我分厂是专门为公司军品加工制造模具、夹具、刀具及量具的工装分厂，同时也为其加工一些航空产品的机械零件。XX型号产品为航空产品，其上许多零件处于高温、高压、高速条件下工作，要求采用热稳定性好；热强性高的材料制做。所以该产品零件所用材料多为钛合金TC4、Ti-3Al-2.5V;不锈钢2Cr13、1Cr18Ni9Ti；弹性合金3J01、3J53及软磁合金1J50等为难加工材料。象钛合金、弹性合金也是我厂首次接触的材料，对其切削加工性能缺乏了解。加之细长，薄壁零件较多，加工精度较高，例如：右堵头零件两孔间壁厚仅为0.35mm。这些材料中有的是多组元、含量高、激活能大的高熔点金属元素经过复杂合金化的强化材料；有的则是硬质点较多、高强度的材料。它们在切削加工中，刀具承受巨大的压力和温度，造成刀具的剧烈磨损、热烈破损，甚至塑性变形，使得切削加工极为困难。使用原有的刀具及工艺方法加工,加工时发出刺耳的鸣叫声,刀具振动大,耐用度极低,加工工件精度差,须采用抛光工序予以弥补,生产效率极低,满足不了用户的要求。
针对上述情况我们成立了课题攻关小组，根据零件和材料的不同特点进行工艺探索试验，同时制定下一步的攻关方案，以确定行之有效的加工方法。经过一段时间的多次试验，终于攻克了难关，现XX型号产品零件全部按期交付用户使用，特别是该产品中难加工材料的零件加工质量（如：表面粗糙度）得到了用户的肯定与赞扬，获得了一些经验。现特总结如下：
一、切削材料的切削特点如下：
1、切削力大：钛合金TC4、Ti-3Al-2.5V；不锈钢2Cr13、1Cr18Ni9Ti及弹性合金3J01等难切削材料大多是高强度、高硬度材料，其中多为原子密度大，滑移系数多，滑移方向多的面心立方晶格的奥氏体组织结构。其抗断裂韧性高，持久塑性大。尤其像1Cr18Ni9Ti是经过固溶强化后的奥氏体组织，晶格严重扭曲，且原子结合力大，变形抗力大，切削时产生强烈的塑性变形、切削力剧增，正常条件下精车时，切削力为45号钢的1.5～2.5倍。
2、切削温度高：由于难切削材料多具有很高的热强性,在高温下还保持很高的强度,所以切削消耗的切削变形功大、产生的热量多。又因为像钛合金、弹性合金等材料的导热系数很小如：TC4的导热系数λ=0.019,则切削区已经产生的大量切削热都集中聚积形成了很高的切削温度,加之,钛合金、弹性合金比热、比重皆小，切削温度就会更高，弹性合金的切削温度可高达1000°C左右。
3、加工硬化严重：1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢、弹性合金的加工硬化倾向极大，加工硬化程度和硬化深度要比45钢高几倍，而弹性合金的硬化层可达0.3mm以上。
4、容易粘刀、加剧粘结磨损：切屑和前刀面极易产生粘结、熔焊等现象，使排屑困难，造成崩刃或打刀。
5、材料基体中含有高硬度质点如:TiC、金属间化合物，对刀具产生强烈摩擦，造成严重的机械磨损。
6、刀具氧化磨损和扩散磨损十分严重。另外，车削奥氏体不锈钢：1Cr18Ni9Ti和钛合金时，刀具的边界磨损特别显著，易造成刀具大块崩掉和加工表面粗糙度增高，使刀具过早失去切削能力。
7、不锈钢和弹性合金的切屑不易折断，极易粘结产生积屑瘤。
由于不锈钢的韧性、塑性皆大，车削加工时，切屑连绵不断。不仅影响操作的顺利进行，切屑还会挤伤已加工表面。在高温、高压下，不锈钢与其它金属的亲和性强，易产生粘附现象，并形成积屑瘤。既加剧刀具的磨损，又会出现撕扯现象而使已加工表面恶化。
二、XX型号产品中具有典型难度的零件分析：
序号
按材料
分 类
零件名称
材 料 牌 号
加 工 难 点
1
钛
合
金
左堵头
右堵头
TC4
1. 材料为α＋β型钛合金,属难加工材料。
2. 其上4孔尺寸精度高,位置度精度为0.02mm。
3. 两孔间壁厚仅为0.35mm。
螺圈
TC4
1.材料为α＋β型钛合金,属难加工材料。
2.车M12.4×0.35-6h螺纹加工难度较大。
左、右轴
承套
TC4
