陳利榮 宋彥博 侯力強 張小慶 盧文靜

（西安菲爾特金屬過濾材料有限公司 陜西西安）

1 前言

哈氏合金C-276是一種含鎢的Ni-Cr-Mo合金，在還原與氧化環(huán)境下，對一些氯化鹽溶液、氧化性氯化物、硫酸與氧化性鹽具有良好的耐腐蝕性能，而且在低溫與中溫鹽酸中同樣具有很好的耐蝕性能，因此被公認(rèn)為是萬能的耐腐蝕合金。近些年以來，哈氏合金在具有嚴(yán)重的腐蝕環(huán)境中有著越來越廣泛的應(yīng)用[1-3]，例如在溫度較高的的污染溶液（有機或無機）、甲酸及醋酸酐等強氧化劑、海水和鹽水溶液等環(huán)境中。

目前隨著環(huán)保法規(guī)嚴(yán)苛和排放標(biāo)準(zhǔn)提高，高溫?zé)煔饷摿?、傳統(tǒng)的紙漿和造紙等環(huán)保工業(yè)領(lǐng)域中也逐步用哈氏合金替代原有不銹鋼材料：在高溫?zé)煔饷摿驎r，洗滌器中可能遇到的含S化合物和Cl離子，這就需要材料對于點狀腐蝕和應(yīng)力腐蝕都有杰出的抗力，而哈氏合金C-276是為數(shù)不多可以同時承受濕氯氣、次氯酸鹽、二氧化氯腐蝕作用的材料之一。由哈氏合金C-276合金制備的纖維多孔材料，在過濾與分離領(lǐng)域具有非常好的使用效果。

目前一般采用振動切削的方法制備C-276合金纖維，但由于該原材料塑性變形大，加工溫度高，切削力度大，易造成刀具易磨損，使得C-276合金纖維的制作工藝受到限制，效率非常低[3～5]。本文通過研究振動切削工藝參數(shù)，總結(jié)出適合哈氏合金C-276纖維加工方法，為后序制造過濾用多孔燒結(jié)纖維氈、耐磨增韌材料、導(dǎo)電材料等提供技術(shù)保證。

2 實驗原理及方法

圖1 振動切削哈氏合金C-276纖維原理示意圖

本實驗采用哈氏合金C-276棒材進行切削，原料規(guī)格為φ100×300。在切削時通過自激振動來對哈氏合金C-276棒材進行切削，一般激振頻率控制在500～5000Hz范圍內(nèi)，每個振動周期內(nèi)該刀具都會形成一根纖維，切削纖維的絲徑通常在20～150μm間，長度就是刀具的切削寬度，具體原理如圖1所示。

切削時金屬切削層的變形程度會影響到金屬纖維的表面和截面形貌，一般來說，當(dāng)?shù)毒叩那邢魉俣葀較低、進給量f變大時，纖維的形成會困難，生產(chǎn)效率降低，而且刀刃刮削坯料表面嚴(yán)重。這會使得金屬纖維表面形狀尺寸不規(guī)則，形貌粗糙，絲徑偏差較大。金屬纖維截面的形狀主要取決于坯料前后兩轉(zhuǎn)的振動角度差，刀具角度差的不同，刀刃切入坯料的部位以及在坯料內(nèi)的切削路徑的差異，導(dǎo)致金屬纖維截面形狀的不同。切削纖維的形貌與切削速度v、進給量f、振動角度都有密切關(guān)系[4，5]。

3 切削工藝參數(shù)研究

3.1 刀具幾何角度

振動切削產(chǎn)生纖維的條件是振動位移δx與進給量f的關(guān)系應(yīng)滿足：

δx≥4.8f，

式中：δx——振動位移（μm）；

f——每轉(zhuǎn)進給量（μm）。

要滿足這關(guān)系式，一是盡量選取小進給量，二是增大振動位移δx（δx為振幅的2倍）。刀具幾何角度中，對振位移影響較大的是前角及后角。圖3為前角對振動位移的影響，圖4為后角對振動位移的影響，由圖可見為增大振動位移，應(yīng)取較小前角和較大后角。通過試驗，當(dāng)前刀角度在4°，后刀角度在6.5°時，所生產(chǎn)的哈氏合金C-276纖維較好。

