BW Tool & Material world

金屬及其合金在切削、成形、處理和保護等過程中使用的潤滑油，統稱為切削液。

切削液的作用：

• 改善加工表面，提高表面光潔度；
• 提高加工件尺寸的精密度；
• 延長切削工具的壽命的壽命；
• 隨時排除切削屑末，洗淨加工面；
• 防止加工件腐蝕或生銹；
• 提高切削加工效率；
• 隨時冷卻加工件表面和加工刀具。

切削液的選用原則：

切削液的使用效果除取決於切削液的性能外，還與刀具材料、加工要求、工件材料、加工方法等因素有關，應綜合考慮，合理選用。

依據刀具材料、加工要求

高速鋼刀具耐熱性差， 粗加工時，切削用量大，切削熱多，容易導致刀具磨損，應選用以冷卻為主的切削液， 如3%～5%的乳化液或水溶液；精加工時，主要是獲得較好的表面品質，可選用潤滑性好的極壓切削油或高濃度極壓乳化液。

硬質合金刀具耐熱性好，一般不用切削液，如必要，也可用低濃度乳化液或水溶液，但應連續、充分地澆注，以免高溫下刀片冷熱不均， 產生熱應力而導致裂紋、損壞等。

依據工件材料

加工鋼等塑性材料時，需用切削液；而加工鑄鐵等脆性材料時，一般則不用，原因是作用不如鋼明顯，又易污染機床、工作地；對於高 強度鋼、高溫合金等， 加工時均處於極壓潤滑摩擦狀態，應選用極壓切削油或極壓乳化液；對於銅、 鋁及鋁合金，為了得到較好的表面品質和精度，可採用10%～20%的乳化液、煤油或煤油與礦物油的混合液；切削銅時不宜用含硫的切削液，因為硫會腐蝕銅； 有的切削液與金屬能形成超過金屬本身強度的化合物，這將給切削帶來相反的效果。 如鋁的強度低， 切鋁時就不宜用硫化切削油。

依據加工工種

鑽孔、攻絲、鉸孔、拉削等，排屑方式為半封閉、封閉狀態，導向部、校正部與已加工表面的摩擦也嚴重，對硬度高、強度大、韌性大、冷硬嚴重的難切削材料尤為突出，宜用乳化液、極壓乳化液和極壓切削油；

成形刀具、 齒輪刀具等，要求保持形狀、尺寸精度等，也應採用潤滑性好的極壓切削油或高濃度極壓切削液；

磨削加工溫度很高，且細小的磨屑會破壞工件表面品質，要求切削液具有較好的冷卻性能和清洗性能，常用半透明的水溶液和普通乳化液；磨削不銹鋼、高溫合金宜用潤滑性能較好的水溶液和極壓乳化液。

資料來源：網路彙整

吸波材料一般由基體材料和吸收介質複合而成，能將投射到它表面的電磁波能量吸收，並通過材料的介質損耗使電磁波能量轉化成為熱能或其他形式的能量。好的吸波材料具有質輕、耐溫、耐濕和抗腐蝕等性能，現今電子零件輕薄短小趨勢，其吸波材料發展也朝向”材料薄、重量輕、頻段寬、強度強”等。

吸波材料特性：

• 最大限度地使入射電磁波進入到吸波材料內部，從而減少電磁波的直接反射。
• 吸波材料對入射電磁波能產生有效吸收或衰減，即產生電磁損耗，使電磁波能量轉化為熱能或其他形式能，從而使電磁波在介質中被最大限度地吸收。

