难加工材料
机械行业难加工材料与结构的加工技术(ppt 80页)
外型面难加工结构件主要有：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。
内型面难加工结构主要有：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。
南京航空航天大学机电学院052系
难加工材料的加工技术
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难加工材料与结构概述－分类
（4）低温性能好 钛合金在低温和超低温下能保 持力学性能。
（5）化学活性大 钛的化学活性大，与大气中的 O2、N2、H2、CO、CO2、水蒸气、氨气等均产 生剧烈的化学反应。
（6）导热性差 钛的导热系数低，约为Ni的1/4， Fe的1/5，Al的1/14
（1）钛合金具有密度小、强度高、能耐各种酸、碱、 海水、大气等介质的腐蚀等一系列优良的力学、物理 性能，因此在航空、航天、核能、船舶、化工、冶金 、医疗器械等工业中得到了越来越广泛的应用。
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难加工材料与结构概述－应用
1.钛合金
记忆钛合金镜架
钛合金刀具
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2.主要内容：
1）难加工材料
1）难加工材料的分类
2）难加工材料的应用
2） 难加工结构
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难加工材料与结构概述－分类
1.钛合金 2.高温合金 3.不锈钢 4.高强度钢与超高强度钢 5.复合材料 6.硬脆性材料
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难加工材料与结构概述－应用
2.高温合金
低膨胀、恒弹性、高弹 性高温合金
精密合金高温合金不锈钢棒
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难加工材料的主要种类及应用领域
难加工材料的主要种类及应用领域难加工材料是指具有较高硬度、强度和耐磨性的材料，其加工性和可塑性较差。
这些材料通常需要使用特殊的加工工艺和设备来进行加工和形成。
主要的难加工材料包括高速钢、高铬铸铁、硬质合金、陶瓷材料、航空铝合金和钛合金等。
以下将对每种材料的性质和应用领域进行详细介绍。
高速钢：高速钢是一种含有大量合金元素（如钨、钼、钴等）的高温刚性材料。
其具有耐高温、耐磨和耐热腐蚀的特点，硬度较高，加工性较差。
高速钢广泛应用于切削工具、模具零件和刀具等领域，如数控机床刀具、高硬度切削刀具等。
高铬铸铁：高铬铸铁是一种具有较高强度和硬度的铸造材料。
其含有较高的铬含量，能够增加材料的耐磨性和耐蚀性。
高铬铸铁被广泛应用于矿山机械、冶金工程、水处理设备和石化设备等领域，如磨矿机、破碎机、球磨机等。
硬质合金：硬质合金是一种由硬质颗粒（如碳化钨、碳化钼等）和金属结合剂（如钴或镍）组成的复合材料。
硬质合金具有较高的硬度和耐磨性，广泛应用于切削和研磨工具、矿山工具、粉末冶金等领域，如车削刀片、铣削刀片、刨刀等。
陶瓷材料：陶瓷材料是由金属元素和非金属元素形成的非金属材料。
其具有较高的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
陶瓷材料广泛应用于高温炉具、电子器件、医疗器械和化学工业等领域，如陶瓷刀具、瓷砖、陶瓷零件等。
航空铝合金：航空铝合金是一种具有良好强度和轻质的金属材料。
其具有较高的硬度和耐磨性，加工难度较大。
航空铝合金广泛应用于航空航天工业和汽车工业的结构部件，如飞机主机壳、发动机部件、汽车车身等。
钛合金：钛合金是一种具有较高强度和轻质的金属材料。
其具有较高的硬度、耐腐蚀性和耐高温性，加工性较差。
钛合金被广泛应用于航空航天工业、化工设备和医疗器械等领域，如航空发动机零部件、化工反应容器、人工关节等。
综上所述，难加工材料主要包括高速钢、高铬铸铁、硬质合金、陶瓷材料、航空铝合金和钛合金等。
