模具培训难加工材料的加工特性

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'模具培训难加工材料的加工特性'
难加工材料的切削加工性 1. 高强度、超高强度钢 2. 高锰钢 3. 冷硬铸铁和淬硬钢 4. 纯金属 5. 不锈钢和高温合金 6. 钛合金1.1 高强度、超高强度钢(如38CrNi3MoVA、35CrMnSiA) 高强度钢、超高强度钢的半精加工、精加工和部分粗加工常在调质状态下 进行。调质(淬火、中温回火)后的金相组织为索氏体或托氏体,硬度高达 HRC35~55。一般,σs>1GPa或σb>1.1Gpa的结构钢,称为高强度钢;σs>1.2GPa 或 σb>1.51Gpa的结构钢称为超高强度钢。与普通碳素结构钢相比,高强度钢、 超高强度钢的强度高(比45钢高出1倍或1倍以上),导热系数偏低,故切削 力大(为加工45钢的1.2~1.3倍),切削温度高(比45钢高出100~200℃),刀具磨损 快,使用寿命短,断屑亦稍难。 必须采用耐磨性强的刀具材料。按粗加工、半精加工、精加工的要求, 应分别采用不同牌号的YT(P)类硬质合金,最好是添加钽、铌的牌号。高 速精加工时,应采用高TiC含量并添加工钽铌的YT类合金、TiC基和Ti(C,N) 基硬质合金,涂层硬质合金和复合Al2O3陶瓷等。刀具前角应较小。在工艺系 统刚性允许的情况下,应采用较小的主偏角和较大的刀尖圆弧半径。切削用 量,尤其是切削速度,应比加工中碳正火钢时适当降低。尽量采用切削液与 断屑措施以改善切削条件。 1.2 高锰钢 其典型牌号有Mn13、40Mn18Cr3、50Mn18Cr4等。经水韧处理,金相组织为均匀的奥氏体。其原始硬度不高,但其塑性和韧性特别高(分别为45钢的4倍和8倍),加工硬化特别严重。加工硬化后,高达HB500左右。切削过程中,工件表面上还会形成高硬度的氧化层(Mn2O3)。它的导热系数很小,约为45钢的1/4。因此,切削温度很高,切削力约比加工45钢时大60%。高锰钢比高强度钢更难加工。 应选用硬度高、有一定韧性、导热系数较大、高温性能好的刀具材料。粗加工时,可采用YG类、YH类或YW类硬质合金;精加工时,可采用YT14、YG6X等合金。实践表明,用复合氧化铝陶瓷高速精车高锰钢,效果很好。从提高切削刃强度和散热条件出发,前角应选小值。但为便切屑变形不致过大,前角又不宜过小。(前角γ=-5°~5°后角α=8°~12°)切削速度应较低,一般为Vc=20~40m/min;只有用复合氧化铝陶瓷精车时,可以采用高于100m/min的切削速度。进给量和切削深度均不能过小,以免切削刃或刀尖在上一道工序形成的硬化层中划过而加速刀具的磨损。1.3 冷硬铸铁和淬硬钢 冷硬铸铁的硬度极高,是其难加工的主要原因。它的塑性极低,刀-屑接触长度很小,切削力和切削热都集中在切削刃附近,因而切削刃很容易崩损。 加工冷硬铸铁应选用硬度、强度都好的刀具材料,一般均采用细晶粒或超细晶粒的YG类和YH类硬质合金。(经实践,K313加工冷硬铸铁比较好,直径φ68的转速可达600~700rpm)实践表明,用复合氧化铝或氮化硅陶瓷对冷硬铸铁进行精加工、半精加工非常有效,刀具使用寿命和生产率比之硬质合金有显著提高。为了提高切削刃和刀尖的强度,一般取γ0=0~-4°,α0=4~6°,λS=0~-5°,主偏角Kr适当减小,刀尖圆弧半径re适当加大。 淬硬钢的组织为回火马氏体,硬度达HRC60以上,塑性和导热系数都很低。其加工性及刀具材料、刀具几何参数的选择基本上与加工冷硬铸铁相同。