1.材料为α＋β型钛合金,属难加工材料。
2.SR10球面及外螺纹加工难度较大。
芯轴
Ti-3Al-2.5V
1.材料为难加工材料。
2.其上有1个0.2mm宽,长约53mm的细长槽,直线度为0.06mm,精度要求高。
底盖
TC4
1.材料为α＋β型钛合金,属难加工材料。
2.薄壁零件,内孔为台阶状,同轴度为φ0.03mm,垂直度为0.05mm。
连接轴
TC4
1.材料为α＋β钛合金,属难加工材料。
2.大外圆与φ3-00.004外圆磨削加工。
2
不
锈
钢
筒体
2Cr13
1.右端内孔φ35H6与φ37.1H5同轴度为φ0.01mm。
2.φ37.1H5(+00.011)尺寸要求严,长度为110mm。
3.与相关部件配研磨,保证配合间隙为0.008～0.01mm。
外壳
0Cr18Ni9
1.材料为难加工材料。
2.该零件壁厚仅为0.9mm,其上还需加工30mm的长槽。
3
软磁合金
铁芯
1J50
1.材料为难加工材料。
2.零件外径φ2.7mm,属细长轴,精度高。
4
弹
性
合
金
连杆
3J01
1.材料为难加工材料。
2.零件外径仅为φ2.5mm,直线度要求为0.02mm,精度高。
连杆架
3J01
1.材料为难加工材料。
2.形状较为复杂,其上有孔及螺纹等,精度高。
三、攻关措施和解决途径：
（一）钛合金：
1、正确选择刀具材料：
（1）切削加工钛合金时,从降低切削温度,减少粘结的观点出发,要求刀具材料本身具有摩擦系数小,亲和性差,导热性高,耐磨性好等特点。多刃、复杂刀具，如钻头、铰刀、立铣刀、丝锥等采用W18Cr4V即可，而采用W6Mo5Cr4V2Al有更好的切削加工效果。对于能采用硬质合金制造的刀具材料，如：车刀、镗刀、端铣刀应选用导热系数高，强度高，晶粒度小的YG类硬质合金刀具较为合适，如YG8、YG6X，但绝对不可使用YT类硬质合金刀具材料，用YW1、YN10硬质合金刀片制作螺纹车刀，使用效果更好。
（2）连接轴零件（材料为TC4）上φ3-00.004等外圆的磨削必须采用绿色碳化硅，80＃粒度，K结合剂的砂轮。
2、正确选择刀具的合理几何参数：
（1） 采用较小前角和较大后角，以增大切屑与刀具前刀面的接触长度，减少后角与工件的摩擦。 一般硬质合金车刀可取γo=5°，αO=10°～15°。断（卷）屑槽的槽底圆弧半径为R6～8mm。铰刀可取γo=0°～5°，αO=15°～18°。丝锥切削部分为γo=0°～7°，αO=15°～18°。校准部分齿背的后角可达20°～30°，以防止粘结而造成丝锥折断的事故。
（2） 钻头应增大顶角，一般取2Kr=130°～140°；γf=0°～5°；αf=15°～18°。为提高钻头刚度，应尽可能使用短钻头，加大钻心厚度，一般取钻心厚度d=(0.3～0.24)d0 (d0为钻头直径)。
（3） 采用圆弧形刀尖,以增大刀尖强度,防止崩刃。
刀尖圆弧半径: 粗车:γε=1～2mm; 精车: γε=0.5mm 。
立铣刀: γε=0.5～5mm; 端铣刀: γε=0.5～1mm；
三面刃铣刀:γξ=0.5～1mm。
（4）刀具前、后面的表面粗糙度不高于Ra0.2μm(不低于∨9 ),最好用金刚石砂轮精磨前、后刀面，以保持刀刃锋利，减少粘刀、崩刃，提高刀具耐用度。
3、合理选择切削用量：
（1） 切削余量：切削深度应尽可能选大些。粗车时应大于2mm；精车时应为0.07～0.75mm。
（2） 切削速度及进给量:采用较低的切削速度,以避免温度过高。进给量偏大易烧刀;过小易钝刀。切削过程中,不可中途停止走刀而不进不退,否则会促使加工硬化。
粗车： 15～30mm/min; 0.1～0.2mm/r。
精车： 18～36m/min; 0.05～0.12mm/r。
（3）用YG8硬质合金刀片端铣钛合金TC4时,切削用量为αf=0.1～0.15mm/z;
αp=1.5～2mm; υ=50～70m/min。
（4）磨削用量的选择：
磨削速度： 粗、精磨：10～20m/s
