高硬度材料的切削加工

随着制造业的不断发展，具有高硬度、高耐磨性、高耐热性、高化学稳定性的难加工材料的应用日益增多。为解决难加工材料零件加工性能差、加工难度大的问题，各种新型刀具如硬质合金涂层刀具、金刚石、陶瓷、立方氮化硼等超硬刀具的应用日趋广泛。通过进一步的理论研究及加工实践证明：选择合适的刀具材质、确定合理的刀具几何参数、对刀具进行结构优化和改进、选用正确的加工方法等是提高刀具在加工高硬度材料中的加工效率的有效途径。

◆高硬度材料的特点：

常见的高硬度材料有：冷硬铸铁，淬硬钢，粉末冶金材料及其他特殊材料等。高硬度材料的加工特点：

1、硬度高(一般在HRC45以上，有的可高达HRC68)、强度高、塑性小。

2、刀刃易崩碎、磨损，切削时切屑与刀刃接触短，切削力和切削热集中在刀具刃口附近，易使刀刃崩碎和磨损。

3、导热系数低，切削热很难通过切屑带走，故而切削力大、切削温度很高，刀具磨损严重，容易造成打刀或崩刃。

4、此外,在加工冷硬铸铁时，工件的边缘还容易崩碎，剥落。

切削此类材料时，如果采用切削液冷却，可能会使刀具承受间歇性升温－冷却造成的热冲击，温度的剧烈变化容易引起硬质合金切削刃碎裂。反之，如果采用压缩空气冷却，不仅可使刀具温度保持恒定，而且可将切屑吹离切削区，避免因高硬度切屑的二次切削作用对刀具造成损坏。

◆对切削刀具的要求：

要实现对高硬度材料进行切削加工，刀具硬度必须远远高于被切削材料的硬度。此外，由于对高硬度材料进行切削加工时，刀头的温度非常高，所以切削刀具还需具备以下各种特性： 

1. 耐塑性变形性能强，即高温硬度好；

2. 化学稳定性好，即不会与被切削材料、氧气、切削液等发生化学反应，也不会出现热分解现象；

3. 热传导率很好，即高温刀头不会因热冲击而产生缺损现象。

◆高硬度材料的车削加工：

高硬度材料强度、硬度高，变形抗力大，切削力比普通钢材高2～3倍，切削热也随之增加，导热率低，散热困难，切削区温度极高，极易损坏刀具。
如淬硬钢的切屑为红而酥软的锻带状，脆性大，易折断，不粘结，一般在切削表面不产生积屑瘤，加工的表面质量高，但淬硬钢切削力比较大，特别是径向切削力比主切削力还要大，所以刀具宜采用负前角和较大的后角，主偏角取决于机床刚性，一般取45°～60°，以减少工件和刀具颤振。

对淬硬钢、冷硬铸铁等零件进行粗车加工时，由于切削量大、振动大，必须选用具有较高强度和耐冲击性的刀片。如公司研发的YCB121、YZB121等牌号的超硬刀片。

对淬硬钢、冷硬铸铁零件进行精车加工时，对刀片硬度、耐磨性和耐热性要求较高，为改善散热性，应选择较小的主偏角，加工时选择合理的切削用量。如公司的CA1000、YCB011、YCB012等牌号刀片。

◆高硬度材料的铣削加工：

在对高硬度合金进行铣削加工时，产生的热量和压力会导致塑性变形而加速刀片磨损。尽管如此，仍可以经济地用硬质合金刀片加工高硬度钢。

首先确保足够的机床刚性，高硬度工件可能会加剧机床或夹具上的松动现象。其次控制好散热，高硬度零件铣削加工会产生更多的热量，最好采用空气冷却或者从设计上尽量减少热流向后排至机床机座处的主轴。

在刀片方面，注意寻找那些能够减少切削作用力的几何形状以及具有更强大抗振动和抗冲击能力的细晶粒微观结构。如公司的超硬刀片及配套刀具等。

最新研发的HMX系列红硬性超强的整体硬质合金立铣刀，独特的刀具结构、合理的槽型设计，切削性能卓越；添加特殊元素的点阵异构涂层技术，高的涂层硬度和优良的耐高温氧化性能，更适合高硬度材料和高速加工领域。

◆高硬度材料的孔加工：

使用刀具的注意事项如下：①使用高刚性、高精度机床；②使用高精度、大夹持力的工具系统及AA级精度的弹簧夹头；③加工工件表面有凹凸时，应预先打好中心孔；④根据加工工况选择合适的切削条件进行切削加工。

根据被加工内孔的孔径、余量及是否通孔可确定采用扩孔钻还是复合扩孔钻加工：对于内孔加工余量不大的通孔可采用扩孔钻加工；对于加工余量较大的通孔和台阶孔，则可采用复合扩孔钻加工。

公司的SH系列麻花钻：小螺旋角与大芯厚设计，大幅提高了刀具的刚性。采用直线切削刃，实现了超群的强度。耐氧化性能优良以及高硬度TiAlN涂层，大幅提高了刀具的使用寿命，最适合高硬度钢加工。

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