高强度钢和超高强度钢的切削加工.doc

简介：1 什么是高强度钢和超高强度钢？所谓高强度钢，是指那些在强度和韧性方面结合很好的钢种。低合金结构钢，经调质处理后，具有很好的综合力学性能。其抗拉强度sb1200MPa时，叫高强度钢；其抗拉强度sb1500MPa时，称为超高强度钢。 超高强度钢，视其合金含量的多少，可分为低合金超高强度钢(合金含量不大于6%)、中合金超高强度钢和高合金超高强度钢。 含一种合金元素的高强度合金钢有铬钢、关键字：刀具夹具切削铣削车削机床测量 1 什么是高强度钢和超高强度钢？所谓高强度钢，是指那些在强度和韧性方面结合很好的钢种。低合金结构钢，经调质处理后，具有很好的综合力学性能。其抗拉强度sb1200MPa时，叫高强度钢；其抗拉强度sb1500MPa时，称为超高强度钢。 超高强度钢，视其合金含量的多少，可分为低合金超高强度钢(合金含量不大于6%)、中合金超高强度钢和高合金超高强度钢。 含一种合金元素的高强度合金钢有铬钢、镍钢、锰钢等；含两种合金元素的合金钢有铬镍钢、铬锰钢、铬钼钢等；含三种以上合金元素的高强度合金钢有铬锰硅钢、铬镍钨钢、铬镍钼钢、铬锰钛钢、铬锰钼钒钢等。 高强度钢和超高强度钢的原始强度和硬度并不高，但是经过调质处理后可获得较高的强度，硬度在HRC3050之间。 钢的抗拉强度与硬度之间存在一定的关系。一般来说，硬度提高强度也随之增高，但不能说高强度钢就是高硬度钢。所谓高强度钢和超高强度钢，是指综合性能而言的。淬火钢的硬度很高，但不能称为高强度钢和超高强度钢，其原因是它的综合性能不好，几乎没有塑性，韧性也很差，只能作耐磨零件和工具。 2 高强度钢和超高强度钢有哪些切削特点？高强度钢和超高强度钢，由于加入不同量的合金元素，经热处理后，Si、Mo、Ni等元素使固溶体强化，金相组织多为马氏体，具有很高的强度(最高可达1960MPa)和较高的硬度(HRC35)，冲击韧性高于45号钢，切削时具有以下特点： 1. 刀具易磨损、耐用度低：高强度钢和超高强度钢，调质后的硬度一般在HRC50以下，但抗拉强度高，韧性也好。在切削过程中，刀具与切屑的接触长度小，切削区的应力和热量集中，易造成前刀面月牙洼磨损，增加后刀面的磨损，导致刃口崩缺或烧伤，刀具的耐用度低。 2. 切削力大：高强度钢和超高强度钢的剪切强度高，变形困难，切削力在同等的切削条件下，比切45号钢的单位切削力大1.171.49倍。 3. 切削温度高：这两种钢的导热性差，切削时切屑集中于刃口附近很小的接触面内，使切削温度增高。如45号钢的导热系数为50.2 W/(mK)，而38CrNi3MoVA的导热系数为29.3 W/(mK)，仅为45号钢的60%，切削38CrNi3MoVA时的切削温度比切削45号钢的切削温度高100左右。切削温度高，刀具磨损加剧。 4. 断屑困难：由于高强度钢和超高强度钢具有良好的塑性和韧性，所以切削时切屑不易拳曲和折断。切屑常缠绕在工件和刀具上，影响切削的顺利进行。表1 高速钢牌号的选择刀具类型刀具材料车刀W9Mo3Cr4V3Co10W12Mo3Cr4V3Co5SiW2Mo9Cr4VCo8W10Mo4Cr4V3Co4NbW10Mo4Cr4V3AlW6Mo5Cr4V2AlW18Cr4V4SiNbAl铣刀W2Mo9Cr4VCo8W12Mo3Cr4V3Co5SiW9Mo3Cr4V3Co10W10Mo4Cr4V3Co4NbW10Mo4Cr4V3AlW6Mo5Cr4V2AlW18Cr4V4SiNbAlW6Mo5Cr4V5SiNbAl成形铣刀W2Mo9Cr4VCo8W12Mo3Cr4V3Co5SiW10Mo4Cr4V3Co4NbW10Mo4Cr4V3AlW10Mo4Cr4V3AlW6Mo5Cr4V2AlW6Mo5Cr4V5SiNbAl拉刀W2Mo9Cr4VCo8W12Mo3Cr4V3Co5SiW10Mo4Cr4V3AlW10Mo4Cr4V3AlW6Mo5Cr4V2AlW6Mo5Cr4V5SiNbAl齿轮刀具W6Mo5Cr4V2AlW2Mo9Cr4VCo8W12Mo3Cr4V3Co5SiW10Mo4Cr4V3Co4NbW9Mo3Cr4V3Co10螺纹刀具W6Mo5Cr4V2AlW2Mo9Cr4VCo8W12Mo3Cr4V3Co5SiW10Mo4Cr4V3Co4NbW9Mo3Cr4V3Co103 切削高强度钢和超高强度钢时怎样选择刀具材料？