工件转速： 粗磨：8～12m/min ； 精磨：4～8m/min。
磨削深度： 粗磨：0.02～0.03mm ； 精磨：0.005～0.01mm。
纵进给速度：粗磨：1～2m/min ； 精磨：0.5～1m/min。
4、合理选择切削液：为了降低切削温度，应当向切削区域浇注大量的以冷却作用为主的切削液,采用喷雾冷却效果更好。
车、铣削钛合金时，采用乳化液；钻削、扩孔、铰孔、攻丝等工序，应采用润滑作用较大的极压可溶性油作为切削液，如油酸、蓖麻油、硫化油等。但硫、氯会降低钛合金的疲劳强度，切削加工后的零件一定要清洗干净。
（二）不锈钢：
1、正确选择刀具材料，是保证高效率切削加工不锈钢的重要条件。根据不锈钢的切削加工特点，要求刀具材料具有耐热性高，耐磨性好，与不锈钢的亲和作用小等特点，故现多刃、复杂刀具如钻头、铰刀、立铣刀等仍采用W18Cr4V材料，采用W6Mo5Cr4V2Al更好；而车刀、三面刃等铣刀采用YG6、YG8、YW1、YW2等牌号的硬质合金。经多次试验，我们认为YG8车刀刀片加工不锈钢效果最好，并在筒体零件（材料为2Cr13）加工上进行了验证。
2、合理选取刀具几何参数：
（1） 采用大前角和大后角，以减少切屑变形及后刀面的摩擦（一般取γo=12～30°）。
车刀或镗刀：取γo=20°～30°。加工马氏体不锈钢如2Cr13前角应取大值；加工奥氏体不锈钢如1Cr18Ni9Ti，前角应取较小值；工件直径较小或薄壁工件时，宜采用较大前角。
精车时：αO=10°～12°；粗车时：αO=6°～10°。
铰刀取γo=8°～12°；αO=8°～12°。
丝锥取γo=15°～20°（机用）或γo=20°（手用）；αO=8°～12°。
（2） 钻头应增大顶角，取2Kr=130°～150°，以增大钻尖强度和切削的前角；横刃缩短为原来的1/3左右。
（3） 刀具前面应有断屑槽，如车刀、镗刀、切断刀的前面做成全圆弧形断屑槽，以取得良好的断屑效果；负倒棱不宜过宽。
（4） 刀具前、后面应有较低的表面粗糙度。前刀面为Ra0.2～0.1μm(∨9～∨10)；后刀面为Ra0.4～0.2μm(∨8～∨9)。
（5） 封闭容屑刀具应增大容屑空间。如铰刀齿数一般较少,以防切屑堵塞,并增强刀齿强度。
（6） 刀具刃口应保持锋利,以减少加工硬化。
3、合理选择切削用量：
（1） 降低切削用量，以减缓刀具磨损。
钻削时，通常采用高速钢钻头；取切削速度υ=10～30m/min，进给量f=0.1～0.5mm/r。
铰削时，取切削速度υ=10～20m/min(硬质合金)或υ=3～8m/min(高速钢)；f=0.08～0.4mm/r;粗铰刀加工余量为0.2～0.3mm,精铰刀为0.1～0.2mm。
（2） 选择走刀量时,不得小于0.1mm/r,避免微量进给,以免在前道工序留下来的加工硬化区内进行切削,并且切削刃不应在切削表面停留。
（3） 为避免产生积屑留,可用较高的切削速度或极低的切削速度，并且避开振动区域。
（4） 切削液:应选择冷却、润滑和抗粘结性能好的切削液，即乳化液、二硫化钼等，切削液供给必须充分。
（三）软磁、弹性合金：
1、合理选择刀具材料：
（1） 采用整体硬质合金钻头钻孔，试验证明现采用以色列产的φ3.7整体硬质合金钻头加工连杆零件（材料为3J01）上,提高工效5倍以上。
（2） 采用YN10硬质合金刀片制作外圆车刀、镗刀及螺纹车刀等。
（3） 用W6Mo5Cr4V2Al制作铰刀。
2、合理选择刀具几何参数：
硬质合金刀具车刀和铣刀的几何参数：
前角 γO=-5°～8°；后角αO=6°～10°；刃倾角 λS=-15°～0°
刀尖半径rε≥0.3mm。
3、车削与铣削用量的选择：
车削时为避免在硬化层中切削，一般应适当降低切削速度而增大切削厚度。硬质合金车刀取低速，中切深，大进给量的原则。
4、加足冷却液。
四、结论：
攻克该课题，使我们积累了宝贵的经验，并使得我厂难切削材料的刀具设计与制造上了一个新的台阶。现我厂难切削加工零件的加工提高工效10倍以上。
