文档介绍：FORUM论坛52航空制造技术·2008年第23 期随着航空航天业的快速发展以及新型材料的广泛应用,金属切削加工技术的研究与发展需解决更多、更复杂的加工问题。尽管目前多种特种加工技术已应用于航空航天材料的加工,并可达到设计要求,但切削加工仍是生产中首选的方法。其中,高速切削加工技术是先进实用的制造技术,正成为切削加工的主流,具有强大的生命力和广阔的应用前景。刀具材料是刀具几何设计和加工工艺参数选择的基础。刀具材料是推动当今高速切削技术发展的关高温合金切削中刀具的合理选用Reasonable Selection of Cutting Tool for High-Temperature Alloy北京理工大学王新永于启勋庞思勤刀具材料是刀具几何设计和加工工艺参数选择的基础。刀具材料是推动当今高速切削技术发展的关键技术之一,刀具材料的超前发展为高速切削加工工艺的发展创造了重要的条件。王新永北京理工大学机械与车辆工程学院博士生。主要从事难加工材料的高速、高效切削加工研究工作。键技术之一,刀具材料的超前发展为高速切削加工工艺的发展创造了重要的条件。本文主要讨论切削加工典型航空航天材料——高温合金刀具材料的合理选用,并进一步对刀具几何角度做简要分析。高速切削技术背景以及被加工材料1 高速切削技术在常规切削速度范围内,切削温度随切削速度的提高而升高,然而德国物理学家Carl. J. Salomon 的高速切削理论却指出:当切削速度提高到某一阈值后,切削温度反而随切削速度的提高而降低,在这样的高速区进行切削加工,会有比常规切削加工更低的切削温度和更小的切削力,因此,高速切削加工能得到高的加工精度并显著提高生产率。高速切削技术是高速切削加工过程能量的应用中,由于高硬的刀具(切削部分)对工件的作用,导致其表面层产生高应变速率的高速切削变形,同时刀具与工件之间存在着高速切削摩擦学行为。所以,形成热、力耦合不均匀强应力场,这种工艺技术称之为高速切削加工技术。图1 不同材料的高速切削加工速度范围10 100 300 1000碳纤维塑料铝合金黄铜铸铁钢钛合金镍基合金3000 10000切削速度/(m·min)普通区过渡区高速区高速切削刀具新技术New Technologies of High-Speed Cutting Tool2008年第23 期·航空制造技术53高速切削是一个相对的概念,不同的加工方式、不同工件有不同的高速切削范围。根据目前实际情况和可能的发展趋势,不同的工作材料的大致切削速度范围如图1 所示。2 高温合金高温合金,特别是镍基高温合金具有优良的高温强度、热稳定性及抗热疲劳性能。高温合金是难加工材料之一。若45#钢的加工性为100%,则高温合金的相对加工性仅为10% ~20%。其切削加工的特点为:切削力大,~2倍;切削温度高,最高达1000℃以上,加工硬化严重,表面硬度比基体硬度高50%~100% ;塑性变形大,在室温下的延伸率可达30% ~50%;刀具易磨损,常见的有扩散磨损、边界磨损、刀尖塑性变形、月牙洼磨损及积屑瘤。3 应用高速切削技术加工高温合金对应不同的工件材料,其高速切削的临界值因为材料各自的加工性差异而各有不同。在高温合金的切削加工中,由于该材料体现出上述诸多的难加工特性,使得它的加工性能极其差,因而通常的切削速度比较低,一般在10~20m/min左右。根据图1可知,当切削速度达到15~30m/min时,即认为该速度进入了普通切削和高速切削的过渡区,当切削速度超过30m/min时,可以认为其完全进入了高速切削状态。在高速切削加工中,切削速度提高到某一阈值后,随着切削速度的提高,切削力降低,切屑带走的热量相对更多,传给刀具和工件的热量相对不多。因此,切削温度开始虽然升高很快,但达到一定速度后,逐渐缓慢,升高很少,甚至略有下降。因此,高速切削加工能得到高的加工精度并显著提高生产率。切削高温合金实际上是一种高温切削加工,与高温合金一样,硬质合金在高温下( 例如1000℃) 硬度会显著下降,所以应用高速切削技术,合理地选择切削速度和切削会使得切削效率和切削效果明显改善。高速切削高温合金的刀具材料应该具有高强度、高的红硬性、良好的耐磨性和韧性、高的导热性和抗粘接能力等,适用于高速切削的刀具材料主要包括:涂层硬质合金刀具、陶瓷刀具和立方氮化硼(CBN)刀具等。高速切削高温合金的机理简析1 高速切削的切削区的材料变形?在刀具与工件相对运动的作用下,工件材料的被切除部分及其邻近区域将受到刀具的“切”、“割”和“挤”的作用,使被切除的材料经变形后形成切屑,而其邻近区域(如已加工表面)也将产生一定的变形。?切削区分为4 个变形区:(1)基本变形区;(2)前刀面摩擦变形区;(3)后刀面摩擦变形区;(4)刃前