热喷涂(焊)材料的切削加工（下）

戈书亚

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5.怎样对热喷涂(焊)材料进行车削？
2 ?9 O& k* [) x# u  g7 A0 R车削热喷涂(焊)材料应根据材料的不同来选用刀具材料，不同的刀具材料对车削的效果影响很大，见图9-l。

+ W( S: }% {* ~! j2 n0 \0 W) B(1)刀具几何参数的确定：车削热喷涂(焊)材料应本着增加切削刃强度和刀尖的散热能力来确定刀具几何参数：
①前角γO与热喷涂(焊)层的硬度有直接关系，硬度提高，γO减小。粗车时γO≤－5º，如γO=0º或为正值时，应作出负倒棱bγ=(0.7～0.9)f，γO1=－10º～－15º，若采用陶瓷刀具材料γO1可达－30º；精车时γO=0º～8º。
②后角αO。为减小对已加工表面的摩擦，取较大值，一般αO=8º～12º。
& A6 T/ U. U" g% B) _③刃倾角λS。为提高刀尖的强度，一般取λS=－5º～0º。
5 r0 _( [7 z# b) T" G: x9 q④主偏角Κr和副偏角Κ´r一般Κr≤45º，条件允许的情况下最好取Κr=10º～15º，Κ´r=10º～45º为宜。
(2)车削用量的确定：选用合适的车削用量是取得较好效果的关键，具体如下：
- x* A3 e0 Z. l, M4 V" g①切削深度aP。一般热喷涂(焊)层厚度多数小于等于2mm，常取aO=0.15～0.6mm，表层硬度越高，aP应越小。精车时aP＝0.05～0.1mm。
②进给量f。采用大进给量车削，加工表面不会产生麻点和剥落现象。一般f=0.1～1mm/r，精车时f应小些。若采用圆形刀片，当f=0.5～0.7mm/r时表面粗糙度Ra可达2.5～1.25μm；若f=0.3～0.4mm/r时，Ra可达1.25～0.63μm。
③切削速度νc。切削速度主要受刀具耐用度T限制，νc过低或过高，T均较低。使用不同的刀具材料，最佳切削速度范围差异很大，使用立方氮化硼CBN刀具材料最佳切削速度约为160～200m/min。
8 \, E# g' e( _5 o6 ]. }4 L" ~使用硬质合金刀具材料，一般取：热喷涂(焊)层硬度小于HRC45时，νc=40 m/min；硬度在HRC65以下时，νc=10 m/min；硬度达HRC65～70时，νc=5～7 m/min。
/ x8 l/ b7 R  [& `1 }对于复合陶瓷和CBN刀具材料可比照硬质合金刀具材料提高1～4倍来选取切削速度。

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6.怎样对热喷涂(焊)材料进行铣削？
对热喷涂(焊)材料的平面采用铣削加工的目的，就是逐渐地达到在保证要求的前提下，用铣削代替平面磨削，提高效率。
热喷涂(焊)材料的硬度高，其耐磨性很高，铣削时冲击很大，刀具磨损很快，应选用硬度高、耐磨性好、强度高以及耐冲击的硬质合金刀具材料。对于中等硬度的热喷涂(焊)材料宜选用YS30、YS25、798等牌号的合金；对于硬度高的宜选用超细晶粒硬质合金，如YG6X、YM052等。
常用可转位端铣刀对热喷涂(焊)材料进行平面加工，其刀具几何参数和切削用量为：γo=20º～-10º，αo=6º～10º，Κr=15º～20º，Κ´r=0º。(修光刃长、bε=1～1.5mm)，λs=-15º～-10º；νC=10～18m/min，ap=0.1～0.3mm，fz=0.3～0.6mm/z。
/ g6 A2 _4 D! ^/ l7.采用金刚石和立方氮化硼磨轮磨削热喷涂(焊)材料时有哪些显著效果？
热喷涂(焊)材料常采用磨削方法进行精加工，常见的是平面和外圆磨削。
根据磨削加工性，热喷涂(焊)材料可分为两大类：一类是以钼、钨、陶瓷为主体，其特性是硬而脆，用金刚石磨轮磨这类材料与磨硬质合金和陶瓷差别不大；另一类则是以镍、铬、钒、钛、铝、钴、锰、铌为主体，其特性是韧而粘，用立方氮化硼磨轮磨此类材料可以获得显著的效果。表9－7为用不同磨料砂轮磨削热喷涂(焊)材料的效果对比。
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人造金刚石磨料JRC适于磨削高硬度、高韧性的耐磨材料，尤其适于钢结硬质合金、铬镍硼硅、碳化钨系热喷涂(焊)层的加工。在磨削这些材料时，磨轮不易堵塞，磨削温度低，磨轮能长时间保持锋利，磨轮磨损小，磨削表面质量好，很少有烧伤、裂纹及表层组织变化。表9－8是JRC与其他磨料磨削热喷涂(焊)材料的加工效果对比。
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) i4 j) V: ]9 x0 `1 P& B" _/ ~  u9 O在磨削热喷涂(焊)材料的过程中，应注意保证充分冷却，以免发生磨削表面烧伤或产生裂纹现象。
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8 P9 [7 e9 v7 v4 P$ q2 v8.热喷涂(焊)材料有哪些特种加工方法？
(1)电解磨削法：高硬度热喷涂(焊)材料的磨削，只有在采用金刚石或立方氮化硼磨轮的情况下才能获得较好的效果，但其生产率并不高。采用电解磨削，可使生产率得到很大提高，特别是内孔磨削。
8 I( R7 T7 R* D: i, B- }% M9 l电解磨削是在工件与砂轮间通上直流电，在电解液的作用下，被加工金属表面产生电解作用(电化学作用)，随着电解作用和砂轮的机械磨削作用的交替进行，达到所需的尺寸精度和表面粗糙度。电解磨削使用的砂轮为金刚石青铜结合剂导电砂轮，热喷涂(焊)材料必须能导电，见图9-2。

