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浅述淬火钢切削加工之技术简介
点击次数:2720 发布时间:2010-10-15

浅述淬火钢切削加工之技术简介

       淬火钢是指金属经过淬火后,组织为马氏体,硬度大于HRC50的钢。它在难切削材料中占有相当大的比重。

加工淬火钢的传统方法是磨削。但为了提高加工效率,解决工件形状复杂而不能磨削和淬火后产生形状和位置误差的问题,往往就需要采用车削、铣削、镗削、钻削和铰削等切削加工方法。淬火钢在切削时有以下特点:

(1)硬度高、强度高,几乎没有塑性:这是淬火钢的主要切削特点。当淬火钢的硬度达到HRC50~60时,其强度可达σb=2100~2600MPa,按照被加工材料加工性分级规定,淬火钢的硬度和强度均为9*,属于zui难切削的材料。

(2)切削力大、切削温度高:要从高硬度和高强度的工件上切下切屑,其单位切削力可达4500MPa。为了改善切削条件,增大散热面积,刀具选择较小的主偏角和副偏角。这时会引起振动,要求要有较好的工艺系统刚性。

(3)不易产生积屑瘤:淬火钢的硬度高、脆性大,切削时不易产生积屑瘤,被加工表面可以获得较低的表面粗糙度。

(4)刀刃易崩碎、磨损:由于淬火钢的脆性大,切削时切屑与刀刃接触短,切削力和切削热集中在刀具刃口附近,易使刀刃崩碎和磨损。

(5)导热系数低:一般淬火钢的导热系数为7.12W/(m•K),约为45号钢的1/7。材料的切削加工性等级是9*,属于很难切削的材料。由于淬火钢的导热系数低,切削热很难通过切屑带走,切削温度很高,加快了刀具磨损。

怎样选择切削淬火钢的刀具材料:

合理选择刀具材料,是切削加工淬火钢的重要条件。根据淬火钢的切削特点,刀具材料不仅要有高的硬度、耐磨性、耐热性,而且要有一定的强度和导热性。

(1)硬质合金:为了改善硬质合金的性能,在选择硬质合金时,应优先选择加入适量TaC或NbC的超细微粒的硬质合金。因为在WC-Co类硬质合金中,加入TaC以后,可将其原来的800℃高温强度提高150~300MPa,常温硬度提高HV40~100。加入NbC以后,高温强度提高150~300MPa,常温硬度提高HV70~150。而且TaC和NbC可以细化晶粒,提高硬质合金抗月牙洼磨损的能力。TaC还可以降低摩擦系数,降低切削温度,增强硬质合金抗热裂和热塑性变形的能力,同时也将WC的晶粒细化到0.5~1μm,其硬度提高HRA1.5~2,抗弯强度可提高600~800MPa,高温硬度比一般硬质合金高。

常用来切削淬火钢的硬质合号有:YM051、YM052、YN05、YN10、600、610、726、758、767、813等。

(2)热压复合陶瓷和热压氮化硅陶瓷:在Al2O3中加入TiC等金属元素并采用热压工艺,改善了陶瓷的致密性,提高了氧化铝基陶瓷的性能,使它的硬度提高到HRA95.5,抗弯强度可达到800~1200MPa,耐热性可达1200℃~1300℃,在使用中可减少粘结和扩散磨损。其主要牌号有AG2、AG3、AG4、LT35、LT55、AT6等。氮化硅基陶瓷是在Si3N4中加入TiC等金属元素,其硬度为HRA93~94,抗弯强度为700~1100MPa。其主要牌号有HS73、HS80、F85、ST4、TP4、SM、HDM1、HDM2、HDM3。这两种陶瓷适用于车、铣、镗、刨削淬火钢。

(3)立方氮化硼复合片(PCBN)刀具:它的硬度为HV8000~9000,复合抗弯强度为900~1300MPa,导热性比较高,耐热性为1400℃~1500℃,是刀具材料中zui高的。它十分适合于淬火钢的半精加工和精加工。

综上所述,切削淬火钢的刀具材料是立方氮化硼,其次是复合陶瓷,再其次是新牌号硬质合金。

怎样选择切削淬火钢刀具的几何参数:

切削淬火钢时,光有好的刀具材料,而没有合理的刀具几何参数,也不能达到满意的效果。所以要根据具体的刀具材料、工件材料和切削条件,合理地选择刀具几何参数,才能有效地发挥刀具材料应有的切削性能。

