难加工材料高效加工技术

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1、难加工材料的高效加工技术难加工材料的高效加工技术工欲善其事 必先利其器哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学岳彩旭岳彩旭目目 录录1、绪论、绪论2、航空航天领域的难加工材料、航空航天领域的难加工材料 2.1 高温合金的加工高温合金的加工 2.2 钛合金的加工钛合金的加工 2.3 碳纤维材料的加工碳纤维材料的加工3、石油化工领域的难加工材料、石油化工领域的难加工材料4、结语、结语2绪绪 论论工件材料切削加工性的评定指标工件材料切削加工性的评定指标1 1）以一定耐用度下的切削速度）以一定耐用度下的切削速度v vT T衡量加工性；衡量加工性；2 2）以切削力或切削温度衡量加工性；）以切削力或切削温度衡量加工性

2、；3 3）以加工表面质量衡量加工性；）以加工表面质量衡量加工性；4 4）以切屑控制或断屑的难易。）以切屑控制或断屑的难易。材料的切削加工性材料的切削加工性 材料的切削加工性是指对某种材料进行切削加工的难易程度。材料的切削加工性是指对某种材料进行切削加工的难易程度。3绪绪 论论 难难加加工工材材料料：材材料料被被切切削削时时，刀刀具具寿寿命命低低，所所允允许许的的切切削削速速度度低低，质质量量不不易易保保证证，不不易易断断屑屑，切切削削力力大大，产产生生的的切切削削热热较较高高，这这种种材材料料的的加加工性差，称为难加工材料。工性差，称为难加工材料。 难加工材料种类：难加工材料种类：难加工材料难

3、加工材料非金属材料非金属材料碳纤维碳纤维陶瓷陶瓷石墨石墨硅橡胶硅橡胶难加工金属材料难加工金属材料高锰钢高锰钢高强度钢高强度钢不锈钢不锈钢高温合金高温合金钛合金钛合金4绪绪 论论航空航天航空航天高温合金高温合金钛合金钛合金碳纤维碳纤维石油化工石油化工高强度不锈钢高强度不锈钢0Cr18Ni9Ti0Cr18Ni9Ti高温、高强度钢高温、高强度钢2.25Cr-1Mo-0.25V2.25Cr-1Mo-0.25V难加工材料的应用领域难加工材料的应用领域5航空工业领域航空工业领域-高温合金高温合金铁基固溶合金铁基固溶合金 GH1015GH1015、GH1016GH1016、GH1035GH1035、GH12

4、5GH125、GH1131FN-GH1131FN-2 2、RA333RA333等等 铁基时效合金铁基时效合金 GH2018GH2018、GH2036GH2036、GH2038AGH2038A、GH2130GH2130、GH2132GH2132、GH2135GH2135、A-286A-286镍基固溶合金镍基固溶合金GH4033GH4033、GH4037GH4GH4037GH41693J681693J68、Inconel71Inconel718 8、R26R26、Nimonic80Nimonic80ANimonic9ANimonic90 0镍基时效合金镍基时效合金 GH4033GH4033、GH4

5、037GH4037、GH4049GH4049、GH80AGH80A、GH90GH90、GH93GH93、GH98GH98、GH99GH99、GH105GH105钴基合金钴基合金GH188GH188、GH605GH605、GH783GH783、HastelloyHastelloy188188、Hayness-Hayness-2525 耐蚀合金耐蚀合金Incoloy800Incoloy800、Incoloy800HIncoloy800H、Incoloy825Incoloy825、Alloy 20cb3Alloy 20cb3、Inconel 600Inconel 600、Inconel 690Inc

6、onel 690、Hastelloy BHastelloy B高温合金种类高温合金种类6高温合金的牌号、特性及用途高温合金的牌号、特性及用途合金牌号合金牌号使用温度及强度使用温度及强度用途用途GH4706650 涡轮发动机、燃气轮机、核工业涡轮发动机、燃气轮机、核工业Fe-Ni基高温合金基高温合金GH4698800 承力零件、承力零件、Waspaloy合金相当合金相当GH4742800 550-800温温度度范范围围和和高高应应力力下下工工作作的的涡涡轮轮盘盘、轴轴承承力力环环，紧固件等紧固件等GH4738870 各种发动机中各种发动机中GH4169-253760航空、航天、核能、石化工业广泛

7、的零件航空、航天、核能、石化工业广泛的零件GH4141-196850燃汽涡轮部件燃汽涡轮部件10781470mpaGH4586-196850燃汽涡轮部件燃汽涡轮部件12501500mpa航空工业领域航空工业领域-高温合金高温合金7航空工业领域航空工业领域-高温合金高温合金高温合金做成的发动机冷却环高温合金做成的发动机冷却环高温合金整体叶盘高温合金整体叶盘能变形的镍基高温合金尾喷口能变形的镍基高温合金尾喷口航空高温合金用途航空高温合金用途举例举例8航空工业领域航空工业领域-高温合金高温合金 高温合金的切削加工特点高温合金的切削加工特点 高硬度材料高硬度材料导热性能差材料导热性能差材料含硬质点材料

8、含硬质点材料高强度材料高强度材料加工硬化严重加工硬化严重与刀具亲和性大与刀具亲和性大高塑性韧性材料高塑性韧性材料刀具使用寿命短刀具使用寿命短切削力大切削力大切削温度高切削温度高加工表面质量差加工表面质量差切屑处理困难切屑处理困难9航空工业领域航空工业领域-高温合金高温合金高温合金难切削的原因高温合金难切削的原因 材材料料中中含含有有高高熔熔点点合合金金元元素素，如如钛钛、镍镍、钴钴、钨钨、钒钒等等它它们们相相互互结合，形成高硬度物质加速刀具磨损。结合，形成高硬度物质加速刀具磨损。 材材料料具具有有高高硬硬度度、高高韧韧性性等等特特点点，切切削削时时表表面面加加工工硬硬化化严严重重，切切屑难于折

9、断，因此切削力大，切削温度高。屑难于折断，因此切削力大，切削温度高。 散热性能差，切削热无法快速导出。散热性能差，切削热无法快速导出。10航空工业领域航空工业领域-高温合金高温合金高温合金加工刀具失效形式高温合金加工刀具失效形式扩散磨损扩散磨损边界磨损边界磨损积屑瘤积屑瘤刀尖塑性变形刀尖塑性变形月牙洼磨损月牙洼磨损刀尖塑性变形刀尖塑性变形月牙洼磨损月牙洼磨损11航空工业领域航空工业领域-高温合金高温合金高温合金加工条件的选择高温合金加工条件的选择 1 1、合理的选择刀具材料、合理的选择刀具材料 高速钢：高速钢：高速钢：高速钢：应选应选用高用高碳、含铝高速钢。碳、含铝高速钢。 硬硬硬硬质质质质合

