特殊材料的切削加工及刀具的选用研究

特殊材料的切削加工及刀具的选用研究

王全智

中国中车永济电机公司 山西永济 044502

摘要：随着我国科学技术的飞速发展，对一些特殊材料的使用扩大了范围。其切削加工与刀具的选用存在着密不可分的关系，在相关技术人员对其特殊材料进行切削加工时存在着很多困扰，不仅要保证加工的质量和效率，又要合理的控制其成本。因此特殊材料的切削加工方式及正确的刀具选用对有效提升工作效率和质量具有重要作用。本文将对此进行深入探讨研究。

关键词：特殊材料；切削加工；刀具选用

在我国现阶段的发展中，随着一些特殊的金属材料使用数量日益增加，其存在的切削加工问题也逐渐明显增多。因此在技术人员进行特殊材料的切削加工操作时需要对其成本进行有效控制，选用正确的刀具同时进行技术开发应用对有效提升材料切削加工效率具有现实意义。由于一些特殊材料的切削加工难度较大，因此如何解决是当下一些制造业需要研究的重要课题。

一、特殊材料的分类及切削加工

特殊材料实际上是指较难加工的一些金属材料。伴随着我国科学技术的不断发展，因此使得很多难以加工的材料在社会发展中取得了极大数量的应用。在难加工的材料中，具有代表性的材料有不锈钢、钛合金以及淬硬钢等。以此三种特殊材料为例进行具体分析：

（一）不锈钢：不锈钢属于一种耐高温及耐腐蚀的合金金属材料，由于其材料加工的硬化性较大，因此在切削过程当中容易产生塑性变形的现象。在不锈钢材料中还分为硬度高和硬度低的材料，根据两种不同硬度的不锈钢进行切削加工的方式也是不同的。首先对于硬度较低的不锈钢材料来说，它的黏刀性也较低，一般可以通过使用硬质合金的刀具进行切削加工。针对硬度较高的不锈钢，由于其硬度较硬，所以对使用的刀具要求较高，可以使用金刚石刀具，或者专门的切削刀具才能对其进行加工。在不锈钢材料中，304奥氏体不锈钢是最难加工的不锈钢材料，因此在切削加工过程中要不断加入切削液，不能使其锯断。而且不锈钢材料的导热率较低，在切削加工时容易使切削点的温度不断上升造成刀具寿命减短，还由于不锈钢材料的亲和性较强，容易使刀尖处产生积屑，降低不锈钢材料加工表面的精度。

（二）钛合金：钛合金作为难加工的材料之一，具有密度小、导热性较差的特点，因此在进行切削加工时切削的热度不容易分散、导致刀具的使用寿命降低，钛合金与不锈钢同样具有较高的亲和性，但与之不同的是钛合金还具有较高的化学活性，容易与接触的金属亲和，导致在切削过程中粘结、扩散加剧的现象发生，使之难以切削。而且钛合金的弹性模量较低，很容易出现弹性变形，使加工表面与后刀面的接触面积较大，造成严重磨损。

（三）淬硬钢：淬硬钢材料同样作为难以切削的材料之一，具有强度较高、硬度较高以及导热性较差的特点，在切削加工时具有一定难度。在切削过程中由于切屑与前刀面接触的长度较短，导致切削力和切削温度在切削刃附近高度集中，从而使刀具易造成磨损和崩刃。

二、特殊材料在切削加工时的刀具选用及遵循原则

（一）不锈钢：在进行不锈钢材料的切削加工时，刀片的选择是极为重要的。如果选择通用材质的刀片进行不锈钢的切削加工，不但不耐用并且加工出来的工件效果也会大大降低，由于通用材质刀片的刀杆较细，在进行不锈钢材料的切削加工时会产生振动，噪音也很大。因此可以选用京瓷刀片，不但耐用而且在不锈钢材料切削加工产品的数量和质量上都能够做到有效提升^[1]。在不锈钢材料的切削加工方面必须选用耐磨性和导热性较强的刀具，尤其是针对304奥氏体不锈钢材料，有效提升刀具的使用寿命，保障切削加工的质量。

