难加工材料的高效切削教程.ppt

难加工材料高效加工探讨 伊斯卡刀具公司 吴 江 机械制品： 多功能、高功能、小型化、微细化制品材料： 高硬度、高韧性、高耐磨性 航空业： 喷气发动机：重量、高温强度（在高温下抵抗变形的能力，使用的平均温度以每年华氏16度的速率增加）高温合金 高温合金材料?变形高温合金?铸造高温合金?粉末冶金高温合金?弥散强化高温合金?金属间化合物高温合金?低膨胀、高弹性与恒弹性高温合金 变形高温合金 可以进行热、冷变形加工，工作温度范围-253~1320℃，具有良好的力学性能和综合的强、韧性指标，具有较高的抗腐蚀性能的一类合金。成分：以铁和镍为基体，合金化程度较高的一类高温合金性能：高温强度、抗氧化性和抗腐蚀性能优良，综合性能 （疲劳性能、塑性，组织稳定性等）良好。应用：高性能涡轮盘及涡轮转子结构件、航空航天发动机的热端部件及工业燃气轮机、能源、化工等部门所需耐蚀材料。 铸造高温合金: 用母合金锭重熔后直接铸造成形零件的一类高温合金(如K3）成分： 铁基、镍基、钛基和以铬为主要元素的铸造高温合金，具有更高的合金化元素含量性能：在高温及氧化腐蚀环境中性能优异使用温度700-1300℃ 应用：增压器涡轮、精铸叶片等 粉末冶金高温合金 高温合金粉末经等静压成形或热等静压后再经锻造成形生产工艺制造出粉末高温合金产品性能： 粉末颗粒细小、冷却速度快、从而成分均匀、无宏观偏析，而且晶粒细小，热加工性能好，合金的屈服强度和疲劳性能有较大的提高。应用： 航空发动机盘件，环形件等高温转动部件，高推重比发动机涡轮盘压气机盘和涡轮档板 如：FGH95、FGH96、FGH97 弥散强化高温合金 利用机械合金化方法，将具备极高热稳定性的，纳米级（30nm）氧化物粒子，均匀弥散（间距~100nm）于Ni，Fe，Cu及A1基等合金基体中，作为高温强化相，克服了传统高温合金强化相在高温（1000℃以上）的粗化或溶解造成的强化作用消失。性能：纳米粒子的强化作用甚至可以保持到接近合金的熔点是1000-1400℃超高温使用的最佳材料如：MGH2956、MGH4754应用：航空发动机导向叶片、燃烧室内衬和尾喷管 金属间化合物高温合金 Ti-Al-Mo-Cr-V钛合金 TC4即Ti-641-4V钛合金 钛合金种类 α型TA Ti-5Al-2.5Sn TA7 β型TB Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al TB2 α+β型TC Ti-6Al-4V TC4 铸造钛合金ZT 加工性能：钛合金材料化学活性大，导热系数小，弹性模量小，刚性差，加工易变形，切削温度高，单位面积切削力大，冷硬现象严重。降低了刀具耐用度；600℃以上温度时，表面形成氧化硬层，对刀具有强烈的磨损作用；塑性低、硬度高，使剪切角增大，切屑与前刀面接触长度很小，前刀面上应力很大，刀刃易发生破损；弹性模量低，弹性变形大，接近后刀面处工件表面回弹量大，所以已加工表面与后刀面的接触面积大，磨损严重。 航空高温合金的分类与例 航空常用材料 高温合金 （如：Inconel 718) 不锈钢 （如：15-5PH) 铝合金 （如：Al7075) 钛合金 （如：Ti6Al4v) 密度 弹性模量 硬度（HRC） 强度 强度重量比 高温性能 高温合金材料难加工的主要原因：?材料中含有高熔点合金元素，如钛、镍、钴、钨、钒等它们相互结合，或与氧、硼、碳等元素相结合，形成高硬度的化合物（颗粒）加剧刀具磨损?材料本身的强度（特别是高温强度）和硬度高、韧性大、加工时表面塑性变形产生严重的加工硬化，使切屑强韧，因此切削力大，切削温度高?有些难加工材料（如钛合金）化学活性大，与刀具材料的化学亲和力强，使刀具容易产生粘结磨损和扩散磨损，而加快刀具磨损?刀具与工件间摩擦强烈而导热性差 高温合金加工性 —极低的热传导性 —导热到切削工具 —高的热容量 —外力切削导致高温合金产生热量 —切削温度高50% —可切削加工性5-20% —切削力大2-3倍 —加工硬化严重，比基体高50-100% 刀具的破损?刀尖塑性变形?边界磨损?月牙洼磨损?积屑瘤?扩散磨损 提高难加工材料加工效率的途径?刀具材料?刀具几何参数?切削用量?加工方式?工艺系统的刚性