10、合合合金金金金：应应采采用用YGYG类类硬硬质质合合金金。最最好好采采用用含含TaCTaC或或NbCNbC的的细细颗颗粒粒和和超超细细颗颗粒硬质合金。如粒硬质合金。如YG8YG8、YW4YW4、YD15YD15、YGRMYGRM、712712等。等。 陶瓷：陶瓷：陶瓷：陶瓷：在切削铸造高温合金时，采用陶瓷刀具也有其独特的优越性在切削铸造高温合金时，采用陶瓷刀具也有其独特的优越性。 2 2、刀具几何参数、刀具几何参数 变变形形高高温温合合金金( (如如锻锻造造、热热轧轧、冷冷拔拔) )。刀刀具具前前角角0 0为为1010左左右右；铸铸造造高高温温合合金金0 0为为0 0左左右右。刀刀具具后后角角

11、一一般般=10=101515。粗粗加加工工时时刀刀倾倾角角s s为为-5-5- -1010，精精加加工工时时s s =0=03 3。主主偏偏角角r r为为45457575。刀刀尖尖圆圆弧弧半半径径r r为为0.50.52mm2mm，粗加工时，取较大值。，粗加工时，取较大值。12航空工业领域航空工业领域-高温合金高温合金3 3 3 3、切削用量、切削用量、切削用量、切削用量 高高高高速速速速钢钢钢钢刀刀刀刀具具具具：切切削削铸铸造造高高温温合合金金切切削削速速度度V Vc c=3m/min=3m/min左左右右，切切削削变变形形高高温合金温合金V Vc c=5=510m/min10m/min。

12、硬硬硬硬质质质质合合合合金金金金刀刀刀刀具具具具：切切削削变变形形高高温温合合金金V Vc c=40=4060m/min60m/min；切切削削铸铸造造高高温温合合金金V Vc c=7=710m/min10m/min。进进给给量量f f和和切切削削深深度度p p均均应应大大于于0.1mm0.1mm，以以免免刀刀具具在在硬硬化后的表面进行切削，而加剧刀具磨损化后的表面进行切削，而加剧刀具磨损。 陶瓷刀具陶瓷刀具陶瓷刀具陶瓷刀具4 4 4 4、切削液的选择、切削液的选择、切削液的选择、切削液的选择 粗加工时：粗加工时：粗加工时：粗加工时：采用乳化液、极压乳化液。采用乳化液、极压乳化液。 精加工时：

13、精加工时：精加工时：精加工时：采用极压乳化液或极压切削油。采用极压乳化液或极压切削油。 铰孔时铰孔时铰孔时铰孔时: : : :采用硫化油采用硫化油85859090+ +煤油煤油101015%15%，或硫化油，或硫化油( (或猪油或猪油)+CCl4 )+CCl4 高高温温合合金金攻攻丝丝十十分分困困难难，除除适适当当加加大大底底孔孔直直径径外外，应应采采用用白白铅铅油油+ +机机械械油，或氯化石蜡用煤油稀释或用油，或氯化石蜡用煤油稀释或用MoS2MoS2油膏。油膏。13刀具磨损寿命： JX-2-II刀具切削火箭发动机电镀纯镍零件 切削速度提高3-5倍，刀具寿命提高几十倍，表面粗糙度降低，被誉为“

14、神刀”。航空工业领域航空工业领域-高温合金高温合金/14 JX-2-I高速切削Inconel 718：由于切削温度对工件材料加工硬化和高温强度屈服拐点的影响，存在一个使切削力降低的最佳切削速度范围。 切削温度：830CInconel718强度降低的拐点温度是800-850C并非速度越低越好最佳速度范围： 90-120m/minInconel718加工特点：切削温度高变形抗力大加工硬化严重航空工业领域航空工业领域-高温合金高温合金155 - 7- 6Special edge hone0Special edge hone5 - 11Most economical and first choice

15、in Inconel718Problem solver in hardened Inconel718航空工业领域航空工业领域-高温合金高温合金17ComponentComponentShaftMaterialInconel 718 forged blankHardness35 HRcOperationCopy TurningMachining ConditionGeometryCBN10 = LCGN1604M0-0400E25-LFWC = LCMR1604M0-0400-MP,883Cutting speed CBN10 = 170 m/minWC = 30 m/minFeed rateC

16、BN10/WC = 0.2 mm/revDepth of cutCBN10/WC = 0.2 mmCoolant = YesResultTool lifeCBN10= 12 minsWC = 10 minsCutting time reduced by up to 85% with CBN10 + improved surface finish航空工业领域航空工业领域-高温合金高温合金18As forged Final contour2.957.95Chamber wall sectionCBN10OperationToolmaterialCutting speed m/min.Feed ra

17、temm/rev.Depth of cutmmMachiningtime mins.Roughwhiskerceramic2500.20.5-0.910Semi-finish3500.250.56航空工业领域航空工业领域-高温合金高温合金19航空工业领域航空工业领域-钛合金钛合金国内主要钛合金种类国内主要钛合金种类1 1 1 1、发动机行业、发动机行业、发动机行业、发动机行业TA7TA7齿轮套，发动机外壳、叶片罩齿轮套，发动机外壳、叶片罩 TA11TA11发动机叶片，陀螺仪导向罩，内蒙皮发动机叶片，陀螺仪导向罩，内蒙皮 TC3TC3核心机叶片及叶轮核心机叶片及叶轮2 2 2 2、航空业、航空业

18、、航空业、航空业TA19/TC19TA19/TC19强化钛合金强化钛合金紧固件，导向装置，重要结构紧固件，导向装置，重要结构 TA1TA1、TA2TA2、TA3TA3飞机骨架飞机骨架 TC10TC10起落架，飞机承重架、紧固件起落架，飞机承重架、紧固件20航空工业领域航空工业领域-钛合金钛合金钛合金占航空发动机全部材料的 4060。21航空工业领域航空工业领域-钛合金钛合金钛合金的性能特点钛合金的性能特点 比强变高：比强变高：比强变高：比强变高：钛合金密度只有钛合金密度只有4.5g/cm4.5g/cm3 3，比铁小得多，而其强度与普通碳钢相近。，比铁小得多，而其强度与普通碳钢相近。 机机机机械

19、械械械性性性性能能能能好好好好：钛钛合合金金熔熔点点为为16601660，比比铁铁高高，具具有有较较高高的的热热强强度度，可可在在550550以下工作，同时在低温下通常显示出较好的韧性。以下工作，同时在低温下通常显示出较好的韧性。 抗抗抗抗蚀蚀蚀蚀性性性性好好好好：在在550550以以下下钛钛合合金金表表面面易易形形成成致致密密的的氧氧化化膜膜，故故不不容容易易被被进进一一步步氧化，对大气、海水、蒸汽以及一些酸、碱、盐介质均有较高的抗蚀能力。氧化，对大气、海水、蒸汽以及一些酸、碱、盐介质均有较高的抗蚀能力。 钛合金的切削加工性钛合金的切削加工性 600 600以上温度时，表面形成氧化硬层，对数

