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精加工、鏜孔淬火后鋼件的刀片選擇規律

發布者:admin 時間:2019-06-06 16:18:00
    在實際生產過程中,很多工件在淬火后都會發生變形,由于大型零部件,變形量更大,因此淬火后的鋼件還需進行精加工/鏜孔,保證零部件的表面質量。但經過淬火后的鋼件硬度一般在HRC50以上,傳統刀具很難加工,什么材質的刀片才能更好的精加工/鏜孔淬火后的鋼件呢?具體見正文。

    淬火后的鋼件有很高的硬度,而且零部件對表面粗糙度和精度要求較高,給精加工/鏜孔工序造成很大困難,但長期加工實踐認識到在加工淬火后的鋼件時主要有以下特征。 
    1、切削抗力大,刀尖易崩刃。? 
    據有些資料介紹,當45#淬火硬度達到HRC44時,單位切削力達270公斤/平方毫米,比一般鋼的單位切削力提高35%以上,淬火件在車加工時,切削力將明顯提高。這是造成刀尖崩刃的主要原因。 
    2、由于工件硬度高,切削抗力大,加之導熱系數低,易產生很高的切削溫度。這是造成刀具磨損快使用壽命低的重要原因。 
    3、淬火后鋼件在精加工/鏜孔工序可輕松獲得較高的表面加工質量。? 
    淬火鋼在硬度、強度提高的同時,塑性則明顯地下降。因而在切削過程中加工表面不易產生高出基準的毛刺,也不易產生低于基準平面的拉痕,也就是說不易產生高低不平度,因而其表面單位凸和凹的平方和的平方根降低了,可獲得較高的表面質量。

    精加工/鏜孔淬火后鋼件的刀片材質選擇 
    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,而且要有一定的強度和導熱性。 
    (1)硬質合金刀片:精加工/鏜孔淬火后的鋼件時選擇加入適量TaC或NbC的超細微粒的硬質合金。硬度和耐磨性都有所提高。目前常用的刀片材質有: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刀片:硬度高于硬質合金刀具,耐熱性可達1200℃~1300℃,在使用中可減少粘結和擴散磨損。其主要材質有HS73、HS80、F85、ST4、TP4、SM、HDM1、HDM2、HDM3,均可對淬火后鋼件進行精加工和鏜孔。 
    (3)PCBN刀片:它的硬度為HV8000~9000,復合抗彎強度為900~1300MPa,導熱性比較高,耐熱性為1400℃~1500℃,是目前加工淬火后鋼件的理想刀具,常用刀片材質有:BN-S20,BN-S200,BN-H05,BN-H10,BN-H11,BN-H20,BN-H21,BN-H05 C25,BN-H10 C25,BN-H21 C25。其中后面帶有C25的是一種涂層刀片,相較于未涂層的立方氮化硼(CBN)刀具耐磨性更好。針對大型零部件,如風電軸承等淬火后變形量時,選擇BN-S20和BN-S200材質,對于精加工余量0.5mm時,選擇BN-H05,BN-H10,BN-H21材質。

    淬火后鋼件精加工/鏜孔的切削參數選擇 
    在選擇切削用量三要素時,首先考慮選擇切削速度,其次是切削深度,再其次是進給量?!?nbsp;
    (1)切削速度:一般淬火后的鋼件溫度在達到400℃左右時,其硬度開始下降,所以在精加工淬火后鋼件時,應充分利用這一特性,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,硬質合金刀片Vc=30~75 m/min;陶瓷刀片Vc=60~120 m/min;PCBN刀片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。 
    (2)切削深度:一般情況下,ap=0.1~3 mm,一般根據加工余量和工藝系統剛性選擇,一般情況下,ap=0.1~3 mm,針對淬火后變形較大的工件,還可選擇BN-S20牌號PCBN刀具對其進行大余量切削。 
    (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;對于加工進給量的選擇,建議根據工件的形狀尺寸選擇刀具角度,能提高加工效率同時,更能有效提高刀具的使用壽命。 

    精加工/鏜孔淬后后鋼件時應注意以下幾個問題: 
    ①在用上述刀具連續車削淬火鋼時,切屑為暗紅色,說明vc合理。vc太高時,刀具耐用度低。反之工件的切削表面沒有軟化,刀具耐用度也低。 
    ②在斷續切削時,vc應相對低一些。 
    ③用硬質合金鉆頭鉆淬火鋼小孔時,vc要合理(vc=15~30m/min),并勤退出鉆頭與排屑,以防工件熱脹冷縮把鉆頭夾住而扭斷。當淬火鋼的硬度小于50HRC時,也可用高速鋼鉆頭鉆孔,這時vc≤5m/min, 并適當減小鉆頭外刃前角。 
    ④在車削淬火鋼螺紋時,應先在切入和切出時倒一個比牙高大的30°~45°角,以便切入切出平穩且防止打刀,同時每次切削深度應小一些。

    淬火后鋼件精加工/鏜孔時刀具的幾何參數如何選擇? 
    一把刀具好用與否,單靠選好的刀具材料是不夠的,必須有相適應的刀具幾何角度及合理的切削用量相匹配,才能充分發揮刀具材料的性能,實現正常加工的目的。比如說:刀具材質抗彎強度較低耐磨性尚好但崩刀嚴重,這時可以選用較小的后角及負前角,以加大楔角提高刀具的抗沖擊性。如果加工表面質量不好,可以減小副偏角加大刀尖圓弧等等。因此刀具幾何參數的選用至關重要。具體各角的選擇原則如下: 
    (1)前角:前角對刀具的切削過程影響較大,前角太大、太小都會使刀具使用壽命顯著降低。對于不同的刀具材料,各有其對應的刀具最大使用壽命前角,采用PCBN刀片精加工/鏜孔淬火后鋼件時,前角取0°。 
    (2)后角:通常加大后角能提高刀具的鋒利性,減少后刀面磨損,提高刀具耐用度和工件表面質量。采用PCBN刀片精加工/鏜孔淬火后鋼件時,后角一般選擇0°- 7°。 
    (3)主偏角:主偏角直接影響刀具的徑向力的大小和散熱條件。主偏角選的小時,可增加刀具強度和散熱條件,但如果主偏角選的過小會增加徑向力,特別是加工抗力很大的淬火后鋼件時易引起切削振動?;谏鲜鲈?,精加工淬火后鋼件時一般主偏角取30°-60°之間,通常淬火硬度偏低、工藝系統剛性較好,可選較小的主偏角。反之主偏角可適當加大。 
    (4)副偏角:副偏角的大小直接影響工件的表面質量。副偏角小易提高表面質量。刀尖散熱條件較高刀具耐磨性提高,但太小會增加徑向抗力引起切削振動,實踐證明副偏角取6°-12°較好,精加工時取小點。 
    (5)刃傾角:刃傾角的大小直接影響刀尖部分的強度,刃傾角取負值可提高刀尖強度,但如果取值過大會加大徑向力引起切削振動。一般刃傾角取0°-5°。半精車取較大值,精車取0°。但在斷續加工時,淬火硬度偏高時應取-10°-15°。 
    (6)刀尖圓?。和ǔT诩哟蟮都鈭A弧半徑時可提高刀尖強度和散熱性,也可提高工件表面質量。但是刀尖圓弧過大時,切削接觸面增大,切削抗力增加易產生切削振動,并造成打刀和工件表面質量的下降,采用PCBN刀具精加工/鏜孔淬火后鋼件時,刀尖圓弧一般取0.4mm,0.8mm。