鋯合金的切削加工

西安泵閥總廠有限公司 (陜西 710025) 丁 勃

我公司根據市場需求開發了鋯材泵閥產品。主要涉及的是鋯合金:Zr702鑄件和Zr705棒料鍛件。鋯對多種酸 (如鹽酸、硝酸、硫酸和醋酸)、堿和鹽具有優良的抗蝕性，鋯合金在300～400℃的高溫高壓水和蒸汽中具有良好的耐蝕性能。

1.鋯合金的切削特點

(1)切削力大。鋯合金的強度和硬度較高，塑性變形抗力大，且冷硬現象較嚴重，所以切削力很大。同時，鋯合金在空氣中易形成氧化層，氧化表層的強度和硬度更高，因此單位面積承受的切削力更大。

(2)切削溫度高。鋯合金的導熱率小，切削熱都集中在刀刃和切屑上，這不僅加速刀具的磨損，還易造成切屑的氧化。同時鋯合金燃點極低，容易引起燃燒，發生事故。

(3)表面質量差。鋯合金具有很高的化學活性，易與大氣中的氧和氮相互作用。切削加工產生的熱量，往往造成切屑和工件表面的氧化，限制切削速度的提高，影響表面質量。再加上鋯合金對刀具材料的化學親和性，切屑很容易粘附在刀刃上，這使得刀具跟工件之間的摩擦力劇增，摩擦產生的大量熱量使得刀具壽命大大降低，同時也降低了表面粗糙度質量，影響表面質量。

2.鋯合金切削條件的確定

(1)刀具材料的選擇。根據鋯合金的切削特點，要求刀具材料的硬度和強度高，同時要有好的耐磨性和耐熱性，且與鋯合金的親和性差。經多次反復試驗，YG類的硬質合金比較合適。比較好用的硬質合金牌號有YG6X、YG8。但鉆孔時我們采用高鈷高速鋼材質、短柄、加大鉆心厚度的麻花鉆，且必須適時更換刀具。

(2)刀具幾何參數的選擇。前角γo:為了減少高合金的切削變形和切削溫度，充分散熱，一般粗車時前角取10°左右，精車時前角取 5°～7°效果較好。

后角αo:鋯合金的彈性模量小，冷硬現象嚴重，其粗、精車后角取16°～17°效果更佳。

主偏角κr和副偏角κr':在保證車床系統剛性的前提條件下，粗車時主偏角取45°，精車時主偏角取30°;為了提高表面加工質量和利于散熱，副偏角取12°左右比較合適。

刃傾角λ:粗加工時取λ=4°;精車時為了避免切屑劃傷已加工表面，取λ=0°可達到預期效果。

刀尖圓弧半徑rε:為了防止刀尖崩裂和磨損，磨出刀尖rε=0.5～1.0 mm效果良好。

(3)切削用量的選擇。根據鋯合金的切削特點，必須采用低的切削速度、大的進給量和切削深度。經多次試驗后，如附表所示數據比較適用。

(4)切削液的選擇。鋯合金的切削液采用導熱系數大、比熱大和汽化熱大的極壓乳化液，充分、快速、大流量澆注切削液，條件具備時高壓冷卻效果最好。因為鋯合金燃點低，絕不允許干切。

3.鋯合金的磨削

磨削時砂輪采用綠碳化硅材質，粒度60#，硬度等級為J，組織號為7，結合劑為陶瓷。根據我們提供的材料特性，供應商專門配置了急速降溫冷卻液，其效果較好。工件轉速為35 r/min，進給量一定要足夠小 (＜0.01 mm/r)。軸類零件中心孔必須及時研磨，才能夠保證磨削質量。

4.鋯合金的銑削

根據我公司產品特點，鋯合金銑削主要是軸類零件鍵槽的銑削，我們選用YG8硬質合金鍵槽銑刀。考慮到鋯合金的燃點比較低，轉速大容易著火。經過多次試驗，對于軸類零件鍵槽，先用一個比實際寬度小2 mm的鍵槽銑刀粗銑，采用低轉速180 r/min。同時考慮對刀精確性，裝夾好刀具和工件鎖定不再調整，只是更換刀頭。粗銑完，換上與實際寬度等寬的銑刀，采用280 r/min轉速。一次銑成效果比較好。

5.鋯合金加工的其他注意事項

根據我們的加工經驗，鋯合金燃點低，易自燃，鋯屑必須儲存于盛水容器中。

鋯合金在加工過程中容易受鐵的污染產生電偶腐蝕，在加工中必須避免污染，采用專用量具，最好在機加完成以后進行化學鈍化處理或者陽極化處理，消除鐵污染。采用鄰菲羅啉溶液檢測鐵離子。