20、控刀具有强烈的磨损作用。以上温度时，表面形成氧化硬层，对数控刀具有强烈的磨损作用。 塑塑性性低低、硬硬度度高高，使使剪剪切切角角增增大大，切切屑屑与与前前刀刀面面接接触触长长度度很很小小，前前刀刀面面上上应应力力很大，刀刃易发生破损。很大，刀刃易发生破损。 弹弹性性模模量量低低，弹弹性性变变形形大大，接接近近后后刀刀面面处处工工件件表表面面回回弹弹量量大大，所所以以已已加加工工表表面面与后刀面的接触面积大，磨损严重。与后刀面的接触面积大，磨损严重。22航空工业领域航空工业领域-钛合金钛合金钛合金车削加工钛合金车削加工 钛钛合合金金车车削削易易获获得得较较好好的的表表面面粗粗糙糙度度，加加工工硬

21、硬化化不不严严重重，但但切切削削温温度度高高，刀刀具具磨磨损损快快。针针对对这这些些特特点点，主主要要在在数数控控刀刀具具、切切削削参参数数方方面面采采取取以以下措施：下措施： 刀刀刀刀具具具具材材材材料料料料：选选用用硬硬质质合合金金刀刀具具，以以不不含含TiCTiC的的K K类类硬硬质质合合金金为为宜宜，细细晶晶粒和超细晶粒的硬质合金更好，比如：粒和超细晶粒的硬质合金更好，比如：YG6YG6，YG8YG8，YG10HTYG10HT。 刀刀刀刀具具具具几几几几何何何何参参参参数数数数：合合适适的的刀刀具具前前，较较大大的的后后角角一一般般大大于于1515、刀刀尖尖磨磨圆圆；主主偏偏角角宜宜取

22、取小小些些，主主偏偏角角小小于于45 45 为为好好；精精车车及及车车削削薄薄壁壁件件时时刀刀具具主主偏偏角角要大，一般为要大，一般为75759090。 切削用量：切削用量：切削用量：切削用量：较低的切削速度；适中的进给量和较深的切削深度。较低的切削速度；适中的进给量和较深的切削深度。23航空工业领域航空工业领域-钛合金钛合金材料牌号材料牌号状状 态态切削性质切削性质切切 削削 用用 量量ap (mm)f (mm/r)vc (m/min)TA1、TA2、TA3518mm铸锭铸锭粗粗 车车半精车半精车8.015.05.00.51.00.30.55010070140TA1、TA2、TA3锻锻 后后

23、粗粗 车车半精车半精车5.010.05.00.30.80.30.5355060140TC3、TC4、TC6铸铸 锭锭粗粗 车车半精车半精车8.015.05.00.51.00.30.54012050120TC10铸铸 锭锭粗粗 车车半精车半精车5.010.04.00.20.40.10.32030钛及合金钛及合金铸铸 锭锭切切 断断0.050.091852钛锭去除外皮的切削用量钛锭去除外皮的切削用量 24航空工业领域航空工业领域-钛合金钛合金钛合金的铣削加工钛合金的铣削加工 钛钛合合金金铣铣削削比比车车削削困困难难，铣铣削削常常见见的的问问题题是是切切屑屑易易与与刀刀刃刃发发生生粘粘结结，形形成成

24、崩崩刃刃。当当粘粘屑屑的的刀刀齿齿再再次次切切入入工工件件时时，粘粘屑屑被被碰碰掉掉并并带带走走一一小小块块刀刀具具材材料料，极极大大地地降低了刀具的耐用度。降低了刀具的耐用度。铣铣铣铣削削削削方方方方式式式式：一一般般采采用用顺顺铣铣。相相对对于于通通用用标标准准立立铣铣刀刀，前前角角应应减减小小，后后角角应应加加大大，铣铣削削速速度度宜宜低低。尽尽量量采采用用尖尖齿齿铣铣刀刀，避避免免使使用用铲铲齿齿铣铣刀刀；刀刀尖尖应应圆圆滑滑转转接接；大大量量使用切削液。使用切削液。刀具材料：刀具材料：刀具材料：刀具材料：宜采用宜采用K K类硬质合金，也可选用钴高速钢和铝高速钢，比如：类硬质合金，也可

25、选用钴高速钢和铝高速钢，比如：M42M42。铣削用量：铣削用量：铣削用量：铣削用量：切削速度切削速度精加工增加切速增加散热精加工增加切速增加散热 恒定的不太小的进给恒定的不太小的进给预防加工硬化预防加工硬化 大流量的冷却液大流量的冷却液热稳定性热稳定性 改变主偏角（选择基体强大的圆刀片，也能有效地减少边解磨损）改变主偏角（选择基体强大的圆刀片，也能有效地减少边解磨损）25航空工业领域航空工业领域-钛合金钛合金钛合金铣削钛合金铣削粗加工刀具粗加工刀具精加工刀具精加工刀具26航空工业领域航空工业领域-钛合金钛合金27航空工业领域航空工业领域-钛钛合金合金28航空工业领域航空工业领域-钛钛合金合金2

26、9航空工业领域航空工业领域-钛钛合金合金30航空工业领域航空工业领域-钛钛合金合金31航空工业领域航空工业领域-钛钛合金合金32航空工业领域航空工业领域-钛钛合金合金33航空工业领域航空工业领域-钛钛合金合金34航空工业领域航空工业领域-钛钛合金合金3536Pro/E建模建模有有限限元元分分析析应应力力分分析析航空工业领域航空工业领域-钛合钛合金金37图图1-6 铣刀的温度分布铣刀的温度分布 图图1-7不同轴向切深的温度场分布不同轴向切深的温度场分布当轴向切深增大时，其切削温度不断升高，且升高趋势较为显著。当轴向切深增大时，其切削温度不断升高，且升高趋势较为显著。球头铣刀应力分布发分析球头铣刀

27、应力分布发分析a)Doc=0.3mm (b) Doc=0.5mm (c) Doc=0.7mm 图图 不同轴向切深的铣刀应力分布不同轴向切深的铣刀应力分布当轴向切深逐渐当轴向切深逐渐增大时，其刀具增大时，其刀具的应力也随之增的应力也随之增大，并且最大应大，并且最大应力位于主切削刃力位于主切削刃附近。附近。384.2.1 高速铣刀高速铣刀/刀柄系统的动力学测试方法分析刀柄系统的动力学测试方法分析图2-5 实验所得三阶模态振型图结论结论利利用用试试验验模模态态分分析析方方法法对对刀刀具具/刀刀柄柄系系统统进进行行模模态态测测试试，得得其其结结构构模模态态参参数数，所所测测得得模模态态参参数数与与仿仿

