第7章难加工结构与难加工材料.ppt

第七章 难加工材料与结构的加工技术 7.1 概述 7.2 难加工材料的加工技术 7.3 难加工结构的加工技术工 7.1 概述7.1.1材料的切削加工性 定义：一定条件下工件材料切削加工的难易程度 材料可加工性的衡量： 刀具耐用度 已加工表面的完整性 切屑的控制 通常使用刀具耐用度作为衡量切削加工性的指标 影响切削加工性的主要因素 1. 难加工材料的分类 钛合金 高温合金 不锈钢 高强度钢与超高强度钢 复合材料 硬脆性材料 (1) 钛合金 钛的同素异构体： α钛：六方晶格结构 β钛：体心立方晶格结构 钛的合金：改变相变温度及相分含量，添加适当的合金元素而得到不同类型的钛合金 α相钛合金：TA，加工性能最好 β相钛合金：TB，加工性能最差 α+β相钛合金：TC (1) 钛合金的性能 比强度高 热强度、高温强度高 抗蚀性好 低温性能好 化学活性大 导热性差 弹性模量小 (2) 高温合金 以铁、镍、钴、钛等为基的多组元复杂合金，能在600～1000℃的高温氧化环境及燃气腐蚀条件下工作，而且还可以在一定应力作用下长期工作，有优良的热强性能、热稳定性能和热疲劳性能。 高温合金分类 基体合金元素：铁基、镍基和钴基 合金强化类型：固溶强化型，时效沉积强化 成形方式：变形合金、铸造合 金和粉末冶金合金。 使用特性：高强度合金、高屈服强度合金、抗松弛合金、低膨胀合金、抗热腐蚀合金等 (3) 不锈钢 不锈钢是指在大气中或在某些腐蚀性介质中具有一定耐腐蚀能力的钢种。 马氏体不锈钢 铁素体不锈钢 奥氏体不锈钢 奥氏体-铁素体不锈钢 沉淀硬化型不锈钢 (4) 高强度钢与超高强度钢 高强度和超高强度钢为具有一定合金含量的结构钢。经过调质处理（淬火和中温回火），可获高强度。 高强度钢：σb1.2GPa、σs1GPa 超高强度钢：σb1.5GPa、σs1.3GPa 硬度在35～50HRC之间。 (5) 复合材料 复合材料是由两种或两种以上的物理和化学性质不同的物质人工制成的多相组成固体材料，是由增强相和基体相复合而成的，并形成界面相。 增强相是承载相， 基体相是连接相， 界面相是传递载荷， 三者的不同组分和不同复合工艺使复合材料具有不同的性能。 复合材料的性能与种类 复合材料的性能 改善或克服组成材料的弱点，充分发挥其优点； 它可按构件结构和受力要求，给出预定的、分布合理的配套性能，进行材料的最佳设计； 单一组成材料不具备的性能。 复合材料的种类： 聚合物为基体，其中以树脂为基体的居多； 金属或合金或陶瓷为基体。 (6) 硬脆性材料 硬脆性材料具有高强度、高硬度、高脆性、耐磨损和腐蚀、隔热、低密度和膨胀系数及化学稳定性好等特点，是一般金属材料无法比拟的。 自然和人工硬脆性材料 金属和非金硬脆性材料； 导电和非导电硬脆性材料； 晶体和非晶体硬脆性材料； 7.1.3 难加工结构 所谓难加工结构是指在常规机床上加工时精度难以保证或必须采用多轴联动才能加工出的结构。 难加工结构：外型面和内型面难加工结构。 外型面难加工结构：薄壁件、叶片、涡轮盘、微小微细零件外型面及其它特殊复杂的型面。 内型面难加工结构：蜂窝结构、阵列孔、有特殊要求的小孔、窄缝及其它特殊复杂的形腔结构。 7.2 难加工材料的加工 1. 钛合金加工 2. 高温合金加工 3. 不锈钢加工 4. 高强度钢和超高强度钢的加工 5. 复合材料加工 6. 脆性材料加工 7.2.1钛合金的机械加工1. 钛合金切削过程的特点 ② 切屑形状 节状切屑，背面呈锯齿形 ③ 切削形成的过程 微小破裂；收到压缩；产生集中剪切 ④ 热导率低，切削温度高 ⑤ 刀具以前刀面磨损为主 2. 钛合金的加工 ① 车削：切削温度高，工件回弹大 ② 铣削：顺铣改善切屑粘结 ③ 磨削：磨削比低，与砂轮发生化学反应 ④ 高速切削：PCD刀具及高效冷却方式 ⑤ 电解： 7.2.2 高温合金的加工1. 高温合金加工特性 切削加工性差 切削变形大 加工硬化倾向大 切削力大 切削温度高 刀具易磨损 表面质量和精度不易保证 2. 改善高温合金切削加工性的措施 尽量在硬化期前加工合金 使用锋利的锐角切刃的刀具 使用强度高的几何外形刀具 采取提高刚度措施的刀具 防止工件偏移 在钻削加工中，采用较大的导程角 当走刀次数较大时，改变切削深度 3. 高温合金加工刀具 无涂层硬质合金刀具 涂层硬质合金刀具 陶瓷刀具 立方氮化硼（CBN）刀具 7.2.3 不锈钢的加工1. 不锈钢的相对加工性 切削力大 切削温度高 加工硬化严重 刀具易磨损 切屑不易卷曲和折断 容易粘刀和形成积屑瘤 线膨胀系数较大 南京航空航天大学机电学院机械制造及其自动化系 记忆钛合金镜架 钛合金刀具 低膨