对其精加工,可采用CBN刀具。 1.4 纯金属 常用的纯金属如紫铜、纯铝、纯铁等,其硬度、强度都较低,导热 系数大,对切削加工有利;但其塑性很高,切削变形大,刀—屑接触 长度大并容易发生冷焊,生成积屑瘤,不容易获得好的已加工表面质 量,断屑困难。此外,它们的线膨胀系数大,精加工时不易控制工件 的加工精度。 加工纯金属,可以用高速钢刀具,也可以用硬质合金刀具。YG或 YW类硬质合金可用于加工紫铜、纯铝,YT或YW类硬质合金可用于加 工纯铁,应采用大前角和较大的后角(γ0=25 ° ~35°,α0=10 ° ~12°),磨出锋利的切削刃,以减小切屑变形。应尽量采用较高的切 削速度和较大的切削深度、进给量,以提高生产率。1. 5.1 不锈钢和高温合金 不锈钢按金相组织分,有铁素体、马氏体、奥氏体三种。铁素体、马 氏体来锈钢的成分以铬为主,经常在液火-回火或退火状态下使用,综合 机械性能适中,切削加工一般不太难。奥氏体不锈钢的成分以铬、镍等 元素为主,淬火后呈奥氏体组织,切削加工性比较差,主要表现在: 1→ 塑性大,加工硬化很严重,易生成积屑瘤而使已加工表面质量恶化。切 削力约比45钢(正火)高25%。加工表面硬化程度及硬化层深度大,常给 下序带来困难。且不易断屑 2→ 导热系数小,只为45钢的1/3,产生的热量不易传出,所以切削温度高。 3→ 由于切削温度高,加工硬化严重,加上钢中有碳化物(TiC等)形成硬质 夹杂物,又易与工具发生冷焊,故刀具磨损快,使用寿命降低。 高温合金按其化学成分,有铁基、镍基、钴基三种。高温合金的加 工比不锈钢更差。其加工特征有: 1→ 强度较高,又由于抵抗塑性变形的能力强,所以切削力很大,大约为中 碳钢的一倍。1. 5.2 不锈钢和高温合金 2→ 硬度较高,尤其高温硬度高于其他金属材料,加工时由于塑性变形而进一 步硬化。 3→ 导热系数小,只为45钢的1/3~1/4,故切削温度很高,刀具磨损加剧。 4→ 合金中的高硬度化合物构成硬质点,进一步加剧了刀具的磨损。 5→ 在中、低切削速度下,易与刀具发生冷焊。在高速高温下,又使刀具发生 急剧的扩散磨损。 1. 5.3 不锈钢和高温合金 YT类合金刀具不宜用于加工奥氏体不锈钢和高温合金,因为YT类硬质合金中的钛元素易与工件材料中的钛元素发生亲和而导到冷焊,在高温下还加剧了扩散磨损。一般宜采用YG类(最好添加钽、铌,如YG6A)、YH类或YW类硬质合金,也可采用高性能高速钢。刀面应磨光,且需采取断屑措施。加工奥氏体不锈钢时,宜采用较大的前角(γ0=15~30°以减小切削变形)与中等的切削速度(50~80m/min,硬质合金)。加工高温合金时,宜采用偏小的前角(γ0=0~10°,以提高切削刃的强度)与偏低的切削速度( 30~40 m/min,硬质合金)不论加工奥氏体或高温合金,切削深度和进给量均宜适当加工,避免切削刃和刀尖划过硬化层。 1.6 钛合金?钛合金的切削加工性也很差,刀具磨损快,刀具使用寿命低,原因如下:?1 → 加工钛合金时,剪切力很大,变形系数Λh接近1,说明切屑变形不大,切削力比加工中碳钢约小20%。但钛的化学性能活泼,在高温下易与大气中的氧、氮等元素化合从而生成硬脆的物质,加剧了刀具磨损。刀-屑接触长度很短(只为钢的1/3~1/4)?2 → 导热系数极小,只为45钢的1/5~1/7,切削热又集中在切削刃附近,故切削温度很高,约比加工45钢时高出一倍。?3 → 已加工表面经常出现硬而脆的上皮,给以后的工序带来困难。?4 → 弹性模量小,已加工表面回弹量大,加剧了对后刀面的摩擦。在攻丝、铰孔各拉削是影响很大。 