28、真真参参数数拟拟合合良良好好，并并为为刀刀具具/刀刀柄柄动动力力学学数数学学模模型型界界定定了了初初始始参参数数。同同时时，该该方方法法也也为为刀刀具具/刀刀柄柄系系统统动动力力学学数数学学建建模模的的建建立立提提供供了了可可靠的试验支持。靠的试验支持。航空工业领域航空工业领域-钛钛合金合金39球头铣刀三维建模航空工业领域航空工业领域-钛钛合金合金40 闭式叶轮加工中的接刀痕问题：闭式叶轮加工中的接刀痕问题： 闭式叶轮使用双面加工。在半精加工，精加工过程中，叶片与闭式叶轮使用双面加工。在半精加工，精加工过程中，叶片与叶根处两侧加工处都出现明显接刀痕。叶根处两侧加工处都出现明显接刀痕。 解决方法

29、：进行刀轴控制优化，调整程序。解决方法：进行刀轴控制优化，调整程序。图 4-5 叶片上的接刀痕航空工业领域航空工业领域-钛钛合金合金41整体叶盘的开粗加工工艺规划，主要对可行加工区域的划分，对叶轮模型进行几何处理，抽取出合适的几何特征及合理的切削区域，为插铣工艺算法提供可行加工空间。航空工业领域航空工业领域-钛钛合金合金42在前期工作的基础上进行了，半开式整体叶轮，开式在前期工作的基础上进行了，半开式整体叶轮，开式整体叶轮，闭式整体叶轮的加工。整体叶轮，闭式整体叶轮的加工。半开式整体叶轮半开式整体叶轮开式整体叶轮叶片开式整体叶轮叶片闭式整体叶轮闭式整体叶轮航空工业领域航空工业领域-钛钛合金合金

30、航空工业领域航空工业领域-钛合金钛合金钛合金的磨削加工钛合金的磨削加工 磨磨削削钛钛合合金金零零件件常常见见的的问问题题是是粘粘屑屑造造成成砂砂轮轮堵堵塞塞以以及及零零件件表表面面烧烧伤伤。其其原原因因是是钛钛合合金金的的导导热热性性差差，使使磨磨削削区区产产生生高高温温，从从而而使钛合金与磨料发生粘结、扩散以及强烈的化学反应。使钛合金与磨料发生粘结、扩散以及强烈的化学反应。 为解决这一问题，采取的措施是：为解决这一问题，采取的措施是： 选用合适的砂轮材料选用合适的砂轮材料选用合适的砂轮材料选用合适的砂轮材料比如：绿碳化硅比如：绿碳化硅TLTL。 稍低的砂轮硬度：稍低的砂轮硬度：稍低的砂轮硬度

31、：稍低的砂轮硬度：ZR1ZR1。 较粗的砂轮粒度：较粗的砂轮粒度：较粗的砂轮粒度：较粗的砂轮粒度：6060。 稍低的砂轮速度：稍低的砂轮速度：稍低的砂轮速度：稍低的砂轮速度：101020m/s20m/s。 稍小的进给量，并用乳化液充分冷却。稍小的进给量，并用乳化液充分冷却。稍小的进给量，并用乳化液充分冷却。稍小的进给量，并用乳化液充分冷却。43航空工业领域航空工业领域-钛合金钛合金钛合金的钻削加工钛合金的钻削加工 钛钛合合金金钻钻削削比比较较困困难难，常常在在加加工工过过程程中中出出现现烧烧刀刀和和断断钻钻现现象象。这这主主要要是是由由于于钻钻头头刃刃磨磨不不良良、排排屑屑不不及及时时、冷冷却

32、却不不佳佳以以及及工工艺艺系系统统刚刚性性差差等等几方面原因造成的。几方面原因造成的。 因此，须注意以下几点：因此，须注意以下几点： 刀具材料：刀具材料：刀具材料：刀具材料：高速钢高速钢M42M42，B201B201或硬质合金。或硬质合金。 合合合合理理理理的的的的钻钻钻钻头头头头刃刃刃刃磨磨磨磨：加加大大顶顶角角、减减少少外外缘缘前前角角、增增大大外外缘缘后后角角，倒倒锥锥加至标准钻头的加至标准钻头的2 23 3倍。倍。 勤勤退退刀刀并并及及时时清清除除切切屑屑，注注意意切切屑屑的的形形状状和和颜颜色色。如如钻钻削削过过程程中中切切屑出现羽状或颜色变化时，表明钻头已钝，应及时换刀刃磨。屑出现

33、羽状或颜色变化时，表明钻头已钝，应及时换刀刃磨。 提提提提高高高高工工工工艺艺艺艺系系系系统统统统刚刚刚刚性性性性：钻钻模模应应固固定定在在工工作作台台上上，钻钻模模引引导导宜宜贴贴近近加加工工表面，尽量使用短钻头。表面，尽量使用短钻头。 合理的冷却。合理的冷却。合理的冷却。合理的冷却。44航空工业领域航空工业领域-钛合金钛合金钻削冷却钻削冷却45航空工业领域航空工业领域-碳纤维碳纤维航空碳纤维板航空碳纤维板 碳纤维是一种具有类似石墨结构的无机纤维材料碳纤维是一种具有类似石墨结构的无机纤维材料. .它除具有质轻和良好的力学它除具有质轻和良好的力学性能外性能外, ,还有优良的隔热、消音、减震等性

34、能还有优良的隔热、消音、减震等性能, ,因而具有相当大的应用前途。因而具有相当大的应用前途。46航空工业领域航空工业领域-碳纤维碳纤维碳纤维材料应用碳纤维材料应用 碳纤维是一种十分重要的结构材料碳纤维是一种十分重要的结构材料, 由于具有一系列优点由于具有一系列优点, 被广泛应被广泛应用于航空航天、战略武器、汽车、交通、能源、建筑和体育用品等领域。用于航空航天、战略武器、汽车、交通、能源、建筑和体育用品等领域。47航空工业领域航空工业领域-碳纤维碳纤维材料产生分层破坏材料产生分层破坏材料产生分层破坏材料产生分层破坏刀具磨损严重刀具磨损严重刀具磨损严重刀具磨损严重, , , ,耐用度低耐用度低耐用

35、度低耐用度低易产生残余应力易产生残余应力易产生残余应力易产生残余应力 由由于于复复合合材材料料呈呈现现各各向向异异性性, ,层层间间强强度度低低, ,切切削削时时容容易易产产生生分分层层、撕撕裂裂等等缺缺陷陷, ,钻钻孔孔时时尤尤为为严严重重, ,加加工工质质量量难难以以保保证证。据据统统计计, ,飞飞机机在在最最后后组组装装时时, ,钻孔不合格率要占全部复合材料构件报废率的钻孔不合格率要占全部复合材料构件报废率的60 %60 %以上。以上。碳纤维复合材料难切削加工的主要特点碳纤维复合材料难切削加工的主要特点48航空工业领域航空工业领域-碳纤维碳纤维提高碳纤维板加工质量的措施提高碳纤维板加工质

