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硬質合金刀具應用和刀具材料的選擇

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硬質合金刀具應用和刀具材料的選擇

發布日期:2019-07-16 00:00 來源:http://www.8103756.live 點擊:

     車削加工是機械制造加工工藝的主要工序。特別是在重型機械加工制造業中,工件結構尺寸堪稱巨型,重量高達60~80t,甚至上百噸,加工設備重型臥車回轉直徑達到6m,重型立車可達到10m。重型車削加工與普通加工相比,切削深度大、切削速度低、進給速度慢。加工余量達單邊35~50mm,加之切削過程中工件平衡差,加工余量分布不均勻,機床的某些部件不平衡等因素引起的振動,使加工的動態不平衡過程要消耗很多的機動時間和輔助時間。所以加工重型零件,提高生產率或機器設備的利用率,必須從增大切削層厚度和進刀量入手,要重點考慮切削用量和刀具的選擇,改善刀具結構和幾何形狀,將刀具材質的強度特點考慮進去,以求提高切削用量,顯著降低機動時間。

  

  1刀具材料的選擇

  

  切削常用的刀具材料主要有高速鋼、硬質合金、立方氮化硼(CBN)、陶瓷等。重型切削深度一般可達30~50mm,余量不均,工件表面有硬化層,粗加工階段的刀具磨損以磨粒磨損形式為主:切削速度一般為15~20m/min,盡管速度值處于積屑瘤發生區,但切削的高溫足使切屑與前刀面的接觸點處于液態,減小了摩擦力,抑制了積屑瘤生成。刀具材料的選擇要耐磨損、抗沖擊。陶瓷類刀具硬度高,但抗彎強度低,沖擊韌性差,不適于余量不均的重型車削,CBN存在同樣的問題。硬質合金卻有較低的摩擦系數,可降低切削時的切削力及切削溫度,大大提高刀具耐用度,適于高硬度材料和重載車削粗加工。硬質合金分為鎢鈷類(YG)、鎢鈷鈦類(YT)和碳化鎢類(YW)。加工鋼料時,YG類硬質合金的強度和韌性好,但高溫硬度和高溫韌性較差:重型車削時工件塑性變形大,摩擦劇烈,切削溫度高,因此在重型車削中很少用YG類硬質合金。YT類硬質合金有高硬度和耐磨性、高耐熱性、抗粘結擴散能力和抗氧化能力,是重型車削常用的刀具材料,適于加工鋼料。然而在低速車削時,切削過程不平穩會造成YT類合金的韌性差,產生崩刃:尤其是加工一些高強度合金材料時,YT類硬質合金耐用度下降快,無法滿足使用要求。在這種情況下應選用YW類刀具或細晶粒、超細晶粒合金刀具(如643等)。細晶粒合金的耐磨性好,更適用于加工冷硬鑄鐵類產品,效率較YW類刀具可提高1倍以上。

  

  用硬質合金刀具提高重型加工的車削速度,是提高生產率的關鍵之一,也是縮短生產循環期的有利因素。工序中分幾個行程切除大余量,每次的切削深度很小,而利用硬質合金刀具的切削性能,切削速度就會大大提高。

  

  2刀具角度的選擇

  

  重型車削粗加工階段,工件外表面的鍛造氧化皮、裂紋、鏟坑、鑄造夾雜、氣孔等缺陷都易導致刀具破碎,因此應選擇合理刀具角度。重型加工條件下,因粗加工要切除很厚的切屑,車刀一般采用前角g=8°~12°,而普通g=15°。切削刃傾角l=10°~18°。如果減小前角,即增大切削角,可在某種程度上增加切削刃的強度。應指出:減小前角,切削力增大,但在g由15°變到10°時,切削力增加得很小,而增大的工作前角和楔角,提高了刀刃的鋒利性和刀尖強度3尤其是在工件很重,旋轉帶有沖擊性的負荷時,切削刃的刃傾角l=10°~18°創造了最有利的切削條件,因而在切削時,沖擊力的作用點離開了刀尖,可防止刀尖破碎。同時,在主切削刃上開有1mm左右寬的負倒棱、R2mm左右的刀尖圓角以提高刀刃的抗沖擊性能,但刀具安裝角度還要根據實際情況調整。

  

  3刀具結構的選擇

  