这些材料具有较高的硬度、强度和耐磨性，但加工性较差。
难加工材料
难加工材料材料加工是指对原料进行加工改造，使其达到设计要求的一系列工艺。
在材料加工中，有些材料由于其特殊的性质，使得加工变得困难，需要采取一些特殊的加工方法。
下面就为大家介绍几种难加工材料及其加工方法。
首先，难加工材料之一是高温合金。
高温合金由于其高熔点和高硬度，使得加工变得困难。
在加工高温合金时，常用的加工方法包括电火花加工、激光加工和超音波加工等。
电火花加工是利用电火花放电腐蚀工件表面，使其形成所需轮廓的一种加工方法。
激光加工则是利用激光束将工件表面的材料熔融并挥发，从而获得所需形状。
超音波加工是利用超音波振动工具切割工件表面的一种加工方法。
其次，还有难加工材料是复合材料。
复合材料由于其由不同性质的材料组合而成，使得加工变得困难。
在加工复合材料时，常用的加工方法包括研磨加工、射出成型和压制成型等。
研磨加工是利用砂轮或研磨片对工件表面进行切削磨削的一种加工方法。
射出成型是将熔融的复合材料通过射出机加热喷射到模具中，并经冷却固化得到所需形状。
压制成型则是利用压力将熔融的复合材料填充到模具中，经冷却固化得到所需形状。
最后，还有难加工材料是硬质合金。
硬质合金由于其高硬度和脆性，使得加工变得困难。
在加工硬质合金时，常用的加工方法包括电火花加工、磨削加工和激光加工等。
电火花加工能够在硬质合金表面形成一层陶瓷膜，从而减小工件和工具的接触面积，降低切削力，从而使得加工更容易进行。
磨削加工则是利用砂轮或研磨片对硬质合金表面进行切削磨削的一种加工方法。
激光加工则是利用激光束将硬质合金表面的材料熔融并挥发，从而实现加工目的。
综上所述，对于难加工材料，我们需要结合其特殊性质采取相应的加工方法。
这些方法中包括电火花加工、激光加工、超音波加工、研磨加工、射出成型和压制成型等。
这些方法能够较好地克服难加工材料的特点，实现高质量、高效率的加工过程。
典型难加工零件工艺分析及编程
绿色制造的推广
要点一
环保材料
采用环保材料，如可回收材料、低毒材料等，减少对环境 的污染。
要点二
节能技术
采用节能技术，如高效加工技术、能源回收技术等，降低 能源消耗和排放。
THANKS
感谢观看
工艺分析的方法
工艺流程规划
根据零件的结构和加工要求，规划合理的加工流 程和顺序。
刀具与夹具选择
根据加工要求和零件结构，选择合适的刀具和夹 具，确保加工过程的稳定性和精度。
ABCD
加工参数确定
根据材料特性、刀具性能和加工条件，选择合适 的切削速度、进给速度和切削深度等参数。
工艺风险评估
对工艺流程和参数进行风险评估，确保加工过程 的安全性和可靠性。
编程技巧的应用
总结词
运用有效的编程技巧可以提高程序的可读性和执行效率。
详细描述
使用条件语句、循环语句和子程序等结构化编程技巧，可以简化复杂的加工过程。同时，利用优化算法和并行处 理技术可以提高程序的运行速度。
数控编程软件的使用
总结词
熟练掌握数控编程软件是实现高效编程的关键。
详细描述
常用的数控编程软件包括Mastercam、Fusion 360和SolidWorks等。这些软件提供了丰富的库函数 和工具，可以帮助程序员快速生成准确的数控代码。此外，程序员还需要了解如何设置工件坐标系、 选择合适的加工策略和刀具路径优化等技术。
降低生产成本
准确的工艺分析有助于减少 材料浪费、降低能耗和减少 刀具磨损，从而降低生产成 本。
提高产品质量
合理的工艺安排和参数选择 有助于减小加工误差，提高 零件的精度和一致性，从而 提高产品质量。
保障生产安全
正确的工艺分析可以避免因 不合理的加工方法和参数导 致的设备故障或生产事故， 保障生产安全。
难加工材料
摘要：阐述了难加工材料的特点，重点介绍了对难加工材料进行车削加工时应采取的措施，列举了几种不同材料车削时应选取的参数。
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a.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。
i.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。
