淺談切削刀具與特殊材料的車削

摘 要：隨著機械制造技術的飛速發展，對材料的質量，結構和工藝性能要求越來越高，特別是材料的持久強度顯得尤為重要，新研制的工程材料日益增多，高溫合金材料的車削特性、金剛石車刀幾何參數的正確選取不可忽視。

關鍵詞：角度;車削;措施

1 金剛石車刀介紹

金剛石車刀主要用于有色金屬和非金屬材料的車削和精車，車削速度高而進給量和背吃刀量往往很小，因此，車削力主要集中在刀尖的很小部分，金剛石是硬而脆的材料，正確選擇金剛石車刀的幾何參數以防止刀尖部分的崩碎是不可忽視的主要問題。

1.1 前、后角和刃傾角的選取

車削時主要根據所車材料強度和進給方向選取車刀角度。當車削的材料比較硬時，如車削硬鋁合金、青銅等材料時，取大絕對值的負前角Y。=-3°～-6°，后角a。=5°～8°;當車削的材料較軟，如車削黃銅、鋁等材料時，前角Y。=0°～-3°，后角取a。=5°～8°;單向車削的車刀刃傾角λs=-4°，雙向車削的車刀刃傾角λs=0°;選用切入式車削時，前角取γ。=-7°～-11°，后角取3°～5°，以提高刀尖強度。金剛石車刀的刀尖角不應小于70，以防刀尖部分強度降低。

1.2 刀尖刃形的選取

車削外圓時采用主偏角Kr可取45°、60°、75°和90°，工藝系統剛度高時取小值，剛度低時取大值;副偏角Kr可取0°～10°，保證刀尖角εr不小于70°。當工件表面要求粗糙度值高時，Kr取0°～2°，刀尖圓弧半徑取0.2～0.8mm。若要求有反向車削，副偏角Kr'取45°，車削有色金屬時，表面粗糙度值R?？尚∮?.2pm，可得到極光的表面。由于刀尖處的主偏角和副偏角都較小，對工件表面有很好的修光作用，車后可得到相糙度值很低的工件表面，但這種刀尖刃形在車削時有較大的徑向力，只有在工藝系統的剛度很高才可使用。

金剛石車刀主要用于有色金屬和非金屬材料的車削和精車，車削速度高、而進給量和背吃刀量往往很小，因此，車削力主要集中在刀尖的很小部分，又金剛石是硬而脆的材料，正確選擇金剛石車刀的幾何參數以防止刀尖部分的崩碎是不可忽視的主要問題。還有其他一些形式的刀尖刃形，選取原則就是保證表面加工質量和提高金剛石車刀的壽命，達到經濟合理。

2 特殊材料的性能特點

（1）切削力大：特殊切削材料強度和硬度高，切削時變形抗力大，產生強烈的塑形變形，使切削力劇增。如高溫合金和高強度鋼的切削力可達切削45鋼時的2-3倍，故要求機床功率大，工藝系統剛性好。（2）切削溫度高：高溫合金的切削溫度可高達750～1000度，一般需要加大切削流量以改善冷卻效果并用較大的刀尖角和刀劍園和刀尖圓弧半徑加強刀尖的散熱條件。（3）加工硬化嚴重：高錳鋼、奧氏體不銹鋼以及高溫合金都是奧氏體組織，切削加工硬化傾向大，如高溫合金的加工硬化程度可達基體硬度的1.2～2倍，加工時不宜突然停機或手動進給，以免造成嚴重的加工硬化。（4）鐵削容易粘刀：奧氏體不銹鋼和高溫合金的切削強韌，切削溫度高，當切削流經道具前面時產生粘結，熔焊等粘刀現象。使刀具容易崩刀，鈦合金在高溫下化學親和力強，單位切削壓力大，更容易產生粘結現象。（5）切削控制困難：由于材料塑性好、強度高，造成切削的卷曲、折斷和屑泄困難。容易纏繞工件和刀具，損壞刀具劃傷工件表面產生不安全事故。

3 高溫合金材料的車削

高溫合金又稱耐熱合金，其主要特征是在高溫狀態下800-900℃，σ=0.65GPa。

3.1 合金材料的分類及高溫合金材料的車削特性

高溫合金材料按生產工藝分，可分為變形高溫合金、制造高溫合金兩大類。高溫合金材料的車削特性，在一定的溫度范圍內，隨溫度上升，其硬度反有所增高，并且在較高溫度下仍能保持材料較高的硬度和強度。

3.2 車削高溫合金材料遇到的主要問題是

（1）所需切削力大由于高溫合金的塑性好，強度高，因此切附過程中產生所需的切削力大。通常切削高溫合金材料所需的切削力，比同樣條件下切朋市通鋼材約大2～3倍。容易產生加工硬化在切前高溫合金時、已加工表面上的加工硬化質相較嚴重。表面硬度要比其基體高50%～100%。這是由于高溫合金內有大量的強化相碳化物或金屬間化合物溶于奧氏體固溶體中，從而使固溶體強化，在切割過程中，由于產生大量的切削熱，切削溫度上升很高，使強化物從固體溶體中分出來，并呈現極細的彌散相分布，使強化能力增加，從而產生加工硬化。（2）切削溫度高切削高溫合金材料時，塑性變形消耗的能量很大，這在能量90%以上轉變為熱能，而高溫合金材料的熱導率很低，傳導和散熱困難，只是高的切削熱集中于切削區，從而使切削溫度增高，一般可達1000℃左右。（3）刀具壽命短在切削高溫合金材料時，刀具要承受很大的切削力，其工作表面和切削接觸面之間的單位壓力很大，切削溫度又很高。另外，合金中有存在大量的硬度極高的碳化物或合金碳化物的強化相，且分布不均，同時由于加工硬化現象存在導致道具的機械磨損增大。機械磨損，相變磨損，粘結磨損，直接影響著道具的壽命。

3.3 車削高溫材料的車刀

車刀前角y=10°-20°，后角a=6°-10°;在主切削刃的后刀面上平行于主切削刃磨出0.3-0.4mm寬的切削刃帶。前刀面不磨出負倒棱，切削刃要鋒利，刀具其他方面的幾何參數根據具體情況選擇，各切削刃前.后刀面的表面粗糙度值應研磨至Ra1.6um以下。

4 結束語

總之，從加工角度看改善切削加工性的途徑還有選用合適的刀具材料，優化刀具幾何參數，選用合適的切削用量，重視切屑控制等措施。

參考文獻：

[1]馬振福.機械制造技術[M].機械工業出版社.

[2]金福昌.車工（技師、高級技師）[M].機械工業出版社.

[3]雒運強.車削加工操作技巧與禁忌[M].化學工業出版社.

作者簡介：于仲寒（1972-），男，本科，教師，一級實習指導教師，現從事一體化教學工作。