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        干式切削刀具及其在加工軋輥中的應(yīng)用

        發(fā)布時(shí)間:2024-08-21
        淬硬軋輥的zui終加工過(guò)去常由磨削加工來(lái)完成,而磨削加工不僅效率低,而且所使用的切削液會(huì)給環(huán)境帶來(lái)污染,并影響操作者的身體健康,因此,采用干式切削刀具對(duì)淬硬軋輥的硬態(tài)干式切削加工已成為目前研究與應(yīng)用的熱點(diǎn)。淬硬軋輥的干式切削加工實(shí)現(xiàn)了以車代磨,加工效率提高了5~10倍,并可避免環(huán)境污染,是一種、潔凈的工藝方法,符合綠色制造、清潔生產(chǎn)模式,具有廣泛的應(yīng)用前景。
        1干式切削淬硬軋輥刀具
        刀具材料及其選用
        陶瓷材料
        陶瓷刀具具有高硬度(hra91~95)、高強(qiáng)度(抗彎強(qiáng)度為750~1000mpa)、耐磨性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、良好的抗粘結(jié)性能、摩擦系數(shù)低且價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。陶瓷刀具還具有很高的高溫硬度,1,200℃時(shí)硬度達(dá)到hra80。正常使用時(shí),陶瓷刀具耐用度*,車速可比硬質(zhì)合金提高2~5倍,特別適合高硬度材料加工、精加工以及高速加工,加工硬度可達(dá)hrc65的各類淬硬鋼和硬化鑄鐵等。常用的有氧化鋁基陶瓷、氮化硅基陶瓷、金屬陶瓷和晶須增韌陶瓷。氧化鋁基陶瓷刀具比硬質(zhì)合金有更高的紅硬性,高速切削狀態(tài)下切削刃一般不會(huì)產(chǎn)生塑性變形,但它的強(qiáng)度和韌性很低,為改善其韌性,提高耐沖擊性能,通常一方面可加入氧化鋯或tic和tin的混合物,另一種方法是加入碳化硅晶須。氮化硅基陶瓷除紅硬性高以外,還具有良好的韌性,與氧化鋁基陶瓷相比,它的缺點(diǎn)是在加工鋼時(shí)易產(chǎn)生高溫?cái)U(kuò)散,加劇刀具磨損,氮化硅基陶瓷主要應(yīng)用于斷續(xù)車削灰鑄鐵及銑削灰鑄鐵。金屬陶瓷是一種以碳化物為基體材料,其中tic為主要的硬質(zhì)相(0.5~2µm),它們通過(guò)co或ti粘結(jié)劑結(jié)合起來(lái),是一種與硬質(zhì)合金相似的刀具,但它具有較低的親和性、良好的摩擦性及較好的耐磨性。它比常規(guī)硬質(zhì)合金能承受更高的切削溫度,但缺乏硬質(zhì)合金的耐沖擊性、重型加工時(shí)的韌性以及低速大進(jìn)給時(shí)的強(qiáng)度。近年來(lái)通過(guò)大量的研究、改進(jìn)和采用新的制作工藝,陶瓷材料的抗彎強(qiáng)度和韌性均有了很大的提高,如日本三菱金屬公司開(kāi)發(fā)的新型金屬陶瓷nx2525及瑞典山德維克公司開(kāi)發(fā)的金屬陶瓷刀片新品ct系列和涂層金屬陶瓷刀片系列,其晶粒組織的直徑細(xì)小至1µm以下,抗彎強(qiáng)度和耐磨性均遠(yuǎn)高于普通的金屬陶瓷,大大拓寬了陶瓷材料的應(yīng)用范圍。
        cbn
        cbn的硬度和耐磨性僅次于金剛石,有*的高溫硬度,與陶瓷刀具相比,其耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性稍差,但沖擊強(qiáng)度和抗破碎性能較好。它廣泛適用于淬硬鋼(hrc50以上)、珠光體灰鑄鐵、冷硬鑄鐵和高溫合金等的切削加工,與硬質(zhì)合金刀具相比,其切削速度可提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。
        cbn含量高的pcbn刀具硬度高、耐磨性好、抗壓強(qiáng)度高及耐沖擊韌性好,其缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性差和化學(xué)惰性低,適用于耐熱合金、鑄鐵和鐵系燒結(jié)金屬的切削加工。復(fù)合pcbn刀具中cbn顆粒含量較低,采用陶瓷作粘結(jié)劑,其硬度較低,但彌補(bǔ)了前一種材料熱穩(wěn)定性差、化學(xué)惰性低的特點(diǎn),適用淬硬鋼的切削加工。
        使用pcbn刀具干式切削淬硬軋輥還應(yīng)遵循以下原則:在機(jī)床剛性允許條件下盡可能選擇大切深,這樣切削區(qū)生成的熱量使得刃前區(qū)金屬局部軟化,能有效降低pcbn刀具的磨損,此外在小切深時(shí)還應(yīng)考慮采用pcbn刀具導(dǎo)熱性差而使得切削區(qū)熱量來(lái)不及擴(kuò)散,剪切區(qū)也能產(chǎn)生明顯的金屬軟化效應(yīng),減小切削刃的磨損。
        刀片結(jié)構(gòu)及幾何參數(shù)確定
        刀片形狀及幾何參數(shù)的合理確定對(duì)充分發(fā)揮刀具切削性能是至關(guān)重要的。按刀具強(qiáng)度來(lái)說(shuō),各種刀片形狀的刀尖強(qiáng)度從高到低依次為:圓形、100°菱形、正方形、80°菱形、三角形、55°菱形、35°菱形。刀片材料選定后,應(yīng)選用強(qiáng)度盡可能高的刀片形狀。硬態(tài)車削刀片也應(yīng)選擇盡可能大的刀尖圓弧半徑,用圓形及大半徑刀片粗加工,精加工時(shí)的刀尖半徑約為0.8µm。
