高錳鋼的切削加工

1、高鎰鋼的切削加工高鎰鋼的切削加工.高銳鋼有哪幾種？其性能如何？鈕含量約為11 %18%的鋼稱高鉆鋼。常用的鑄造高銳鋼 ZGMnl3勺 化學(xué)成分為：Mn量11 %14%, c含量1.0 %1.4 %, Si含量0.3 %1.0 %, P含量0.03 %, S含量0.05 %。高鉆鋼是一種耐磨鋼，經(jīng)過水韌處理的高鉆鋼可以得到較高的塑性 和沖擊韌性。所謂水韌處理，就是把鋼加熱到1000c1100C,保溫一段時(shí)間，使鋼中的碳化物全部溶入奧氏體中，然后迅速冷卻，使碳化物來不及從奧氏體 中析出，從而保持了單一的均勻的奧氏體組織。經(jīng)過水韌處理的高銳鋼稱為高鈕奧氏體鋼。其力學(xué)性能為：(T b=980 MPa,

2、 (T s=392 MPa, HB210 6=80%, a一一 -,2k=2.94 MJ/m。高銳鋼具有很高的耐磨性，雖然它的硬度只有HB210但它的屈服點(diǎn) 心 較低，只有(7b的40%,因此具有較高的塑性和韌性。高銳鋼在受到外來壓力 和沖擊載荷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的塑性變形或嚴(yán)重的加工硬化現(xiàn)象，鋼被劇烈強(qiáng)化， 硬度顯著提高，可達(dá)HB450-550,因此有了較高的耐磨性。高鉆鋼可分為高碳高鈕耐磨鋼、中碳高鈕無磁鋼、低碳高鉆不銹鋼和 高銳耐熱鋼。幾種高鉆鋼的牌號(hào)和性能見表5-1。表1幾種高鉆鋼的牌號(hào)與性能埼號(hào)HB(HRO/MPa6毒/MJ * m1(m (?-ZGMnLS2109850-802.9丸9

3、137OMnl5Cr2Al3WM&V2(4850)1474.561414ICrHMnUNi費(fèi)69170伍86206Mnl8Al5Si2Ti26CS535. 1910.高銳鋼有哪些切削加工特點(diǎn)？高鉆鋼鉆含量高達(dá)11%18%,具有較高的塑性和韌性，在切削加工 中有以下特點(diǎn)：(1)加工硬化嚴(yán)重：高銳鋼在切削過程中，由于塑性變形大，奧氏體組 織轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)晶粒的馬氏體組織，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的硬化現(xiàn)象。加工前硬度一般為 HB203220,加工后表面硬度可達(dá) HB453550,硬化層深度 0.10.3 mm,其硬化程度和深度要比45號(hào)鋼高幾倍。嚴(yán)重的加工硬化使切削力增大，加劇了刀 具磨損，也容易造成刀具崩刃而損壞

4、。(2)切削溫度高：由于切削功率大，產(chǎn)生的熱量多，而高銳鋼的導(dǎo)熱系 數(shù)比不銹鋼還低，只有中碳鋼的1/4,所以切削區(qū)溫度很高。當(dāng)切削速度 Vc50 m/min時(shí)，高鉆鋼的切削溫度比 45號(hào)鋼高200c250 C,因此，刀具磨損嚴(yán) 重，耐用度降低。(3)斷屑困難：高銳鋼的韌性是45號(hào)鋼的8倍，切削時(shí)切屑不易拳曲 和折斷。(4)尺寸精度不易控制：高鉆鋼的線膨脹系數(shù)與黃銅差不多，在高的 切削溫度下，局部產(chǎn)生熱變形，尺寸精度不易控制。切削高鉆鋼時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行 粗加工，工件冷卻后再進(jìn)行精加工，以保證工件的尺寸精度。.怎樣通過熱處理改善高鉆鋼的切削性能？金屬材料的切削性能主要取決于材料的力學(xué)、物理性能，如：強(qiáng)

5、度、硬 度、塑性、韌性、耐磨性及線膨脹系數(shù)等。通過熱處理可以改變金屬材料的力 學(xué)、物理性能，從而改善其切削性能。改善高鉆鋼的切削性能可以通過高溫回 火來實(shí)現(xiàn)。將高鉆鋼加熱至 600C650C,保溫兩小時(shí)后冷卻，使高銳鋼的奧 氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)樗魇象w組織，具加工硬化程度顯著降低，加工性能明顯改善。 加工完成的零件在使用前應(yīng)進(jìn)行淬火處理，使其內(nèi)部組織重新轉(zhuǎn)變?yōu)閱我坏膴W 氏體組織。.切削高鉆鋼時(shí)怎樣選擇刀具材料？高鉆鋼屬難加工材料，對(duì)刀具材料要求較高。一般來說，要求刀具材料 紅硬性高、耐磨性好，有較高的強(qiáng)度、韌性和導(dǎo)熱系數(shù)。切削高鉆鋼可選用硬質(zhì)合金、金屬陶瓷做刀具材科，也可以用CN25層刀片或CBN位

