綜合性能良好的C17200沉淀硬化鈹銅基合金切削加工有絕招

摘要：本文主要介紹C17200沉淀硬化鈹銅基合金的切削技術，從C17200的切削特點、切削刀具的選擇、刀具幾何參數(shù)的選擇、切削用量的選擇、切削液的選擇、銑削及鉆削等多個角度，介紹近幾年來我們對C17200的加工經驗。通過一系列的技術手段和加工經驗，成功地使C17200廣泛應用于石油測井領域。C17200是一種沉淀硬化鈹銅基合金，具有良好的綜合性能。該合金經固溶時效處理后具有較高的硬度、強度、彈性極限及疲勞極限，它還有較強耐腐蝕性、導電性及無磁性，使其在低溫、高溫、高壓及酸性的惡劣環(huán)境下具有較長的使用壽命。因此，其廣泛應用于各種高新技術領域的制造業(yè)，特別適用于我公司研發(fā)及生產的石油測井儀器，使儀器滿足在惡劣井下環(huán)境使用的要求。1.C17200的切削特點（1）加工硬化。由于鈹?shù)拇嬖?，使C17200在加工過程中產生急聚硬化的現(xiàn)象，加工硬化層≥0.007mm，因此，在加工時需選擇相對鋒利的刀具及合理的切削深度，防止由硬化層造成的刀具過度磨損及加工困難現(xiàn)象的產生。（2）切削力大。經固溶時效后，C17200的硬度和強度顯著提高，可達到38～44HRC，在切削時所產生的較大切削力及塑性變形，加劇了工件與刀具之間的摩擦，產生了大量的切削熱，因此，在加工過程中需使用切削液來降低切削溫度。（3）剛性差。C17200的彈性模量值為128GPa，為鋼性材料的60%，在加工過程中容易產生扭曲，因此，工件和刀具應該選擇更加牢固的支撐。（4）刀具易磨損。經固溶時效后，C17200除硬度和強度明顯提高外，還在表面形成了一層耐磨的氧化膜，這層氧化膜能夠加劇刀具的磨損，另外，C17200塑性變形大，產生的切削溫度高、切削力大，刀具也容易磨損。然而，刀具的磨損是與切削速度和進給量成比例的，合理的切削速度和進給量能夠減小刀具的磨損程度。2.切削C17200刀具的選擇刀具是保證生產的一個重要因素，合理的刀具能夠提高加工效率和產品質量。目前，在大多數(shù)加工廠所應用的刀具有高速鋼和硬質合金兩種材料，兩種刀具都具有較高的耐磨性及強度，但高速鋼的耐高溫性能和切削精度要弱于硬質合金，而在C17200的切削過程中容易產生較高的切削溫度和切削力，因此，切削C17200時硬質合金刀具是最好的選擇。常用的硬質合金刀具有YG3、YG8、YG6、YT4和YT5等，由于YT系列硬質合金刀具與材料有較強的親和性，會加劇刀具的磨損。因此，在切削時選擇YG系列硬質合金刀具，我公司采用的硬質合金刀具型號為YG6和YG8。3.切削C17200時刀具幾何參數(shù)的選擇（1）刃形。對于C17200高強度、高硬度材料的切削，為了延長刀具使用壽命，提高刀具抗振性，改善加工表面質量，在加工時選擇圓弧刃，刀尖圓弧半徑rε=0.1～0.8mm。（2）刃區(qū)型式。為了增加刃口強度，減少刀具破損，改善散熱條件，在加工時選擇負倒棱，寬度bγ1=（0.3～0.8）f，角度γo1=－10°～－5°。（3）刀面型式。為了合理控制切屑的流動方式，降低切削熱，減少刀具磨損，在加工時選擇卷屑槽或斷屑槽，槽底圓弧半徑Rn=（2～7）f。（4）前角γ

o。切削C17200高強度、高硬度材料時，較小的前角既能增加前刀面與切屑的接觸面積，增大散熱面積，又能增加切削刃強度，改善刀頭散熱條件，一般前角γo值為5°～10°。（5）后角α

o。在C17200切削過程中，采用較小的后角能夠增加切削刃的強度，降低了崩刃的風險，但較小的后角會增加主后刀面與工件的摩擦，縮短刀具的使用壽命，降低已加工表面的表面粗糙度質量，一般后角α