        淬硬鋼切屑為紅而酥軟的鍛帶狀,脆性大,易折斷,不粘結(jié),一般在切削表面不產(chǎn)生積屑瘤,加工的表面質(zhì)量高,但淬硬鋼切削力比較大,特別是徑向切削力比主切削力還要大,所以刀具宜采用負(fù)前角(g0≥-5°)和較大的后角(a0=10~15°),主偏角取決于機(jī)床剛性,一般取45~60°,以減少工件和刀具顫振。
        2干式切削淬硬軋輥切削參數(shù)及其對(duì)工藝系統(tǒng)的要求
        切削參數(shù)的選擇
        淬硬軋輥材料硬度越高,其切削速度應(yīng)越小。使用干式切削刀具進(jìn)行硬態(tài)車削精加工的適宜切削速度范圍為80~200m/min,常用范圍為100~150m/min。采用大切深,或強(qiáng)烈斷續(xù)切削時(shí),切削速度應(yīng)保持在80~100m/min。一般情況下,背吃刀量為0.1~0.3mm之間。加工表面粗糙度要求高時(shí)可選小的切削深度,但不能太小,要適宜。進(jìn)給量通??梢赃x擇0.05~0.25mm/r之間,具體數(shù)值視表面粗糙度數(shù)值和生產(chǎn)率要求而定。當(dāng)表面粗糙度為ra0.6~0.8µm,采用干式切削刀具進(jìn)行硬態(tài)車削比磨削經(jīng)濟(jì)得多。
        對(duì)工藝系統(tǒng)的要求
        除選擇合理的刀具外,采用干式切削刀具進(jìn)行硬車削軋輥對(duì)車床或車削中心并無(wú)特殊要求,若車床或車削中心剛度足夠,且加工軟的工件時(shí)能得到所要求的精度和表面粗糙度,即可用于硬態(tài)切削。由于加工淬硬軋輥時(shí),徑向力很大,這就要求機(jī)床功率要大,機(jī)床系統(tǒng)剛性要好,這既可保護(hù)干式切削刀具,又可獲得滿意的加工效果。為了保證車削操作的平穩(wěn)和連續(xù),常用的方法是采用剛性?shī)A緊裝置和中等前角刀具。若軋輥在切削力作用下其定位、支承和旋轉(zhuǎn)可以保持相當(dāng)平穩(wěn),現(xiàn)有的設(shè)備就可采用干式切削刀具進(jìn)行硬車削。
        3干式切削淬硬軋輥中應(yīng)注意的問(wèn)題
        干式切削淬硬軋輥不用切削液,因?yàn)樵谇邢鬟^(guò)程中大量的熱量將由切屑帶走,很少會(huì)在工件表面產(chǎn)生熱損傷及熱變形。相反,若使用冷卻液會(huì)給刀具壽命和表面質(zhì)量帶來(lái)不利影響。
        精車刀片選用強(qiáng)度高的方形、圓形刀片,雖然切削力加大,但粗糙度值更小,表面質(zhì)量更佳。磨鈍以后,轉(zhuǎn)位換刃即可。也可以選用菱形刀片,刀尖半徑在0.5~1mm之間。
        干式切削刀具作低速切削時(shí)(如v<50m/min),不但與硬質(zhì)合金的切削性能相近,而且容易引起工藝系統(tǒng)的振動(dòng),使刀具發(fā)生崩刃,甚至無(wú)法切削。在一定速度范圍內(nèi)高速切削時(shí),切削溫度的升高,還會(huì)改變工件材料的性能,提高干式切削刀具的韌性,從而減少其破損。但是斷續(xù)切削時(shí),如果切削速度提高太大,溫差會(huì)很大,產(chǎn)生的熱應(yīng)力也可導(dǎo)致刀具破損。
        進(jìn)給量對(duì)刀具破損的影響比切削速度大,選取較小的進(jìn)給量,有利于防止或減少刀具的破損。因此,對(duì)干式切削刀具應(yīng)選用較小的進(jìn)給量和盡可能高的切削速度。
        裝夾干式切削刀具時(shí),刀具的懸伸長(zhǎng)度要盡量短,以防止刀桿顫振和變形,使干式切削刀具保持良好的加工狀態(tài)。
        對(duì)于硬度高和不規(guī)則的工件,由于干式切削刀具較脆、怕沖擊。刀具從工件端面切入、切出時(shí),尤其表面有凹凸不平,zui易發(fā)生沖擊,刃口破裂,使耐用度降低。所以在使用干式切削刀具前,在工件切入切出端先倒角,以減小刀具沖擊力。毛坯切入處的倒角,可避免刀具剛接觸工件時(shí),承受過(guò)大的沖擊載荷。毛坯切出處的倒角,主要是為避免刀具切離零件時(shí)被留下的一圈料邊打壞。
        為很好地使用干式切削刀具,穩(wěn)定地控制工件質(zhì)量,準(zhǔn)確判斷干式切削刀具的耐用度至關(guān)重要。如果一直使用磨損已很嚴(yán)重的刀具,那么切削力及切削溫度增加、切削不暢,就難以控制工件尺寸及表面完整性,甚至使干式切削刀具無(wú)法繼續(xù)修磨而報(bào)廢。為保證刀具的正常使用,建議干式切削刀具后刀面磨損量達(dá)0.3~0.6mm(精車時(shí)取小值)時(shí)應(yīng)進(jìn)行重磨。但重磨需要一定的設(shè)備和技巧,多數(shù)工廠的機(jī)床不具備合適的條件,一般干式切削刀具的重磨都應(yīng)由專業(yè)廠來(lái)完成。
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