  粗加工階段切削余量大,對刀具的剛性要求較高。一般而言,整體刀具剛度好,但結構笨重,裝卸困難:而機夾刀具拆卸靈活,動剛度也可滿足加工要度。機夾刀具的刀片材質選擇及夾持結構對加工精度很重要,實際加工中發現,偏心銷夾緊和勾頭壓緊式不適合重型粗加工,因為粗加工時工藝系統振動大,常使壓緊機構松動,導致刀片損壞:上壓式結構也常因阻礙了切屑的流出而造成壓塊的損壞。機夾刀具的制造精度要求也很高,因為即使微小的誤差,也能使定位機構變成承力機構,由于重型切削的加工過程中切削力很大,易使刀具損壞。經實際加工驗證,圖1所示結構的刀具更適于重型車削的粗加工。

  

  這種新型硬質合金機夾車刀,裝有可調整的附加卷屑器,使切屑卷成螺旋線型滑出。圖1中,附加卷屑器4同時又是刀片6的夾持器,使刀片緊固在刀夾1中。切削時,切屑碰到卷屑器的工作部分就卷起來,此部分焊一個厚3~5mm的硬質合金片。附加卷屑器的前端壓住硬質合金刀片,而后端則壓住擋鐵3。擋鐵3下部及墊板2上部有鋸齒紋,刀片磨損后,借此結構可將刀片伸出。墊板,用合金及淬火工具鋼制成,用以保護硬質合金刀片不受折損。

  

  該新型機夾車刀采用長方形刀片,磨刀時,刀片夾在專用刀桿內,磨出的刀具角度用樣板檢查。硬質合金刀片的刃磨角度為,前角g=10°,后角a=8°,主偏角kr=55°或45°,副偏角kr1'=15°。為使刀桿可以重復使用,用45#鋼鍛造制成,熱處理硬度為HRC45~48。用該車刀的重型車削經驗表明:切屑在高速切削時卷成螺旋線型是最好的形狀(切削斷面很大),切屑在切削刃附近就即行折斷。若重型車床運轉平穩,則硬質合金刀片切削刃不致破碎,生產效率就大大提高。

  

  經過使用比較,該型車刀與采用整體硬質合金刀片焊接的車刀使用壽命相同。但與生產中其它類型的硬質合金車刀比較,在大多數的情況下,該型重型車刀更耐用,可切削切屑的剖面更大。經驗證明,在任何條件下,切屑卷出條件均好,切屑以長螺旋型或短螺旋型卷出。當切削深度與進刀量之比不大于3~4時,切屑碰在刀桿后即變成細碎塊掉落。

  

  這種帶有卷屑裝置的新型硬質合金機夾車刀,在車床上及立式車床上切削鋼件時使用。剖面為40mm×60mm及40mm×40mm的車刀,若切削余量均勻,其最大的切屑剖面在寬30mm的刀片上為20mm2,在寬25mm的刀片上為15mm2。當切削余量不均勻的硬皮時,切屑剖面要縮小30%~40%,當加工過程沖擊很大時,不宜采用這種結構的重型車刀。

  

  刃磨該類硬質合金刀片時應注意,把硬質合金刀片放在刀桿槽內,用螺栓和卷屑器的墊板固定住。刀片從刀桿內伸出長度不要超過1~1.5mm。墊板要安置在刀片的前面,安放時,要使切屑能夠成螺旋狀卷出。從刀片中部測出的距離或伸出量依據切屑剖面的大小而定。伸出量的尺寸,不應小于表1中所列值,否則切屑將猛烈擊打卷屑器,會造成車刀的切削部分破裂,甚至把刀桿打斷。當切削時,要及時更換磨鈍的或破裂的刀片。更換刀片必須把切屑渣從刀桿上清理凈。

  

  該型刀具結構優點在于:刀塊與刀體間有誤差時,可以進行修磨,從而保證裝配精度;壓緊螺栓位于后刀面上,不容易被切屑損壞。板式刀架比較適合重型切削,因為它極大地增加了刀片受力方向的剛度,在增加切削用量后,也不致產生大振動,有利于生產效率和加工質量的提高。

  

  4切削用量的選擇

  

  重型車削粗加工階段的切削深度可達到單邊50mm,相應的切削速度為10m/min左右,進給量1.5mm/r。因為粗加工階段以去除余量為主要加工目的,因此按照機械加工中切削余量的確定原則,為提高切削效率,應加大切削深度。重型切削時由于切削深度大,所以切削力大,相應的選擇較低的切削速度,一般為10~15m/min,進給量為1~2mm/r。采用這樣的切削用量,工件的表面粗糙度比較差,只能達到Ra12.5~Ra6.3,可以通過滾壓的方法提高粗糙度值,以滿足后序加工的要求。

  

  5結束語

  

  重型車削與普通車削相比,其實際加工同理論計算區別很大。目前,重型車削的很多工藝及刀具資料都是以普通機械加工為依據,這并不完全適用,因此需要做更深入的探討。株洲普瑞克硬質合金有限公司專業生產切削刀具。


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