36、量的措施高速切削高速切削高速切削高速切削是复合材料高质量加工的一个发展方向是复合材料高质量加工的一个发展方向新型刀具的研究新型刀具的研究新型刀具的研究新型刀具的研究是提高复合材料加工质量的重要手段是提高复合材料加工质量的重要手段刀具的精确修磨刀具的精确修磨刀具的精确修磨刀具的精确修磨对加工质量提高具有重要作用对加工质量提高具有重要作用振动切削振动切削振动切削振动切削适合于复合材料高质量的切削加工适合于复合材料高质量的切削加工49航空工业领域航空工业领域-碳纤维碳纤维 这里针对我校的研究项目，碳纤维板加工孔的工艺，进行说明。这里针对我校的研究项目，碳纤维板加工孔的工艺，进行说明。孔加工常见缺陷及

37、影响因素：孔加工常见缺陷及影响因素：50航空工业领域航空工业领域-碳纤维碳纤维刀具设计的考虑因素刀具设计的考虑因素焊接钻头焊接钻头51航空工业领域航空工业领域-碳纤维碳纤维碳纤维板加工孔示意图碳纤维板加工孔示意图中心钻上焊有中心钻上焊有PCD刀片的钻头刀片的钻头 通过采用焊有通过采用焊有PCDPCD刀片的钻头，经过初步切削实验，获得较好效果：刀片的钻头，经过初步切削实验，获得较好效果：刀具寿命比采用硬质合金刀具有很大提高。刀具寿命比采用硬质合金刀具有很大提高。孔的加工质量（如毛刺、分层以及撕裂等）有明显改善。孔的加工质量（如毛刺、分层以及撕裂等）有明显改善。 相相信信随随着着刀刀具具参参数数、

38、结结构构以以及及切切削削条条件件的的完完善善，加加工工质质量量和和效效率率会会有有更大进步。更大进步。无钻削液无钻削液52不锈钢的分类不锈钢的分类 按钢的组织结构分类可分为：按钢的组织结构分类可分为：奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢。不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢。铁素体不锈铁素体不锈钢钢0% Ni0% Ni双相不锈钢双相不锈钢5% Ni5% Ni奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢8% Ni8% Ni马氏体不锈钢马氏体不锈钢沉淀硬化不沉淀硬化不锈钢锈钢石油化工材料石油化工材料-高强度钢高强度钢53不锈钢难加工特点不锈钢难加工特点加

39、工特点加工特点形成原因形成原因备备 注注切削力大切削力大强度和硬度与中碳钢相近，塑性较高，尤其是奥氏体强度和硬度与中碳钢相近，塑性较高，尤其是奥氏体不锈钢，延伸率超过不锈钢，延伸率超过4545钢的钢的1.51.5倍以上，切削时塑性倍以上，切削时塑性变形大，使切削力增加，而不锈钢加工硬化严重，热变形大，使切削力增加，而不锈钢加工硬化严重，热强度高，增加了切削抗力强度高，增加了切削抗力车削车削1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti的单位切削力比正火的单位切削力比正火状态的状态的4545钢约高钢约高25%25%切削温度高切削温度高塑性变形大，与刀具间的摩擦也大，产生的切削热多塑性变形大，与刀具间的

40、摩擦也大，产生的切削热多而不锈钢的导热系数较低，如而不锈钢的导热系数较低，如1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti的导热系数的导热系数只有只有4545钢的钢的1/31/3，散热条件较差，因此切削温度较高，散热条件较差，因此切削温度较高在同样条件下，切削不锈钢时的切削在同样条件下，切削不锈钢时的切削温度比切削温度比切削4545钢约高钢约高200200300300加工硬化严重加工硬化严重以奥氏体不锈钢和奥氏体以奥氏体不锈钢和奥氏体铁素体不锈钢最为突出，铁素体不锈钢最为突出，随着硬化后强度的提高，屈服强度也升高随着硬化后强度的提高，屈服强度也升高刀具易磨损刀具易磨损切屑与前刀面的接触长度约为切削碳

41、钢时的切屑与前刀面的接触长度约为切削碳钢时的65%65%70%70%，造成应力集中在切削刃附近，使刀具易崩刃。此外，造成应力集中在切削刃附近，使刀具易崩刃。此外由于接触长度小，切削热也集中在切削刃附近，造成由于接触长度小，切削热也集中在切削刃附近，造成温度高，从而使刀具磨损加快温度高，从而使刀具磨损加快切屑不易卷曲和折断切屑不易卷曲和折断由于不锈钢的塑性高，韧性大，而且高温强度高，切由于不锈钢的塑性高，韧性大，而且高温强度高，切削时切屑不易折断削时切屑不易折断容易粘刀和形成积屑瘤容易粘刀和形成积屑瘤不锈钢的塑性大，粘附性强，因而在切削过程中容易不锈钢的塑性大，粘附性强，因而在切削过程中容易形成

42、积屑瘤，使表面光洁度降低。形成积屑瘤，使表面光洁度降低。含碳量较低的马氏体不锈钢，这一特含碳量较低的马氏体不锈钢，这一特点尤为明显点尤为明显线膨胀系数较大线膨胀系数较大切削过程中，切削温度高，工件易变切削过程中，切削温度高，工件易变形，尺寸精度较难控制形，尺寸精度较难控制石油化工材料石油化工材料-高强度钢高强度钢/54背背景景：核核电电筒筒节节和和水水室室封封头头毛毛坯坯是是直直接接锻锻造造而而成成的的，吨吨位位大大，外外表表面面加加工工条条件件恶恶劣劣( (锻锻造造铲铲沟沟、锻锻造造凹凹坑坑、锻锻造造凸凸起起以以及及夹夹砂砂夹渣夹渣等等) )。荒加工过程中，对车刀和铣刀的使用性能影响非常大。

43、荒加工过程中，对车刀和铣刀的使用性能影响非常大。完成粗加工的平面核电筒节锻造毛坯锻造凸起水室封头铣削平面锻造凹坑金属夹杂物石油化工材料石油化工材料-高强度钢高强度钢55 筒节/水室封头毛坯，表面有很多锻造缺陷。切削过程中，切削用量、切屑截面、刀具工作角度、刀具-切屑-工件接触状态等等都时刻发生变化(如下图)，因此，其切削力和切削温度具有动态特性，而这种特性常常导致刀具的过早失效。筒节荒加工过程石油化工材料石油化工材料-高强度钢高强度钢56石油化工材料石油化工材料-高强度钢高强度钢切削特点及出现问题切削特点及出现问题1 1 1 1、切削冲击力大、切削冲击力大、切削冲击力大、切削冲击力大 筒节毛坯

