第7章难加工结构与难加工材料

1、NoImage第七章第七章 难加工材料与结构的难加工材料与结构的加工技术加工技术7.1 概述概述7.2 难加工材料的加工技术难加工材料的加工技术7.3 难加工结构的加工技术工难加工结构的加工技术工NoImage7.1 概述概述7.1.1材料的切削加工性材料的切削加工性l定义：定义：一定条件下工件材料切削加工的难易程度一定条件下工件材料切削加工的难易程度l材料可加工性的衡量：材料可加工性的衡量：l 刀具耐用度刀具耐用度l 已加工表面的完整性已加工表面的完整性l 切屑的控制切屑的控制l通常使用刀具耐用度作为衡量切削加工性的指标通常使用刀具耐用度作为衡量切削加工性的指标NoImage影响切削加工性的

2、主要因素影响切削加工性的主要因素NoImage1. 难加工材料的分类难加工材料的分类l钛合金钛合金l高温合金高温合金l不锈钢不锈钢 l高强度钢与超高强度钢高强度钢与超高强度钢l复合材料复合材料l硬脆性材料硬脆性材料NoImage(1) 钛合金钛合金l钛的同素异构体：钛的同素异构体：l钛：六方晶格结构钛：六方晶格结构l钛：体心立方晶格结构钛：体心立方晶格结构l钛的合金：改变相变温度及相分含量，添加适当的合钛的合金：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金元素而得到不同类型的钛合金l相钛合金：相钛合金：TA，加工性能最好，加工性能最好l相钛合金：相钛合金：TB，加工性能最

3、差，加工性能最差l+相钛合金：相钛合金：TCNoImage(1) 钛合金的性能钛合金的性能l比强度高比强度高l热强度、高温强度高热强度、高温强度高l抗蚀性好抗蚀性好l低温性能好低温性能好 l化学活性大化学活性大 l导热性差导热性差 l弹性模量小弹性模量小记忆钛合金镜架钛合金刀具NoImage(2) 高温合金高温合金l以铁、镍、钴、钛等为基的多组元复杂合金，能在以铁、镍、钴、钛等为基的多组元复杂合金，能在6001000的高温氧化环境及燃气腐蚀条件下工作，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

4、能和热疲劳性能。强性能、热稳定性能和热疲劳性能。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NoImage高温合金分类高温合金分类l基体合金元素：铁基、镍基和钴基基体合金元素：铁基、镍基和钴基l合金强化类型：固溶强化型，时效沉积强化合金强化类型：固溶强化型，时效沉积强化l成形方式：变形合金、铸造合成形方式：变形合金、铸造合 金和粉末冶金合金。金和粉末冶金合金。l使用特性：高强度合金、高屈服强度合金、抗松弛合使用特性：高强度合金、高屈服强度合金、抗松弛合金、低膨胀合金、抗热腐蚀合金等金、低膨胀合金、抗热腐蚀合金等NoImage(3) 不锈钢不锈钢l不锈钢是指在大气中或在某些腐蚀性介质中

5、具有一定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。耐腐蚀能力的钢种。l 马氏体不锈钢马氏体不锈钢 l 铁素体不锈钢铁素体不锈钢l 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢 l 奥氏体奥氏体-铁素体不锈钢铁素体不锈钢 l 沉淀硬化型不锈钢沉淀硬化型不锈钢不锈钢阀门NoImage(4) 高强度钢与超高强度钢高强度钢与超高强度钢l高强度和超高强度钢为具有高强度和超高强度钢为具有一定合金含量的结构钢。经一定合金含量的结构钢。经过调质处理（淬火和中温回过调质处理（淬火和中温回火），可获高强度。火），可获高强度。l高强度钢：高强度钢：b1.2GPa、s1GPal超高强度钢：超高强度钢：b1.5GPa

6、、s1.3GPal硬度在硬度在3550HRC之间。之间。NoImage(5) 复合材料复合材料l复合材料是由两种或两种以上的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，并增强相和基体相复合而成的，并形成界面相。形成界面相。l 增强相是承载相，增强相是承载相，l 基体相是连接相，基体相是连接相，l 界面相是传递载荷，界面相是传递载荷，l三者的不同组分和不同复合工艺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。使复合材料具有不同的性能。碳纳米管氧化铝纳米复相陶瓷NoIm