吸波材料分類：

• 按研究時期可以分成傳統吸波材料和新型吸波材料
  傳統型按其微波損耗機理分為：電阻型吸波材料、電介質型吸波材料和磁介質型吸波材料。鐵氧體、鈦酸鋇、金屬微粉、石墨、碳化矽、導電纖維等屬傳統吸波材料，它們通常都具有吸收頻帶窄、密度大等缺點。其中鐵氧體吸波材料和金屬微粉吸波材料研究較多，性能也較好。
  新 型吸波材料包括：納米材料、多晶鐵纖維、手性材料、導電高聚物吸波材料、等離子體吸波材料和可見光、紅外及雷達兼容吸波材料等。新型吸波材料包括納米材 料、手性材料、導電高聚物、多晶鐵纖維及電路模擬吸波材料等，它們具有不同于傳統吸波材料的吸波機理。其中納米材料和多晶鐵纖維是眾多新型吸波材料中性能 最好的2種。
• 從吸波原理上可以分成電吸收型、磁吸收型
• 吸波材料大體可以分成塗層型、板材型和結構型
• 從結構上可以分為吸收型、干涉型和諧振型等吸波結構
  吸收型吸波材料本身對雷達 波進行吸收損耗，基本類型有複磁導率與複介電常數基本相等的吸收體、阻抗漸變“寬頻”吸收體和衰減表面電流的薄層吸收體；干涉型則是利用吸波層表面和底層 兩列反射波的振幅相等相位相反進行干涉相消，如1／4波長“諧振”吸收體，這類材料的缺點是吸收頻帶較窄
• 吸波材料的損耗機制分類
  • 電阻型損耗：此類吸收機制與材料的導電率有關的電阻性損耗，即導電率越大，載流子引起的宏觀電流（包括電場變化引起的電流以及磁場變化引起的渦流）越大，從而有利於電磁能轉化成為熱能。
  • 電介質損耗：它是一類與電極有關的介質損耗吸收機制，即通過介質反復極化產生的“摩擦”作用將電磁能轉化成熱能耗散掉。電介質極化過程包括：電子雲位移極化，極性介質電矩轉向極化，電鐵體電疇轉向極化以及壁位移等。
  • 磁損耗：此類吸收機制是一類與鐵磁性介質的動態磁化過程有關的磁損耗，此類損耗可以細化為：磁滯損耗，旋磁渦流、阻尼損耗以及磁後效效應等，其主要來源是與磁滯機制相似的磁疇轉向、磁疇壁位移以及磁疇自然共振等
• 吸波材料應用：
  吸波材料應用於各類電子產品，如電視、音響、VCD機、電腦、遊戲機、微波爐、移動電話中，可以使電磁波洩露降到國家衛生安全限值（10微瓦每平方釐米）以下，確保人體健康。將其應用于高功率雷達、微波醫療器、微波破碎機，能保護操作人員免受電磁波輻射的傷害。

蒙耐爾合金又稱鎳合金，是一種特殊的合金，金屬鎳為基體添加銅、鐵、錳等其它元素而成的合 金。蒙耐爾具有高強度、高耐蝕、耐磨損的優良的物理特性，呈銀白色，在各種酸、堿介質中，具有使用壽命長的優點，因而廣泛應用於石油化工、核工業、國防工 業等尖端工業上，做為重要的零部件和其它高強度、高耐蝕、高耐磨特性的複雜環境條件下使用的行業。

蒙耐爾合金在多種介質中均有良好的耐蝕性，它在空氣、土壤、淡水和海水中都很穩定。在土壤中的腐蝕速度不大於 0.0003mm／a；在海水中的腐蝕速度為 0.03mm／a。蒙乃爾合金在非氧化性酸(硫酸、鹽酸、磷酸、氫氟酸)、鹽溶液和有機酸中，也有較好的耐蝕性。但在通氣介質或有氧化劑存在時，耐蝕性顯 著下降。在室溫下，在80％以下濃度的硫酸和20％濃度的鹽酸中，其腐蝕速度小於0.5mm／a。在中等濃度的磷酸和氫氟酸中，直至沸點溫度仍能保持穩 定，僅次於鉑和銀。但對應力腐蝕敏感，使用前應進行消除應力處理。

