一般情況下有較好的耐腐蝕性；容易進行各種形式的機械加工，價格較便宜。銅和鋁基本符合這些特點，因此銅和鋁作為導線的線芯。銅導線的電阻率比鋁導線小，焊接性能和機械性能比鋁導線好，常用于要求較高的場合，鋁導線密度比銅導線小，價格相對低廉，目前，鋁導線的使用較為普遍。2．導線截面的選擇

（1）根據導線發熱條件選擇導線截面

電線電纜的允許載流量是指在不超過它們最高工作溫度的條件下，允許長期通過的最大電流值，又稱為安全載流量。這是電線電纜的一個重要參數。

單根RV、RVB、RVS、RVV和BLVV型電線在空氣中敷設時的載流量（環境溫度為+25℃。

（2）根據線路的機械強度選擇導線截面

導線安裝后和運行中，要受到外力的影響，導線本身自重和不同的敷設方式使導線受到不同的張力，如果導線不能承受張力作用，會造成斷線事故。在選擇導線時必須考慮導線截面。

（3）根據電壓損失條件選擇導線截面

1）住宅用戶，由變壓器低壓側至線路末端，電壓損失應小于6%。

2）電動機在正常情況下，電動機端電壓與起額定電壓不得相差±5%。根據以上條件選擇導線截面的結果，在同樣負載條件下可能得出不同截面的數據。此時，應選擇其中最大的截面。

（4）導線截面還要與線路中裝設的熔斷器相適應。

第五篇：難加工材料的切削加工技術

難加工材料的切削加工技術

潘 飛

（常州鐵道高等職業技術學校機械工程系

江蘇

常州

213011）

摘 要：隨著社會的不斷發展，對材料的要求也越高，對切削加工也提出了更高的要求。本文針對這一問題，著重講述切削難加工材料應考慮的幾個方面。

關鍵詞：難加工材料；切削加工

近年來，機械產品多功能、高功能化的發展勢頭十分強勁，要求零件必須實現小型化、微細化。為了滿足這些要求，則所用材料必須具有高硬度、高韌性和高耐磨性，而具有這些特性的材料其加工難度也特別大，因此又出現了新的難加工材料。難加工材料就是這樣隨著時代的發展及專業領域的不同而出現，其特有的加工技術也隨著時代及各專業領域的研究開發而不斷向前發展。另一方面，隨著信息化社會的到來，難加工材料切削技術信息也可通過因特網互相交流，因此，今后有關難加工材料切削加工的數據等信息將會更加充實，加工效率也必然會進一步提高。難加工材料的界定及具體品種，隨時代及專業領域而各有不同。

一、切削領域中的難加工材料

在切削加工中，通常出現的刀具磨損包括如下兩種形態：(1)由于機械作用而出現的磨損，如崩刃或磨粒磨損等；(2)由于熱及化學作用而出現的磨損，如粘結、擴散、腐蝕等磨損，以及由切削刃軟化、溶融而產生的破斷、熱疲勞、熱龜裂等。切削難加工材料時，在很短時間內即出現上述刀具磨損，這是由于被加工材料中存在較多促使刀具磨損的因素。例如，多數難加工材料均具有熱傳導率較低的特點，切削時產生的熱量很難擴散，致使刀具刃尖溫度很高，切削刃受熱影響極為明顯。這種影響的結果會使刀具材料中的粘結劑在高溫下粘結強度下降，WC(碳化鎢)等粒子易于分離出去，從而加速了刀具磨損。另外，難加工材料中的成分和刀具材料中的某些成分在切削高溫條件下產生反應，出現成分析出、脫落，或生成其他化合物，這將加速形成崩刃等刀具磨損現象。在切削高硬度、高韌性被加工材料時，切削刃的溫度很高，也會出現與切削難加工材料時類似的刀具磨損。如切削高硬度鋼時，與切削一般鋼材相比，切削力更大，刀具剛性不足將會引起崩刃等現象，使刀具壽命不穩定，而且會縮短刀具壽命，尤其是加工生成短切屑的工件材料時，會在切削刃附近產生月牙洼磨損，往往在短時間內即出現刀具破損。在切削超耐熱合金時，由于材料的高溫硬度很高，切削時的應力大量集中在刃尖處，這將導致切削刃產生塑性變形；同時，由于加工硬化而引起的邊界磨損也比較嚴重。由于這些特點，所以要求用戶在切削難加工材料時，必須慎重選擇刀具品種和切削條件，以獲得理想的加工效果。

