难加工航天材料高效切削案例

魔神

    难加工材料的加工一直是制约机械加工生产效率的瓶颈，而要提高加工效率需要首先了解什么是难加工材料，以及难加工材料的一些特点。

　　在铌合金的加工中，我们主要使用焊接刀具，刀具的牌号一般选用的是YD系列和YW系列的硬质合金车刀。铌合金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。

　　其次，铌合金材料塑性强，切屑不容易折断，加工过程中如果排屑不畅，切屑就会堆积在刀具前刀面上，在剧烈摩擦条件下，材料的强度、硬度会迅速提高，加上大量热量产生的高温，瞬间就能使刀具损坏。另外，铌合金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，这也加速形成崩刃等刀具磨损现象。

　　针对切削中产生的这些现象，我们主要通过对刀具的刃磨角度和切削用量的调整来改变加工效果。因为铌合金在切削时产生的热量不宜扩散，所以我们在刃磨车刀时选择了5°的前角，断屑槽刃磨为圆弧式，配合很小的进给量，采用猪油作为润滑液，这样可使铁屑流畅排出，可使刀具的使用寿命大大地延长，从而提高加工效率。铣加工中适合用较为锋利的硬质合金立铣刀。

　　钛合金也是由于强度高、导热系数低被认为是难加工材料，因为材料导热系数低，需要加注充分的冷却液，否则切削热容易积累在刀头部分使刀尖过热而快速磨损。另外，钛合金对刀具的锋利程度要求很高，刀具一般开有20°左右的前角，主、副后角和主、副偏角一般不做特殊要求。主、副后刀面最好能在刀具磨床精磨出来，没有条件的话，用普通淡青色碳化硅砂轮经过精心修整后刃磨，然后用细碳化硅油石仔细打磨主、副后刀面。直到用手指甲顺着刀刃刮一下，感觉刃口很光滑，阻力很均匀，不能有缺口。如果像刮在锯齿上一样，在使用当中，刀刃上的缺口会迅速扩大，直到刀具损坏。车削钛合金在使用硬质合金刀具时，切削速度不宜超过80m/min，高速钢刀具应更低。铣削钛合金时，较为适用的刀具是超硬直柄立铣刀HSS-AL，贵阳西南工具数控刀具公司出品，使用时需要有充足的冷却。

　　高温合金的牌号也很多，我们接触过的有GH202、GH169、GH131，总的来说，它们的共性就是硬度高、强度高、散热性差。因此，我们通常加工此类材料都是采用YT、YD、YW焊接硬质合金刀具，配合低转速、大的吃刀深度来加工，效率还是较为理想的。如采用机夹刀具加工，切削速度的确可以提高一些，但是吃刀深度一般就不能超过3mm，相比而言，效率没有提高，成本反而上去了。

　　在难加工材料中还有一些有色金属，它们因为加入了一些稀有金属从而改变了它们的加工性能。例如铍青铜，因为稀有金属铍的加入使得它的加工性能表现为对刀具的磨损加快、零件的尺寸不易控制。为此，我们在刀具的刃磨上下功夫，根据铍青铜的特性，把刀具的前角磨为2°为了进一步的提高刀具的耐磨性，又刃磨了较小的副偏角和后角。并且选择了较低的切削速度和小的吃刀深度。加工时为了降低切削热的产生，使用大量切削液既可以降低切削热，又可以把大量的铁屑冲刷掉，从而使加工顺畅，保持刀具的锋利，从而延长刀具的使用寿命，提高加工的生产效率。

　　通过对实践的总结使得我们在加工难加工材料上有了一些经验，那就是首先要总结材料的特性，根据材料特性寻求加工方法。