Monel合金是Ni-Cu系耐蝕合金，有兩種類型：加工強化型，有Monel400、404、R405等牌號；沉澱硬化型， 有Monel K-500、502等牌號，常用Monel 400和K-500、Monel K-500的力學性能優於Monel 400，但耐蝕性稍差。

資料來源：網路彙整

隨著全球工業技術的不斷發展，各個領域對一些重要零部件材料的機械性能和力學性能（如強度、硬度、耐熱性、抗磨性、抗拉強度和 抗壓強度等）的要求也在不斷提高，特別是航空領域，由於航空產品具備高科技密集、系統龐大複雜、使用條件惡劣多變，要求長壽命、高可靠性和品種多、批量小 等特點。對金屬切削刀具及技術提出了更高的要求，難加工材料在人類各個領域的應用越來越廣泛。

航空材料特點：

• 種類、品種、規格多
• 高的比強度（σｂ/ρ）和高的比剛度（Ｅ/ρ）
• 高溫合金是航空材料極其重要的組成部分
• 質量要求高
• 抗疲勞性能是航空材料的另一個突出特點
• 成本高、價格貴

飛機材料：

難加工材料，如鎳基高溫合金、鈦合金、高強度結構鋼被現代航空產品大量採用，這些材料強度大、硬度高，耐衝擊、加工中容易硬化，切削溫度高、刀具磨損嚴重，屬難加工材料。一般採用很低的切削速度進行加工，如果採用高速切削，不但可以大幅度提高生產率而且可以有效地減少刀具磨損，提高零件的表面質量。

隨著航空發動機發展，各種材料再發動機中的用量不斷變化。

難切削材質切削加工原則：

航空難加工材料有高溫合金、鈦合金、超高強度鋼、複合材料等。航空難加工材料加工的最突出問題是刀具磨損問題，直接影響加工效率和成本；此外加工質量也經常成為瓶頸。

難加工材料的有效加工：

• 優選刀具材料：高性能高速鋼、新型硬質合金、塗層刀具、陶瓷刀具、CBN刀具和金剛石刀具…
• 選擇合適的刀具幾何參數
• 採用適當的冷卻潤滑條件
• 採用優化的加工參數
• 合理設計刀具結構及刀具幾何參數
• 改善切削條件
• 低溫切削技術

資料來源：網路彙整

以鋁為基的合金總稱。主要合金元素有Cu、Si、Mg、Sn，次要有鎳、鈦、鉻、鋰等。鋁合金密度低，塑性好可加工成型材，具 有優良導電性、導熱性和抗腐蝕性， 添加一定 元素形成的合金在保持純鋁質輕等優點的同時還能具有較高的強度。 這樣使得其 “比強度”勝過很多合金鋼，成為理想的結構材料，廣泛用於機械製造、運輸 機械、動力機械及航空工業等方面，飛機的機身、蒙皮、壓氣機等常以鋁合金制 造，以減輕自重。採用鋁合金代替鋼板材料的焊接，結構重量可減輕50%以上。

鋁合金加工方式分類：按照加工方法分形變鋁合金和鑄造鋁合金。

形變鋁合金：

形變鋁合金又分為不可熱處理強化型鋁合金和可熱處理強化型鋁合金，其強度和硬度都不高。切削加工的難度在於有較高的塑性，切削時易形成積屑瘤，難以獲得良好表現，通過熱處理來提高機械性能，只能通過冷加工變形來實現強化，它主要包括高純鋁、工業高純鋁、工業純鋁以及防銹鋁等。

鑄造鋁合金：

鑄鋁合金塑性低，伸長率一般在4％以下，不適合壓力加工，大多以切削加工。矽鋁合金的鑄造性能好，力學優良，是最廣泛應用的鑄造鋁合金。其中矽鋁合金切削加工性與矽含量有關，其含量越高對刀具磨損越嚴重加工性能越差。鑄造鋁合金可以通過淬火和時效等熱處理手段來提高機械性能，它包括盈率、鍛鋁、超硬鋁和特殊鋁合金等。