二、難加工材料在切削加工中應注意的問題

切削加工大致分為車削、銑削及以中心齒為主的切削(鉆頭、立銑刀的端面切削等)，這些切削加工的切削熱對刃尖的影響也各不相同。車削是一種連續切削，刃尖承受的切削力無明顯變化，切削熱連續作用于切削刃上；銑削則是一種間斷切削，切削力是斷續作用于刃尖，切削時將發生振動，刃尖所受的熱影響，是切削時的加熱和非切削時的冷卻交替進行，總的受熱量比車削時少。銑削時的切削熱是一種斷續加熱現象，刀齒在非切削時即被冷卻，這將有利于刀具壽命的延長。日本理化研究所對車削和銑削的刀具壽命作了對比試驗，銑削所用刀具為球頭立銑刀，車削為一般車刀，兩者在相同的被加工材料和切削條件(由于切削方式不同，切削深度、進給量、切削速度等只能做到大體一致)及同一環境條件下進行切削對比試驗，結果表明，銑削加工對延長刀具壽命更為有利。利用帶有中心刃(即切削速度=0m/min的部位)的鉆頭、球頭立銑刀等刀具進行切削時，經常出現靠近中心刃處工具壽命低下的情況，但仍比車削加工時強。在切削難加工材料時，切削刃受熱影響較大，常常會降低刀具壽命，切削方式如為銑削，則刀具壽命會相對長一些。但難加工材料不能自始至終全部采用銑削加工，中間總會有需要進行車削或鉆削加工的時候，因此，應針對不同切削方式，采取相應的技術措施，提高加工效率。

三、切削難加工材料用的刀具材料

立方氮化硼CBN(Cubic Boron Nitride)的高溫硬度是現有刀具材料中最高的，最適合用于難加工材料的切削加工。新型涂層硬質合金是以超細晶粒合金作基體，選用高溫硬度良好的涂層材料加以涂層處理，這種材料具有優異的耐磨性，也是可用于難加工材料切削的優良刀具材料之一。難加工材料中的鈦、鈦合金由于化學活性高，熱傳導率低，可選用金剛石刀具進行切削加工。CBN燒結體刀具適用于高硬度鋼及鑄鐵等材料的切削加工，CBN成分含量越高，刀具壽命也越長，切削用量也可相應提高。據報道，目前已開發出不使用粘結劑的CBN燒結體。金剛石燒結體刀具適用于鋁合金、純銅等材料的切削加工。金剛石刀具刃口鋒利，熱傳導率高，刃尖滯留的熱量較少，可將積屑瘤等粘附物的發生控制在最低限度之內。在切削純鈦和鈦合金時，選用單晶金剛石刀具切削比較穩定，可延長刀具壽命。涂層硬質合金刀具幾乎適用于各種難加工材料的切削加工，但涂層的性能(單一涂層和復合涂層)差異很大，因此，應根據不同的加工對象，選用適宜的涂層刀具材料。據報道，最近已開發出金剛石涂層硬質合金和DLC(Diamond Like Carbon)涂層硬質合金，使涂層刀具的應用范圍進一步擴大，并已可用于高速切削加工領域。

四、切削難加工材料的刀具形狀

在切削難加工材料時，刀具形狀的最佳化可充分發揮刀具材料的性能。選擇與難加工材料特點相適應的前角、后角、切入角等刀具幾何形狀和對刃尖進行適當處理，對提高切削精度和延長刀具壽命有很大的影響，因此，在刀具形狀方面決不能掉以輕心。但是，隨著高速銑削技術的推廣應用，近來已逐漸采用小切深以減輕刀齒負荷，采用逆銑并提高進給速度，因此，對切削刃形狀的設計思路也有所改變。對難加工材料進行鉆削加工時，增大鉆尖角，進行十字形修磨，是降低扭矩和切削熱的有效途徑，它可將切削與切削面的接觸面積控制在最小范圍之內，這對延長刀具壽命和提高切削條件十分有利。鉆頭在鉆孔加工時，切削熱極易滯留在切削刃附近，而且排屑也很困難，在切削難加工材料時，這些問題更為突出，必須給以足夠的關注。

