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硬质合金刀具应用和刀具材料

硬质合金刀具应用和刀具材料

五金材料应用评审 小五金材料名称和价格 五金材料和低值易耗品

2020-10-30

五金材料应用评审。

硬质合金刀具应用和刀具材料

车削加工是机械制造加工工艺的主要工序。特别是在重型机械加工制造业中,工件结构尺寸堪称巨型,重量高达60~80t,甚至上百吨,加工设备重型卧车回转直径达到6m,重型立车可达到10m。重型车削加工与普通加工相比,切削深度大、切削速度低、进给速度慢。加工余量达单边35~50mm,加之切削过程中工件平衡差,加工余量分布不均匀,机床的某些部件不平衡等因素引起的振动,使加工的动态不平衡过程要消耗很多的机动时间和辅助时间。所以加工重型零件,提高生产率或机器设备的利用率,必须从增大切削层厚度和进刀量入手,要重点考虑切削用量和刀具的选择,改善刀具结构和几何形状,将刀具材质的强度特点考虑进去,以求提高切削用量,显著降低机动时间。

1刀具材料的选择

切削常用的刀具材料主要有高速钢、硬质合金、立方氮化硼(CBN)、陶瓷等。重型切削深度一般可达30~50mm,余量不均,工件表面有硬化层,粗加工阶段的刀具磨损以磨粒磨损形式为主:切削速度一般为15~20m/min,尽管速度值处于积屑瘤发生区,但切削的高温足使切屑与前刀面的接触点处于液态,减小了摩擦力,抑制了积屑瘤生成。刀具材料的选择要耐磨损、抗冲击。陶瓷类刀具硬度高,但抗弯强度低,冲击韧性差,不适于余量不均的重型车削,CBN存在同样的问题。硬质合金却有较低的摩擦系数,可降低切削时的切削力及切削温度,大大提高刀具耐用度,适于高硬度材料和重载车削粗加工。硬质合金分为钨钴类(YG)、钨钴钛类(YT)和碳化钨类(YW)。加工钢料时,YG类硬质合金的强度和韧性好,但高温硬度和高温韧性较差:重型车削时工件塑性变形大,摩擦剧烈,切削温度高,因此在重型车削中很少用YG类硬质合金。YT类硬质合金有高硬度和耐磨性、高耐热性、抗粘结扩散能力和抗氧化能力,是重型车削常用的刀具材料,适于加工钢料。然而在低速车削时,切削过程不平稳会造成YT类合金的韧性差,产生崩刃:尤其是加工一些高强度合金材料时,YT类硬质合金耐用度下降快,无法满足使用要求。在这种情况下应选用YW类刀具或细晶粒、超细晶粒合金刀具(如643等)。细晶粒合金的耐磨性好,更适用于加工冷硬铸铁类产品,效率较YW类刀具可提高1倍以上。

用硬质合金刀具提高重型加工的车削速度,是提高生产率的关键之一,也是缩短生产循环期的有利因素。工序中分几个行程切除大余量,每次的切削深度很小,而利用硬质合金刀具的切削性能,切削速度就会大大提高。

2刀具角度的选择

重型车削粗加工阶段,工件外表面的锻造氧化皮、裂纹、铲坑、铸造夹杂、气孔等缺陷都易导致刀具破碎,因此应选择合理刀具角度。重型加工条件下,因粗加工要切除很厚的切屑,车刀一般采用前角g=8~12,而普通g=15。切削刃倾角l=10~18。如果减小前角,即增大切削角,可在某种程度上增加切削刃的强度。应指出:减小前角,切削力增大,但在g由15变到10时,切削力增加得很小,而增大的工作前角和楔角,提高了刀刃的锋利性和刀尖强度3尤其是在工件很重,旋转带有冲击性的负荷时,切削刃的刃倾角l=10~18创造了最有利的切削条件,因而在切削时,冲击力的作用点离开了刀尖,可防止刀尖破碎。同时,在主切削刃上开有1mm左右宽的负倒棱、R2mm左右的刀尖圆角以提高刀刃的抗冲击性能,但刀具安装角度还要根据实际情况调整。

