加工中心加工鎳鐵合金工藝分析

楊金榮

【摘要】鎳鐵合金即在工業(yè)純鎳中加入合金元素，以提高鎳的強度。鎳鐵合金可分三種：a鎳合金，b鎳合金和a+b鎳合金。a+b鎳合金是由a和b雙相組成，這類合金組織穩(wěn)定，高溫變形性能、韌性、塑性較好，能進行淬火、時效處理，使合金強化。鎳鐵合金材料由于其密度小，強度高，耐高溫，抗氧化性能好等特點，應(yīng)用廣泛。但鎳鐵合金機械加工性能差，材料價格高，影響了該材料的廣泛使用。

【關(guān)鍵詞】合金 刀具 參數(shù) 冷卻液

【中圖分類號】G71 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）24-0219-02

首先，鎳鐵合金導(dǎo)熱系數(shù)低，僅是鋼的1/4，鋁的1/13，銅的1/25。因切削區(qū)散熱慢，不利于熱平衡，在切削加工過程中，散熱和冷卻效果很差，易于在切削區(qū)形成高溫，加工后零件變形回彈大，造成切削刀具扭矩增大、刃口磨損快，耐用度降低。其次，鎳鐵合金的導(dǎo)熱系數(shù)低，使切削熱積于切削刀附近的小面積區(qū)域內(nèi)不易散發(fā)，前刀面摩擦力加大，不易排屑，切削熱不易散發(fā)，加速刀具磨損。最后，鎳鐵合金化學(xué)活性高，在高溫下加工易與刀具材料起反應(yīng)，形成溶敷、擴散，造成粘刀、燒刀、斷刀等現(xiàn)象。

一、鎳鐵合金在加工中心上的銑削案例分析

1.該零件的特點

1）精度要求高，批量大。

2）加工過程中必須進行多種工序加工。

3）必須嚴(yán)格控制零件公差范圍。

4）價格昂貴，加工成本高。

2.加工中心加工鎳鐵合金特點

1）加工中心可以多個零件同時加工，提高生產(chǎn)效率。

2）提高零件的加工精度，產(chǎn)品一致性好。加工中心有刀具補償功能，可以獲得機床本身的加工精度。

3）有廣泛的適應(yīng)性和較大的靈活性。如本零件的圓弧加工、倒角和過渡圓角。

4）可以實現(xiàn)一機多能。加工中心可以進行銑削、鉆孔、鏜孔、攻絲等一系列加工。

5）可以進行精確的成本計算，控制生產(chǎn)進度。

6）不需要專用夾具，節(jié)約大量成本經(jīng)費，縮短生產(chǎn)周期。

7）大大減輕了工人的勞動強度。

8）可以與UG等加工軟件進行多軸加工。

3.刀具材料的選擇

刀具材料選用應(yīng)滿足下列要求：

1）足夠的硬度。刀具的硬度必須要遠(yuǎn)大于鎳鐵合金硬度。

2）足夠的強度和韌性。由于刀具切削鎳鐵合金時承受很大的扭矩和切削力，因此必須有足夠的強度和韌性。

3）足夠的耐磨性。由于鎳鐵合金韌性好，加工時切削刃要鋒利，因此刀具材料必須有足夠的抗磨損能力，這樣才能減少加工硬化。這是選擇加工鎳鐵合金刀具最重要的參數(shù)。

4）刀具材料與鎳鐵合金親合能力要差。由于鎳鐵合金化學(xué)活性高，因此要避免刀具材料和鎳鐵合金形成溶敷、擴散而成合金，造成粘刀、燒刀現(xiàn)象。

5）刀具粘刀、燒刀現(xiàn)象

經(jīng)過對國內(nèi)常用刀具材料和國外刀具材料進行試驗表明，采用高鈷刀具效果理想，鈷的主要作用能加強二次硬化效果，提高紅硬性和熱處理后的硬度，同時具有較高的韌性、耐磨性、良好的散熱性。

4.銑刀的幾何參數(shù)

鎳鐵合金的加工特性決定刀具的幾何參數(shù)與普通刀具存在著較大區(qū)別。

1）螺旋角β，選擇較大的螺旋升角，散熱快，同時也減小切削加工過程中的切削平穩(wěn)。

2）前角γ 增大切削時刃口鋒利，切削輕快，增大容削槽以避免鎳鐵合金產(chǎn)生過多切削熱，從而避免產(chǎn)生二次硬化。

3）后角α 減小，刀刃的磨損速度降低，有利于散熱，耐用度也得到很大程度的提高。

5.切削參數(shù)選擇

鎳鐵合金機加工應(yīng)選擇較低的切削速度，適當(dāng)大的進給量，合理的切深和精加工量，冷卻要充分。

1）切削速度Vc Vc=30～50m/min

2）進給量F 粗加工時取較大進給量，精加工和半精加工取適中的進給量以F300-F500最為適合。

3）切削深度ap ap=1/3d為宜，鎳鐵合金親合力好，排屑困難，切削深度太大，會造成刀具粘刀、燒刀、斷裂現(xiàn)象。

4）精加工余量αc適中 鎳鐵合金表面硬化層約0.15～0.2mm，余量太小，刀刃切削在硬化層上，刀具容易磨損，應(yīng)該避免硬化層加工，但切削余量不宜過大，所以精加工余量0.5mm-0.8mm最好。

6.冷卻液

鎳鐵合金加工最好不用含氯的冷卻液，避免產(chǎn)生有毒物質(zhì)和引起氫脆，也能防止鎳鐵合金高溫應(yīng)力腐蝕開裂。選用合成水溶性乳化液，也可自配用冷卻液。切削加工時冷卻液要保證充足，冷卻液循環(huán)速度要快，切削液流量和壓力要大，加工中心都配有專用冷卻噴嘴，只要注意調(diào)整就能達(dá)到預(yù)期的效果。

二、加工中心加工鎳鐵合金總結(jié)

通過對鎳鐵合金的特性分析，解決了鎳鐵合金切削加工過程中存在的難題；通過編制正確、科學(xué)的加工工藝，可以降低成本，提高生產(chǎn)效率，得出如下結(jié)論：

1.用加工中心精加工鎳鐵合金，滿足了零件形狀復(fù)雜，高精度的要求，且可多件同時加工，提高生產(chǎn)效率，由原來加工一件需要一個小時縮短成十五分鐘可以加工完，減少了裝夾停機時間。

2.GC2025刀具材料是鎳鐵合金理想的加工刀具。

3.選擇合理的刀具幾何參數(shù)、切削參數(shù)、冷卻液，可以延長切削刀具壽命，提高生產(chǎn)效率，由原先一把刀做兩個，經(jīng)過刀具改進一把刀可做二十個節(jié)約成本。

4.安排出合理科學(xué)的工藝規(guī)程和CAD/CAM的編程是提高效益、節(jié)約成本的最佳方法。

5.目前CAD/CAM的技術(shù)在不斷更新，我們在軟硬件操作上要趕上時代的步伐，但因此卻忽略了工藝的選擇的重要性。

6.對于特殊的工件必須有一套科學(xué)的有效的加工工藝方法，借助于計算機強大的功能，才是科學(xué)的、合理的、處理問題的方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]《金屬材料與熱處理》史美堂 上海科學(xué)技術(shù)出版社 1980.7

[2]《機械加工工藝基礎(chǔ)》 孔德音 機械工業(yè)出版社2003.4

[3]《機械工人切削手冊》北京第一通用機械廠 機械工業(yè)出版社2014.4