6、方氮化硼)刀具。目前應(yīng)用最普遍的還是硬質(zhì)合金，其中 YG類硬質(zhì)合金具有較 高的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性(與YT類硬質(zhì)合金比較)，可減少切削時(shí)的崩刃。同時(shí)， YG類硬質(zhì)合金的導(dǎo)熱性較好，有利于切削熱從刀尖散走，降低刀尖溫度，避免 刀尖過熱軟化。YG類硬質(zhì)合金的磨加工性較好，可以磨出銳利的刃口。一般情 況下，刀具的耐用度取決于刀具材料的紅硬性、耐磨性和沖擊韌性。YG類硬質(zhì)合金中含鉆量較多時(shí)，抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性好，特別是提高了疲勞強(qiáng)度，因此 適于在受沖擊和震動(dòng)的條件下作粗加工用；含鉆量較少時(shí)，其硬度、耐磨性和 耐熱性較高，適合作連續(xù)切削的精加工。YT類硬質(zhì)合金具有較高的硬度和較高的耐熱性，但與YG類硬質(zhì)合

7、金相比，其強(qiáng)度低、脆性大，導(dǎo)熱性差。因此，切削高鉆鋼時(shí)通常選用韌性好的YG類硬質(zhì)合金作刀具材料。應(yīng)當(dāng)注意的是，YG類硬質(zhì)合金不適于高速切削，因?yàn)樵诟咚偾邢麂摿蠒r(shí)，切削時(shí)的高溫將使刀具前刀面上形成強(qiáng)烈的月牙洼磨損，并加速后刀面磨損，刀具耐用度降低。在切削速度較高且切削過程較平穩(wěn)的情 況下可考慮選用YT類硬質(zhì)合金作刀具材料。YG類硬質(zhì)合金中添加適量的（一般為0.5 %3%左右）TaC（碳化鑰）或 NbC僦化鋰），可提高其硬度和耐磨性而不降低其韌性。隨著硬質(zhì)合金中含鉆量 的增加，這些優(yōu)點(diǎn)更為顯著。因此，以 Tac和NbC為添加劑的通用型硬質(zhì)合金 也適于高鉆鋼的切削加工。切削高鉆鋼常用的硬質(zhì)合金牌號(hào)有

8、： YG8 YG6A YG6X YG8N YW1 YW2A YW3 YC45 767、798、813 等。采用金屬陶瓷刀片進(jìn)行高鉆鋼的精車、 半精車，可選用較高的切削速度， 加工表面質(zhì)量好，刀具耐用度高。例如利用Al 2Q基陶瓷刀具切削50Mn18Cr4高鉆鋼比用硬質(zhì)合金刀具效率提高14倍。切削加工高鉆鋼還可選用CN2琳層刀片和CBN包方氮化硼）刀具。在使 用CBNW具時(shí)應(yīng)注意被切削材料含鈕量不能高于 14%,否則，CBNT能與Mn元 素產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)使刀具磨損嚴(yán)重，切削性能下降。.切削加工高鉆鋼時(shí)怎樣選擇刀具幾何參數(shù)？高銳鋼具有較高的塑性和韌性，加工硬化嚴(yán)重，切削溫度高，斷屑困難， 容易造成崩

9、刃，因此合理選擇刀具的幾何參數(shù)尤為重要。（1）前角與后角：切削高鉆鋼時(shí)，為了減輕加工硬化，要求刀具保持鋒 利。但一般不可以采用大前角，因?yàn)榍敖谴蟛焕诒ＷC刃口強(qiáng)度和改善散熱條 件。常采用較小前角或負(fù)前角及較大后角，但后角太大也會(huì)削弱刃強(qiáng)度引起崩刃。采用硬質(zhì)合金刀具時(shí)，丫 0=-33 , a=812 ;采用陶瓷刀具時(shí)，丫 0=-5。-10。，a0=510。粗車時(shí)取小值，精車時(shí)取大值。（2）主偏角與副偏角：切削高鉆鋼時(shí)，主偏角應(yīng)小些，這樣可以增加刀具散熱面積和刀尖強(qiáng)度，副偏角也不宜過大。選用硬質(zhì)合金刀具時(shí)，一般取 Kr=2545 , K r = 1020。工藝系統(tǒng)剛性好時(shí)取小值，反之可適當(dāng)加大主偏

10、角和副偏角。選用陶瓷刀具時(shí)，主偏角還可大些，一般取Kr=4560 ,精車時(shí)可取Kr=6090。(3)刃傾角：為了保持刀尖部分的強(qiáng)度，切削高鉆鋼時(shí)一般應(yīng)選擇負(fù)刃傾角。選用硬質(zhì)合金刀具時(shí),入s =-5 00 ;選用陶瓷刀具時(shí)，入s =-10 -5 。傾角。選用硬質(zhì)合金刀具時(shí),(4)刀尖圓弧半徑：切削高鉆鋼時(shí)，不論采用何種刀具材料，刀尖部分 都應(yīng)修磨出較大的圓弧半徑，以加強(qiáng)刀尖強(qiáng)度，提高刀具耐用度。一般粗車時(shí)re=12 mm 半精車時(shí)re=0.51 mm 精車時(shí) =0.20.5mm 工藝系統(tǒng)剛性好時(shí)取大值，反之取小值。(5)刃口倒棱：為了保證刃口有足夠的強(qiáng)度，減少崩刃現(xiàn)象，一般應(yīng)將 刃口修磨出負(fù)倒棱

