C17200沉淀硬化铍铜合金的切削技术

摘要：本文主要介绍C17200沉淀硬化铍铜基合金的切削技术，从C17200的切削特点、切削刀具的选择、刀具几何参数的选择、切削用量的选择、切削液的选择、铣削及钻削等多个角度，介绍近几年来我们对C17200的加工经验。通过一系列的技术手段和加工经验，成功地使C17200广泛应用于石油测井领域。

C17200是一种沉淀硬化铍铜基合金，具有良好的综合性能。该合金经固溶时效处理后具有较高的硬度、强度、弹性极限及疲劳极限，它还有较强耐腐蚀性、导电性及无磁性，使其在低温、高温、高压及酸性的恶劣环境下具有较长的使用寿命。因此，其广泛应用于各种高新技术领域的制造业，特别适用于我公司研发及生产的石油测井仪器，使仪器满足在恶劣井下环境使用的要求。

C17200的切削特点

（1）加工硬化。由于铍的存在，使C17200在加工过程中产生急聚硬化的现象，加工硬化层≥0.007mm，因此，在加工时需选择相对锋利的刀具及合理的切削深度，防止由硬化层造成的刀具过度磨损及加工困难现象的产生。

（2）切削力大。经固溶时效后，C17200的硬度和强度显著提高，可达到38～44HRC，在切削时所产生的较大切削力及塑性变形，加剧了工件与刀具之间的摩擦，产生了大量的切削热，因此，在加工过程中需使用切削液来降低切削温度。

（3）刚性差。C17200的弹性模量值为128GPa，为钢性材料的60%，在加工过程中容易产生扭曲，因此，工件和刀具应该选择更加牢固的支撑。

（4）刀具易磨损。经固溶时效后，C17200除硬度和强度明显提高外，还在表面形成了一层耐磨的氧化膜，这层氧化膜能够加剧刀具的磨损，另外，C17200塑性变形大，产生的切削温度高、切削力大，刀具也容易磨损。然而，刀具的磨损是与切削速度和进给量成比例的，合理的切削速度和进给量能够减小刀具的磨损程度。

切削C17200刀具的选择

刀具是保证生产的一个重要因素，合理的刀具能够提高加工效率和产品质量。目前，在大多数加工厂所应用的刀具有高速钢和硬质合金两种材料，两种刀具都具有较高的耐磨性及强度，但高速钢的耐高温性能和切削精度要弱于硬质合金，而在C17200的切削过程中容易产生较高的切削温度和切削力，因此，切削C17200时硬质合金刀具是最好的选择。常用的硬质合金刀具有YG3、YG8、YG6、YT4和YT5等，由于YT系列硬质合金刀具与材料有较强的亲和性，会加剧刀具的磨损。因此，在切削时选择YG系列硬质合金刀具，我公司采用的硬质合金刀具型号为YG6和YG8。

切削C17200时刀具几何参数的选择

（1）刃形。对于C17200高强度、高硬度材料的切削，为了延长刀具使用寿命，提高刀具抗振性，改善加工表面质量，在加工时选择圆弧刃，刀尖圆弧半径rε=0.1～0.8mm。

（2）刃区型式。为了增加刃口强度，减少刀具破损，改善散热条件，在加工时选择负倒棱，宽度bγ1=（0.3～0.8）f，角度γo1=-10°~-5°。

刀面型式。为了合理控制切屑的流动方式，降低切削热，减少刀具磨损，在加工时选择卷屑槽或断屑槽，槽底圆弧半径Rn=（2～7）f。

前角γo。切削C17200高强度、高硬度材料时，较小的前角既能增加前刀面与切屑的接触面积，增大散热面积，又能增加切削刃强度，改善刀头散热条件，一般前角γo值为5°~10°。

（5）后角αo。在C17200切削过程中，采用较小的后角能够增加切削刃的强度，降低了崩刃的风险，但较小的后角会增加主后刀面与工件的摩擦，缩短刀具的使用寿命，降低已加工表面的表面粗糙度质量，一般后角αo值为6°~8°。

