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| 沈陽第一機床廠淬火鋼的切削加工 | | 發布者：admin 日期：2012/6/11 點擊：1200 | | | 1．沈陽第一機床廠什么是淬火鋼?它有哪些切削特點？ 淬火鋼是指沈陽第一機床廠金屬經過淬火后，組織為馬氏體，硬度大于HRC50的鋼。它在難切削材料中占有相當大的比重。 加工淬火鋼的傳統方法是磨削。但為了提高加工效率，解決工件形狀復雜而不能磨削和淬火后產生形狀和位置誤差的問題，往往就需要采用車削、銑削、鏜削、鉆削和鉸削等切削加工方法。淬火鋼在切削時有以下特點： (1)硬度高、強度高，幾乎沒有塑性：這是淬火鋼的主要切削特點。當淬火鋼的硬度達到HRC50～60時，其強度可達σb=2100～2600 MPa，按照被加工材料加工性分級規定，淬火鋼的硬度和強度均為9a級，屬于最難切削的材料。 (2)切削力大、切削溫度高：要從高硬度和高強度的工件上切下切屑，其單位沈陽第一機床廠切削力可達4500 MPa。為了改善切削條件，增大散熱面積，刀具選擇較小的主偏角和副偏角。這時會引起振動，要求要有較好的工藝系統剛性。 (3)不易產生積屑瘤：淬火鋼的硬度高、脆性大，切削時不易產生積屑瘤，被加工表面可以獲得較低的表面粗糙度。 (4)刀刃易崩碎、磨損：由于淬火鋼的脆性大，切削時切屑與刀刃接觸短，切削力和切削熱集中在刀具刃口附近，易使刀刃崩碎和磨損。 (5)導熱系數低：一般淬火鋼的導熱系數為7.12 W/(m•K)，約為45號鋼的1/7。材料的切削加工性等級是9a級，屬于很難切削的材料。由于淬火鋼的導熱系數低，切削熱很難通過切屑帶走，切削溫度很高，加快了刀具磨損。2．怎樣選擇切削淬火鋼的刀具材料？ 合理選擇刀具材料，是切削加工淬火鋼的重要條件。根據淬火鋼的切削特點，刀具材料不僅要有高的硬度、耐磨性、耐熱性，而且要有沈陽第一機床廠一定的強度和導熱性。 (1)硬質合金：為了改善硬質合金的性能，在選擇硬質合金時，應優先選擇加入適量TaC或NbC的超細微粒的硬質合金。因為在WC-Co類硬質合金中，加入TaC以后，可將其原來的800℃高溫強度提高150～300 MPa，常溫硬度提高HV40～100。加入NbC以后，高溫強度提高150～300MPa，常溫硬度提高HV70～150。而且TaC和NbC可以細化晶粒，提高硬質合金抗月牙洼磨損的能力。TaC還可以降低摩擦系數，降低切削溫度，增強硬質合金抗沈陽第一機床廠熱裂和熱塑性變形的能力，同時也將WC的晶粒細化到0.5～1μm，其硬度提高HRA1.5～2，抗彎強度可提高600～800 MPa，高溫硬度比一般硬質合金高。 常用來切削淬火鋼的硬質合金牌號有：YM051、YM052、YN05、YN10、600、610、726、758、767、813等。 (2)熱壓復合陶瓷和熱壓氮化硅陶瓷：在Al2O3中加入TiC等金屬元素并采用熱壓工藝，改善了陶瓷的致密性，提高沈陽第一機床廠了氧化鋁基陶瓷的性能，使它的硬度提高到HRA95.5，抗彎強度可達到800～1200 MPa，耐熱性可達1200℃～1300℃，在使用中可減少粘結和擴散磨損。其主要牌號有AG2、AG3、AG4、LT35、LT55、AT6等。氮化硅基陶瓷是在Si3N4中加入TiC等金屬元素，其硬度為HRA93～94，抗彎強度為700～1100 MPa。其主要牌號有HS73、HS80、F85、ST4、TP4、SM、HDM1、HDM2、HDM3。這兩種陶瓷適用于車、銑、鏜、刨削淬火鋼。 (3)立方氮化硼復合片(PCBN)刀具：它的硬度為HV8000～9000，復合抗彎強度為900～1300 MPa，導熱性比較高，耐熱性為1400℃～1500℃，是刀具材料中最高的。它十分適合于淬火鋼的半精加工和精加工。 綜上所述，切削淬火鋼最好的刀具材料是立方氮化硼，其次沈陽第一機床廠是復合陶瓷，再其次是新牌號硬質合金。3．怎樣選擇切削淬火鋼刀具的幾何參數？ 切削淬火鋼時，光有好的刀具材料，而沒有合理的刀具幾何參數，也不能達到滿意的效果。所以要根據具體的刀具材料、工件材料和切削條件，合理地選擇刀具幾何參數，才能有效地發揮刀具材料應有的切削性能。 (1)前角：前角的大小對切削淬火鋼影響很大。由于淬火鋼的硬度、強度高，切削力大，而且集中在刀具刃口附近。為了避免崩刃和打刀，前角應選零度和負值，一般γ0=-10°～0°。工件材料硬度高、斷續切削時，應選較大的負前角，γ0=-10°～-30°。如果采用正前角可轉位刀片時，應磨出bγ=0.5～1 mm寬，γ01=-5°～-15°較大的負倒棱，以增強刀刃強度。 (2)后角：切削淬火沈陽第一機床廠鋼刀具的后角應比一般刀具的后角大一些，以減小后刀面的摩擦，一般α0=8°～10°為好。 (3)主偏角和副偏角：為了增強刀尖強度和改善散熱條件，主偏角κr =30°～60°，副偏角κ’r=6°～15°。 (4)刃傾角：刃傾角為負值時，可以增大刀尖強度。但負值太大時，會使Fp力增大，在工藝系統剛性差時，引起振動。所以在一般情況下，λs=-5°～0°；斷續切削時，λs=-10°～-20°；硬齒面刮削滾刀，它的刃傾角λs=-30°。 (5)刀尖圓弧半徑：它的大小影響刀尖強度和已加工表面粗糙度。因工藝系統剛性的影響，刀尖圓弧半徑γε=0.5～2 mm為宜。 切削淬火鋼刀具，在合理選好幾何參數的基礎上，必須經過仔細刃磨和研鐾，提高刀具各表面的刃磨質量，使刀具耐用度得到提高。 4．怎樣選擇切削淬火鋼時的切削用量？ 切削加工淬火鋼的切削用量，主要根據刀具材料、工件材料的物理力學性能、工件形狀、工藝系統剛性和加工余量來選擇。在選擇沈陽第一機床廠切削用量三要素時，首先考慮選擇合理的切削速度，其次是切削深度，再其次是進給量。 (1)切削速度：一般的淬火鋼耐熱性在200℃～600℃，而硬質合金的耐熱性為800℃～1000℃，陶瓷刀具的耐熱性為1100℃～1200℃，立方氮化硼的耐熱性為1400℃～1500℃。除高速鋼外，一般淬火鋼達到400℃左右時，它的硬度開始下降，而上述刀具材料仍保持它原有的硬度。所以在切削淬火鋼時，充分利用上述這一特性，切削速度不宜選擇太低或太高，以保持刀具有一定的耐用度。從目前的經驗來看，不同的刀具材料切削淬火鋼的切削速度，硬質合金刀具Vc=30～75 m/min；陶瓷刀具Vc=60～120 m/min；立方氮化硼刀具Vc=100～200 m/min。在斷續切削和工件材料硬度太高時，應降低切削速度，一般約為沈陽第一機床廠上面最低切削速度的1/2。在連續切削時的最佳切削速度，以切下的切屑呈暗紅色為宜。 (2)切削深度：一般根據加工余量和工藝系統剛性選擇，一般情況下，αp=0.1～3 mm。 (3)進給量：一般為0.05～0.4 mm/r。在工件材料硬度高或斷續切削時，為了減小單位切削力，應當減小進給量，以防崩刃和打刀。 5．怎樣用陶瓷刀具切削淬火鋼? 采用陶瓷刀具材料切削淬火鋼，比用硬質合金切削淬火鋼，有其顯著的效果。這主要表現在陶瓷刀具的硬度和耐熱性高于硬質合金。用它來制造的車刀、銑刀、螺紋刀具，均可成功地切削淬火鋼，其耐用度均高于YT05、643、YM052等硬質合金。 (1)充分發揮陶瓷刀具材料硬度和耐熱沈陽第一機床廠性比硬質合金高這一特點，選擇的切削速度應高于硬質合金切削淬火鋼的切削速度，一般高50％。如在切削速度50 m/min時，陶瓷刀具的后刀面磨損量與硬質合金接近。當切削速度增至95 m/min時，它的耐磨性遠遠高于YT05等硬質合金。如用陶瓷刀片作成的三面刃銑刀，以102 m/min的切削速度銑完深5.2 mm、寬16 mm、長700 mm的淬火鋼鍵槽，刀具基本上無磨損。 (2)陶瓷刀具在切削中受沖擊載荷時，刀具應選擇小的主偏角、大的刀尖圓弧或采用圓形刀片，以增加刀尖強度，避免刀具損壞。如采用沈陽第一機床廠圓形陶瓷刀片作成的機夾端銑刀，銑削淬火鋼，Vc=120～150 m/min，Vf=230～290 mm/min，αp =1～2 mm。 (3)應采用負前角和負刃傾角，以利于增加刀刃和刀尖強度。刀刃和刀面的粗糙度Ra要小于0.4μm。 (4)切削時一般不用切削液，若要用，要自始至終充分供給，否則刀片會因熱脹冷縮而產生裂紋。 (5)陶瓷刀具的抗彎強度低于硬質合金的抗彎強度，為了減小刀具單位面積受力，切削時進給量要小一些，一般為f=0.08～0.15 mm/r。 6．怎樣使用立方氮化硼刀具切削淬火鋼? 立方氮化硼刀具(CBN)不僅是制造磨具的好材料，而且它容易修磨(可用金剛石磨輪刃磨)，也是用于制造車刀、鏜刀、銑刀、槍鉆、鉸刀、齒輪刀具等的好材料。CBN主要用來切削各種淬火鋼，也可用來切削其他難切削材料。它不僅有很高的金屬切除率，而且有很好的表面加工質量。切削各種淬火鋼可以有效地代替磨削，減少加工工序，提高生產率。現在市場上所銷售的CBN刀片，大都以它與硬質合金復合片的形式，作成可轉位刀片或刀具，其目的就是提高CBN刀片的抗彎強度。 由于CBN刀具的硬度高(HV8000～9000)，耐熱性高(1400℃～1500℃)，在使用時能沈陽第一機床廠允許以高于硬質合金幾倍的切削速度切削淬火鋼，而耐用度是硬度合金的幾倍到幾十倍。切削淬火鋼時CBN刀具與硬質合金刀具對比。 國內生產CBN刀片的廠家有成都工具研究所，生產的牌號為LDP—J；第六砂輪廠生產的DLS—F1、DLS—F2、DLS—F3。還有不少廠家生產CBN可轉位刀片和焊接刀。LDP—J和DLS—F1主要用于切削各種淬火鋼。DLS—F2主要用于切削各種鑄鐵。DLS—F3主要用于切削高溫合金和鈦合金。 CBN刀具不適于低速切削，CBN刀具靠切削時所產生的切削熱，在切削區微小的范圍內軟化工件材料來切削的。 在切削硬度為HRC55～65的材料時，CBN刀具的切削速度應在50～120m／min。銑削時的Vc=100～160 m/min，每分鐘進給量Vf=70～160 mm/min；鉸削時Vc=60～130 m/min，ap=0.1～0.2 mm，f=0.07～0.2 mm/r。CBN刀具主要用于淬火鋼的半精加工和精加工。其加工表面不會像沈陽第一機床廠磨削那樣產生燒傷現象，效率比磨削高十倍左右。 CBN刀具切削淬火鋼時的幾何參數是γ0=-15°～-5°，α0=α’0=10°～15°，κr =30°～60°，κ’r=5°～15°，λs =0°～10°，γε=0.3～1 mm。 7．用CBN刀具切削淬火鋼時，在哪些情況下代替磨削最為有效？ (1)在數控機床上切削復雜的表面和幾個復雜的表面，代替磨削工序，可以減少1/3～2/3的勞動量，而且能保證很高的位置精度。 (2)形狀復雜的內孔或小孔。如采用磨削，要求砂輪的形狀也相應復雜，有的時候無法磨削，這時采用車削最為有利。