7、age复合材料的性能与种类复合材料的性能与种类复合材料的复合材料的性能性能l改善或克服组成材料的弱点，改善或克服组成材料的弱点，充分发挥其优点；充分发挥其优点；l它可按构件结构和受力要求，它可按构件结构和受力要求，给出预定的、分布合理的配套给出预定的、分布合理的配套性能，进行材料的最佳设计；性能，进行材料的最佳设计；l单一组成材料不具备的性能。单一组成材料不具备的性能。复合材料的复合材料的种类：种类：l聚合物为基体，其中以树脂为聚合物为基体，其中以树脂为基体的居多；基体的居多；l金属或合金或陶瓷为基体。金属或合金或陶瓷为基体。热压氮化硼及其复合材料NoImage(6) 硬脆性材料硬脆性材料l硬

8、脆性材料具有高强度、高硬度、高脆性、耐磨损和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。点，是一般金属材料无法比拟的。l自然和人工硬脆性材料自然和人工硬脆性材料 l金属和非金硬脆性材料；金属和非金硬脆性材料； l导电和非导电硬脆性材料；导电和非导电硬脆性材料；l晶体和非晶体硬脆性材料；晶体和非晶体硬脆性材料；陶瓷刀具NoImage7.1.3 难加工结构难加工结构l所谓难加工结构是指在常规机床上加工时精度难以保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

9、动才能加工出的结构。证或必须采用多轴联动才能加工出的结构。l难加工结构：外型面和内型面难加工结构。难加工结构：外型面和内型面难加工结构。l外型面难加工结构：薄壁件、叶片、涡轮盘、微小微外型面难加工结构：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。细零件外型面及其它特殊复杂的型面。l内型面难加工结构：蜂窝结构、阵列孔、有特殊要求内型面难加工结构：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。的小孔、窄缝及其它特殊复杂的形腔结构。NoImage7.2 难加工材料的加工难加工材料的加工1. 钛合金加工钛合金加工2. 高温合金加工高温合金加工3. 不锈钢加工不锈钢

10、加工4. 高强度钢和超高强度钢的加工高强度钢和超高强度钢的加工5. 复合材料加工复合材料加工6. 脆性材料加工脆性材料加工NoImage7.2.1钛合金的机械加工钛合金的机械加工1. 钛合金切削过程的特点钛合金切削过程的特点 切屑形状切屑形状节状切屑，背面呈锯齿形节状切屑，背面呈锯齿形 切削形成的过程切削形成的过程l微小破裂；收到压缩；产生微小破裂；收到压缩；产生集中剪切集中剪切 热导率低，切削温度高热导率低，切削温度高 刀具以前刀面磨损为主刀具以前刀面磨损为主 6060vvKr变形特点：变形系数接近变形特点：变形系数接近1 1l 剪切变形大，压缩变形小剪切变形大，压缩变形小l 变形程度不均匀

11、，产生周期性集中剪切变形变形程度不均匀，产生周期性集中剪切变形NoImage2. 钛合金的加工钛合金的加工 车削：切削温度高，工件回弹大车削：切削温度高，工件回弹大 铣削：顺铣改善切屑粘结铣削：顺铣改善切屑粘结 磨削：磨削比低，与砂轮发生化学反应磨削：磨削比低，与砂轮发生化学反应 高速切削：高速切削：PCD刀具及高效冷却方式刀具及高效冷却方式 电解：电解：NoImage7.2.2 高温合金的加工高温合金的加工1. 高温合金加工特性高温合金加工特性l切削加工性差切削加工性差l切削变形大切削变形大 l加工硬化倾向大加工硬化倾向大 l切削力大切削力大 l切削温度高切削温度高l刀具易磨损刀具易磨损l表面质量和精度不易保证表面质量和精度不易保证NoImage2. 改善高温合金切削加工性的措施改善高温合金切削加工性的措施l尽量在硬化期前加工合金尽量在硬化期前加工合金l使用锋利的锐角切刃的刀具使用锋利的锐角切刃的刀具l使用强度高的几何外形刀具使用强度高的几何外形刀具l采取提高刚度措施的刀具采取提高刚度措施的刀具 l防止工件偏移防止工件偏移 l在钻削加工中，采用较大的导程角在钻削加工中，采用较大的导程角 l当走刀次数较大时，改变切削深度当走刀次数较大时，改变切削深度NoImage3. 高温合金加工刀具高温合金加工刀具l无涂层硬质合金刀具无涂层硬质合金刀具l涂层硬质