淬火钢的切削加工

1、淬火钢的切削加工淬火钢的切削加工淬火钢的切削加工1什么是淬火钢 ?它有哪些切削特点？淬火钢是指金属经过淬火后，组织为马氏体， 硬度大于 hrc50 的钢。它在难切削材料中占有相当大的比重。 加工淬火钢的传统方法是磨削。但为了提高加工效率， 解决工件形状复杂而不能磨削和淬火后产生形状和位置误差的问题，往往就需要采用车削、铣削、镗削、钻削和铰削等切削加工方法。淬火钢在切削时有以下特点：(1) 硬度高、强度高，几乎没有塑性：这是淬火钢 的 主 要 切 削 特 点 。 当 淬 火 钢 的 硬 度 达 到hrc50 60 时，其强度可达 b=21002600mpa ，按照被加工材料加工性分级规定，淬火钢

2、的硬度和强度均为 9a 级，属于最难切削的材料。(2) 切削力大、切削温度高：要从高硬度和高强度 的 工 件 上 切 下 切 屑 ， 其 单 位 切 削 力 可 达4500mpa 。为了改善切削条件，增大散热面积，刀具选择较小的主偏角和副偏角。这时会引起振动，要求要有较好的工艺系统刚性。(3) 不易产生积屑瘤： 淬火钢的硬度高、 脆性大，切削时不易产生积屑瘤， 被加工表面可以获得较低的表面粗糙度。(4) 刀刃易崩碎、磨损：由于淬火钢的脆性大，切削时切屑与刀刃接触短， 切削力和切削热集中在刀具刃口附近，易使刀刃崩碎和磨损。(5) 导 热 系 数 低 ： 一 般 淬 火 钢 的 导 热 系 数 为

3、7.12w/(mk) ，约为 45 号钢的 1/7 。材料的切削加工性等级是9a 级，属于很难切削的材料。由于淬火钢的导热系数低， 切削热很难通过切屑带走，切削温度很高，加快了刀具磨损。2怎样选择切削淬火钢的刀具材料？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：为了改善硬质合金的性能，在选择硬质合金时，应优先选择加入适量tac或 nbc的超细微粒的硬质合金。 因为在 wc-co 类硬质合金中，加入 tac以后，可将其原来的800高温强度提高150300mpa ，常温硬度提高hv40

4、 100。 加入 nbc以后， 高温强度提高 150300mpa ，常温硬度提高 hv70 150。而且 tac和 nbc可以细化晶粒，提高硬质合金抗月牙洼磨损的能力。tac还可以降低摩擦系数，降低切削温度，增强硬质合金抗热裂和热塑性变形的能力，同时也将wc的 晶 粒细 化 到0.5 1 m， 其硬 度 提 高hra1.5 2，抗弯强度可提高600800mpa ，高温硬度比一般硬质合金高。常用来切削淬火钢的硬质合金牌号有：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：在al2o3中加入 tic 等金属

5、元素并采用热压工艺， 改善了陶瓷的致密性， 提高了氧化铝基陶瓷的性能，使它的硬度提高到hra95.5，抗弯强度可达到8001200mpa ，耐热性可达12001300，在使用中可减少粘结和扩散磨损。其主要牌号有ag2 、ag3 、ag4 、lt35、lt55、at6 等。氮化硅基陶瓷是在 si3n4 中加入 tic 等金属元素，其硬度为 hra93 94，抗弯强度为 7001100mpa 。其主要牌号有 hs73 、hs80 、f85、st4、tp4 、sm 、hdm1 、hdm2 、hdm3 。这两种陶瓷适用于车、铣、镗、刨削淬火钢。(3) 立方氮化硼复合片 (pcbn)刀具：它的硬度为hv

6、8000 9000，复合抗弯强度为 9001300mpa ，导热性比较高，耐热性为1400 1500，是刀具材料中最高的。 它十分适合于淬火钢的半精加工和精加工。综上所述，切削淬火钢最好的刀具材料是立方氮化硼，其次是复合陶瓷， 再其次是新牌号硬质合金。3怎样选择切削淬火钢刀具的几何参数？切削淬火钢时， 光有好的刀具材料， 而没有合理的刀具几何参数， 也不能达到满意的效果。 所以要根据具体的刀具材料、工件材料和切削条件，合理地选择刀具几何参数， 才能有效地发挥刀具材料应有的切削性能。(1) 前角：前角的大小对切削淬火钢影响很大。由于淬火钢的硬度、强度高，切削力大，而且集中在刀具刃口附近。 为了避