(3)一個零件幾個表面(外圓、內孔、端面、階臺、溝槽)都需磨削，這時采用車削，一道工序即可完成，可減去磨削用的工裝。(4)零件淬火后易變形和留余量小時易造成廢品，這時可留余量大一些，待淬火后，再用CBN刀具切除多余余量，再磨削，以減少因變形大而產生的廢品。(5)在加工載荷變動量很大的，困難條件下使用的表面高頻零件，采用CBN刀具加工，工件表面組織和物理力學沈陽第一機床廠性能較磨削時好，可以延長零件的使用壽命。8．怎樣車削淬火鋼滾絲輪的螺紋？淬火后滾絲輪的螺紋，一般都采用螺紋磨床磨削。但為了提高加工效率和解決沒有螺紋磨的困難，也可采用車削的方法加工。(1)滾絲輪的技術要求：坯料材質為Cr12MoV合金工具鋼，經淬火后硬度為HRC59，牙距為1.5mm，螺紋頭數為10頭，半角α/2＝30º±25'，牙深為0.922mm，牙尖高h1＝(0.435±0.042)mm，牙根高h2＝(0.487(＋0.010/－0.029)mm。(2)機床與刀具：機床是大連生產的8955型290mm鏟齒車床，機床附件為分度盤。刀具分粗車刀和精車刀，刀具材質為YM052硬質合金。刀具幾何參數為：γ。＝－3º，α。＝5º，α'＝0º～2º，εr＝60º20'，λs＝－5º，前刀面向沈陽第一機床廠螺旋方向傾斜3º。各角度在工具磨磨好后，用金剛石油石鐾研，并在主、副刀刃和刀尖處鐾出負倒棱。(3)切削用量：切削速度26.2 m/min，粗車螺紋aP＝0.1～0.15mm，精車aP＝0.05～0.08mm。在車削中，每走一次刀，分一次頭，以保證每齒均勻地去除余量。(4)注意事項：為了防止切入切出時刀尖崩刀，在螺紋的兩端各倒30º角。為了準確地控制每次吃刀深度，在橫向進刀放一百分表。9.怎樣鉆取出在螺紋孔中折斷的絲錐？用絲錐攻螺紋時，稍微不慎或攻難切削材料的螺紋，往往把絲錐扭斷在孔中，不易取出，使工件成為廢品。為了減少廢品，采用電火花把斷在孔中的絲錐打掉或用硬質合金鉆頭鉆掉。采用硬質合金沈陽第一機床廠鉆的辦法簡單，工人易掌握。(1)刀具：用硬質合金圓棒，磨成如圖2-1所示的四棱鉆，材質為YG6X或YM052、813等。鉆頭直徑應大于絲錐心部直徑。(2)操作注意事項：在校正好鉆頭和孔的位置后，要把鉆頭和工件固定好。斷在螺孔中的絲錐頭部不平整，開始鉆時一定要慢，以免傷了螺孔和把孔鉆歪。鉆時的切削速度為20～25m/min，要隨時觀察鉆削的情況，及時清除絲錐的碎塊和切屑，直到把斷在孔中的絲錐鉆掉。10.怎樣用高速鋼鉆頭鉆削硬材料？這里所說的硬材料是指熱處理后，其硬度為HRC38～42的材料，或在零件表面經過滲碳、氰化、鍍鉻后，有一層硬化層的表面。在這樣沈陽第一機床廠硬的材料或表面上鉆孔，十分困難，有時只能在表面上鉆出一個小坑，鉆頭就發出吱吱叫聲，出現嚴重磨損。這時在沒有硬質合金鉆頭的情況下，可采用改變了幾何參數的高速鋼鉆頭，也能成功地鉆削上述硬材料。鉆硬材料群鉆參數見圖2-2。為了增加刀刃強度，改善散熱條件，采用了減小前角、加大圓弧槽半徑和外緣刃的刀尖角的辦法。鉆頭的幾何參數如圖2-2所示。鉆孔時應選較短的鉆頭，以增強鉆頭的剛性。工件剛性不足時要增加輔助支承。鉆削用量一般選取νc＝2～5m/min，進給量f＝0.03～0.05mm/r或手動進給。切削液應沈陽第一機床廠選用切削油或極壓切削油。11．用立方氮化硼磨輪磨削高速鋼有哪些優點？高速鋼是淬火鋼中有特殊用途的鋼種。立方氮化硼磨輪特別適用于磨削高速鋼。由剛玉砂輪磨削高速鋼，特別是磨高釩高速鋼時，磨削力大，磨削溫度高，易發生燒傷，磨粒磨損快，易堵塞，易脫粒，磨削困難。