• Al-Si系鑄造鋁合金的鑄造性能好，具有優良的耐蝕性、耐熱性和焊接性能。用於製造飛機、儀錶、電動機殼體、汽缸體、風機葉片、發動機活塞等。
• Al-Cu系鑄造鋁合金耐熱性好，強度較高；但密度大，鑄造性能、耐蝕性能差，強度低於Al-Si系合金。主要用於製造在較高溫度下工作的高強零件，如內燃機汽缸頭、汽車活塞等。
• Al-Mg系鑄造鋁合金耐蝕性好，強度高，密度小；但鑄造性能差,耐熱性低。主要用於製造外形簡單、承受衝擊載荷、在腐蝕性介質下工作的零件，如艦船配件、氨用泵體等。
• Al-Zn系鑄造鋁合金鑄造性能好，強度較高，可自然時效強化；但密度大，耐蝕性較差。主要用於製造形狀複雜受力較小的汽車、飛機、儀器零件。

資料來源：網路彙整

工業鋁合金零件的加工對刀具有很高的要求， 尤其是航空工業中的鋁合 金，刀具在具有高性價比的同時還必須滿足高質量加工的需求。由於整體 硬質合金刀具具有非常鋒利的切削刃和槽型，其在鋁合金精加工中切削力 小，並且具有容屑空間大，排屑順暢等優點，因此整體硬質合金刀具逐漸 取代了傳統的高速鋼刀具。

由於鋁合金強度和硬度相對較低，塑性較小，對刀具磨損小，且熱導率較高,使切削溫度較低,所以鋁合金的切削加工 性較好，屬易加工材料，切削速度較高,適於高速切削。但鋁合金熔點較低,溫度升高後塑性增大，在高溫高壓作用下，切削界面摩擦力很大。容易粘刀；特別是退 火狀態的鋁合金，不易獲得低的表面粗糙度。為了獲得光潔的工件表面，盡可能採用粗切削和精切削的組合，因為各種合格的工件毛坯總會有一些氧化層，致使刀具 受到相當程度的磨損。如果最後切削工序採用拋光過的鋒利刀具進行精細切削，就能達到以上要求。

其中鋁矽合金中的依矽含量來選擇適用刀具材質，矽含量在於12％以下可採ISO K10-K20鎢鋼刀具，矽含量在大於12％即採鑽石刀具，鋁合金加工不宜採Al2O3陶瓷刀具，切削時因氧化了的氧化鋁切屑會與刀具產生化學親和力而產生黏結與積屑瘤，造成摩擦阻力增大而磨損加快。積屑瘤一旦形成，就會代替切削刃進行切削時， 超精密加工中的刀具刀刃的鋒銳度此時已失去意義。並且積屑瘤的底部相對穩定，而頂部很不穩定，容易破裂，破裂後一部分隨切屑排出，另一部分留在加工表面 上，使加工表面變得粗糙，積屑瘤凸出刀刃以外部分的不平度還會直接使加工表面切得粗糙，積屑瘤與已加工表面之間的摩擦也會加大表面粗度。

資料來源：網路彙整

沖壓加工根據材料的變形特點分： 分離加工方式、成形加工方式

分離加工方式

沖裁加工方式是指使板料按一定的輪廓綫斷裂分離而獲得一定形狀、尺寸的沖壓件的加工方式。分離加工方式主要有沖孔、落料、 切斷、切舌、切邊、剖切、整修及精沖等。

沖孔 piercing	落料 blanking	切斷 cutoff	切口 notching
用沖孔模沿封閉輪廓沖裁工件或毛坯，沖下部分爲廢料。	用落料模沿封閉輪廓沖裁板料或條料，沖下部分爲製件。	用剪刃或模具切斷板料或條料的部分周邊，使其分離。	用切口模將部分材料開，不使它完全分離，切開部分材料發生彎曲。
切邊 trimming	剖切 parting	整修	精冲
		用整修模去掉坯件外緣或內孔的餘量，以得到光滑的斷面和精確的尺寸。	用精沖模沖出尺寸精度高，斷面光潔且垂直的零件。
用切邊模將坯件邊緣的多餘材料沖切下來。	用剖切模將坯件(彎曲件或拉深件)剖成兩或幾部分。