圖2 前角對振動位移的影響

圖3 后角對振動位移的影響

3.2 切削速度v和進給量f

采用振動切削加工纖維時，刀具切削坯料的深度可以控制纖維的長短，而切削速度v和進給量f是影響到纖維形貌、表面質(zhì)量、絲徑均勻性的最關(guān)鍵的參數(shù)的。振動切削時刀具系統(tǒng)的固有頻率、切削速度、進給量會最終決定是否能切出纖維。對具有一定的彈性刀桿，當(dāng)其固有頻率確定時，則切削速度v及進給量f只在較窄的變動范圍內(nèi)才能切出纖維。通常來說：當(dāng)加工絲徑較細(xì)的纖維時，可以通過較大振動頻率來提高生產(chǎn)效率；當(dāng)加工粗纖維時，則通過增大切削速度v或進給量f來提高生產(chǎn)效率。

圖5是切削哈氏合金C-276纖維時，形成成品纖維時不同切削速度和進給量的范圍。圖5中有剖面線陰影部分即為纖維形成區(qū)域，可以看出刀具形成纖維的切削速度V為70～150m/min，進給量f為2～18μm/r。為提高生產(chǎn)率，切削速度可取90～130m/min，根據(jù)切削纖維直徑選擇不同的進給量。圖6為進給量與纖維直徑的關(guān)系。

圖4 纖維形成區(qū)域

圖5 進給量與纖維直徑的關(guān)系

3.3 刀具材料的選擇

振動切削金屬纖維時，刀具不斷碰撞切削坯料，刀刃除了受很大壓力外，還要受到極大的沖擊力，容易產(chǎn)生崩刃，因此，刀具材料要有足夠的硬度和韌性。目前，用于切削金屬纖維的硬質(zhì)合金材料牌號有：YT5、YG8、YG10H、YW1、YW2、YK15、YK20、YS2T 等，這些材料都有較高的硬度（HRA89～91.5），較大的抗彎強度（1.2～1.5GPa）和較好的沖擊韌性（300～400Pa），其中YW是鎢鈦鉭（鈮）鈷類的硬質(zhì)合金刀具。YW1的抗彎強度1.17GPa，硬度HRA91.5，生產(chǎn)哈氏合金C-276纖維所使用刀具為YW1材料，可以滿足生產(chǎn)需要。生產(chǎn)出的切削纖維如如圖6所示。

圖6 切削哈氏合金形貌

4 結(jié)束語

振動切削金屬纖維時，加工中的指標(biāo)之間是相互聯(lián)系，相互影響，切削金屬纖維的各指標(biāo)參數(shù)共同決定了各終端產(chǎn)品的性能參數(shù)。需要依據(jù)材料本身的性能參數(shù)，選擇合適的刀具，調(diào)整好刀具的角度以及合適切削速度和進給量，才是生產(chǎn)哈氏合金C-276的必須條件。

[1]李加種.金屬纖維的形成機理及切削規(guī)律[J].制造技術(shù)與機床，1994，（3）：46～49.

[2]周澤華.金屬切削原理[M].上海：科學(xué)技術(shù)出版社，1993：30～72.

[3]李黎，習(xí)寶田，楊永福.切削纖維板時表面涂層硬質(zhì)合金刀具的磨損[J].木材加工機械，2003，14（6）：5～8.

[4]明冬蘭，萬珍平，張發(fā)英，等.連續(xù)型金屬長纖維切削加工的研究[J].工具技術(shù)，1998（7）：9～11.

[5]萬珍平，劉小康，湯勇.多齒切削加工微細(xì)金屬長纖維的截面形成機理[J].現(xiàn)代制造工程，2005（s1）：15～18.