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精加工、镗孔淬火后钢件的刀片选择规律

发布者:admin 时间:2019-06-06 16:18:00
    在实际生产过程中,很多工件在淬火后都会发生变形,由于大型零部件,变形量更大,因此淬火后的钢件还需进行精加工/镗孔,保证零部件的表面质量。但经过淬火后的钢件硬度一般在HRC50以上,传统刀具很难加工,什么材质的刀片才能更好的精加工/镗孔淬火后的钢件呢?具体见正文。

    淬火后的钢件有很高的硬度,而且零部件对表面粗糙度和精度要求较高,给精加工/镗孔工序造成很大困难,但长期加工实践认识到在加工淬火后的钢件时主要有以下特征。 
    1、切削抗力大,刀尖易崩刃。? 
    据有些资料介绍,当45#淬火硬度达到HRC44时,单位切削力达270公斤/平方毫米,比一般钢的单位切削力提高35%以上,淬火件在车加工时,切削力将明显提高。这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,加之导热系数低,易产生很高的切削温度。这是造成刀具磨损快使用寿命低的重要原因。 
    3、淬火后钢件在精加工/镗孔工序可轻松获得较高的表面加工质量。? 
    淬火钢在硬度、强度提高的同时,塑性则明显地下降。因而在切削过程中加工表面不易产生高出基准的毛刺,也不易产生低于基准平面的拉痕,也就是说不易产生高低不平度,因而其表面单位凸和凹的平方和的平方根降低了,可获得较高的表面质量。

    精加工/镗孔淬火后钢件的刀片材质选择 
    合理选择刀具材料,是切削加工淬火钢的重要条件。根据淬火钢的切削特点,刀具材料不仅要有高的硬度、耐磨性、耐热性,而且要有一定的强度和导热性。 
    (1)硬质合金刀片:精加工/镗孔淬火后的钢件时选择加入适量TaC或NbC的超细微粒的硬质合金。硬度和耐磨性都有所提高。目前常用的刀片材质有:YM051、YM052、YN05、YN10、600、610、726、758、767、813等。 
    (2)热压复合陶瓷和热压氮化硅陶瓷刀片:硬度高于硬质合金刀具,耐热性可达1200℃~1300℃,在使用中可减少粘结和扩散磨损。其主要材质有HS73、HS80、F85、ST4、TP4、SM、HDM1、HDM2、HDM3,均可对淬火后钢件进行精加工和镗孔。 
    (3)PCBN刀片:它的硬度为HV8000~9000,复合抗弯强度为900~1300MPa,导热性比较高,耐热性为1400℃~1500℃,是目前加工淬火后钢件的理想刀具,常用刀片材质有:BN-S20,BN-S200,BN-H05,BN-H10,BN-H11,BN-H20,BN-H21,BN-H05 C25,BN-H10 C25,BN-H21 C25。其中后面带有C25的是一种涂层刀片,相较于未涂层的立方氮化硼(CBN)刀具耐磨性更好。针对大型零部件,如风电轴承等淬火后变形量时,选择BN-S20和BN-S200材质,对于精加工余量0.5mm时,选择BN-H05,BN-H10,BN-H21材质。

    淬火后钢件精加工/镗孔的切削参数选择 
    在选择切削用量三要素时,首先考虑选择切削速度,其次是切削深度,再其次是进给量?!?nbsp;
    (1)切削速度:一般淬火后的钢件温度在达到400℃左右时,其硬度开始下降,所以在精加工淬火后钢件时,应充分利用这一特性,切削速度不宜选择太低或太高,以保持刀具有一定的耐用度。从目前的经验来看,不同的刀具材料切削淬火钢的切削速度,硬质合金刀片Vc=30~75 m/min;陶瓷刀片Vc=60~120 m/min;PCBN刀片Vc=100~200 m/min。在断续切削和工件材料硬度太高时,应降低切削速度。 
    (2)切削深度:一般情况下,ap=0.1~3 mm,一般根据加工余量和工艺系统刚性选择,一般情况下,ap=0.1~3 mm,针对淬火后变形较大的工件,还可选择BN-S20牌号PCBN刀具对其进行大余量切削。 
    (3)进给量:一般为0.05~0.4 mm/r。在工件材料硬度高或断续切削时,为了减小单位切削力,应当减小进给量,以防崩刃和打刀;对于加工进给量的选择,建议根据工件的形状尺寸选择刀具角度,能提高加工效率同时,更能有效提高刀具的使用寿命。 