ii.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。
b.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。
难加工材料的铣削
钛合金
特点： 与TiC的亲和能力强、易粘结；导热性差；易 与氧、氮化合形成硬而脆的外皮；其他与不锈 钢接近 典型牌号： TC4 措施： 不宜使用YT类硬质合金刀具，采用YG、 YH 类硬质合金刀具 使用大量的切削液
纯铜 特点: 塑性高、切屑变形大易粘刀 措施： 刀刃锋利、磨卷屑槽、前后刀面表面粗 糙度小 采用高速钢铣刀或K类硬质合金刀具
奥氏体不锈钢
不锈钢分三种：马氏体、铁素体、奥氏体； 马氏体、铁素体不锈钢以铬为主 奥氏体不锈钢为铬镍不锈钢 奥氏体不锈钢的特点： ①塑性大、加工硬化严重 ②导热性差、切削温度高 ③加工硬化严重、易产生冷焊磨损，使刀具耐用度下降 ④易形成积屑瘤 典型牌号：1Cr18Ni9Ti 措施： 机床工艺系统刚性好、铣刀刀齿数少、采用顺铣 采用YG、YW和YH类硬质合金或高碳高钒类高速钢、 无钴超硬型高速钢刀具
难加工材料的 切削性能差的材料 衡量切削性能的指标： 刀具耐用度、已加工表面质量、 切屑的形成与排除 常见的难加工材料： 高锰钢、高强度钢、奥氏体不锈钢、 高温合金、钛合金、纯铜
一、 难加工材料的铣削特点 铣削力大、铣削温度高、加工硬化严重 易粘刀、刀具耐用度低 二、铣削措施 采用适当的刀具材料 选择合理的铣刀几何参数 采用合适的切削液 选择合适的铣削用量 选择合理的铣削方式
高强度钢
屈服点在1176Mpa、抗拉强度在1372Mpa 以上的钢 典型牌号: 38CrNi3MoVA、30CrMnSiA 特点： 很高的强度、足够的韧性、铣削力大、铣削 温度高、刀具耐用度低 措施; 用耐磨性好的刀具（YT14、YW2、YN和涂层 硬质合金刀具、 W12CrV4Mo高速钢刀具）
三、典型的难加工材料
1、高锰钢的铣削 含锰量为13％或13％以上的合金钢 典型牌号：Mn13、40Mn18Cr3 特点： 冲击韧性大、延伸率高、加工硬化严重、 导 热性差、切削温度高 措施： ①采用硬度高、有一定韧性、导热系数较大 、高温性能好的刀具（ YW2硬质合金刀具、 含钴高速钢刀具和粉末冶金高速钢刀具） ②进给量、铣削深度不能太小、刃口锋利
工件切削加工性
刃和刀尖的强度，一般取γ。＝-4—0º，主偏角kr适当减小,刀
尖圆弧半径rε适当加大。
淬硬钢的组织为回火马氏体，硬度达HRC60以上，塑性
和导热系数都很低。其加工性及刀具材料、刀具几何参数的 选择基本上与冷硬铸铁同。对它们进行精加工，可采用CBN 刀具。
κr= 45° ~ 75°、λs= -10 °
6.钛合金切削加工性分析
1)．钛合金特点和分类
a）密度小（约为 4.5g / cm3 ）,比钢约小一倍。
b）强度极限高（可达σb=0.981~1.37GPa）， 钛合金的比强度（单位重量强度）很高，尤其在高温下比强度仍 很高，这一点对航空、航天工业尤为重要。
工件切削加工性
表 7– 1 材料可加工性分级
分级
名称及种类
Kv
1 很容易切削材料 一般有色金属
> 3.0
2
易切削钢
容易切削材料
3
较易切削钢
2.5 ~ 3.0 1.6 ~ 2.5
4
一般钢及铸铁
1.0 ~ 1.6
普通材料
5
稍难切削材料 0.65 ~ 1.0
6
较难切削材料 0.5 ~ 0.65
7
难切削材料
理 ；对镍基高温合金可采用固溶处理（淬火）
b）、首选一足够的vc以保证加工质量，再选f 、ap
c）、选择合适的刀具材料和角度 连续切：YG6X、YW1 断续切：M42、501、B201
高速钢刀具：γo=15 ° ~20°、αo=12 ° 、κr=45 ° 硬质合金刀具：γo=5° ~ 10°、αo= 8° ~ 15° 、
在自动机床或自动生产线上，常常以切屑
难加工材料
加工高温合金、不锈钢材料时，刀具切削用量的选用一、高温合金的切削特点1.性能特征高温合金是一种多组元、激活能很高的高熔点，金属元素含量很多的复杂合金化材料。
有极好的热稳定性及热强性。
热稳定是高温下抗氧化、抗腐蚀的能力。
热强性是指高温下抵抗塑性变形和断裂的能力。
如以45号钢的切削加工性为100%，则高温合金的相对切削加工性为5%—20%。