7、免崩刃和打刀， 前角应选零度和负值， 一般0=-100。工件材料硬度高、断续切削时，应选较大的负前角，0=-10 -30 。如果采用正前角可转位刀片时， 应磨出 b=0.5 1mm 宽， 01=-5-15较大的负倒棱，以增强刀刃强度。(2) 后角：切削淬火钢刀具的后角应比一般刀具的后角大一些，以减小后刀面的摩擦，一般0=810为好。(3) 主偏角和副偏角：为了增强刀尖强度和改善散热条件，主偏角 r=3060，副偏角 r=615。(4) 刃倾角：刃倾角为负值时，可以增大刀尖强度。但负值太大时，会使fp 力增大，在工艺系统刚性差时，引起振动。所以在一般情况下，s=-50；断续切削时， s=-10

8、-20；硬齿面刮削滚刀，它的刃倾角s=-30 。(5) 刀尖圆弧半径：它的大小影响刀尖强度和已加工表面粗糙度。 因工艺系统刚性的影响， 刀尖圆弧半径 =0.5 2mm 为宜。切削淬火钢刀具，在合理选好几何参数的基础上，必须经过仔细刃磨和研鐾， 提高刀具各表面的刃磨质量，使刀具耐用度得到提高。4怎样选择切削淬火钢时的切削用量？切削加工淬火钢的切削用量，主要根据刀具材料、工件材料的物理力学性能、工件形状、工艺系统刚性和加工余量来选择。 在选择切削用量三要素时，首先考虑选择合理的切削速度，其次是切削深度，再其次是进给量。(1) 切削速度：一般的淬火钢耐热性在200600，而硬质合金的耐热性为8001

9、000，陶瓷刀具的耐热性为11001200，立方氮化硼的耐热性为14001500。除高速钢外，一般淬火钢达到400左右时，它的硬度开始下降，而上述刀具材料仍保持它原有的硬度。所以在切削淬火钢时， 充分利用上述这一特性， 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，硬质合金刀具vc=3075m/min；陶瓷刀具vc=60120m/min；立方氮化硼刀具vc=100200m/min。在断续切削和工件材料硬度太高时， 应降低切削速度， 一般约为上面最低切削速度的1/2 。在连续切削时的最佳切削速度，以切下的切屑呈暗红色为宜。(2)

10、切削深度：一般根据加工余量和工艺系统刚性选择，一般情况下， p=0.1 3mm 。(3) 进给量：一般为0.05 0.4mm/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。5怎样用陶瓷刀具切削淬火钢? 采用陶瓷刀具材料切削淬火钢， 比用硬质合金切削淬火钢， 有其显著的效果。 这主要表现在陶瓷刀具的硬度和耐热性高于硬质合金。用它来制造的车刀、铣刀、螺纹刀具，均可成功地切削淬火钢，其耐用度均高于yt05 、643、ym052等硬质合金。(1) 充分发挥陶瓷刀具材料硬度和耐热性比硬质合金高这一特点， 选择的切削速度应高于硬质合金切削淬火钢的切削速度，一般高50

11、。如在切削速度 50m/min时， 陶瓷刀具的后刀面磨损量与硬质合金接近。当切削速度增至95m/min时，它的耐磨性远远高于yt05等硬质合金。如用陶瓷刀片作成的三面刃铣刀，以102m/min 的切削速度铣完深 5.2mm 、宽 16mm 、长 700mm 的淬火钢键槽，刀具基本上无磨损。(2) 陶瓷刀具在切削中受冲击载荷时，刀具应选择小的主偏角、大的刀尖圆弧或采用圆形刀片，以增加刀尖强度， 避免刀具损坏。 如采用圆形陶瓷 刀 片 作 成 的 机 夹 端 铣 刀 ， 铣 削 淬 火 钢 ，vc=120 150m/min， vf=230 290mm/min ， p=12mm 。(3) 应采用负前

12、角和负刃倾角，以利于增加刀刃和刀尖强度。刀刃和刀面的粗糙度ra要小于 0.4m 。(4) 切削时一般不用切削液，若要用，要自始至终充分供给，否则刀片会因热胀冷缩而产生裂纹。(5) 陶瓷刀具的抗弯强度低于硬质合金的抗弯强度，为了减小刀具单位面积受力，切削时进给量要小一些，一般为f=0.08 0.15mm/r。6怎样使用立方氮化硼刀具切削淬火钢? 立方氮化硼刀具(cbn)不仅是制造磨具的好材料，而且它容易修磨 ( 可用金刚石磨轮刃磨 ) ，也是用于制造车刀、镗刀、铣刀、枪钻、铰刀、齿轮刀具等的好材料。 cbn 主要用来切削各种淬火钢，也可用来切削其他难切削材料。它不仅有很高的金属切除率，而且有很好