高强度钢和超高强度钢具有很高的强度和硬度，切削时要求刀具应具有较高的红硬性、耐磨性及冲击韧性，而且不易产生粘结磨损和扩散磨损。粗加工和断续切削时，要求刀具具有抗热冲击性能。除金刚石刀具外，各种刀具材料均可以切削，在选择刀具材料时，应根据切削条件合理选择。 1. 高速钢：选用高性能高速钢切削高强度钢和超高强度钢，应根据工件材料的性能、形状、加工方法和工艺系统刚性等特点，全面考虑刀具材料的耐热性、耐磨性和韧性等。当工艺系统刚性较好、刀具型面简单时，可采用钨系、钨钼系高钒高钴高速钢；型面复杂时，可采用钨钼系、高碳低钒含铝高速钢或钨钼系高碳低钒高钴高速钢；当工艺系统刚性较差时，可采用钨钼系低钒含铝高速钢及钨钼系低钒高钴高速钢；在冲击切削条件下，宜采用钨钼系高钒高速钢、钨钼系含铌高速钢或钨钼系含铝高速钢。不同的切削方式切削高强度钢和超高强度钢时，高速钢牌号的选择见表1。 2. 粉末冶金高速钢和TiN涂层高速钢：粉末冶金高速钢，是由高速钢粉末在高温(1100)、高压(100MPa)下直接压制，再锻造成所需要的刀具形状，加工淬火后刃磨而成。它具有硬度高、高温硬度好、耐磨性好的特点，适用于高强度钢和超高强度钢的切削。如原冶金部钢铁研究总院生产的FW12Cr4V5C05(FT15)和FW 10Mo5Cr4V2Co12等。 高速钢刀具TiN涂层，可以延长刀具耐用度23倍，提高切削速度25%。常用的涂层高速钢刀具有：麻花钻、立铣刀、丝锥、齿轮滚刀、铰刀和插齿刀等。 3. 硬质合金：根据硬质合金的性能，它是切削高强度和超高强度钢的主要刀具材料。一般应选新型高性能硬质合金或涂层硬质合金。 4. 陶瓷刀具：它的硬度和耐热性高于硬质合金，允许的切削速度比硬质合金高12倍。在高强度钢和超高强度钢的切削中，陶瓷刀具主要用于车削和平面铣削的半精加工和精加工中。推荐选用Al2O3TiC系列陶瓷，如AT6、AG2、T8、LT35、LT55等。 5. 立方氮化硼(CBN、PCBN)：这种刀具的硬度、耐磨性及耐热性很高，PCBN的强度也很高，达1500 MPa，适用于高强度钢和超高强度钢的车削和铣削，主要用于半精加工和精加工。简介：陶瓷刀具车5 切削高强度钢和超高强度钢时怎样选择切削用量？各种高强度钢和超高强度钢中的合金元素种类与含量不同，热处理后的力学物理性能差异也很大，因此应根据不同的切削对象合理选择切削用量。选择切削用量的基本原则与一般切削相同。 切削高强度钢时的切削速度应比加工一般钢材低些，为切削45号钢的切削速度的50%左右。加工超高强度钢应更低一些，为切削45号钢的切削速度的30%。采用高关键字：刀具夹具切削铣削车削机床测量 陶瓷刀具车5 切削高强度钢和超高强度钢时怎样选择切削用量？各种高强度钢和超高强度钢中的合金元素种类与含量不同，热处理后的力学物理性能差异也很大，因此应根据不同的切削对象合理选择切削用量。选择切削用量的基本原则与一般切削相同。 切削高强度钢时的切削速度应比加工一般钢材低些，为切削45号钢的切削速度的50%左右。加工超高强度钢应更低一些，为切削45号钢的切削速度的30%。采用高速钢刀具时，Vc=311m/min，f=0.030.3mm/r，ap=0.32mm；采用陶瓷刀具切削时，Vc=70210m/min，f=0.051mm/r，ap=0.14mm；采用CBN(或PCBN)切削时，Vc=40220m/min，f=0.030.3mm/r，ap0.8 mm。 采用硬质合金刀具车削时，粗车或荒车时，Vc=1090m/min，f=0.31.2mm/r，ap=420 mm；半精车时，Vc=30140m/min，f=0.150.4mm/r，ap=14pmm；精车时，Vc=70120m/min，f=0.050.2mm/r，ac=0.051.5mm。