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淺述淬火鋼切削加工之技術(shù)簡(jiǎn)介

       淬火鋼是指金屬經(jīng)過淬火后，組織為馬氏體，硬度大于HRC50的鋼。它在難切削材料中占有相當(dāng)大的比重。

加工淬火鋼的傳統(tǒng)方法是磨削。但為了提高加工效率，解決工件形狀復(fù)雜而不能磨削和淬火后產(chǎn)生形狀和位置誤差的問題，往往就需要采用車削、銑削、鏜削、鉆削和鉸削等切削加工方法。淬火鋼在切削時(shí)有以下特點(diǎn)：

（1）硬度高、強(qiáng)度高，幾乎沒有塑性：這是淬火鋼的主要切削特點(diǎn)。當(dāng)淬火鋼的硬度達(dá)到HRC50～60時(shí)，其強(qiáng)度可達(dá)σb=2100～2600MPa，按照被加工材料加工性分級(jí)規(guī)定，淬火鋼的硬度和強(qiáng)度均為9*，屬于zui難切削的材料。

（2）切削力大、切削溫度高：要從高硬度和高強(qiáng)度的工件上切下切屑，其單位切削力可達(dá)4500MPa。為了改善切削條件，增大散熱面積，刀具選擇較小的主偏角和副偏角。這時(shí)會(huì)引起振動(dòng)，要求要有較好的工藝系統(tǒng)剛性。

（3）不易產(chǎn)生積屑瘤：淬火鋼的硬度高、脆性大，切削時(shí)不易產(chǎn)生積屑瘤，被加工表面可以獲得較低的表面粗糙度。

（4）刀刃易崩碎、磨損：由于淬火鋼的脆性大，切削時(shí)切屑與刀刃接觸短，切削力和切削熱集中在刀具刃口附近，易使刀刃崩碎和磨損。

（5）導(dǎo)熱系數(shù)低：一般淬火鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為7.12W/（m•K），約為45號(hào)鋼的1/7。材料的切削加工性等級(jí)是9*，屬于很難切削的材料。由于淬火鋼的導(dǎo)熱系數(shù)低，切削熱很難通過切屑帶走，切削溫度很高，加快了刀具磨損。

怎樣選擇切削淬火鋼的刀具材料：

合理選擇刀具材料，是切削加工淬火鋼的重要條件。根據(jù)淬火鋼的切削特點(diǎn)，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(qiáng)度和導(dǎo)熱性。

（1）硬質(zhì)合金：為了改善硬質(zhì)合金的性能，在選擇硬質(zhì)合金時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇加入適量TaC或NbC的超細(xì)微粒的硬質(zhì)合金。因?yàn)樵赪C-Co類硬質(zhì)合金中，加入TaC以后，可將其原來的800℃高溫強(qiáng)度提高150～300MPa，常溫硬度提高HV40～100。加入NbC以后，高溫強(qiáng)度提高150～300MPa，常溫硬度提高HV70～150。而且TaC和NbC可以細(xì)化晶粒，提高硬質(zhì)合金抗月牙洼磨損的能力。TaC還可以降低摩擦系數(shù)，降低切削溫度，增強(qiáng)硬質(zhì)合金抗熱裂和熱塑性變形的能力，同時(shí)也將WC的晶粒細(xì)化到0.5～1μm，其硬度提高HRA1.5～2，抗彎強(qiáng)度可提高600～800MPa，高溫硬度比一般硬質(zhì)合金高。

常用來切削淬火鋼的硬質(zhì)合號(hào)有：YM051、YM052、YN05、YN10、600、610、726、758、767、813等。

（2）熱壓復(fù)合陶瓷和熱壓氮化硅陶瓷：在Al2O3中加入TiC等金屬元素并采用熱壓工藝，改善了陶瓷的致密性，提高了氧化鋁基陶瓷的性能，使它的硬度提高到HRA95.5，抗彎強(qiáng)度可達(dá)到800～1200MPa，耐熱性可達(dá)1200℃～1300℃，在使用中可減少粘結(jié)和擴(kuò)散磨損。其主要牌號(hào)有AG2、AG3、AG4、LT35、LT55、AT6等。氮化硅基陶瓷是在Si3N4中加入TiC等金屬元素，其硬度為HRA93～94，抗彎強(qiáng)度為700～1100MPa。其主要牌號(hào)有HS73、HS80、F85、ST4、TP4、SM、HDM1、HDM2、HDM3。這兩種陶瓷適用于車、銑、鏜、刨削淬火鋼。

（3）立方氮化硼復(fù)合片（PCBN）刀具：它的硬度為HV8000～9000，復(fù)合抗彎強(qiáng)度為900～1300MPa，導(dǎo)熱性比較高，耐熱性為1400℃～1500℃，是刀具材料中zui高的。它十分適合于淬火鋼的半精加工和精加工。

綜上所述，切削淬火鋼的刀具材料是立方氮化硼，其次是復(fù)合陶瓷，再其次是新牌號(hào)硬質(zhì)合金。

怎樣選擇切削淬火鋼刀具的幾何參數(shù)：

切削淬火鋼時(shí)，光有好的刀具材料，而沒有合理的刀具幾何參數(shù)，也不能達(dá)到滿意的效果。所以要根據(jù)具體的刀具材料、工件材料和切削條件，合理地選擇刀具幾何參數(shù)，才能有效地發(fā)揮刀具材料應(yīng)有的切削性能。

