淬硬钢材料切削加工技术探讨

邱彩云

摘要：随着航空、航天、石油、化工、冶金和食品等工业的蓬勃发展，淬硬钢材料已得到广泛应用，而淬硬钢材料硬度高、强度大，在加工过程中常出现刀具快速磨损、崩刃的情况，造成对工件的损伤；或者效率低下，达不到预期的效果，为提高加工效率和工件质量，正确选择刀具材料、车刀几何参数和切削用量至关重要。关键词：淬硬钢；刀具材料；车削；切削用量ブ型挤掷嗪牛篢Q330.4+2

文献标识码：A

文章编号：16723198(2009)180310011引言近年来，机械制品多功能、高功能化的发展势头十分强劲，要求零件必须实现小型化、微细化。为了满足这些要求，则所用材料必须具有高硬度、高韧性和高耐磨性，而具有这些特性的材料其加工难度也特别大，如淬硬钢材料 ，如果不熟悉其可加工性，就无法选择合适的刀具材料 、几何参数和切削用量，也就无法保证其生产效率，甚至无法加工或保证不了加工质量，这是机械加工中的难题。2淬硬钢材料的特点ゴ阌哺滞ǔＶ复慊鸷缶哂新硎咸遄橹，硬度高，强度也高，几乎没有塑性的工件材料。当淬硬钢的硬度>55HRC时，其强度sb约为2100-2600N/mm2。在车削过程中，有时会遇到经淬火后钢的硬度在40-60HRC，这类淬硬钢的车削特点有：(1)淬硬钢硬度高，塑性变形差，单位切削阻力大，如45钢硬度为44 HRC，较正火状态下的单位切削阻力高35%；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。(2)淬硬钢热导率底，由于切削阻力大切削温度高，如硬度为44 HRC 45钢的切削温度比正火状态下高45%左右，这样使刀具磨损加剧。(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。3刀具材料的选择フ确选用刀具材料是保证高效率加工淬硬钢的决定因素。根据淬硬钢的切削特点，刀具材料应具备足够的强度、韧性、高硬度和高耐磨性，常用的刀具材料有硬质合金和高速钢两大类，而对于进行粗车加工时，由于切削量大、振动大，必须选用具有较高强度和耐冲击性的刀片。我们一般选用YA6和YN05硬质合金刀片。对淬火钢零件进行精车加工时，对刀片硬度、耐磨性和耐热性要求较高，我们通常选用YT15和YT30硬质合金刀片。此类刀片的韧性和抗弯强度不高，磨削性能和焊接性能也较差，更适合用于精加工。对淬硬钢材料进行直径较小(如20-30mm)的内孔加工时，可选用YT10和YT30硬质合金刀片制造拉铰刀，这种刀具既可保证内孔的尺寸精度，又可获得良好的加工表面粗糙度。4刀具几何角度的选择(1)车刀前角γ0的选择。前角是刀具上最重要的一个角度，它的大小直接影响着刀刃的锐利与牢固程度，影响着切割作用与推挤作用的比例，决定刀具的切削性能，增大前角可以减小切屑的变形，从而减小切削力和切削功率，降低切削温度，提高刀具耐用度。但是增大前角会使楔角减小，降低刀刃强度，造成崩刃，使刀具耐用度下降。车削淬硬钢时，由于淬硬钢材料硬度高、强度大，这就要求刀具具有一定的刀尖强度，所以一般取负前角，但是，也不能片面地无限度追求刀尖强度，而使刀具的锐利程度过于削弱，从而使切削阻力过大，所以车削淬硬钢时，刀具前角宜取0°-10°，硬度越高，前角的绝对值应超大，当选用γ0=0°，需磨出2-3mm宽的负倒棱。(2)车刀后角α0的选择。在切削过程中，后角可以减小后刀面与切削表面的摩擦。若后角过大，则楔角减小，使散热条件恶化，刀具刃口强度下降，降低刀具耐用度；若后角过小，摩擦严重，则会使刃口变钝，增大切削力，增高切削温度，加剧刀具磨损。在一般情况下，后角变化不大，但必须有一个合理的数值，以利于提高刀具的耐用度。车削淬硬钢，由于刀具常采用负前角，刀刃的牢固性得到加强，所以采用较大的后角，以使刀刃保持必要的锐利性，一般刀具后角宜取6°-10°。(3)车刀主偏角Kr的选择。当切削深度ap和进给量f不变时，减小主偏角Kr可使散热条件得到改善，减少刀具损坏，使刀具切入、切出平稳。但主偏角减小又会使径向力增大，在切削时容易引起振动。

〖FQ(+138mm.170mm，X，BP，DY-W〗こ迪鞔阌哺钟不倾向性强，易产生振动，振动又会使加工硬化严重。因此，应取较小的主偏角，以提高刀尖 的强度，并减轻单位长度刀刃上的负荷，一般宜取30°-60°。(4)车刀副偏角Kr'的选择。副偏角的作用主要是减小副切削刃、副后刀面与工件已加工表面之间的摩擦。当副偏角减小时，刀尖角增大，故刀尖部分强度提高，还可以减小残留面积的高度，从而使已加工表面光洁度改善，但是，刀具与工件之间的摩擦和径向力将有所增加。副偏角增大时，其结果相反。所以车削淬硬钢时副偏角应取小值，以提高刀尖部分强度，一般取1°-2°。(5)车刀刃倾角λ璼的选择。刃倾角可控制切屑流向，当刃倾角λ璼为负值时，切屑流向已加工表面；当刃倾角λ璼为正值时，切屑流向待加工表面。为了使切屑不划伤已加工表面，在精加工时，刃倾角λ璼值为正值。当λ璼为正值时，刀尖强度低并首先接触工件，易损坏；当λ璼为负值时，刀尖强度高，耐冲击，可避免崩坏刀尖，切入、切出平稳。车削淬硬钢时，由于淬硬钢材料硬度高、强度大，要求刀尖部分强度高，所以一般刀具刃倾角宜取0°-5°。 (6)车刀刀尖圆弧半径的选择。刀尖圆弧半径的大小影响刀尖强度和已加工表面粗糙度。由于淬硬钢硬度高、强度大，在加工过程中常出现刀具快速磨损、崩刃的情况，因此选择合理的刀尖圆弧半径可改善切削加工性，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磨，提高刀具各表面的刃磨质量，使刀具耐用度得到提高。5切削用量的选择(1)要根据淬硬钢及各类毛坯的硬度等来选择切削用量；(2)要根据刀具材料、焊接质量和车刀的刃磨条件来选择切削用量；(3)要根据零件直径、加工余量和车床精度等来选择切削用量。同时由于淬硬钢加工时塑性变形差，切削阻力大，切削温度高，在采用硬质合金刀具进行加工时，切削用量应比车削一般碳钢类工件稍低些，特别是切削速度不宜过高(vc=30-45m/min /min)；切削深度ap不宜过大，以避免切削刃和刀尖崩刀，ap=0.15-0.3mm/r；因此进给量f对刀具耐用度影响不如切削速度大，但会影响断屑和排屑，拉伤、擦伤工件表面，影响加工的表面质量，进给量一般取f=0.4-1.2mm。6结论プ凵纤述，选择合理的刀具材料、几何参数和切削用量，对于提高淬硬钢切削加工性，提高生产效率和保证加工质量，具有重要的意义。参考文献[1]@陆剑中，孙家宁.金属切削原理与刀具[M].北京：机械工业出版社，1989.[2]@胡农，刘继福.车工技师手册[M].北京：机械工业出版社，2006.[3]@彭林中，张宏.机械切削工人工作手册[M].北京：化学工业出版社，2007.