如用立方氮化硼磨輪磨削W18Cr4V、W2Mo9Cr4VCo8、W6Mo5Cr4V5SiNbA1、W6Mo5Cr4V5Co3SiNbA1、W10Mo4Cr4V3A1等5種高速鋼的試棒時，累計磨去17 mm，磨輪仍然很鋒利。又如用鍍銅的立方氮化硼磨粒的磨輪，磨削W6Mo5Cr4V5SiNbA1高速鋼拉刀，可磨150個刀齒，而用白剛玉砂輪一個刀齒也磨不動，單晶沈陽第一機床廠剛玉加微晶剛玉砂輪只能磨出7～8個刀齒。立方氮化硼磨輪磨削高速鋼有很高的耐用度。它的磨損量是單晶剛玉的1/64，是綠色碳化硅的1/104，是白剛玉的1/99。立方氮化硼磨輪磨削高速鋼有很高的磨削比。用它磨削高釩高速鋼(W12Cr4V5Co)的磨削比為140，而剛玉類砂輪是10，金剛石磨輪是16。用它磨削超硬高速鋼(W2Mo9Cr4VCo8)的磨削比為660，而剛玉砂輪是10，金剛石磨輪是18。用它磨削鎢鉬高速鋼(W6Mo5Cr4V2)的磨削比為980，剛玉類砂輪為10，金剛石磨輪的磨削比為20。立方氮化硼磨輪磨削高速鋼時可以避免燒傷。當用剛玉砂輪磨削高速鋼時，很快就磨損，如不及時修整，就會出現燒傷，影響磨削質量。而立方氮化硼磨輪，直到磨耗完也不需要修整，也不會出現燒傷。立方氮化硼磨輪有很高的切削能力，單位磨削功率比剛玉砂輪小2/3～5/6。12.切削淬沈陽第一機床廠火鋼的實例有哪些？淬火鋼的切削，是難切削材料最有代表性的一種。以前人們認為它硬度高，只能磨削。現在由于切削技術的進步，以車削、銑削、刨削和鉆削代替磨削也習以為常了。(1)車冷鐓軸承滾子模具頂桿，材質為合金工具鋼Crl2MoV，淬火后硬度為HRC62～66。由于工件細長，怕淬火，變形大，留了2 mm的余量，給磨削帶來困難，改為車削。采用LT55的陶瓷車刀，刀具幾何參數是：γ。＝－8º，α。＝8º，κr＝75º，κ'r＝15º，γε＝0.5mm。切削用量是：νc＝35 m/min，aP＝0.3～0.5mm，f＝0.1～0.2mm/r。刀具耐用度為25min，表沈陽第一機床廠面粗糙度為Ra＝3.2～1.6μm。(2)刨淬火后的高速鋼，材質為W18Cr4V，硬度為HRC64，工件尺寸120mm×40mm。刀具材料為YM052硬質合金。刀具幾何參數是：γ。＝－10º，α。＝6º～8º，κr＝45º，κ'r＝15º，γs＝－10º，γε＝1mm。切削用量是：νc＝8 m/min，aP＝0.5～0.8mm，f＝0.1～0.15mm/行程，刀具耐用度為21min，表面粗糙度為Ra＝3.2μm。(3)用立方氮化硼刀具車削淬火后的軸承鋼(GCrl5)，硬度為HRC62。工件為軸承外環。刀具幾何參數是：γ。＝－6º，α。＝8º，κr＝45º，κ'r＝45º，γε＝1.2mm，λs＝0º。切削用量是：νc＝115 m/min，aP＝0.3mm，f＝0.1～0.2 mm/r。刀具耐用度為55min，表面粗糙度為Ra＝1.6μm。(4)鉆鉸淬火鋼小孔，工件材質為GCrl5，淬火后的沈陽第一機床廠硬度為HRC58～60。鉆孔直徑為聲ψ4(＋0.03,0)mm，深為10mm。此孔是產品改進后加鉆的。鉆頭和鉸刀的材質為YG6X硬質合金，鉆頭形式為非標準麻花鉆，鉸刀為雙刃鉸刀，采用鉆鉸兩道工序，使用的機床是臺式鉆床。切削速度為νc＝15.5 m/min，手動進給。刃磨一次鉆頭可沈陽第一機床廠鉆100多個孔，鉸孔200個以上，質量完全符合工藝要求。
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