在选择切削速度时，应考虑材料的强度，一般b=10001500MPa时，Vc=8540m/min，b=15001700MPa时，Vc=5835m/min；b=20002150MPa时，Vc=3510m/min。 6 怎样解决切削高强度钢和超高强度钢时的断屑问题？切削高强度钢和超高强度钢时的断屑问题，是影响加工效率和生产自动化的重要问题。同时，解决好断屑问题，也是提高加工质量和刀具耐用度的重要手段。因此必须根据切削的条件和加工方式，选择有效的断屑措施。 1. 利用刀片断屑槽断屑：这种方法是最常用而比较简单的断屑方法。常用的刀具都可以磨出一定的槽型，但一般一种槽型只能针对一种或几种工件材料，在一定的切削用量范围内断屑。焊接式硬质合金刀具，可以磨成槽底为圆弧槽，前宽深后窄浅的锥形槽、弧形槽、腰鼓形槽、棱形凸面槽等，见图1和图2。锥形断屑槽刃磨起来比较容易，其几何参数见表5。图1 锥形断屑槽弧形槽腰鼓形槽凸棱面槽图2 弧形槽、腰鼓形槽、凸棱面槽2.表5 锥形断屑槽参数Wn(mm)Rn(mm)L(mm)g0()a0()a0()kr()倒棱f(mm/r)ap(mm)粗车4.5910881080.2(-8)0.251315半精车2.53410128100.2(-15)0.080.30.15精车1.512.52010880.2(-15)0.080.150.10.53. 障碍式(或导屑器)断屑：采用可调式断屑压板或弹性断屑板强迫断屑，也是常采用的方法。钻削、镗削时可采用导屑器，防止切屑缠绕，见图3。图3 钻头导屑器4. 改变刀具几何参数断屑：在切削高强度钢和超高强度钢时，可以通过改变一个或几个刀具几何参数达到断屑的目的。如加大主偏角、加大负倒棱宽度、减小前角等。但应注意的是，改变刀具几何参数时，必须综合考虑工艺系统刚性和刀具耐用度。当机床刚性较差或弱刚性工件时，如加大倒棱宽度、减小前角，会使切削力增加，容易引起工件振动，影响加工质量。而加大主偏角，会使刀尖强度降低，散热面积减小，影响刀具耐用度。一般只在半精车和精车时采用。 5. 改变切削用量断屑：当切削深度不很大时，可以通过增加进给量、降低切削速度来达到断屑的目的。当切削深度已经较大时，必须考虑刀具的强度、工艺系统的刚性和机床功率，以免造成“闷车”，使刀具损坏。 6. 工件预切槽断屑法：切削高强度钢和超高强度钢时，可以在工件的被加工表面上，预先加工12条直槽或螺旋槽，深度不得超过切削深度，一般为0.60.8ap。使切削深度在切削过程中不停的变化，可以取得稳定的断屑效果。 7. 间断进给断屑：在切削过程中，周期性瞬时停止进给，也可以达到良好断屑的目的。 8. 外力强迫断屑：在切削过程中，可以采用辅助装置或能量，使切屑被迫折断。如喷射高压流体等。7 对高强度钢和超高强度钢铰孔时怎样选择铰刀？对高强度钢和超高强度钢铰孔时，可选用高性能高速钢和硬质合金作为刀具材料。高性能高速钢中的高钒、高钴、含钴或含铝的超硬高速钢，非常适于加工这种钢材。如用含钴超硬高速钢W12Mo5Cr4V3Co5Si制作的铰刀，直径18 mm，铰削高强度钢(b =12001300 MPa)的孔时，每把铰刀可铰孔6070个。铰时n=140r/min，f=0.05mm/r，粗糙度Ra为1.6m。 用于高强度钢的硬质合金铰刀，如图4-4所示，刀具材料为YT15硬质合金。此铰刀适用于L/D5及D=680mm的孔。使用时要充分加乳化液。如使用钻套，必须使用旋转钻套，以避免铰刀刃口与钻套摩擦。操作时，先将刀具与工件接触后再开车，退刀时最好先停车。 8 铰削高强度钢和超高强度钢孔时怎样选择切削用量？高强度钢和超高强度钢一般铰孔时，切削余量不宜过大，否则会影响加工效率和刀具耐用度。当孔径小于等于15 mm时，余量约为0.10.15 mm；孔径大于15 mm时，余量为0.20.3 mm。