可以说高温合金是各种各种难加工材料中最难切削的材料。
2.切削特点⑴切削力大：由于高温合金出众的高熔点、激活能大的组元，原子结合十分稳定。
切削时要使其原子脱离平衡位置，所需的能量很大，变形抗力大大上升。
合金中沉淀的硬化相对会增大塑性变形抗力，而塑性变形抗力使晶格严重扭曲，硬度大大提高，使变形抗力加大。
所以切削高温合金时，切削力比一般钢大2-3倍。
⑵切削温度高：由于切削时巨大的塑性变形，刀具与工件，切屑之间存在着强烈的摩擦，产生大量的切削热。
高温合金的导热系数很低，致使变形区的切削热高度集中于极小的切削区域内，使刀具切削刃及刀尖处的温度非常高。
在高温下会加剧刀具的扩散磨损和氧化磨损。
⑶加工硬化现象严重：高温中，高温合金的强化系数大，并且在切削过程中，合金中的强化相从固液中分解出来，弥散分布，使强化能力增加，加大了硬化程度。
切削高温合金时，已加工表面硬度要比基体硬度高的多约50%—100%。
⑷刀具易磨损：由于高温合金中的各种强化相和加工硬化现象，在切削过程中给刀具造成了巨大的摩擦，发生磨料磨损。
在高温高压条件下，刀具材料与被加工材料之间的亲和作用而造成粘附，使切屑与刀具之间出现粘结现象，造成粘结磨损。
在切削高温合金时，刀具除出现一般的正常磨损外，还会出现边界磨损及沟纹磨损。
主要原因是加工过程中高温合金的加工硬化所造成。
3.刀具的选用根据前面的了解，高温合金的切削加工性的确很差，导致刀具的耐用度低。
因此，应当寻求各种提高刀具的耐用度的措施。
⑴从刀具材料的选择着手：切削高温合金的刀具，要具备有高温硬度，高的耐磨性，强度和冲击韧性，良好的导热性，抗粘性及抗氧化性。
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难加工材料
绪论：
1.难加工材料分类？特点？
2.难切削材料有哪些特点？
3.改善难切削材料切削加工性的基本途径有哪些？
第一章淬火钢的切削加工
1.1 什么是淬火钢？它有哪些切削特点？
1.2怎样选择切削淬火钢的刀具材料？
1.3切削淬火钢的实例有哪些？
第二章不锈钢的切削加工
第三章高强度钢和超高强度钢的切削加工
第四章高锰钢的切削加工
第五章冷硬铸铁和耐磨铸铁的切削加工
第六章钛合金的切削加工
第七章高温合金的切削加工
第八章热喷涂材料的切削加工
第九章难熔金属和纯金属的切削加工
第十章其他难加工材料
绪论：
1.难切削材料分哪几类？各有什么特点？
难加工材料，科学地说，就是切削加工性差的材料，即硬度>HB250,强度σb>1000MPa，延伸率>80%，冲击值αK>0.98MJ/m2,导热系数K<41.8W（m·K）。
难加工材料种类很多，从金属到非金属材料的范围也很广泛，初步可分为以下八大类：
（1）微观高硬度材料：如玻璃钢、岩石、可加工陶瓷、碳棒、碳纤维、各种塑料、胶木、树脂、合成材料、硅橡胶、铸铁等。
这类材料的特点是含有硬质点相，其中有的研磨性很强。
由于这些材料的耐磨性很好，切削时起磨料作用，故刀具主要承受磨料磨损，在高速切削时也同时伴随着物理、化学磨损。
（2）宏观高硬度材料：如淬火钢、硬质合金、陶瓷、冷硬铸铁、合金铸铁、喷涂材料（镍基、钴基）等。
这类材料的主要特点是硬度高。
切削这类材料时，由于切削力大，切削温度高，刀具主要是磨料磨损和崩刃。
（3）加工时硬化倾向严重的材料，如不锈钢、高锰钢、耐热钢、高温合金等。
这类材料的塑性高、韧性好、强度高，强化系数高。
切削加工时的切削表面和已加工表面硬化现象严重。
由于这类材料的强度高，导热系数低，切削温度高，切削力大，刀具主要承受磨料磨损、粘结磨损和热烈磨损。
（4）切削温度高的材料：如合成树脂、木材、硬质橡胶、石棉、酚醛塑料、高温合金、钛合金等。
这类材料的导热系数很低。
切削这类材料时，刀具易产生磨料磨损、粘结磨损、扩散磨损和氧化磨损。
（5）高塑性材料：如纯铁、纯镍、纯铜等。
由于这类材料延长率大于50%，塑性高，切削时塑性变形很大，易产生积屑瘤和鳞刺，刀具主要时磨料磨损和粘结磨损。
（6）高强度材料：是指强度σb>1000MPa的材料，如奥氏体不锈钢、高锰钢、高温合金和部分合金钢。
由于它们的强度高，切削时的切削力大，切削温度高，不仅刀具易磨损，而且切屑不易处理。
