压缩机零部件中难加工材料的车削

引言

在压缩机的生产过程中，经常会接触到一些难加工的材料，如制造压缩机叶轮的材料有一种含有Cr、Ni、Mo等合金元素的高强度结构钢，这种钢材一经调质处理达到一定的硬度时，很难车削。钦合金叶轮因为钦合金元素的存在给车削带来诸多麻烦，大型硬齿面齿轮，渗碳淬火的过程会造成一些需要加工的表面过硬而难以车削加工;还有一些运输机械常用紫铜等纯金属制造的套类零件也给车削带来相当大的麻烦。为了解决这些难加工材料的车削加工问题，需要对难加工材料的特性有足够的了解，然后采取有针对性的措施才能予以解决。

1 难加工材料的加工特点

1) 何谓难加工材料

所谓难加工材料，主要是指切削加工性能差的材料。金属材料切削加工性的好坏，主要是从切削时的刀具耐用度、已加工表面的质量及切屑形成和排除的难易程度3个方面来衡量。只要上述这3个方面有一项明显的差，就可认为是难加工材料。常见的难加工材料有高强度钢、不锈钢、高温合金、钦合金、高锰钢和纯金属(如紫铜)等。

2) 难加工材料的切削特点

·车削温度：在切削难加工材料时，切削温度一般都比较高，主要原因有以下两方面。

- 导热系数低：难加工材料的导热系数一般都比较低(纯金属紫铜等除外)，在切削时切削热不易传散，而且易集中在刀尖处。

- 热强度高：如镍基合金等高温合金在500一800℃时抗拉强度达到最高值。因此在车削这类合金时，车刀的车削速度不宜过高，一般不宜超过10m/min，否则刀具切人工件的切削阻力将会增大。

·切削变形系数和加工硬化：难加工材料中的高温合金和不锈钢等，这些材料的变形系数都比较大。在较小的切削速度开始，变形系数就随着车削速度的增大而增大，在切削速度大约达到6m/min的情况下，切屑的变形系数将达到最大值。由于车削过程中形成切屑时的塑性变形，金属产生硬化和强化，使切削阻力增大，刀具磨损加快，甚至产生崩刃。如高温合金、高锰钢和奥氏体不锈钢奥氏体组织，其硬化的严重程度和深度都很大，要比45钢大好几倍。难加工材料由于硬化程度严重，切屑的温度和硬度高，韧性好，以及切削温度高(强韧切屑)，如果这样的切屑流经前刀面，就容易产生粘结和熔焊等粘刀现象，粘刀不利于切屑的排除，使容屑糟堵塞，容易造成打刀。粘刀还容易使刀具产生粘结磨损和崩刃。另外，强韧的切屑呈锯齿形，容易损坏刀具刃口。

·切削力：难加工材料一般强度较高，尤其是高温强度要比一般钢材大得多，再加上塑性变形大和加工硬化程度严重，因此车削难加工材料的切削力一般都比车削普通碳钢时大得多。

·磨损限度与耐用度：由于难加工材料的温度高、热强度高、塑性大、切削温度高和加工硬化严重，有些材料还有较强的化学亲和力和粘刀现象，所以车刀的磨损速度也较快。车削硬化现象严重的材料，车刀后刀面的磨损限度值不宜过大。硬质合金车刀粗车时的磨损限度为0.9～1.0mm ，精车为0.4～0.6mm 。难加工材料的刀具耐用度对于不锈钢而言为90～150min。对高温合金和钦合金等材料来说，刀具的耐用度时间还要短。车刀的耐用度与选择合理的车削速度和车刀材料及车刀类型都有一定的关系。

2 车削时应采取的措施

选择刀具材料

车削难加工材料，应根据材料的特性来选择合理的切削性能好的刀具材料。如对于高温状态下硬度较高的材料的车削应选择硬度和高温硬度均较好的含钻高速钢以及钨钻类及钨钻钦类通用硬质合金。对于钦合金材料及含钦不锈钢材料的车削应避开对钨钻钦类硬质合金的使用。

