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在难切削材料中,有的硬度可能高达HRC60以上,抗拉强度比45号钢的抗拉强度高3倍左右,造成切削力比切削45号钢高200%~250%;有的材料导热系数只有45号钢导热系数的1/4~1/7或更低,造成切削区的热量不能很快传出,形成高的切削温度,限制了切削速度的提高;有的材料高温硬度和强度高,造成切削力和切削温度高;有的材料加工硬化程度比基体硬度高100%~200%,硬化深度达0.1~0.3mm,造成切削难;有的材料化学活泼性大,造成刀具产生严重的粘结和扩散磨损;有的材料的弹性模量极小和弹性恢复及延伸率大,更难于切削。因此,在切削各种难切削材料时,要根据所切削材料的性能和切削特点与加工阶段,选用相宜的切削液,以改善难切削材料的切削加工性,而达到加工的目的。
难切削材料切削时切削液的选用:
常用的机床刀具切削液有水溶液、普通乳化液、极压乳化液、矿物油、复合(植物、矿物、动物)油、极压切削油。在它们中,水溶液冷却效果最好,极压切削液的润滑效果最好。一般的切削液在200℃左右就失去润滑能力,可是在切削液中添加极压添加剂(如氯化石蜡、四氯化碳、硫代磷酸盐、二烷基二硫代磷酸锌等)就成为润滑良好的极压切削液,就可在600~1000℃高温和1470~1960Mpa高压条件下起润滑作用。所以,含硫、磷、氯等极压添加剂的乳化液或切削油,不仅适用于碳钢、合金钢的冷却与润滑,特别适用于难切削材料加工过程中的冷却与润滑。下面介绍常用的几种难切削材料加工时切削液的选用。
不锈钢。在粗加工时,选用3%~5%乳化液或10%~15%极压乳化液、极压切削油和硫化油。在精加工时,选用极压切削油或10%~20%极压乳化液、硫化油、硫化油80%~85%+CCl4 15%~20%、矿物油78%~80%+黑机油或植物油和猪油18%+硫1.7%、机械油90%+CCl4 10%、煤油50%+油酸25%+植物油25%。拉削、攻丝和铰孔时,用15%~20%极压乳化液或极压切削油、硫化豆油或植物油;在硫化油中添力口CCl4 10%~20%、在猪油中加入20%~30% CCl4、在硫化油中加入10%~15%的煤油用于铰孔。在硫化油中加入1.5%~20%CCl4或用自铅油加机械油、或用煤油稀释氯化石蜡、或用MoS2油膏用于攻丝。在滚齿和插齿时,应采用20%~25%极压乳化液或极压切削油。在钻孔时,用10%~15%乳化液或10%~15%极压乳化液、极压切削油。
高温合金。除采用同不锈钢的切削液外,在粗加工时,用硫酸钾2%+亚硝酸钾1%+三乙醇胺7%+甘油7%~10%+水余量或用葵二酸7%~10%+亚硝酸钠5%+三乙醇胺7%~10%+硼酸7%~10%+甘油7%~10%+水余量。对于镍基高温合金,应避免使用含硫的切削液,以免造成应力腐蚀,使零件的疲劳强度降低。
钛合金。粗加工时,采用3%~5%乳化液或10%~15%的极压乳化液。精加工时,采用极压切削油(石油磺酸钠10%+油酸3%+石油磺酸铅6%+三乙醇胺3.5%+氯化石腊4%+氯化硬脂酸3%+20号机械油70.5%)、极压水溶液、CCl4+等量的酒精。拉削、攻丝、铰孔时,采用极压切削油、油酸、硫化油、氯化油、蓖麻油60%+煤油40%。拉削时,还可采用聚醚30%+酯类油30%+7号机械油30%+防锈剂与抗泡沫剂10%。钻孔时,采用极压乳化液或切削油、硫化油、电解切削液。
在金属切削加工中,产生的热量和摩擦是能量的表现形式。由很高的表面负荷以及切屑沿刀具前刀面高速滑移而产生的热量和摩擦,使刀具处于一种极具挑战性的加工环境中。
切削力的大小往往会上下波动,主要取决于不同的加工条件(如工件材料中存在硬质成份,或进行断续切削)。因此,为了在切削高温下保持其强度,要求刀具具有一些基本特性,包括极好的韧性、耐磨性和高硬度。
尽管刀具工件界面处的切削温度是决定几乎所有刀具材料磨损率的关键要素,但要确定计算切削温度所需的参数值却十分困难。不过,切削试验的测量结果可以为一些经验性的方法奠定基础。
通常可以假定,在切削中产生的能量被转化为热量,而通常这些热量的80%都被切屑带走(这一比例的变化取决于几个要素——尤其是切削速度)。其余大约20%的热量则传入刀具之中。即使在切削硬度不太高的钢件时,刀具温度也可能会超过550℃,这是高速钢在硬度不降低的前提下能够承受的最高温度。用聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具切削淬硬钢时,刀具和切屑的温度通常将超过1000℃。