13、的表面加工质量。切削各种淬火钢可以有效地代替磨削，减少加工工序，提高生产率。 现在市场上所销售的cbn 刀片，大都以它与硬质合金复合片的形式，作成可转位刀片或刀具， 其目的就是提高cbn 刀片的抗弯强度。由于 cbn 刀具的硬度高 (hv80009000)， 耐热性高(14001500) ， 在使用时能允许以高于硬质合金几倍的切削速度切削淬火钢，而耐用度是硬度合金的几倍到几十倍。 切削淬火钢时 cbn 刀具与硬质合金刀具对比。国内生产 cbn 刀片的厂家有成都工具研究所， 生产的牌号为ldp j；第六砂轮厂生产的dls f1、dls f2、dls f3。还有不少厂家生产cbn可转位刀片和焊接刀

14、。 ldp j 和 dls f1 主要用于切削各种淬火钢。 dls f2主要用于切削各种铸铁。 dls f3主要用于切削高温合金和钛合金。cbn刀具不适于低速切削， cbn刀具靠切削时所产生的切削热， 在切削区微小的范围内软化工件材料来切削的。在切削硬度为 hrc55 65的材料时， cbn 刀具的切 削 速 度 应 在50 120m min 。 铣 削 时 的vc=100 160m/min， 每 分 钟 进 给 量vf=70160mm/min ； 铰削时 vc=60130m/min， ap=0.10.2mm ，f=0.07 0.2mm/r。cbn 刀具主要用于淬火钢的半精加工和精加工。 其加

15、工表面不会像磨削那样产生烧伤现象，效率比磨削高十倍左右。cbn 刀 具 切 削 淬 火 钢 时 的 几 何 参 数 是 0=-15 -5 ， 0= 0=10 15， r=30 60， r=5 15， s=010，=0.3 1mm 。7用 cbn刀具切削淬火钢时，在哪些情况下代替磨削最为有效？(1) 在数控机床上切削复杂的表面和几个复杂的表面，代替磨削工序，可以减少1/3 2/3 的劳动量，而且能保证很高的位置精度。(2) 形状复杂的内孔或小孔。如采用磨削，要求砂轮的形状也相应复杂， 有的时候无法磨削， 这时采用车削最为有利。(3) 一个零件几个表面 ( 外圆、内孔、端面、阶台、沟槽) 都需磨削

16、，这时采用车削，一道工序即可完成，可减去磨削用的工装。(4) 零件淬火后易变形和留余量小时易造成废品，这时可留余量大一些，待淬火后，再用cbn刀具切除多余余量， 再磨削，以减少因变形大而产生的废品。(5) 在加工载荷变动量很大的，困难条件下使用的表面高频零件， 采用 cbn 刀具加工， 工件表面组织和物理力学性能较磨削时好，可以延长零件的使用寿命。8怎样车削淬火钢滚丝轮的螺纹？淬火后滚丝轮的螺纹，一般都采用螺纹磨床磨削。但为了提高加工效率和解决没有螺纹磨的困难， 也可采用车削的方法加工。(1) 滚丝轮的技术要求：坯料材质为cr12mov合金工具钢，经淬火后硬度为hrc59 ，牙距为1.5mm

17、， 螺纹头数为 10 头， 半角/2 30o25 ，牙 深 为0.922mm， 牙 尖 高h1 (0.435 0.042)mm， 牙 根 高h2 (0.487( 0.010/ 0.029)mm 。(2) 机床与刀具：机床是大连生产的8955 型290mm 铲齿车床，机床附件为分度盘。刀具分粗车刀和精车刀， 刀具材质为 ym052 硬质合金。 刀具几何参数为： 。3o，。5o，0o2o，r 60o20 ，s5o，前刀面向螺旋方向倾斜3o。各角度在工具磨磨好后，用金刚石油石鐾研， 并在主、副刀刃和刀尖处鐾出负倒棱。(3) 切削用量：切削速度26.2m/min ，粗车螺纹ap0.1 0.15mm ，

