4Cr14Ni14W2Mo材料车削加工

2021-07-20漆嵘孙婙柴蓬林李群王帅

金属加工(冷加工) 2021年6期

漆嵘，孙婙，柴蓬林，李群，王帅

北方光电股份有限公司陕西西安 710043

1 序言

高速切削加工技术作为一项先进制造技术，具有切削力小、材料去除率高、加工精度高和零件表面质量好等显著优势，为高温合金零件的高质、高效加工提供了有效服务。但高温合金高速切削机理和工艺技术的研究还不是很充分，成为目前高温合金零件制造领域亟需解决的关键问题之一。

2 生产现状及存在问题

采用现有的合金刀具以及切削参数进行加工4Cr14Ni14W2Mo材料时，仅加工一个面刀尖就严重磨损，无法再进行后续的加工。零件的加工精度较难保证，加工效率也很低。通过对前期加工存在问题的总结，我们发现加工此类材料存在以下问题。

（1）切削力大材料硬度、强度高；塑性、韧性好；切削变形大。

（2）切削刃接触应力增大由于刀具切削接触长度短，从而使切削刃接触应力增大。

（3）切削温度高主要由于切削时消耗的变形功多，导热系数小，切削热不易传出并集中在切削刃刀尖上。

（4）加工硬化倾向大材料的塑性与韧性大，在切削力作用下，产生的切削变形大，晶格扭曲，造成加工硬化。

（5）刀具磨损严重容易产生氧化与扩散磨损，材料内的硬质点、渗碳体等组织将会产生摩擦磨损，且加工硬化层使刀具产生边界磨损。

3 车削高温不锈钢材料

由于在车削高温不锈钢材料过程中出现了加工效率低、刀具磨损严重、工件表面质量差等问题，所以选取典型的回转类零件为样件，研究、分析4Cr14Ni14W2Mo高温不锈钢材料的特性和加工难点。

（1）典型零件试验所用材料为4Cr14Ni14W2Mo圆棒料，尺寸为φ170mm×200mm，选取了典型的轴类零件进行车削试验，如图1所示。

图1 典型的轴类零件

（2）选择设备根据典型零件的尺寸和精度要求选择设备（见表1）。

表1 试切削外圆的设备

（3）切削刀具选择依据刀具切削部分几何角度的合理选择，对于高温不锈钢（4Cr14Ni14W2Mo）零件的加工效率、刀具的耐用度、零件加工的表面粗糙度、切削力以及加工硬化等方面都有很大的影响。合理选择刀具几何参数是保证加工质量、加工效率、降低成本的有效途径。参照ISO513标准编号M14选择刀具的各项结构参数。

（4）切削参数的确定试验根据机床设备的性能、功率、刚性等条件，以及高温不锈钢（4Cr14Ni14W2Mo）切削仿真结论，通过对前期切削加工中问题的总结，在保证零件尺寸精度的前提下，考虑刀具可承受的切削参数范围，选取适用于切削4Cr14Ni14W2Mo高温不锈钢的刀具及试验参数（见表2）。

表2 试切削的试验参数

（5）试验过程试验在CY6140车床上采用表2中所列刀具和切削参数进行试车，对所加工工件的表面粗糙度、切屑形状进行观察，切削的6组试验结果见表3。

表3 切削的6组试验结果

（6）试验过程分析试验1车削外圆，切屑成C形屑，颜色为暗黄色，表明按照设定的参数车削时，产生的热量较高使切屑变色，虽然刀具无变化但工件表面质量较差。C形屑对普通机床是一种较佳形式的切屑，它不伤人，也不缠绕在工件和刀具上，由于C形屑是撞在车刀的后刀面或工件表面上折断的，所以对切削过程的平稳性及工件的表面质量有一定的影响。

试验2车削外圆，机床主轴转速提高到260r/min，刀尖变黑，切屑成C形屑，颜色为金色，表明按照设定的参数车削时，产生的热量集中在刀尖上，虽然刀具无磨损，但工件的表面质量较差。

试验3车削外圆，机床主轴转速降低到170r/min，背吃刀量增加到2.5mm。车削时，机床颤动、切屑四溅，切屑为崩碎屑呈暗黄色。这表明切削过程很不平稳，已加工的表面凹凸不平，表面质量差，刀尖磨损，切削参数不适宜。应该减小背吃刀量，适当提高切削速度，以增加工件材料的塑性。

试验4车削外圆，更换了另外一种外圆车刀，提高了机床主轴的转速，减小了背吃刀量。车削时，机床运转平稳，切屑呈发条屑状，表明刀具的流屑角较小，刀尖无变化，表面粗糙度值Ra较小。

试验5外切槽刀车削，机床运转平稳，切屑呈螺卷屑。表明切削过程较为平稳，切削力波动小，已加工的表面粗糙度值Ra较小。另外，为了检测刀具的切削性能，连续切槽10余个后，检查刀具无变化，证明刀具耐磨性高。

试验6端面槽刀车削，由于工件的直径为55mm，为保证切削速度达到70r/min，所以机床主轴的转速提高至400r/min，机床运转平稳，切屑呈塔状屑。机床运转平稳，由于车刀三面受力，表面粗糙度值Ra较大，刀具呈五角星状利用率高。

4 切削参数的确定

经过对4Cr14Ni14W2Mo高温不锈钢零件的加工验证，刀片（CCMG 120408-NR IC907）和刀片（CCMG 120404-TF IC907）均有优点，合适的切削参数见表4。其中，刀片（CCMG 120408-NR IC907）的优点是强度好，切削刃前端有0.4mm的倒棱，有效地增加了刀片的强度，适合于粗加工。刀片（CCMG 120404-TF IC907）有TF槽，优点是大的正前角有力地防止加工硬化，大圆弧断屑槽的设计有利于切屑排出，避免前刀面的月牙洼磨损，适合于精加工和半精加工。