成形加工方式

沖壓成形時，變形材料內部的等效應力超過屈服極限 ，但未達到强度極限 ，使材料産生塑性變形，從而成形零件。成形加工方式主要有彎曲、拉深、成形、冷擠壓等。

成形加工方式	壓彎	拉彎	卷邊	扭彎
彎曲 bending
	用彎曲模將平板(或絲料、杆件)毛坯壓彎成一定尺寸和角度，或將已彎件作進一步彎曲。	在拉力與彎矩共同作用下實現彎曲變形，使整個橫斷面全部受拉伸應力的一種沖壓方式 。	用卷邊模將條料端部按一定半徑卷成圓形。	用扭曲模將平板毛坯的一部分相對另一部分扭轉成一定的角度。

成形加工方式
拉深 drawing
	將一定形狀的平板毛坯通過拉深模沖壓成各種形狀的開口空心件；或以開口空心件爲毛坯通過拉深，進一步使空心件改變形狀和尺寸的冷沖壓加工方法。

成形加工方式	脹形 bulging	起伏成形 cmbossing	翻邊 planging
成形
	從空心件內部施加徑向壓力，强迫局部材料厚度减薄和表面積增大，獲得所需形狀尺寸的冷沖壓方法。	平板毛坯或製件在模具的作用下，産生局部凸起（或凹下）的沖壓方法。	指利用模具將工件上的孔邊緣或外緣邊緣翻成竪立的直邊的沖壓方式。
	縮口 necking	校平 flattening	整形 sizing
		指利用模具將有拱彎、翹曲的平板製件壓平的沖壓方式。	指利用模具將彎曲或拉深件局部或整體産生不大的塑性變形的沖壓方式。
	指將預先拉深好的圓筒或管狀坯料，通過模具將其口部縮小的沖壓方式。

資料來源：網路彙整

鎳系合金中鎳和鉻是兩個主要添加成分，增加鎳能增加材料韌性，加入鉻可提高材料的硬度，再加上其他成分的平衡，據此就可以預測刀具的磨損情況。加工鎳基合金，其刀具費用較高，其費用為銑削一般鋼材的5~10倍。

毋庸質疑，在銑削鎳基合金時，熱量是影響刀具壽命的最重要的因素，因為即使最好的硬質合金刀具，也會被過高的切削熱所毀壞。產生極高的切削熱，不僅僅是銑削鎳合金才遇到的問題。所以銑削這些合金時，需要對熱量加以控制。

另外，瞭解應用各種形式的刀具 ( 高速鋼刀具、硬質合金刀具或陶瓷刀具 ) 加工時所產生的熱量值，也是非常重要的。 許多刀具的損壞還與其他因素有關，不合格的夾具和刀柄都可能縮短刀具壽命。當夾緊的工件剛性不足，切削時產生移動時，可能會引起硬質合金基體的斷裂。有時 會沿切削刃產生小的裂縫，有時還會從硬質合金刀片上崩裂，無法繼續進行切削。

當然，這種崩裂刃具也可能是因為硬質合金太硬或切削負荷太大所致。這時應考慮採用高速鋼刀具進行加工，以減少崩裂。當然，高速鋼刀具又不能像硬質合金那 樣承受較高的熱量。

在加工開始前，加強夾具的剛性，不僅延長了刀具的壽命，而且還提高了工件表面質量，減少了加工誤差。 同樣刀柄選擇不當，也會縮短刀具壽命。如把柄徑為 3.175mm 的立銑刀裝在銑刀刀柄裏，由於緊固螺釘的作用，使刀具和刀柄之間的配合間隙偏到一邊，刀具中心偏離刀柄回轉中心，使銑刀工作時的徑向 跳動增加，致使銑刀每個刀齒的切削負荷不均衡。這種切削狀態對刀具很不利，特別是在銑削鎳基合金與含有添加到材料中的其他元素可能有：矽、錳、鉬、鉭、鎢 等，值得注意的是鉭和鎢也是用來製造硬質合金的主要成分，它們能有效地提高硬質合金的性能，但是這些元素加入到工件材料中，就使它變地難以銑削加工時更加 突出。