44、直接锻造而成，外圆周表面不平整，切削加工属于断续切削，冲击力大。筒节毛坯直接锻造而成，外圆周表面不平整，切削加工属于断续切削，冲击力大。2 2 2 2、材料红硬性大、材料红硬性大、材料红硬性大、材料红硬性大 筒筒节节车车削削时时产产生生的的切切屑屑为为红红而而硬硬的的缎缎带带状状，韧韧性性大大，不不易易折折断断，在在很很高高的的切切削削温温度度（10001000左左右右）下下容易与刀片产生粘结。容易与刀片产生粘结。3 3 3 3、切削温度高、切削温度高、切削温度高、切削温度高 切切削削过过程程中中产产生生的的大大而而厚厚的的切切屑屑导导热热效效果果不不好好，导导致致大大部部分分切切削削热热集集

45、中中在在切切削削区区，使使切切削削区区平平 均温度很高，可达均温度很高，可达67067010001000C C，甚至更高。高温可导致刀片紧固螺钉（退火）强度降低。，甚至更高。高温可导致刀片紧固螺钉（退火）强度降低。筒节切削产生的缎带状切屑筒节切削产生的缎带状切屑筒节切削过程刀具粘结破损筒节切削过程刀具粘结破损内六角螺钉秃边内六角螺钉秃边57石油化工材料石油化工材料-高强度钢高强度钢 重型切削过程刀具主要磨损形式：重型切削过程刀具主要磨损形式： 前刀面磨损：前刀面磨损：前刀面磨损：前刀面磨损：主要是由于厚大的切屑与前刀面产生剧烈摩擦；主要是由于厚大的切屑与前刀面产生剧烈摩擦； 后刀面磨损：后刀面

46、磨损：后刀面磨损：后刀面磨损：低速切削和较小的切削厚度切削条件下产生；低速切削和较小的切削厚度切削条件下产生； 前后刀面同时磨损：前后刀面同时磨损：前后刀面同时磨损：前后刀面同时磨损：切削条件介于两者之间。切削条件介于两者之间。前刀面磨损前刀面磨损后刀面磨损后刀面磨损前后刀面磨损前后刀面磨损不同刀具材料在不同的使用条件下造成的磨损原因不同不同刀具材料在不同的使用条件下造成的磨损原因不同58石油化工材料石油化工材料-高强度钢高强度钢刀具粘结破损刀具粘结破损刀刀刀刀- - - -屑粘结界面微观机理分析屑粘结界面微观机理分析屑粘结界面微观机理分析屑粘结界面微观机理分析刀刀- -屑间固有的亲和性。屑间

47、固有的亲和性。扩散磨损导致刀面表面脆化。扩散磨损导致刀面表面脆化。刀刀刀刀- - - -屑粘结的实质屑粘结的实质屑粘结的实质屑粘结的实质刀具和工件界面双方原子间的迁移刀具和工件界面双方原子间的迁移刀具和工件界面双方原子间的迁移刀具和工件界面双方原子间的迁移 下下图图a a，b b，c c是是刀刀屑屑粘粘结结的的横横截截面面不不同同放放大大倍倍数数照照片片。由由c c可可以以看看出出，有有部部分分区域里刀区域里刀- -屑间已经形成了紧密的结合，同时也有间隙存在。屑间已经形成了紧密的结合，同时也有间隙存在。刀刀- -屑粘结的横截面不同放大倍数屑粘结的横截面不同放大倍数abc59石油化工材料石油化工

48、材料-高强度钢高强度钢刀具的冲击破损刀具的冲击破损 硬硬质质合合金金刀刀具具的的破破损损有有两两种种不不同同形形式式：早早期期脆脆性性破破损损和和疲疲劳劳破破损损。早早期期脆脆性性破破损损是是刀刀具具切切削削开开始始后后不不久久，由由于于某某种种因因素素（如如刀刀具具内内有有缺缺陷陷、工工件件表表面面硬硬度度分分布布不不均均匀匀、工工件件表表面面有有硬硬皮皮、夹夹砂砂、气气孔孔、大大裂裂纹纹等等缺缺陷陷及及刀刀具具承承受其它原因造成的过载）引起的打刀、崩刃。受其它原因造成的过载）引起的打刀、崩刃。切削刃崩刃放大图切削刃崩刃放大图前刀面部分刀刃脱落前刀面部分刀刃脱落60难点分析：难点分析：1 1

49、、材材料料难难加加工工：筒筒节节和和水水室室封封头头材材料料为为高高温温高高强强度度钢钢，高高温温韧韧性性强强，切削用量不合理容易产生绕屑或碎屑现象。切削用量不合理容易产生绕屑或碎屑现象。厚而硬的切屑厚而硬的切屑切削区域高温高压切削区域高温高压绕屑产生划伤已加工表面刀-屑粘结破损碎屑产生 碎屑的每一次折断，均会产生巨大的机械冲击，容易引起刀尖断裂石油化工材料石油化工材料-高强度钢高强度钢612 2、毛毛坯坯表表面面加加工工条条件件差差：筒筒节节和和水水室室封封头头毛毛坯坯为为万万吨吨水水压压机机直直接接锻锻造造而而成成，锻锻造造表表面面的的锻锻造造缺缺陷陷非非常常多多且且分分布布比比较较发发散

50、散。锻锻造造缺缺陷陷容容易易引引起起刀具的磨损、冲击破损甚至直接断裂。刀具的磨损、冲击破损甚至直接断裂。锻造坑锻造鼓包坑包型缺陷引起的切削刃崩碎锻造铲沟锻造裂纹沟壑型缺陷引起的刀尖破碎石油化工材料石油化工材料-高强度钢高强度钢62锻造褶皱锻造凸条金属覆盖物氧化皮纤维型缺陷引起的刀片磨损覆盖型缺陷引起刀-屑粘结现象石油化工材料石油化工材料-高强度钢高强度钢63重型车刀失效分析锻造缺陷产生动态机械冲击力冲击破损刀片断裂刀片破碎中心裂纹分 析粘结破损刀-屑粘结刀刃撕裂分 析锻造缺陷产生变载荷热冲击磨 损刀片被切分 析高温软化筒节/水室封头荒加工重型车刀失效类型统计石油化工材料石油化工材料-高强度钢高

51、强度钢64高可靠性控屑槽型精准设计关键技术 高可靠性控屑槽应该包括：高可靠性控屑槽应该包括：1) 理想断屑性能；理想断屑性能；2) 断屑性能保持性。断屑性能保持性。 超重型切削，材料去除量巨大，需要产生理想的切屑超重型切削，材料去除量巨大，需要产生理想的切屑( (下图下图1 1所示所示) )以以便减少生产辅助时间。大型切屑形成、流出与折断过程便减少生产辅助时间。大型切屑形成、流出与折断过程( (如下图如下图2 2所示所示) )。图2 切屑形成、流出与折断过程图1 超重型切削理想切屑石油化工材料石油化工材料-高强度钢高强度钢65 理理想想的的控控屑屑性性能能可可以以通通过过研研究究切切屑屑形形成