（7）化学活性大的材料：如钛、镍、钴及及其的合金。
这类材料化学活性大、亲和性强，切削加工时易粘结在刀具上，与刀具材料产生化学、物理反应、相互扩散。
（8）稀有高熔点材料：是指熔点高于17000C的难熔金属材料，如钨、钼、铌、钽、锆、铪、钒、铼的纯金属及其合金。
由于这些材料本身的熔点高，在切削加工时切削力大，切屑变形也大，刀具主要是磨料磨损和粘结磨损。
2.难切削材料有哪些切削特点？
（1）切削力大：难切削材料大都具有高的硬度和强度，原子密度和结合力大，抗断裂韧性和持久塑性高，在切削过程中切削力大。
一般难切削材料的单位切削力是切削45钢的单位切削力的1.25-2.5倍。
（2）切削温度高：多数的难切削材料，不仅具有较高的常温硬度和强度，而且具有高温硬度和高温强度。
因此，在切削过程中，消耗的切削变形功率大，加之材料本身的导热系数小，切削区集中了大量的切削热，形成很高的切削温度。
例如，当切削速度为75m/min时，不同材料的切削温度比切削45钢的切削温度高的情况是：TC-4高4350C，GH2132高3200C，
GH2036高2700C，1Cr18Ni9Ti高1950C。
（3）加工硬化倾向大：一部分难切削材料，由于塑性、韧性高，强化系数高，在切削过程中的切削力和切削热的作用下，产生巨大的塑性变形，造成加工硬化。
无论是冷硬的程度还是硬化层深度都比切削45钢高好几倍。
加之在切削热的作用下，材料吸收周围介质中的氢、氧、氮等元素的原子，而形成硬脆的表层，给切削带来很大的困难。
如高温合金切削后的表层硬化程度比基体大50-100%，1Cr18Ni9Ti 奥氏体不锈钢85-95%，高锰钢（Mn13）高200%，其硬化层深度达0.1mm以上。
（4）刀具磨损大：切削难切削材料的切削力大，切削温度高，刀具与切屑之间的磨檫加剧，刀具材料与工件材料产生亲和力作用，材料硬质点的存在和严重的加工硬化现象的产生，使刀具在切削过程中产生粘结、扩散、磨料、边界和沟纹磨损，而使刀具丧失切削的能力。
（5）切削难处理：材料的强度高，塑性和韧性大，切削时的切削呈带状的缠绕屑，既不安全，又影响切削过程的顺利进行，而且也不便于处理。
3.改善难切削材料切削加工性的基本途径有哪些？
改善难切削材料切削加工性的途径是多方面的，但我们研究切削加工，只能从切削加工上去考虑，但也要因地制宜采用其他的加工工艺。
（1）选用合理的刀具材料。
（2）改善切削条件。
（3）选择合理的刀具几何参数和切削用量。
（4）对被加工材料进行适当的热处理
（5）重视切屑控制
（6）采用其他加工措施：如采用等离子加热切削、振动切削、电熔爆切削，都可以获得较高的切削效率。
第一章淬火钢的切削加工
1.什么是淬火钢？它有哪些切削特点?
淬火钢是指金属经过淬火后，组织为马氏体，硬度大于HRC50的钢。
它在难切削材料中占有相当大的比重。
加工淬火钢的传统方法是磨削。
但是为了提高加工效率，解决工件形状复杂而不能磨削和淬火后产生形状和位置误差的问题，往往就需要采用车削、铣削、镗削、钻削和铰削等切削加工方法。
淬火钢在切削时有以下特点。
（1）硬度高、强度高，几乎没有塑性：这是淬火钢的主要切削特点。
当淬火钢的硬度达到HRC50-60时，其强度可达σb=2100-2600 MP，按照被加工材料加工性分级规定，淬火钢的硬度和强度为9a级，
属于最难切削的材料。
（2）切削力大、切削温度高：要从高硬度和高强度的工件上切下切屑，其单位切削力可达4500MP。
为了改善切削条件，增大散热面积，刀具选择较小的主偏角和副偏角。
这时会引起振动，要求要有较好的工艺系统刚性。
（3）不易产生积屑瘤：淬火钢的硬度高、脆性大，切削时不易产生积屑瘤，被加工表面可以获得较低的表面粗糙度。
（4）刀刃易崩碎、磨损：由于淬火钢的脆性大，切削时切屑与刀刃接触短，切削力和切削热集中在刀具刃口崩碎和磨损。
（5）导热系数低：一般淬火钢的导热系数为7.2W（m·K），约为45钢的1/7.材料的切削加工性等级是9a级，属于很难切削的材料。
由于淬火钢的导热系数低，切削热很难通过切屑带走，切削温度高，加快了刀具磨损。
2.怎样选择切削淬火钢的刀具材料？
合理选择刀具材料，是切削加工淬火钢的重要条件。
根据淬火钢的切削慝点，刀具材料不仅要有高的硬度、耐磨性，耐热性，而且要有一定的强度和导热性。