(1)前角:前角的大小对切削淬火钢影响很大。由于淬火钢的硬度、强度高,切削力大,而且集中在刀具刃口附近。为了避免崩刃和打刀,前角应选零度和负值,一般γ0=-10°~0°。工件材料硬度高、断续切削时,应选较大的负前角,γ0=-10°~-30°。如果采用正前角可转位刀片时,应磨出bγ=0.5~1mm宽,γ01=-5°~-15°较大的负倒棱,以增强刀刃强度。

(2)后角:切削淬火钢刀具的后角应比一般刀具的后角大一些,以减小后刀面的摩擦,一般α0=8°~10°为好。

(3)主偏角和副偏角:为了增强刀尖强度和改善散热条件,主偏角κr=30°~60°,副偏角κ’r=6°~15°。

(4)刃倾角:刃倾角为负值时,可以增大刀尖强度。但负值太大时,会使Fp力增大,在工艺系统刚性差时,引起振动。所以在一般情况下,λs=-5°~0°;断续切削时,λs=-10°~-20°;硬齿面刮削滚刀,它的刃倾角λs=-30°。

(5)刀尖圆弧半径:它的大小影响刀尖强度和已加工表面粗糙度。因工艺系统刚性的影响,刀尖圆弧半径γε=0.5~2mm为宜。

切削淬火钢刀具,在合理选好几何参数的基础上,必须经过仔细刃磨和研鐾,提高刀具各表面的刃磨质量,使刀具耐用度得到提高。

怎样选择切削淬火钢时的切削用量:

切削加工淬火钢的切削用量,主要根据刀具材料、工件材料的物理力学性能、工件形状、工艺系统刚性和加工余量来选择。在选择切削用量三要素时,首先考虑选择合理的切削速度,其次是切削深度,再其次是进给量。

(1)切削速度:一般的淬火钢耐热性在200℃~600℃,而硬质合金的耐热性为800℃~1000℃,陶瓷刀具的耐热性为1100℃~1200℃,立方氮化硼的耐热性为1400℃~1500℃。除高速钢外,一般淬火钢达到400℃左右时,它的硬度开始下降,而上述刀具材料仍保持它原有的硬度。所以在切削淬火钢时,充分利用上述这一特性,切削速度不宜选择太低或太高,以保持刀具有一定的耐用度。从目前的经验来看,不同的刀具材料切削淬火钢的切削速度,硬质合金刀具Vc=30~75m/min;陶瓷刀具Vc=60~120m/min;立方氮化硼刀具Vc=100~200m/min。在断续切削和工件材料硬度太高时,应降低切削速度,一般约为上面zui低切削速度的1/2。在连续切削时的*切削速度,以切下的切屑呈暗红色为宜。

(2)切削深度:一般根据加工余量和工艺系统刚性选择,一般情况下,αp=0.1~3mm。

(3)进给量:一般为0.05~0.4mm/r。在工件材料硬度高或断续切削时,为了减小单位切削力,应当减小进给量,以防崩刃和打刀。

怎样用陶瓷刀具切削淬火钢:

采用陶瓷刀具材料切削淬火钢,比用硬质合金切削淬火钢,有其显著的效果。这主要表现在陶瓷刀具的硬度和耐热性高于硬质合金。用它来制造的车刀、铣刀、螺纹刀具,均可成功地切削淬火钢,其耐用度均高于YT05、643、YM052等硬质合金。

(1)充分发挥陶瓷刀具材料硬度和耐热性比硬质合金高这一特点,选择的切削速度应高于硬质合金切削淬火钢的切削速度,一般高50%。如在切削速度50m/min时,陶瓷刀具的后刀面磨损量与硬质合金接近。当切削速度增至95m/min时,它的耐磨性远远高于YT05等硬质合金。如用陶瓷刀片作成的三面刃铣刀,以102m/min的切削速度铣完深5.2mm、宽16mm、长700mm的淬火钢键槽,刀具基本上无磨损。

(2)陶瓷刀具在切削中受冲击载荷时,刀具应选择小的主偏角、大的刀尖圆弧或采用圆形刀片,以增加刀尖强度,避免刀具损坏。如采用圆形陶瓷刀片作成的机夹端铣刀,铣削淬火钢,Vc=120~150m/min,Vf=230~290mm/min,αp=1~2mm。

(3)应采用负前角和负刃倾角,以利于增加刀刃和刀尖强度。刀刃和刀面的粗糙度Ra要小于0.4μm。

(4)切削时一般不用切削液,若要用,要自始至终充分供给,否则刀片会因热胀冷缩而产生裂纹。

(5)陶瓷刀具的抗弯强度低于硬质合金的抗弯强度,为了减小刀具单位面积受力,切削时进给量要小一些,一般为f=0.08~0.15mm/r。

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