18、精车 ap0.05 0.08mm 。在车削中，每走一次刀，分一次头，以保证每齿均匀地去除余量。(4) 注意事项：为了防止切入切出时刀尖崩刀，在螺纹的两端各倒30o 角。 为了准确地控制每次吃刀深度，在横向进刀放一百分表。9. 怎样钻取出在螺纹孔中折断的丝锥？用丝锥攻螺纹时， 稍微不慎或攻难切削材料的螺纹，往往把丝锥扭断在孔中，不易取出，使工件成为废品。 为了减少废品， 采用电火花把断在孔中的丝锥打掉或用硬质合金钻头钻掉。采用硬质合金钻的办法简单，工人易掌握。(1) 刀具：用硬质合金圆棒，磨成如图2-1 所示的四棱钻，材质为 yg6x 或 ym052 、813 等。钻头直径应大于丝锥心部直径。

19、(2) 操作注意事项：在校正好钻头和孔的位置后， 要把钻头和工件固定好。断在螺孔中的丝锥头部不平整，开始钻时一定要慢， 以免伤了螺孔和把孔钻歪。 钻时的切削速度为 2025m/min， 要随时观察钻削的情况，及时清除丝锥的碎块和切屑， 直到把断在孔中的丝锥钻掉。10. 怎样用高速钢钻头钻削硬材料？这里所说的硬材料是指热处理后，其硬度为hrc38 42 的材料，或在零件表面经过渗碳、氰化、镀铬后，有一层硬化层的表面。在这样硬的材料或表面上钻孔， 十分困难， 有时只能在表面上钻出一个小坑， 钻头就发出吱吱叫声， 出现严重磨损。这时在没有硬质合金钻头的情况下，可采用改变了几何参数的高速钢钻头，也能成

20、功地钻削上述硬材料。钻硬材料群钻参数见图2-2 。为了增加刀刃强度， 改善散热条件， 采用了减小前角、加大圆弧槽半径和外缘刃的刀尖角的办法。钻头的几何参数如图2-2 所示。钻孔时应选较短的钻头， 以增强钻头的刚性。 工件刚性不足时要增加辅助支承。 钻削用量一般选取 c25m/min，进给量f 0.03 0.05mm/r 或手动进给。切削液应选用切削油或极压切削油。11 用立方氮化硼磨轮磨削高速钢有哪些优点？高速钢是淬火钢中有特殊用途的钢种。立方氮化硼磨轮特别适用于磨削高速钢。 由刚玉砂轮磨削高速钢，特别是磨高钒高速钢时，磨削力大，磨削温度高，易发生烧伤，磨粒磨损快，易堵塞，易脱粒，磨削困难。如

21、用立方氮化硼磨轮磨削w18cr4v 、w2mo9cr4vco8、w6mo5cr4v5sinba1、w6mo5cr4v5co3sinba1、w10mo4cr4v3a1 等 5 种高速钢的试棒时，累计磨去17mm ，磨轮仍然很锋利。又如用镀铜的立方氮化硼磨粒的磨轮，磨削 w6mo5cr4v5sinba1 高速钢拉刀，可磨150 个刀齿，而用白刚玉砂轮一个刀齿也磨不动，单晶刚玉加微晶刚玉砂轮只能磨出78 个刀齿。立方氮化硼磨轮磨削高速钢有很高的耐用度。它的磨损量是单晶刚玉的1/64 ，是绿色碳化硅的1/104，是白刚玉的 1/99 。立方氮化硼磨轮磨削高速钢有很高的磨削比。用它磨削高钒高速钢(w12

22、cr4v5co) 的磨削比为 140，而刚玉类砂轮是10，金刚石磨轮是16。 用它磨削超硬高速钢 (w2mo9cr4vco8) 的磨削比为 660，而刚玉砂轮是 10，金刚石磨轮是 18。用它磨削钨钼高速钢(w6mo5cr4v2) 的磨削比为980，刚玉类砂轮为 10，金刚石磨轮的磨削比为20。立方氮化硼磨轮磨削高速钢时可以避免烧伤。当用刚玉砂轮磨削高速钢时， 很快就磨损， 如不及时修整，就会出现烧伤，影响磨削质量。而立方氮化硼磨轮， 直到磨耗完也不需要修整， 也不会出现烧伤。立方氮化硼磨轮有很高的切削能力，单位磨削功率比刚玉砂轮小2/3 5/6 。12. 切削淬火钢的实例有哪些？淬火钢的切削，是难切削材料最有代表性的一种。以前人们认为它硬度高，只能磨削。现在由于切削技术的进步，以车削、铣削、刨削和钻削代替磨削也习以为常了。(1) 车冷镦轴承滚子模具顶杆，材质为合金工具钢 crl2