    精加工/镗孔淬后后钢件时应注意以下几个问题: 
    ①在用上述刀具连续车削淬火钢时,切屑为暗红色,说明vc合理。vc太高时,刀具耐用度低。反之工件的切削表面没有软化,刀具耐用度也低。 
    ②在断续切削时,vc应相对低一些。 
    ③用硬质合金钻头钻淬火钢小孔时,vc要合理(vc=15~30m/min),并勤退出钻头与排屑,以防工件热胀冷缩把钻头夹住而扭断。当淬火钢的硬度小于50HRC时,也可用高速钢钻头钻孔,这时vc≤5m/min, 并适当减小钻头外刃前角。 
    ④在车削淬火钢螺纹时,应先在切入和切出时倒一个比牙高大的30°~45°角,以便切入切出平稳且防止打刀,同时每次切削深度应小一些。

    淬火后钢件精加工/镗孔时刀具的几何参数如何选择? 
    一把刀具好用与否,单靠选好的刀具材料是不够的,必须有相适应的刀具几何角度及合理的切削用量相匹配,才能充分发挥刀具材料的性能,实现正常加工的目的。比如说:刀具材质抗弯强度较低耐磨性尚好但崩刀严重,这时可以选用较小的后角及负前角,以加大楔角提高刀具的抗冲击性。如果加工表面质量不好,可以减小副偏角加大刀尖圆弧等等。因此刀具几何参数的选用至关重要。具体各角的选择原则如下: 
    (1)前角:前角对刀具的切削过程影响较大,前角太大、太小都会使刀具使用寿命显著降低。对于不同的刀具材料,各有其对应的刀具最大使用寿命前角,采用PCBN刀片精加工/镗孔淬火后钢件时,前角取0°。 
    (2)后角:通常加大后角能提高刀具的锋利性,减少后刀面磨损,提高刀具耐用度和工件表面质量。采用PCBN刀片精加工/镗孔淬火后钢件时,后角一般选择0°- 7°。 
    (3)主偏角:主偏角直接影响刀具的径向力的大小和散热条件。主偏角选的小时,可增加刀具强度和散热条件,但如果主偏角选的过小会增加径向力,特别是加工抗力很大的淬火后钢件时易引起切削振动?;谏鲜鲈?,精加工淬火后钢件时一般主偏角取30°-60°之间,通常淬火硬度偏低、工艺系统刚性较好,可选较小的主偏角。反之主偏角可适当加大。 
    (4)副偏角:副偏角的大小直接影响工件的表面质量。副偏角小易提高表面质量。刀尖散热条件较高刀具耐磨性提高,但太小会增加径向抗力引起切削振动,实践证明副偏角取6°-12°较好,精加工时取小点。 
    (5)刃倾角:刃倾角的大小直接影响刀尖部分的强度,刃倾角取负值可提高刀尖强度,但如果取值过大会加大径向力引起切削振动。一般刃倾角取0°-5°。半精车取较大值,精车取0°。但在断续加工时,淬火硬度偏高时应取-10°-15°。 
    (6)刀尖圆?。和ǔT诩哟蟮都庠不“刖妒笨商岣叩都馇慷群蜕⑷刃?,也可提高工件表面质量。但是刀尖圆弧过大时,切削接触面增大,切削抗力增加易产生切削振动,并造成打刀和工件表面质量的下降,采用PCBN刀具精加工/镗孔淬火后钢件时,刀尖圆弧一般取0.4mm,0.8mm。