（1）前角：前角的大小對(duì)切削淬火鋼影響很大。由于淬火鋼的硬度、強(qiáng)度高，切削力大，而且集中在刀具刃口附近。為了避免崩刃和打刀，前角應(yīng)選零度和負(fù)值，一般γ0=-10°～0°。工件材料硬度高、斷續(xù)切削時(shí)，應(yīng)選較大的負(fù)前角，γ0=-10°～-30°。如果采用正前角可轉(zhuǎn)位刀片時(shí)，應(yīng)磨出bγ=0.5～1mm寬，γ01=-5°～-15°較大的負(fù)倒棱，以增強(qiáng)刀刃強(qiáng)度。

（2）后角：切削淬火鋼刀具的后角應(yīng)比一般刀具的后角大一些，以減小后刀面的摩擦，一般α0=8°～10°為好。

（3）主偏角和副偏角：為了增強(qiáng)刀尖強(qiáng)度和改善散熱條件，主偏角κr=30°～60°，副偏角κ’r=6°～15°。

（4）刃傾角：刃傾角為負(fù)值時(shí)，可以增大刀尖強(qiáng)度。但負(fù)值太大時(shí)，會(huì)使Fp力增大，在工藝系統(tǒng)剛性差時(shí)，引起振動(dòng)。所以在一般情況下，λs=-5°～0°；斷續(xù)切削時(shí)，λs=-10°～-20°；硬齒面刮削滾刀，它的刃傾角λs=-30°。

（5）刀尖圓弧半徑：它的大小影響刀尖強(qiáng)度和已加工表面粗糙度。因工藝系統(tǒng)剛性的影響，刀尖圓弧半徑γε=0.5～2mm為宜。

切削淬火鋼刀具，在合理選好幾何參數(shù)的基礎(chǔ)上，必須經(jīng)過仔細(xì)刃磨和研鐾，提高刀具各表面的刃磨質(zhì)量，使刀具耐用度得到提高。

怎樣選擇切削淬火鋼時(shí)的切削用量：

切削加工淬火鋼的切削用量，主要根據(jù)刀具材料、工件材料的物理力學(xué)性能、工件形狀、工藝系統(tǒng)剛性和加工余量來選擇。在選擇切削用量三要素時(shí)，首先考慮選擇合理的切削速度，其次是切削深度，再其次是進(jìn)給量。

（1）切削速度：一般的淬火鋼耐熱性在200℃～600℃，而硬質(zhì)合金的耐熱性為800℃～1000℃，陶瓷刀具的耐熱性為1100℃～1200℃，立方氮化硼的耐熱性為1400℃～1500℃。除高速鋼外，一般淬火鋼達(dá)到400℃左右時(shí)，它的硬度開始下降，而上述刀具材料仍保持它原有的硬度。所以在切削淬火鋼時(shí)，充分利用上述這一特性，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(jīng)驗(yàn)來看，不同的刀具材料切削淬火鋼的切削速度，硬質(zhì)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。在斷續(xù)切削和工件材料硬度太高時(shí)，應(yīng)降低切削速度，一般約為上面zui低切削速度的1/2。在連續(xù)切削時(shí)的*切削速度，以切下的切屑呈暗紅色為宜。

（2）切削深度：一般根據(jù)加工余量和工藝系統(tǒng)剛性選擇，一般情況下，αp=0.1～3mm。

（3）進(jìn)給量：一般為0.05～0.4mm/r。在工件材料硬度高或斷續(xù)切削時(shí)，為了減小單位切削力，應(yīng)當(dāng)減小進(jìn)給量，以防崩刃和打刀。

怎樣用陶瓷刀具切削淬火鋼：

采用陶瓷刀具材料切削淬火鋼，比用硬質(zhì)合金切削淬火鋼，有其顯著的效果。這主要表現(xiàn)在陶瓷刀具的硬度和耐熱性高于硬質(zhì)合金。用它來制造的車刀、銑刀、螺紋刀具，均可成功地切削淬火鋼，其耐用度均高于YT05、643、YM052等硬質(zhì)合金。

（1）充分發(fā)揮陶瓷刀具材料硬度和耐熱性比硬質(zhì)合金高這一特點(diǎn)，選擇的切削速度應(yīng)高于硬質(zhì)合金切削淬火鋼的切削速度，一般高50％。如在切削速度50m/min時(shí)，陶瓷刀具的后刀面磨損量與硬質(zhì)合金接近。當(dāng)切削速度增至95m/min時(shí)，它的耐磨性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于YT05等硬質(zhì)合金。如用陶瓷刀片作成的三面刃銑刀，以102m/min的切削速度銑完深5.2mm、寬16mm、長(zhǎng)700mm的淬火鋼鍵槽，刀具基本上無磨損。

（2）陶瓷刀具在切削中受沖擊載荷時(shí)，刀具應(yīng)選擇小的主偏角、大的刀尖圓弧或采用圓形刀片，以增加刀尖強(qiáng)度，避免刀具損壞。如采用圓形陶瓷刀片作成的機(jī)夾端銑刀，銑削淬火鋼，Vc=120～150m/min，Vf=230～290mm/min，αp=1～2mm。

（3）應(yīng)采用負(fù)前角和負(fù)刃傾角，以利于增加刀刃和刀尖強(qiáng)度。刀刃和刀面的粗糙度Ra要小于0.4μm。

（4）切削時(shí)一般不用切削液，若要用，要自始至終充分供給，否則刀片會(huì)因熱脹冷縮而產(chǎn)生裂紋。

（5）陶瓷刀具的抗彎強(qiáng)度低于硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度，為了減小刀具單位面積受力，切削時(shí)進(jìn)給量要小一些，一般為f=0.08～0.15mm/r。