超高强度钢深孔浮动镗刀及其参数的选择

北方机器有限责任公司 (黑龙江齐齐哈尔 161000) 冯彩霞 李大光 姚福辰 吕晓军

随着我国工业的迅速发展，各种工业材料应用更加广泛，特别是耐腐蚀、耐高温、高强度的合金钢系列，在化工、军工行业等都有很重要的应用。如我厂生产的一种高压容器，采用的就是合金钢系列中的超高强度钢32CrNi3MoV。超高强度钢是指屈服强度和抗拉强度分别超过1175 N/mm2和1370 N/mm2的钢，它是在低合金高强度钢和合金结构钢的基础上发展起来的钢种，这种钢的特点是：具有很高的强度和足够的韧塑性，能承受很高的应力。

1.刀具材料介绍

32CrNi3MoV超高强度钢除具备高强度钢的硬度外，还具备不锈钢的艮、粘特点。加工这种大直径超高强度钢深孔，一般刀具的寿命都很难保证要求，国内能加工深孔径超高强度钢的经验也不多。在现有的机床上，如何保证工件加工质量和提高刀具的使用寿命，是急需解决的技术难题。我们通过加工超高强度钢32CrNi3MoVE零件的长期生产实践，摸索设计出一种深孔镗精加工刀具 (见附图)。

此深孔镗刀具的刀片材料采用的是含钴超硬高速钢 W2Mo9Cr4VCo8(M42)，它 是 含 Co8%、Mo9%、W2%的低钨高速钢，硬度可达69～70 HRC，它的韧性和刃口强度很好，所以在切削时能磨出较大的前角和锋利的刃口以得到光洁的表面，更适合超高强度钢材料的加工。它不易因崩口而损坏孔的表面。用此材料刀具比以往用W18Cr4V材料刀具寿命有很大的提高，耐磨性要好。原来加工长8000 mm的工件，直径方向的稍度相差0.3～0.5 mm，而选用W2Mo9Cr4VCo8(M42)材料后工件直径方向的稍度有很大的改善，控制在0.02～0.05 mm。

深孔镗精加工刀具图

2.刀具参数的合理选择

由于超高强度钢具有极高硬度38～41HRC，且我厂加工工件是大孔径长筒零件，刀杆长、刚性差，刀具容易产生振动，加速了刀具的磨损，同时在刀尖上还会生成积屑瘤，所以必须选用硬度高、耐磨损、抗弯强度高的刀具材料才能适应。由于是精加工，为了获得直径一致、圆度小、表面粗糙度值小的孔，精镗加工的刀头一般都是采用浮动镗刀片的结构。在工具头的前端有一矩形槽，浮动刀片与槽的配合为6～8级精度的间隙配合，刀片可以在矩形槽内自由滑动，不得由于切削力及间隙的作用而产生振动。刀片在切削时能自动地调整其在径向上的位置，使两边的切削力平衡。镗孔的直径与镗刀片两个刀刃在孔内的位置有关，要求两个刀刃的连线在孔的直径位置上，这样才能获得一致的孔径。因此要求除了工具头、矩形槽等要精确加工外，还要求导向条有足够的精度及导向条与孔壁有较好的配合。精镗孔的锥度仅与浮动刀片两个切削刃的磨损量直接有关，由这一磨损而造成的锥度是很小的。浮动刀片的结构有很多种，我们采用的是可调整的刀片，当刀刃磨损后重新磨刃时可调整到要求的尺寸，这就延长了刀片的使用寿命。

关于浮动刀片的几何角度，刀刃的前端有10°的导入刃，刀具的前角采用γo=23°，这样可以保持刀具的锋利，减少切屑变形，从而减少了切削力，降低了切削温度。为了使刀片不致因偶然因素啃入工件，刀片的修光刃部分保留有0.3～0.5 mm宽的棱边。

后角αo=4°，使镗刀后面的磨损减少，寿命较长。过大或过小的后角都会使磨损加剧，刀具寿命降低。根据生产中的实践经验，加工中为确保刀具强度，刀具后角应在αo=4°～6°范围内选择。

刀具主偏角κr=1°30'。选择较小的主偏角，可使切削抗力减少，提高刀具寿命，保持低的表面粗糙度值。若主偏角取得过大，则使轴向力增大，从而引起镗刀在刀孔中的摩擦力过大，将使刀具失去浮动作用。

镗刀的容屑槽采用直线圆弧形，R=1.5 mm，有良好的断屑性。

3.结语

用该浮动镗刀加工超高强度钢的深孔类高压容器，内径为330+0.050mm，长度为6m，切削速度v=12.5 m/min，进给量 f=1.2 mm/r，背吃刀量 ap=1 mm，采用硫化油做切削液，切削轻快，断屑良好，工件尺寸精度和表面粗糙度很好地满足了图样的要求，比其他材料的刀具寿命提高20～30倍。