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淬火钢断续切削加工用CBN刀具研究
2013-11-7  来源:郑州华菱超硬材料有限公司   作者:-

    淬火钢作为一种难切削加工材料,一直是CBN刀具行业研究课题,特别是断续切削加工淬火钢一直是个老大难,CBN刀具在断续切削加工淬火钢时会以每分钟100次以上的冲击来完成加工,对CBN刀具的抗冲击性能是个很大的挑战。

  淬火钢的断续切削加工特点

  根据一次连续切削延续时间的长短及切削时间占总时间的比例,可将个工件切削分为连续切削、高频率断续切削和低频率断续切削;断续面切削,加工中工件与车刀刀具不断受冲击和振动,加工中经常出现掉件、动件、碎刀、闷车等现象。工作效率低,质量难保证。以汽车齿轮加工为例,淬硬齿轮以车代磨已经成为一种趋势,虽然淬火钢硬车削已经很普及,其实汽车淬硬齿轮加工过程中仍然遇到很多问题,如一些汽车齿轮内孔有油孔,这就出现间断切削加工难题,很多CBN刀具在高速运转时期遇到油孔容易崩刀,齿轮的位置公差难以保证,等等

  淬火钢断续切削加工用CBN刀具的研究

  1,淬火钢的硬度换算误区

  淬火钢的硬度用附加公式HRC=100-37353/(HV+200)来进行辅助换算可以得到非常精确的结果,该公式在实际应用中非常方便。这与大家经常用的硬度对照表一般是《黑色金属硬度及强度换算表》,并不适合淬火钢和高速工具钢。例如,金属硬度和强度对照表中的HV700对照HRC硬度为59.5;而按照《淬硬高速钢洛氏硬度和维氏硬度换算标准》HV700换算得出HRC硬度值为41.6;相差近20个HRC硬度!

  2,淬火钢断续切削加工时用刀具选择

  断续切削加工淬火钢时,根据工件硬度和加工参数在涂层硬质合金,CBN刀具两种刀具材质中选用。(陶瓷刀具抗冲击性能差,一般只有连续精加工时可以考虑对比选用)

  (1),涂层硬质合金刀具:适合HRC45以下硬度工件的加工,相对来讲需低速车削,如果是偶尔性加工淬火钢,可以考虑硬质合金牌号,如YT726等牌号。

  (2),CBN刀具:对淬火后硬度在HRC45硬度以上的工件最为适合,CBN刀具分两种,市面上插常见的焊接复合式CBN刀具一般吃刀深度只能控制0.3mm以下为佳。且遇到断续切削加工时常崩刀,虽然国外CBN刀具鼓吹一些新牌号CBN刀具能够断续切削,但大部分是对于弱断续切削,而且是超精加工光刀时候使用。目前国内做CBN焊接刀具的厂家有很多,大部分是用国外CBN复合片经切割、焊接制成各种CBN刀具,对国外CBN刀具的复杂牌号特性弄得不并是很清楚,这也是国内CBN焊接刀具市场的尴尬处境。

  针对淬火钢断续切削加工的难题及CBN刀具行业亟待决绝问题,“华菱超硬”研发的HLCBN刀具断续车削淬火钢是刀具行业的一大进步,HLCBN系列刀具被业界称为强断续车削淬火钢的世界典范。如图加工案例:

  淬火钢的强断续切削加工:大型齿轮(齿圈)渗碳淬火后变形严重,齿轮齿圈外圆变形量高达2mm,淬火后的硬度为HRC60-65切削线速度:50--70m/min, 吃刀深度1.5--2mm   走刀量0.15-0.2mm/每转,一次走刀加工完所有余量!原来用的进口陶瓷刀具只能多次走刀加工才能把变形量切掉,而且崩刃严重,刀具使用成本非常高。

  HLCBN刀具试切结果:比原来用的进口氮化硅陶瓷刀具抗冲击,在吃刀深度增大三倍的情况下寿命是原用刀具的6倍!切削效率整整提高3倍(原来是三次走刀,现在是一次走到完成)。工件表面粗糙度也达到用户要求,最难能可贵的是刀具的最终失效形式并不是让人担心的崩刀刃,而是正常的后刀面磨损。此次断续车削淬火齿轮外圆实验,打破了业内CBN刀具不能用于强断续车削淬火钢的神话!在刀具学术界引起很大的轰动!

  汽车齿轮加工端面内孔,连续切削,可使用焊接式CBN刀具进行精车。

  CBN刀具角度与寿命的关系

  断续切削加工硬度HRC65淬火钢工件,CBN刀具角度为0.2*20度负倒棱,刀杆设计有装卡前角(-6度)和后角(6度)。淬火钢断续切削加工过程中,影响刀具寿命的主要原因为机械冲击;当负倒棱角度较大时,切削温度与机械冲击综合作用是影响刀具寿命的主要因素。

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