为避免工作、刀具中的钛元素发生亲和,加工钛合金时不宜休用YT类硬质合金而建议用YG(K)类、YH类合金。为提高切削刃强度和散热条件,应 采 用 较 小 的 前 角 ( γ 0 = 5 ~ 1 0 ° ) 。 因 回 弹 量 大 , 宜 用 较 大 的 后 角(α0=10~15°)。切削速度不宜过高,一般为40~50m/min。切削深度与进给量宜适当加大。对于成形刀具和复杂刀具,亦可采用超硬高速钢。刀具几体参数及切削用量另定。难加工材料的切削加工性 1. 高强度、超高强度钢 2. 高锰钢 3. 冷硬铸铁和淬硬钢 4. 纯金属 5. 不锈钢和高温合金 6. 钛合金1.1 高强度、超高强度钢(如38CrNi3MoVA、35CrMnSiA) 高强度钢、超高强度钢的半精加工、精加工和部分粗加工常在调质状态下 进行。调质(淬火、中温回火)后的金相组织为索氏体或托氏体,硬度高达 HRC35~55。一般,σs>1GPa或σb>1.1Gpa的结构钢,称为高强度钢;σs>1.2GPa 或 σb>1.51Gpa的结构钢称为超高强度钢。与普通碳素结构钢相比,高强度钢、 超高强度钢的强度高(比45钢高出1倍或1倍以上),导热系数偏低,故切削 力大(为加工45钢的1.2~1.3倍),切削温度高(比45钢高出100~200℃),刀具磨损 快,使用寿命短,断屑亦稍难。 必须采用耐磨性强的刀具材料。按粗加工、半精加工、精加工的要求, 应分别采用不同牌号的YT(P)类硬质合金,最好是添加钽、铌的牌号。高 速精加工时,应采用高TiC含量并添加工钽铌的YT类合金、TiC基和Ti(C,N) 基硬质合金,涂层硬质合金和复合Al2O3陶瓷等。刀具前角应较小。在工艺系 统刚性允许的情况下,应采用较小的主偏角和较大的刀尖圆弧半径。切削用 量,尤其是切削速度,应比加工中碳正火钢时适当降低。尽量采用切削液与 断屑措施以改善切削条件。 1.2 高锰钢 其典型牌号有Mn13、40Mn18Cr3、50Mn18Cr4等。经水韧处理,金相组织为均匀的奥氏体。其原始硬度不高,但其塑性和韧性特别高(分别为45钢的4倍和8倍),加工硬化特别严重。加工硬化后,高达HB500左右。切削过程中,工件表面上还会形成高硬度的氧化层(Mn2O3)。它的导热系数很小,约为45钢的1/4。因此,切削温度很高,切削力约比加工45钢时大60%。高锰钢比高强度钢更难加工。 应选用硬度高、有一定韧性、导热系数较大、高温性能好的刀具材料。粗加工时,可采用YG类、YH类或YW类硬质合金;精加工时,可采用YT14、YG6X等合金。实践表明,用复合氧化铝陶瓷高速精车高锰钢,效果很好。从提高切削刃强度和散热条件出发,前角应选小值。但为便切屑变形不致过大,前角又不宜过小。(前角γ=-5°~5°后角α=8°~12°)切削速度应较低,一般为Vc=20~40m/min;只有用复合氧化铝陶瓷精车时,可以采用高于100m/min的切削速度。进给量和切削深度均不能过小,以免切削刃或刀尖在上一道工序形成的硬化层中划过而加速刀具的磨损。1.3 冷硬铸铁和淬硬钢 冷硬铸铁的硬度极高,是其难加工的主要原因。它的塑性极低,刀-屑接触长度很小,切削力和切削热都集中在切削刃附近,因而切削刃很容易崩损。 加工冷硬铸铁应选用硬度、强度都好的刀具材料,一般均采用细晶粒或超细晶粒的YG类和YH类硬质合金。(经实践,K313加工冷硬铸铁比较好,直径φ68的转速可达600~700rpm)实践表明,用复合氧化铝或氮化硅陶瓷对冷硬铸铁进行精
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