（6）主偏角κr和副偏角κ,r。在进给量和切削深度不变的情况下，较小的主偏角和副偏角能增加主切削刃的切削长度，减小主切削刃单位面积上所受的切削力，改善散热条件，减少副后刀面与已加工表面的摩擦，降低了工件表面粗糙度值。但C17200硬度和强度相对较高，较小的主偏角使刀具承受的径向力较大，增加了崩刃风险。在工艺系统刚度好的条件下，一般主偏角κr值为45°~75°,副偏角κ,r值为5°~10°。

（7）刀倾角λs。由于C17200在固溶时效后，强度和硬度较高，为了增加主切削刃的强度，增大切屑的流动速度，避免积屑瘤的产生，防止划伤已加工的表面，在粗加工时刀倾角值为-10°~-5°,在精加工时刀倾角值为0°。

C17200切削用量的选择

切削速度vc。切削速度的选择主要受刀具耐磨度、机床功率、材料硬度及加工效率等多方面因素的限制，在机床功率一定的情况下，切削C17200时选用较低的切削速度，延长刀具的使用寿命，降低切削温度，减少积削瘤的产生，但过低的切削速度会大大降低加工效率，因此，切削C17200时采用的切削速度一般为100～200m/min。

切削深度αp。切削深度对刀具耐磨度的影响最小，在加工时可以采用较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长度和宽度，减小切削刃单位面积上的切削力，延长刀具寿命，但过大的切削深度会对工艺系统的刚性要求很高，尤其是对C17200高硬度、高强度的切削，因此，C17200的切削深度一般为0.05～3mm。

（3）进给量f。进给量的选择主要受切削力、加工效率和表面粗糙度3个因素的影响，大的进给量提高了加工效率，但增大了切削力及表面粗糙度值；小的进给量减小了切削力及表面粗糙度值，但降低了加工效率，因此，选择合理的进给量是非常有必要的。C17200在固溶时效后，具有很高的强度和硬度，在切削过程中产生大的切削力，使得进给量不能太大，小的进给量降低了加工效率，增加了加工成本，一般情况下切削C17200进给量为0.1~0.15mm/r。

切削C17200时切削液的选择

切削时使用切削液可以起到散热和润滑的作用，从而延长刀具寿命，提高加工效率和产品质量。在C17200切削过程中产生大量的切削热，使切削温度升高，因此，在对C17200切削时切削液的主要作用是加快切削热的扩散，降低切削温度，延长刀具使用寿命。溶性油制成的乳剂对于散热有明显的效果，但其成分中含有硫元素，会使C17200表面产生少许的斑点，留下了工件报废的隐患，虽然矿物油加猪油的散热效果相对乳剂较差，但其润滑效果相对明显，减小了刀具与工件的摩擦，降低了切削热的产生，因此，采用矿物油加3%~7%猪油的切削液应用于C17200的切削。

C17200的铣削加工

C17200具有较高的强度和硬度，铣削时，切削刃既要锋利，又要有较强的抗冲击性能。虽然高速钢铣刀和硬质合金铣刀都能用于C17200的铣削，但硬质合金铣刀加工精度要高于高速钢铣刀，因此，在铣削时选用硬质合金铣刀。

在铣削C17200时，宜采用不对称顺铣法，这样既能有效地减小铣刀与工件的摩擦，又能平稳工件，减小刀具颤动。在铣削过程中，可以使用一些切削液来延长铣刀使用寿命，降低工件表面粗糙度值。

7.C17200的钻削加工

钻削C17200时，可以选择高速钢麻花钻进行孔的钻制，钻头螺旋角为29°、顶角为118°、钻缘角为12°,必要时可使用专门磨制的刀尖。由于C17200的强度和硬度高，需要采用较低的切削速度，且需浇注切削液用于冷却和润滑，有助于切屑的顺利排出，防止切屑划伤已加工表面，减少钻头的磨损，延长钻头的使用寿命。同时，在钻削过程中，要保证切削速度和进给量的恒定，防止产生孔底部的加工硬化，给加工带来更大的困难。