為了便于排屑，通常在鉆頭切削刃后側設有冷卻液噴出口，可供給充足的水溶性冷卻液或霧狀冷卻劑等，使排屑變得更為順暢，這種方式對切削刃的冷卻效果也很理想。近年來，已開發出一些潤滑性能良好的涂層物質，這些物質涂鍍在鉆頭表面后，用其加工3～5D的淺孔時，可采用干式鉆削方式。孔的精加工歷來采用鏜削方式，不過近來已逐漸由傳統的連續切削方式改變為采用等高線切削這類間斷切削方式，這種方式對提高排屑性能和延長工具壽命均更為有利。因此，這種間斷切削用的鏜削刀具設計出來后，立即被應用于汽車零件的CNC切削加工。在螺紋孔加工方面，目前也采用螺旋切削插補方式，切螺紋用的立銑刀已大量投放市場。如上所述，這種由原來連續切削向間斷切削的轉換，是隨著對CNC切削理解的加深而進行的，這是一個漸進的過程。采用此種切削方式切削難加工材料時，可保持切削的平穩性，且有利于延長工具壽命。

五、難加工材料的切削條件

難加工材料的切削條件歷來都設定得比較低，隨著刀具性能的提高，高速高精度CNC機床的出現，以及高速銑削方式的引進等，目前，難加工材料的切削已進入高速加工、刀具長壽命化的時期。現在，采用小切深以減輕刀具切削刃負荷，從而可提高切削速度和進給速度的加工方式，已成為切削難加工材料的最佳方式。當然，選擇適應難加工材料特有性能的刀具材料和刀具幾何形狀也極為重要，而且應力求刀具切削軌跡的最佳化。例如，鉆削不銹鋼等材料時，由于材料熱傳導率很低，因此，必須防止切削熱大量滯留在切削刃上，為此應盡可能采用間斷切削，以避免切削刃和切削面摩擦生熱，這將有助于延長工具壽命和保證切削的穩定。用球頭立銑刀對難加工材料進行粗加工時，工具形狀和夾具應很好配合，這樣可提高刀具切削部分的振擺精度和夾持剛性，以便在高速回轉條件下，保證將每齒進給量提高到最大限度，同時也可延長工具壽命。

如前所述，難加工材料的最佳切削方法是不斷發展的，新的難加工材料不斷出現，對新材料的加工總是不斷困擾著工程技術人員。最近，新型加工中心、切削工具、夾具及CNC切削等技術發展非常迅速，而且在切削加工之外，CNC磨削、CNC電加工等技術也得到空前的發展，難加工材料的加工技術選擇范圍已大為擴展。當然，有關難加工材料加工信息的收集與對該技術的深入理解，還不能盡如人意，正因為如此，而對難加工材料的不斷涌現，人們總是感到加工技術有些力不從心。例如，前述車削加工由連續切削向間斷切削轉換，便有利于延長工具壽命，新型涂層硬質合金刀具的使用，使難加工材料切削技術水平得到進一步提高。在難加工材料的切削加工中應特別重視工具壽命的穩定，不僅工件材料要和刀具性能妥善配伍，而且對加工尺寸、加工表面粗糙度、形狀精度等的要求也極嚴格，因此，不僅應特別注意刀具選用，對工件的夾持方式等相關技術也不能掉以輕心。今后，難加工材料零件的加工將采取CAD/CAM、CNC切削加工等計算機控制的生產方式，因此，數據庫的建構、工具設計與制作等工具管理系統的完善，都極為重要。難加工材料切削加工中，適用的刀具、夾具、工序安排、工具軌跡的確定等有關切削條件的數據，均應作為基礎數據加以積累，使零件生產方式沿著以IT化為基礎的方向發展，這樣，難加工材料的切削加工技術才能較快地步入一個新的階段。