52、成、流流出出过过程程切切削削刃刃口口与与槽槽型型作作用用关关系系、切切屑屑形形成成几几何何学学与与动动力力学学关关系系精精准准设设计控屑槽型。计控屑槽型。建立大型切屑形成、导屑和流屑角模型建立大型切屑折断临界条件方程理想控屑槽型精准设计提供大型切屑折断几何角度与结构尺寸提供切屑卷曲半径、控屑槽深度、宽度等数据2) 2) 断屑性能保持性断屑性能保持性 断断屑屑性性能能保保持持性性主主要要体体现现在在：在在承承受受动动态态切切削削力力和和热热共共同同作作用用下下，刀刀具具的的控控屑屑槽槽型型各各个个方方位位结结构构几几何何位位置置保保持持良良好好，长时间不变形以能很好的保持原先的控屑性能。长时间不

53、变形以能很好的保持原先的控屑性能。石油化工材料石油化工材料-高强度钢高强度钢/66技术难点：1)超重型切削条件下刀具材料高温性能研究-揭示刀具软化、磨损、刀片断裂等现象产生的机理、条件；2)超重型切削过程中刀具断裂韧性研究-建立超重型车刀动态强度模型，为刀具的结构设计、选材、热加工工艺的改进以及安全分析等提供理论基础。(实际加工中刀具断裂如下图)超重型切削刀具断裂类型石油化工材料石油化工材料-高强度钢高强度钢超重型切削动态力学特性： 筒节/水室封头荒加工是一个动态断续切削过程，其切深变化非常大(ap=050mm)。由于切削宽度aw显著大于切削厚度ac和切削深度ap。因此，垂直于切削刃各截面内的

54、变形形状大致相同。根据下图分析可获得极限重载切削的剪切流动应力、剪切应变率和剪切应变关系，从而获得动态条件下刀具失效条件。图1 重型切削变形分析示意图图2 重型切削有限元模拟分析石油化工材料石油化工材料-高强度钢高强度钢/68石油化工材料石油化工材料-高强度钢高强度钢刀具表面质量改进刀具表面质量改进-涂层方案涂层方案涂层方案涂层方案 为为了了增增强强新新型型刀刀具具的的耐耐磨磨性性能能，其其后后刀刀面面、刀刀片片底底部部以以及及前前刀刀面面分分别别涂涂有有TiNTiN和和AlAl2 2O O3 3，因因为为高高硬硬度度TiNTiN涂涂层层（颜颜色色为为金金黄黄色色），其其表表面面硬硬度度达达H

55、V3000HV3000（表表面面洛洛氏氏硬硬度度HR88.6HR88.6），而而涂涂层层厚厚仅仅有有3-53-5个个微微米米，不不会会改改变变被被加加工工工工件件尺尺寸寸与与形形状状，能能使使刀刀具具表表面面具具有有耐耐磨磨、耐耐蚀蚀、耐耐热热、抗抗氧氧化化等等特特殊殊功功能能。AlAl2 2O O3 3硬硬质质涂涂层层具具有有高高熔熔点点、高硬度、优异的热和化学惰性等特点高硬度、优异的热和化学惰性等特点，能有效的降低前刀面与切屑的粘结。，能有效的降低前刀面与切屑的粘结。硬质合金基底硬质合金基底TiNAl2O3TiCN刀具涂层方案优选刀具涂层方案优选石油化工材料石油化工材料-高强度钢高强度钢刀

56、具几何参数的优选刀具几何参数的优选 采采用用负负倒倒棱棱刀刀刃刃、梯梯形形断断屑屑槽槽、前前刀刀面面带带椭椭圆圆球球减减摩摩凸凸起起，大大的的刀刀尖尖圆圆弧弧半半径径（R5R5左左右右），6 6左左右右的的前前角角和和6 6左左右右的的后后角角等等（如如下下图所示）。图所示）。梯形容屑槽梯形容屑槽负倒棱负倒棱断屑槽深度断屑槽深度导屑墙导屑墙心形凸起心形凸起椭球形凸起椭球形凸起高温高强度钢高效加工刀片高温高强度钢高效加工刀片70正五角形系列刀片可靠性设计关键：1)动态切削力作用下，刀具失效临界条件确定；2)刀片动态强度计算，为刀具材料优选提高参考；3)刀片散热面积最大化与刀-屑接触面积最小化的最

57、佳临界值确定。 右图为超重型切削刀片可靠性设计实例。石油化工材料石油化工材料-高强度钢高强度钢71石油化工材料石油化工材料-高强度钢高强度钢加工实例加工实例切削条件：切削条件：切削条件：切削条件：设设设设备备备备：CK52800CK5280050/25050/250大大型型立立车车，工工作作台台直直径径7200mm7200mm，最最大大切切削削直直 径径8000mm8000mm，最大加工高度，最大加工高度6400mm6400mm；刀具：刀具：刀具：刀具：普通重型车刀普通重型车刀YT5YT5和高效车刀（如下图）；和高效车刀（如下图）；工件：工件：工件：工件：材料为材料为2.25Cr-1Mo-0.

58、25V2.25Cr-1Mo-0.25V钢的加氢筒节。钢的加氢筒节。加工加工2.25Cr-1Mo-0.25V2.25Cr-1Mo-0.25V钢刀片钢刀片b b）XF8XF8车刀车刀c) c) 两种刀片外形尺寸对比两种刀片外形尺寸对比a) YT5a) YT5型刀片型刀片72石油化工材料石油化工材料-高强度钢高强度钢两种车刀切削参数两种车刀切削参数项目项目切削深度切削深度ap (mm)主轴转速主轴转速n（r/min）进给量进给量f (mm/r)I组组202.650.94II组组202.651.89III组组203.540.71IV组组203.541.4173石油化工材料石油化工材料-高强度钢高强度钢

59、结果分析结果分析-使用寿命对比使用寿命对比使用寿命对比使用寿命对比 改改变变主主轴轴转转速速对对刀刀具具寿寿命命有有非非常常大大的的影影响响。提提高高切切削削速速度度时时，切切削削温度就上升，从而使刀具寿命大大缩短。温度就上升，从而使刀具寿命大大缩短。刀具失效形式对比刀具失效形式对比项目项目刀具失效形式刀具失效形式项目项目刀具失效形式刀具失效形式I I组组YT5YT5刀面磨损，刀尖磨损刀面磨损，刀尖磨损IIIIII组组YT5YT5刀尖粘结破损、崩刃刀尖粘结破损、崩刃XF8XF8刀面磨损刀面磨损XF8XF8刀尖冲击破损刀尖冲击破损IIII组组YT5YT5刀面磨损、刀尖冲击刀面磨损、刀尖冲击破损破