3刀具结构的选择

粗加工阶段切削余量大,对刀具的刚性要求较高。一般而言,整体刀具刚度好,但结构笨重,装卸困难:而机夹刀具拆卸灵活,动刚度也可满足加工要度。机夹刀具的刀片材质选择及夹持结构对加工精度很重要,实际加工中发现,偏心销夹紧和勾头压紧式不适合重型粗加工,因为粗加工时工艺系统振动大,常使压紧机构松动,导致刀片损坏:上压式结构也常因阻碍了切屑的流出而造成压块的损坏。机夹刀具的制造精度要求也很高,因为即使微小的误差,也能使定位机构变成承力机构,由于重型切削的加工过程中切削力很大,易使刀具损坏。经实际加工验证,图1所示结构的刀具更适于重型车削的粗加工。

这种新型硬质合金机夹车刀,装有可调整的附加卷屑器,使切屑卷成螺旋线型滑出。图1中,附加卷屑器4同时又是刀片6的夹持器,使刀片紧固在刀夹1中。切削时,切屑碰到卷屑器的工作部分就卷起来,此部分焊一个厚3~5mm的硬质合金片。附加卷屑器的前端压住硬质合金刀片,而后端则压住挡铁3。挡铁3下部及垫板2上部有锯齿纹,刀片磨损后,借此结构可将刀片伸出。垫板,用合金及淬火工具钢制成,用以保护硬质合金刀片不受折损。

该新型机夹车刀采用长方形刀片,磨刀时,刀片夹在专用刀杆内,磨出的刀具角度用样板检查。硬质合金刀片的刃磨角度为,前角g=10,后角a=8,主偏角kr=55或45,副偏角kr1=15。为使刀杆可以重复使用,用45#钢锻造制成,热处理硬度为HRC45~48。用该车刀的重型车削经验表明:切屑在高速切削时卷成螺旋线型是最好的形状(切削断面很大),切屑在切削刃附近就即行折断。若重型车床运转平稳,则硬质合金刀片切削刃不致破碎,生产效率就大大提高。

经过使用比较,该型车刀与采用整体硬质合金刀片焊接的车刀使用寿命相同。但与生产中其它类型的硬质合金车刀比较,在大多数的情况下,该型重型车刀更耐用,可切削切屑的剖面更大。经验证明,在任何条件下,切屑卷出条件均好,切屑以长螺旋型或短螺旋型卷出。当切削深度与进刀量之比不大于3~4时,切屑碰在刀杆后即变成细碎块掉落。

这种带有卷屑装置的新型硬质合金机夹车刀,在车床上及立式车床上切削钢件时使用。剖面为40mm60mm及40mm40mm的车刀,若切削余量均匀,其最大的切屑剖面在宽30mm的刀片上为20mm2,在宽25mm的刀片上为15mm2。当切削余量不均匀的硬皮时,切屑剖面要缩小30%~40%,当加工过程冲击很大时,不宜采用这种结构的重型车刀。

刃磨该类硬质合金刀片时应注意,把硬质合金刀片放在刀杆槽内,用螺栓和卷屑器的垫板固定住。刀片从刀杆内伸出长度不要超过1~1.5mm。垫板要安置在刀片的前面,安放时,要使切屑能够成螺旋状卷出。从刀片中部测出的距离或伸出量依据切屑剖面的大小而定。伸出量的尺寸,不应小于表1中所列值,否则切屑将猛烈击打卷屑器,会造成车刀的切削部分破裂,甚至把刀杆打断。当切削时,要及时更换磨钝的或破裂的刀片。更换刀片必须把切屑渣从刀杆上清理净。

该型刀具结构优点在于:刀块与刀体间有误差时,可以进行修磨,从而保证装配精度;压紧螺栓位于后刀面上,不容易被切屑损坏。板式刀架比较适合重型切削,因为它极大地增加了刀片受力方向的刚度,在增加切削用量后,也不致产生大振动,有利于生产效率和加工质量的提高滤芯。

4切削用量的选择

重型车削粗加工阶段的切削深度可达到单边50mm,相应的切削速度为10m/min左右,进给量1.5mm/r。因为粗加工阶段以去除余量为主要加工目的,因此按照机械加工中切削余量的确定原则,为提高切削效率,应加大切削深度。重型切削时由于切削深度大,所以切削力大,相应的选择较低的切削速度,一般为10~15m/min,进给量为1~2mm/r。采用这样的切削用量,工件的表面粗糙度比较差,只能达到Ra12.5~Ra6.3,可以通过滚压的方法提高粗糙度值,以满足后序加工的要求。

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