高硬度耐热材料车削加工的实践
摘要：通过对辊轮材质、刀具和切削用量的不断探索，基本攻克加工技术难关，实践证明采取的一系列加工工艺参数都是有效的。
辊轮是轧钢机上的主要零件，它在实际使用过程中由于受到一定的冲击，而且表面被高速、高温红钢摩擦，要求其表面具有良好的耐磨性，同时也须有足够的韧性，以防止受冲击而破碎。鉴于辊轮的特殊用途，决定了它的材质必须具备：①高速耐磨性；②足够的红硬性；③足够的强度和韧性。在实际使用过程中，我们发现近似白口铸铁较为合适。但由于此材质一般为铸态使用，就不可避免地存在铸造缺陷，且硬度可达50～60hrc，加上辊轮（如附图所示）同轴度要求较高，这给车削加工带来了极大的困难。
附图 辊轮
1 合理选择刀具牌号辊轮材质的强度、硬度已达到普通硬质合金刀具（yt）的强度和硬度，故普通刀具根本无法正常切削，虽然可以通过调质处理适当降低硬度，便于切削加工，但成本太大，周期较长，因此还是选择了铸态直接加工。通过对各种高硬度刀具（包括陶瓷刀具和进口刀具）进行试切加工和反复比较，zui后选定了硬度和耐磨性均符合切削要求且价格相对较低的ys8牌号车刀进行车削加工。当然对于使用后需修复的辊轮，由于在使用过程相当于一次次地冷作硬化和淬火，硬度特高，ys8也无法切削的情况下，我们采用陶瓷刀片进行修复加工。2 合理选择刀具几何角度和切削用量因为毛坯中有相当的cr，mo等元素，其塑性好，强度、硬度高，变形抗力大，切削力比普通钢材高2～3倍，切削热也随之增加，导热率低，散热困难，切削区温度*，极易损坏刀具。加之毛坯是铸件，存在着诸如表面硬皮、气孔、砂眼、加工余量不均匀、材料硬度不均匀等缺陷，这样必然导致加工的不稳定性增大，刀具使用寿命降低，生产成本提高，生产效率降低。针对这些因素，我们通过合理选择切削参数来改善切削加工过程。 粗加工 精加工 因为切削深度较小，切削力较小，切削热量小，为了提高表面质量，采用较大前角，后角取大值10°，尽可能减少刀具与工件的摩擦和挤压，以提高工件表面加工质量，主偏角在10°～30°之间；副偏角在5°～10°之间，为了避免切屑流出划伤已加工的表面，采用正的刃倾角取0°～5°之间，采用较高的主轴转速（120r/min），小的切削深度（0.2～0.3mm）和小的进给量0.1mm/r。 圆弧面加工 车削外圆、内孔及总长时，在普通车床上加工较经济实惠，但圆弧面在普通车床上加工尺寸就不易保证，所以辊轮的圆弧面由数控车床来完成。针对毛坯余量不均，材质硬，编程时通过增加走刀次数，设定低主轴转速、小进给量。针对砂眼、气孔易使刀头崩刃的情况，编程时每走一刀前设置程序起点，避免每次走刀崩刃后加工程序“从头开始”如此可节省大量时间，减少“无用功”来提高生产效率。 粗加工时其加工表面余量不均匀，毛坯表面有硬皮，因此应选尽可能大的切削深度，而切削深度越大，其产生的切削热量就越高，刀具承受的切削力就越大，为使刀具能承受足够的压应力，采用负前角和负刃倾角（0°～-5°）来增加刀具的刚性；后角一般在6°～8°之间，主偏角在10°～30°之间，副偏角在10°～15°之间。因毛坯硬度高，散热性差，故在粗车时还是采用了低速（80r/min），小进给量（0.15mm/r）来适当降低切削力，切削深度选在2～3mm之间。 3 结束语 通过不断反复地实践和经验积累，生产效率有了很大的提高，从开始时的每日5～6件到目前的每日15～16件，扣除成本和折旧每年为企业净增利润9万余元，攻克了高硬度耐热材料的车削加工难关。
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附图 辊轮
1 合理选择刀具牌号辊轮材质的强度、硬度已达到普通硬质合金刀具（yt）的强度和硬度，故普通刀具根本无法正常切削，虽然可以通过调质处理适当降低硬度，便于切削加工，但成本太大，周期较长，因此还是选择了铸态直接加工。通过对各种高硬度刀具（包括陶瓷刀具和进口刀具）进行试切加工和反复比较，zui后选定了硬度和耐磨性均符合切削要求且价格相对较低的ys8牌号车刀进行车削加工。当然对于使用后需修复的辊轮，由于在使用过程相当于一次次地冷作硬化和淬火，硬度特高，ys8也无法切削的情况下，我们采用陶瓷刀片进行修复加工。2 合理选择刀具几何角度和切削用量因为毛坯中有相当的cr，mo等元素，其塑性好，强度、硬度高，变形抗力大，切削力比普通钢材高2～3倍，切削热也随之增加，导热率低，散热困难，切削区温度*，极易损坏刀具。加之毛坯是铸件，存在着诸如表面硬皮、气孔、砂眼、加工余量不均匀、材料硬度不均匀等缺陷，这样必然导致加工的不稳定性增大，刀具使用寿命降低，生产成本提高，生产效率降低。针对这些因素，我们通过合理选择切削参数来改善切削加工过程。 粗加工 精加工 因为切削深度较小，切削力较小，切削热量小，为了提高表面质量，采用较大前角，后角取大值10°，尽可能减少刀具与工件的摩擦和挤压，以提高工件表面加工质量，主偏角在10°～30°之间；副偏角在5°～10°之间，为了避免切屑流出划伤已加工的表面，采用正的刃倾角取0°～5°之间，采用较高的主轴转速（120r/min），小的切削深度（0.2～0.3mm）和小的进给量0.1mm/r。 圆弧面加工 车削外圆、内孔及总长时，在普通车床上加工较经济实惠，但圆弧面在普通车床上加工尺寸就不易保证，所以辊轮的圆弧面由数控车床来完成。针对毛坯余量不均，材质硬，编程时通过增加走刀次数，设定低主轴转速、小进给量。针对砂眼、气孔易使刀头崩刃的情况，编程时每走一刀前设置程序起点，避免每次走刀崩刃后加工程序“从头开始”如此可节省大量时间，减少“无用功”来提高生产效率。 粗加工时其加工表面余量不均匀，毛坯表面有硬皮，因此应选尽可能大的切削深度，而切削深度越大，其产生的切削热量就越高，刀具承受的切削力就越大，为使刀具能承受足够的压应力，采用负前角和负刃倾角（0°～-5°）来增加刀具的刚性；后角一般在6°～8°之间，主偏角在10°～30°之间，副偏角在10°～15°之间。因毛坯硬度高，散热性差，故在粗车时还是采用了低速（80r/min），小进给量（0.15mm/r）来适当降低切削力，切削深度选在2～3mm之间。 3 结束语 通过不断反复地实践和经验积累，生产效率有了很大的提高，从开始时的每日5～6件到目前的每日15～16件，扣除成本和折旧每年为企业净增利润9万余元，攻克了高硬度耐热材料的车削加工难关。
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