在选择切削速度时，要充分考虑工件材料的强度和硬度。硬质合金铰刀的切削用量见表6和表7。表6 硬质合金铰刀的切削用量工件材料强度sb(MPa)切削速度Vc(m/min)孔径(mm)转速n(r/min)1130601015600118012505513245020303757501425401520303080375600166820表7 硬质合金高速铰刀的切削用量工件材料切削用量HRCsb(MPa)Vc(m/min)f(mm/r)ap(mm)288821081380.10.170.20.253513721001300.10.170.20.25481572701080.10.170.150.2511765601000.120.20.150.25318645590 0.120.20.150.253186440700.10.170.15简介：硬质合金钻头9 钻削高强度钢和超高强度钢时怎样选择钻头？钻削高强度钢，可选用高性能高速钢麻花钻或硬质合金钻头。钻削超高强度钢，一般应采用硬质合金钻头，直径大于16mm孔时，推荐选用可转位浅孔钻。 高速钢麻花钻，可选用群钻或修磨成三尖刃形的钻头。为了提高钻头的刚度，应适当增加钻心厚度，减小悬伸量。螺旋角也应小一些，一般为1730。 选用硬质合金钻头时，可加大顶角，以关键字：刀具夹具切削铣削车削机床测量 硬质合金钻头9 钻削高强度钢和超高强度钢时怎样选择钻头？钻削高强度钢，可选用高性能高速钢麻花钻或硬质合金钻头。钻削超高强度钢，一般应采用硬质合金钻头，直径大于16mm孔时，推荐选用可转位浅孔钻。 高速钢麻花钻，可选用群钻或修磨成三尖刃形的钻头。为了提高钻头的刚度，应适当增加钻心厚度，减小悬伸量。螺旋角也应小一些，一般为1730。 选用硬质合金钻头时，可加大顶角，以改善排屑，一般为2kr=140150。为了减小轴向力，应减小横刃，一般为0.1do(do为钻头直径)。钻头的进给前角gf=0，进给后角af=612。可转位浅孔钻的刀片应选用涂层刀片或非涂层刀片。推荐选用的涂层刀片有：YB01、YB02、YB03；非涂层刀片有：YC10、YC30、YC40、YD20、798、813等。 10 钻削高强度钢和超高强度钢时怎样选择切削用量？钻削高强度钢和超高强度钢，比钻削一般钢材的切削速度低50左右。选用高速钢钻头钻孔时，一般取Vc=1015m/min，当工件材料的硬度HRC45时，切削速度更低。进给量为f=0.030.3 mm/r，钻头直径小时取小值。 采用硬质合金钻头时，可以选较高的切削速度，但不能太高，必须考虑工件材料的硬度对钻头耐用度的影响。当工件材料硬度HRC50时，钻头的速度应小于30m/min，进给量f=0.030.3 mm/r。高速钢和硬质合金钻头，钻削不同硬度的高强度和超高强度钢的切削速度见表8；高速钢群钻的切削用量见表9。表8 按工件材料硬度选择切削速度工件硬度3540404545505055刀具切削速度(m/min)高速钢9127.6114.67.626.6硬质合金721203072223030表9 高速钢群钻切削用量深径比L/D切削用量孔径(mm)81012162025303540603f (mm/r)0.130.180.220.260.320.360.400.450.5Vc (m/min)1212.51338f (mm/r)0.120.150.180.220.260.300.320.380.41Vc (m/min)1111.512图5 攻刚强度钢螺纹的丝锥11 怎样攻高强度钢和超高强度钢螺纹？攻高强度钢和超高强度钢螺纹的丝锥，可用高性能高速钢、粉末冶金高速钢等制作。当工件硬度达到HRC4852时，应采用硬质合金丝锥。丝锥多采用跳牙丝锥和修正丝锥。丝锥的齿形角应小于25，校准部分应有1733的倒锥，切削锥角取2305，切削锥长度L1=(1/22/3)校准部分长度。应适当增加螺纹底孔直径与切削部分长度，减小校准部分长度。如攻制高强度钢螺纹的丝锥(如图5所示)，丝锥的材质为含钴超硬高速钢(W2