选择合理的车刀几何参数

如对硬度低、塑性好的材料应采用较大的前角和后角;对于高温合金材料应采用较大的刃倾角。

选用合适的切削液

用高速钢车削高温合金一般选用水溶性切削液；用硬质合金车刀车削时则应选用油类极压切削液，如极压乳化液、硫化乳化油、氯化煤油等均可作为难加工材料的切削液。

选择合理的车削用量

车削速度的选择主要受刀具耐用度的限制，而刀具耐用度又取决于刀具的磨损情况。总的来说，由于难加工材料的切削抗力大、车削时温度易升高和热强度高等特点。车削速度、进给量和走刀量等切削用量的值都应比车削普通钢材适当减小。

3 几种难加工材料的车削加工

高锰奥氏体钢的车削

高锰奥氏体钢的主要难加工特点：加工硬化程度严重、导热性差、切削温度高、冲击韧性高和延伸率较大。因此，切削这类材料应采用强度和韧性均较好的硬质合金。刀具的前角一般较小(-5°～5°);后角应大些，一般为12°～18°;主偏角为45°～60°;刃倾角一般在-5°左右。为了降低硬化程度，刃口应磨得锋利些，车削速度一般在20m/min左右。

高强度钢的车削

车削高强度钢，由于切削力大，容易引起硬质合金刀齿的崩刃，一般多采用YT14、YG6等牌号的硬质合金。刀具的前角一般在-5°～20°;刃倾角为～10°左右为宜;主偏角为45°～60°，车削速度为30～45m/min，并随工件材料硬度的提高，车削速度应降低，最低车削速度在10m/min左右为宜;进给量在0.5～1mm/r为宜。

不锈钢的车削

由于不锈钢塑性好且加工硬化严重，车削时冲击和振动较严重，切屑不易卷曲和折断。因此，要求机床、夹具和刀具系统的刚性要好。用硬质合金车刀，应采用YG类通用性硬质合金。硬质合金车刀的前角为5°～10°，前角上可磨出圆弧卷屑槽，前角还可以适当加大，但刀刃上应留有0.05～0.20mm的刃带;后角应在5°一10°为宜;还应该采用60°的主偏角和5°～10°的刃倾角。采用硬质合金刀具的切削速度为100～150m/min，进给速度为30～100mm/min。

高温合金的车削

高温合金切削的主要特点：硬化严重、容易粘刀、导热性差和高温强度高。因此应该选择耐高温、高温硬度高和高温强度高的硬质合金刀具。刀刃要锋利，后角要大些并用正前角，并有一定的刃倾角，以利于切屑的排出。车削速度不宜太高，一般在20～50m/min，进给量在0.3～0.5mm/r为宜。

钛合金的车削

钛合金切削的主要特点：钛合金主要的化学成分是金属钛，在切削过程中与碳化钛的亲和力强，易产生粘结，导热性差，其他特点与不锈钢比较接近。应当选用钨钻类硬质合金车刀车削，车刀前角要小，一般为0°～5°，后角为4°～10°，主偏角为45°～75°，刀尖圆弧半径为0.5～1mm ，切削速度为15～55m/min，切削时应大量使用切削液，最好是采用极压乳化液。

紫铜的车削

车削紫铜的车刀，其材料以高速钢为主，也可以采用钨钻类硬质合金。紫铜塑性大、切削变形大、易粘刀，因此车刀的刃口一定要锋利，前刀面最好为大圆弧卷屑槽，前后刀面表面粗糙度精度要高，高速钢车刀前角要大，一般为20°～35°，后角为10°～25°，主偏角为45°～90°，副偏角也要大些，要用钨钻类硬质合金车刀前角应略小些。选用的切削速度应大，可在50～100m/min，若用硬质合金车刀，切削速度可达200m/min，切削时可选用润滑性好的极压乳化液，充分冲注，以提高表面粗糙度精度。

作者：沈阳透平机械股份有限公司商瑞林

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