o值為6°～8°。（6）主偏角κr和副偏角κ′r。在進給量和切削深度不變的情況下，較小的主偏角和副偏角能增加主切削刃的切削長度，減小主切削刃單位面積上所受的切削力，改善散熱條件，減少副后刀面與已加工表面的摩擦，降低了工件表面粗糙度值。但C17200硬度和強度相對較高，較小的主偏角使刀具承受的徑向力較大，增加了崩刃風險。在工藝系統(tǒng)剛度好的條件下，一般主偏角κ

r值為45°～75°，副偏角κ′r值為5°～10°。（7）刀傾角λs。由于C17200在固溶時效后，強度和硬度較高，為了增加主切削刃的強度，增大切屑的流動速度，避免積屑瘤的產生，防止劃傷已加工的表面，在粗加工時刀傾角值為－10°～－5°，在精加工時刀傾角值為0°。4.C17200切削用量的選擇（1）切削速度vc。切削速度的選擇主要受刀具耐磨度、機床功率、材料硬度及加工效率等多方面因素的限制，在機床功率一定的情況下，切削C17200時選用較低的切削速度，延長刀具的使用壽命，降低切削溫度，減少積削瘤的產生，但過低的切削速度會大大降低加工效率，因此，切削C17200時采用的切削速度一般為100～200m/min。（2）切削深度αp。切削深度對刀具耐磨度的影響最小，在加工時可以采用較大的切削深度既可以提高加工效率，也可以增加切削刃的工作長度和寬度，減小切削刃單位面積上的切削力，延長刀具壽命，但過大的切削深度會對工藝系統(tǒng)的剛性要求很高，尤其是對C17200高硬度、高強度的切削，因此，C17200的切削深度一般為0.05～3mm。（3）進給量f。進給量的選擇主要受切削力、加工效率和表面粗糙度3個因素的影響，大的進給量提高了加工效率，但增大了切削力及表面粗糙度值；小的進給量減小了切削力及表面粗糙度值，但降低了加工效率，因此，選擇合理的進給量是非常有必要的。C17200在固溶時效后，具有很高的強度和硬度，在切削過程中產生大的切削力，使得進給量不能太大，小的進給量降低了加工效率，增加了加工成本，一般情況下切削C17200進給量為0.1～0.15mm/r。5.切削C17200時切削液的選擇切削時使用切削液可以起到散熱和潤滑的作用，從而延長刀具壽命，提高加工效率和產品質量。在C17200切削過程中產生大量的切削熱，使切削溫度升高，因此，在對C17200切削時切削液的主要作用是加快切削熱的擴散，降低切削溫度，延長刀具使用壽命。溶性油制成的乳劑對于散熱有明顯的效果，但其成分中含有硫元素，會使C17200表面產生少許的斑點，留下了工件報廢的隱患，雖然礦物油加豬油的散熱效果相對乳劑較差，但其潤滑效果相對明顯，減小了刀具與工件的摩擦，降低了切削熱的產生，因此，采用礦物油加3%～7%豬油的切削液應用于C17200的切削。6.C17200的銑削加工C17200具有較高的強度和硬度，銑削時，切削刃既要鋒利，又要有較強的抗沖擊性能。雖然高速鋼銑刀和硬質合金銑刀都能用于C17200的銑削，但硬質合金銑刀加工精度要高于高速鋼銑刀，因此，在銑削時選用硬質合金銑刀。在銑削C17200時，宜采用不對稱順銑法，這樣既能有效地減小銑刀與工件的摩擦，又能平穩(wěn)工件，減小刀具顫動。在銑削過程中，可以使用一些切削液來延長銑刀使用壽命，降低工件表面粗糙度值。7.C17200的鉆削加工鉆削C17200時，可以選擇高速鋼麻花鉆進行孔的鉆制，鉆頭螺旋角為29°、頂角為118°、鉆緣角為12°，必要時可使用專門磨制的刀尖。由于C17200的強度和硬度高，需要采用較低的切削速度，且需澆注切削液用于冷卻和潤滑，有助于切屑的順利排出，防止切屑劃傷已加工表面，減少鉆頭的磨損，延長鉆頭的使用壽命。同時，在鉆削過程中，要保證切削速度和進給量的恒定，防止產生孔底部的加工硬化，給加工帶來更大的困難。8