通過使用改善了刀具裝卡偏心度的刀柄，如液壓卡頭、熱裝卡頭，能使切削作用更均衡、更平穩，減少了刀具磨損，提高了表面質量。選擇刀柄時應遵循一個原則，就是刀柄要盡可能的短。這些對刀具和工件的夾持要求，對銑削任何材料都適用。

不管刀具設計得如何，或用什麼材料製成，刀具的製造商都應該提供切削速度和 每齒進給量的初始值。如果沒有這些資料，就應該向製造廠家的技術部門諮詢。廠商 應該熟知他們的產品在進行全寬度開槽銑削、外廓銑削、插銑或斜坡銑削時的能力如何，因為許多標準銑刀大多數不能完成這樣多的加工工序。比如，如果銑刀沒有 足夠大的第二後角，則斜坡銑削的斜角就要減小。

很明顯，如果超出刀具的加工能力，將導致刀具的損壞。插銑也是一樣，如果不能將切屑及時地從槽底排出，切屑將會受到擠壓，之後刀具也將損壞。總之，銑削加工高溫合金時，這些情況對刀具壽命都是不利的。

如果認為減慢進給速度可延長刀具壽命，事實證明是錯誤的。典型的例子就是在切第一刀時，會發現材料相當硬。如果把進給量減小 ( 如可轉位銑刀的每齒進給量減至 0.025~0.5 mm ) ，刀具切削刃將強烈地摩擦工件，結果是刀具很快或是立即損壞。摩擦能引起工件表面的加工硬化，為避免加工硬化，切第一刀時應保持一定的切削負荷 ( 0.15~0.2 mm/ 每齒進給量 )。

切削深度取決於多種因素，如刀具設計，刀片高度、刀具剛性、刀具總長、機床馬力等。但當刀具的後角和前角為 5°~11° 正值時，最適於加工粘度大的材料。立銑刀的螺旋角應該在 35°~50° 之間。這些銑刀的傾斜刀刃有鋸削作用，能形成理想的切屑並帶走切削熱。

當然，難切削材質時，適當的切削速度也非常重要。它決定了在切削區產生熱量的多少。推薦的速度範圍從較低的 12~15 m/min ( 對高速鋼銑刀 ) 到 23~37 m/min ( 對硬質合金銑刀 )，再到180~245 m/min 或更高( 對陶瓷銑刀 )。增加進給量和切削深度也會增加切削熱，因相應地增加了切削力和刀具與工件的接觸面積。

根據銑削難切削材質時的應力和切削力，應選擇由K40~K50硬質合金作為銑刀刀片的基體，並採用帶有耐熱性能高的氮鋁鈦塗層。使用這類硬質合金牌號的刀片進行銑削 加工，可取得很好的加工效果。在較低的切削速度下，採用碳氮化鈦塗層進行加工，其效果也不錯。

如果在加工中，刀具使用不當，即使用最好的基體和塗層，也不會取得好的加工效果。比如，在零件上要銑出一個深度為 2~5mm 的槽，想分三次走刀加工出來。一般在這個加工過程中 CAM 系統將顯示為三次切深都一樣。由於工件重複地接觸刀具上同一部位，最終相同的切深將使塗層上產生一個缺口，一旦這個缺口劃穿了塗層，就會損傷基體，致使刀 具損壞。

因此在銑削加工中，選取適當的切削深度 ( 一般在 0.5~0.60mm ) ，在銑削時，防止工件重複接觸刀片同一部位，這樣才能延長刀具的壽命。