11、。硬質(zhì)合金刀具倒棱寬度b-=0.20.8 mm,倒棱前角丫。1=-10。-5 ；如采用陶瓷刀具，by 1=0.2 mm, 丫 0i=-20 。.切削高鉆鋼時(shí)怎樣選擇切削用量？高銳鋼的切削加工性很差，為了維持一定的刀具耐用度，切削速度應(yīng)低 些。采用硬合金刀具時(shí)，Vc=2040 m/min ,其中，較低的速度用于粗車，較高的速度用于半精車和精車。采用陶瓷刀具時(shí)，可以選用較高的切削速度，一 股 Vc=5080 m/min(如用 Si3N4 陶瓷刀具，Vg 60 m/min)。高銳鋼在切削過程中，由于塑性變形和切削力的影響，切削層及表層下 一定深度范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的硬化現(xiàn)象。為了使刀尖避開毛坯表層和前

12、一次走刀造成的硬化層，應(yīng)選擇較大的切削深度和進(jìn)給量。一般粗車時(shí)ap =36 mmf=0.30.8 mm/r；大件粗車時(shí)可取 ap =610 mm半精車時(shí)ap =13 mmf=0.2 0.4 mm/r ；精車時(shí)口。 1 mm f00.2mm/r。.鉆高鉆鋼硬質(zhì)合金群鉆有哪些特點(diǎn)？在工程機(jī)械、礦山機(jī)械和越野車輛的制造中，常采用ZGMn1綾高鉆鋼。ZGMn1菖鉆鋼鈕含量達(dá)11%14%,這類鋼經(jīng)過水韌處理后在受到劇烈沖擊壓 力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的硬化現(xiàn)象，硬度可達(dá) HB453550,硬化層深度達(dá)0.3 mm 右。高銳鋼在受到?jīng)_擊壓力發(fā)生變形的過程中，會(huì)消耗那些對(duì)鋼材表面繼續(xù)作 用的沖擊力，阻止作用力傳到更

13、深的內(nèi)層去。加之高鉆鋼的導(dǎo)熱系數(shù)很低，只 有碳鋼的1/31/4,給切削帶來很大困難。特別是鉆削時(shí)，刀具磨損嚴(yán)重，耐 用度較低。因此，常采用硬質(zhì)合金群鉆進(jìn)行高鉆鋼的鉆削。鉆高鉆鋼硬質(zhì)合金群鉆的本體為 40Cr制造，切削部分為YG8或YW硬質(zhì) 合金。切削部分形狀與鑄鐵群鉆近似，只是將鉆尖高 h加大到0.08 D ,圓弧刃 的圓弧半徑加大到0.4 D,以加大B點(diǎn)刃尖的刀尖角，提高刀尖強(qiáng)度，改善散熱條件，同時(shí)也起到分屑作用。同樣，在外緣處磨出雙重鋒角，并磨出負(fù)前角， 把外緣處后角加大到20 ,如圖1所示。鉆頭磨好后，要用油石仔細(xì)嬖研刃口, 不得有鋸齒。2= 120 2 = 13&* 絆i = T破=：

14、才5 r = J-04= jy .= 0= 7匚-25*E IT ft 0()S2)上七43。R 0. 1 1)b -0.08 D L = % 圖【拈曲銘銅跟班合金群鉆.使用硬質(zhì)合金群鉆鉆削高鉆鋼時(shí)應(yīng)注意什么？高銳鋼具有較高的塑性和韌性，切削溫度高，用硬質(zhì)合金群鉆鉆高鉆鋼 時(shí)，應(yīng)注意以下問題：(1)合理選擇切削用量：切削速度太低或進(jìn)給量太大，都會(huì)使切削力增 加，容易造成切削刃崩碎。一般取 Vc=3040m/min, f=0.070.1 mm/r。(2)要充分使用冷卻液：高鉆鋼的線膨脹系數(shù)大，鉆孔時(shí)應(yīng)充分使用冷 卻液，有條件的可將工件浸在冷卻液中鉆孔，以防止因孔的收縮將鉆頭咬死損 壞。(3)嚴(yán)格控制鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)：鉆削過程中如聽到刺耳的尖叫聲或發(fā)現(xiàn)鉆 頭外緣轉(zhuǎn)角處后角和棱邊磨損約1 mm時(shí)，應(yīng)及時(shí)將鉆頭進(jìn)行重磨，否則繼續(xù)使 用會(huì)加快鉆頭磨損以致?lián)p壞。(4)嚴(yán)禁中途停車：用硬質(zhì)合金群鉆鉆削高鉆鋼時(shí)，應(yīng)采用自動(dòng)進(jìn)給， 盡量不用手動(dòng)進(jìn)給，否則會(huì)加重硬化現(xiàn)象，使鉆削更加困難。操