$ D% E" L9 \+ \0 x* x电解液是电解磨削工艺中影响生产率与加工质量的重要因素。电解磨削热喷涂(焊)材料效果较好的电解液为：磷酸氢二钠3％～5％，亚硝酸钠2％，硝酸钾2％，水91％～93％，pH8～9，不锈蚀机床。这种电解液的亚硝酸钠和硝酸钾起导电和氧化作用，磷酸氢二钠在水溶液中电离后，使溶液呈弱碱性(pH8～9)，有利于氧化物的溶解，加速了电解过程，从而获得了大的电流效率，使加工效率提高。
电解磨削热喷涂(焊)材料的电流、电压参数为：粗加工时，电压10～15 V，电流密度为20～30 A/cm2；精加工时，电压6～8 V，电流密度为10～15 A/cm2。
4 \7 w( ?7 N! O& Y% l+ h+ j* Z4 d# \电解磨削热喷涂(焊)材料具有如下特点：
①加工表面质量好。内孔尺寸精度可达IT7级，表面粗糙度Ra=1.25μm，加工表面不易产生裂纹和烧伤。
②生产率高。可采用大的磨削用量，特别是磨削深度(径向进给量)可比一般磨削大得多，生产率比一般磨削提高3～5倍。
③经济性好。砂轮磨耗量小，磨内孔时磨耗比约为400。
④加工范围广，适应性强。可磨削各种导电的高硬度热喷涂(焊)材料，对于各种型面(如齿轮)也容易实现。
1 S9 c; B  i: C# G$ d: M+ H(2)超声振动车削法：超声振动车削是使刀具沿切削速度方向产生超声振动(一般振动频率20kHz，振幅a=10～30μm)进行车削的一种加工方法。超声振动车削车刀刀刃与工件形成分离切削，即刀具在每一振动中仅以极短的时间便完成一次切削与分离，所以它的切削力、切削热均很小，可获得高的尺寸精度及表面质量。车削原理见图9-3。
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超声振动车削是一种容易获得高精度与高表面质量的新技术，刃具振幅对表面粗糙度影响很大，振幅增大，表面粗糙度Rz值减小，但当振幅增大到一定的数值后，Rz值的减小趋于缓和。
用YD05刀具超声振动车削Ni60喷焊层Rz可达2.3μm，用立方氮化硼车削Al2O3陶瓷涂层Ra可达2.0～1.5μm，车削用量为νc=4.8 m/min，f=0.1mm/r，ap=0.05mm，振动频率为20kHz，振幅a=15μm。
; e/ s& |0 \: H  d超声振动车削高硬度热喷涂(焊)材料可获得比较高的尺寸精度与表面质量，比磨削高的生产率、经济性好，但生产率不及电解磨削。超声振动车削特别适于加工电解磨削加工不了的非导电热喷涂(焊)材料(如陶瓷涂层等)。
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1 X$ L5 D( N1 x* p" }. ?9.切削加工热喷涂(焊)材料的实例有哪些？
热喷涂(焊)工艺技术，对有特殊要求的零件进行表面处理，提高零件的使用性能和可靠性及零件修复有特别明显的经济效果，已广泛应用于各个领域，具体的加工实例太多，仅从中列举几例，供切削加工中参考。
% \6 ~3 g; @# {(1)对Ni60喷焊的水轮机导叶端面车削，硬度为HRC60～65。用新牌号硬质合金刀具，切削极为困难，甚至无法切削，采用立方氮化硼复合片(PCBN)DIS—F可在νc=74m/min、f=0.1～0.2mm/r、ap=0.3～1.5mm的情况下，顺利地进行切削，而且加工工件表面平整，表面粗糙度Ra为0.8μm，工效比磨削提高数十倍。
8 k( C3 H) {+ H+ q( e3 q0 E% G2 T(2)对镍基粉102喷焊表面进行铣削，刀具材料为YM051，工件材料硬度为HRC65。刀具几何参数为γo=-15º，αo=10º，α´o=10º，Κr=45º。切削用量为νc=19.6m/min，ap=0.15～0.2mm，f=0.4mm/r。连续铣削13min，刀具后面磨损了0.57mm。
' Y1 p& e9 R. O(3)钴基204粉+35％WC喷焊，工件材料硬度为HRC50～52。车外圆时的刀具材料为600硬质合金，几何参数为γo=0º，αo=6º，Κr=75º。切削用量为νc=26.6m/min，ap=0.5mm，f=0.068mm/r，加工时间为18min时，表面粗糙度Ra为6.3～3.2μm。
$ T% T$ }  `5 q2 s* I, }(4)镍基粉102+Fe，硬度为HRC60，车外圆，工件规格为φ28×901。刀具材料为YD05，参数是γo=-6º，αo=9º，Κr=15º，λs=-2º。切削用量为可νc=8.5m/min， ap=0.3mm，f=0.4mm/r。加工长度为2720mm时，后刀面磨损仅为0.21mm。
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