60、损IVIV组组YT5YT5刀尖粘结破损、刀刃刀尖粘结破损、刀刃断裂断裂XF8XF8刀面和刀尖磨损刀面和刀尖磨损XF8XF8刀尖粘结破损、崩刃刀尖粘结破损、崩刃74石油化工材料石油化工材料-高强度钢高强度钢两种刀切削长度对比两种刀切削长度对比 从从上上图图可可以以看看出出，新新型型XF8单单刃刃使使用用寿寿命命最最大大时时是是YT5刀刀的的3倍倍左右。左右。75石油化工材料石油化工材料-高强度钢高强度钢新结构刀具有限元分析新结构刀具有限元分析 采采用用硬硬质质合合金金车车刀刀行行车车削削试试验验。工工件件材材料料为为筒筒体体材材料料按按2.25Cr-1Mo-0.25V2.25Cr-1Mo-0.2

61、5V。选选取取刀刀具具几几何何参参数数: :刀刀片片材材料料:k:k系系; ;车车刀刀主主要要角角度度: :前前角角0 0=6=6, ,后后角角0 0=0 0=6=6, ,主主偏偏角角r r=60=60。刀刀具具材材料料的的机机械械性性能能: :抗抗弯弯强强度度极极限限:1500MPa;:1500MPa;抗抗压压强强度度:3500MPa;:3500MPa;弹弹性性模模量量E=610GPa;E=610GPa;泊泊 松松 比比 =0.3=0.3。 切切 削削 用用 量量 : :切切 削削 速速 度度 vc=28m/min,vc=28m/min,进进 给给 量量 ( (或或 进进 给给 速速 度度)

62、f=0.3mm/r,)f=0.3mm/r,背背吃吃刀刀量量ap=5mmap=5mm。下下图图是是专专用用重重型型刀刀具具通通过过ANSYSANSYS自自带带的的自自适适应应网网格格划划分分方方法进行单元格的划分法进行单元格的划分, ,自定义单元长度。将车刀划分为自定义单元长度。将车刀划分为1758817588个节点、个节点、1026310263个单元。个单元。新刀结构有限元网格图新刀结构有限元网格图76石油化工材料石油化工材料-高强度钢高强度钢新结构刀结果分析新结构刀结果分析 根根据据本本实实例例的的原原始始试试验验数数据据, ,采采用用实实验验公公式式, ,计计算算出出三三个个切切削削分分力

63、力的的经经验验值值分分别别为为:Fz=3774.62N,Fy=1509.85N,Fx=1132.39N:Fz=3774.62N,Fy=1509.85N,Fx=1132.39N。根根据据上上述述分分析析, ,按按切切削削条条件件最最恶恶劣劣的的极极限限情情况况( (即即FzFz、FyFy、FxFx集集中中作作用用于于刀刀尖尖一一点点) )进进行行模模拟拟加加载载, ,在在刀刀具具末末端端施加全部约束施加全部约束( (这样并不影响分析结果这样并不影响分析结果) )。车刀的总变形图车刀的总变形图 车刀的总应变图车刀的总应变图 由由于于刀刀尖尖部部位位为为最最大大应应力力点点,由由此此可可知知刀刀具具

64、破破坏坏的的主主要要形形式式为为刀刀尖尖和和刀刀刃刃破破坏坏,因此选用高强度刀片材料对于增加刀具强度是十分必要的。因此选用高强度刀片材料对于增加刀具强度是十分必要的。77石油化工材料石油化工材料-高强度钢高强度钢改善高温、高强度钢切削加工性的措施改善高温、高强度钢切削加工性的措施 对对高高强强度度钢钢、超超高高强强度度钢钢进进行行高高效效和和保保证证质质量量的的切切削削加加工工，必必须须采采取取有有效效的的措措施施，应应采采用用先先进进、适适用用的的刀刀具具材材料料，应应选选用用合合理理的的刀刀具具几几何何参参数和合理选择切削用量等措施。数和合理选择切削用量等措施。 主要措施：主要措施：主要措

65、施：主要措施： 1.1.采用先进、适用的刀具材料采用先进、适用的刀具材料 2. 2.选用合理的刀具几何参数选用合理的刀具几何参数 3. 3.选用合理的切削用量选用合理的切削用量 78石油化工材料石油化工材料-高强度钢高强度钢车削加工车削加工建议建议 选择合适的刀具材料选择合适的刀具材料选择合适的刀具材料选择合适的刀具材料 常常用用的的刀刀具具材材料料有有：高高速速钢钢、金金属属陶陶瓷瓷、陶陶瓷瓷、CBNCBN烧烧结结体体、金金刚刚石石和硬质合金。和硬质合金。 筒节切削过程：断续切削热冲击大、切削力大和切削温度高。筒节切削过程：断续切削热冲击大、切削力大和切削温度高。 刀刀具具材材料料应应满满足

66、足的的要要求求：应应兼兼有有较较高高的的断断裂裂韧韧性性、抗抗机机械械冲冲击击性性能能、耐热冲击性能、抗塑性变形能力及较高的导热系数等切削性能。耐热冲击性能、抗塑性变形能力及较高的导热系数等切削性能。 2.25Cr-1Mo-0.25V2.25Cr-1Mo-0.25V加加工工性性差差：主主要要考考虑虑刀刀具具的的耐耐破破损损性性能能，即即硬硬质质合合金是首选刀具材料。金是首选刀具材料。79结束语结束语难加工材料切削技术的新发展难加工材料切削技术的新发展 1 1、采用高性能的新刀具材料、采用高性能的新刀具材料 2 2、采用非常规的新切削方法、采用非常规的新切削方法 1 1）、加加热热切切削削法法

67、导导电电加加热热切切削削，用用这这样样的的方方法法进进行行大大切切深深、大大进进给给加加工硬材料是有效的。工硬材料是有效的。 2 2）、低低温温切切削削法法用用液液氮氮（-180 -180 ）或或液液体体CO2CO2（-76 -76 ）为为切切削削液液，降降低切削区温度。（适合加工高强度钢、耐磨铸铁、不锈钢、钛合金）低切削区温度。（适合加工高强度钢、耐磨铸铁、不锈钢、钛合金） 3 3）、振振动动切切削削消消除除积积屑屑瘤瘤、降降低低加加工工硬硬化化以以及及提提高高加加工工表表面面质质量量，但但对对刀具使用寿命有影响。刀具使用寿命有影响。 4 4）、真空中切削）、真空中切削适合铜铝加工、不适合中碳钢和钛合金加工。适合铜铝加工、不适合中碳钢和钛合金加工。 5 5）、有惰性气体保护下切削）、有惰性气体保护下切削适合钛合金加工。适合钛合金加工。 6 6）、绝缘切削）、绝缘切削提高刀具使用寿命的新方法。提高刀具使用寿命的新方法。 7 7）、超高速切削）、超高速切削这种切削方法常受到设备条件限制而不能推广。这种切削方法常受到设备条件限制而不能推广。80谢谢各位！请批评指正！2011.08牡丹江