（二）钛合金：在进行钛合金材料的切削加工时，应注重选择硬质合金棒材类的刀具，由于其具有强度较高、导热性较好的特点，因此在刀具选择时要选用耐磨性较高且化学活性较低的刀具，在切削加工时如选用较小的前角能够有效提升切削刃的强度和抗崩能力，选用较大的后角能够有效减少后刀面与加工表面的接触面积，从而使刀具的切削速度得到适当降低，进而有效进行切削加工流程。

（三）淬硬钢：淬硬钢材料具有较强的硬度，在切削加工时候具有一定难度，因此在刀具的选用上应根据其特性选择硬度较高且耐磨性较好的刀具。例如硬质合金刀具或者陶瓷刀片、氮化硼刀片材料等，此类刀具具有耐磨性及导热性较好的特点，能够有效提升刀具的使用寿命，能够在切削速度较高的范围内进行作业，非常适用于淬硬钢的精切削加工或者半精切削加工使用，在切削时要根据实际情况合理选择淬硬钢切削刀具的切削参数以及几何参数，通过利用PCBN工具能够有效提升生产效率。

综上所述根据不同特殊材料的不同特性选择合理的刀具进行切削加工，从而有效提升工作效率，保障生产质量，但是在选用刀具时要严格考虑刀具的使用性能，具体要遵循以下原则进行选择：

（一）根据材料的性质考虑将要选用的刀具是否具有较高的强度和硬度，由于特殊材料均具有较难切削的特点，所以刀具是否具有足够的耐磨性和导热性是十分关键的。

（二）刀具材料容易在切削过程中与材料发生亲和导致刀具受损，因此要避免此类现象发生，根据刀具特性和材料特性进行比对，合理选用。

（三）由于刀具使用的高性能在材料进行切削加工速度范围之内才能显现，从而要根据材料的切削加工速度范围选择对应刀具。

三、特殊材料的切削加工技术要求

（一）选择合理的切削加工环境及切削方法：在过去的材料切削加工时对所在环境的要求没有制定合理规定，随着我国科学技术迅猛发展以及刀具的多样化生产，在进行材料切削加工时应选择合理的环境，保障关键技术能够得以良好开展同时提高相关人员的操作安全^[2]。根据不同材料选择不同的切削方法，将近年来的新型切削方法应用到实践中，提高生产效率和质量，促进材料切削加工的稳定运行。

（二）刀具的使用在材料的切削加工中作为关键，应合理选择刀具几何参数，使其能够发挥出最优越的性能，在刀具的选择形状上加强重视，采用新型技术提高刀具的使用寿命，例如铣削技术，能够在切削加工时将切削面的解除面积进行良好控制，保证切削效果。

（三）工作人员要具有极高的专业性，才能对材料的切削加工技术进行选择和创新，能够做到熟悉掌握相应技能及操作中的各类注意事项，对各操作环节都能够做到技术保障并且能够正确选择切削液^[3]。在刀具的选用上能够根据其材料性能和刀具的性能进行正确选择，增强特殊材料的切削加工质量和效率，在加工成本上能够进行有效控制。

结语

现如今一些特殊材料已经被广泛应用于我国的社会经济发展当中，随着我国科学技术的不断发展，材料的切削加工技术也随之不断创新，例如在刀具的多样化生产中，能够根据其不同的性能应用到材料的切削加工作业当中，本文通过对不锈钢、钛合金以及淬硬钢等特殊材料进行切削加工分析，在刀具的选用上和技术要求中提出了相应的观点，使材料的切削加工成本降低的同时提升工作效率。

参考文献：

[1] 高鹏 王鹏宇. 难加工材料加工方法的现状与发展趋势[J]. 中国金属通报,2018,(008):8-9

[2] 臧文海. 金属切削刀具材料性能分析及其选用原则探讨[J]. 机械工程师,2018,(002):165-167

[3] 何耿煌 吴明阳 李凌详 邹伶俐 程程. 典型钛合金切削层相变形成机理及其影响因素研究[J]. 机械工程学报,2018,(017):133-141