淬火钢的切削加工 淬火钢的切削加工
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σb=2100～2600MPa，按照被加工材料加工性分级规定，淬火钢的硬度 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7.12W/(m"K)，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。
CBN牌号LFBN-300刀片可专业轻松加工淬火钢，具有优异的切削性能。用CBN刀具切削淬火钢时，在以下情况可代替磨削最为有效。
（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，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。郑州六方公司是国内超硬刀具的主要供应商之一，占有绝对的市场份额。PCBN整体烧结刀片用于高速粗加工，具有极其的抗冲击性和极高的耐磨性，能胜任恶劣的加工状况，其中PCBN整体复合刀片，更加致密的材料，用于高速精加工，能获得更好的被加工零件表面光洁度，实现了以车代磨。六方公司将持续不断的为中国机制造企业提高高品质PCBN、PCD超硬刀具和高效加工解决方案。
(2)热压复合陶瓷和热压氮化硅陶瓷：在Al2O3中加入TiC等金属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800～1200MPa，耐热性可达1000℃～1200℃，在使用中可减少粘结和扩散磨损。其主要牌号有LFTC-10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700～1100MPa。其主要牌号有LFTC-2N。这两种陶瓷适用于车、铣、镗、刨削淬火钢,在精加工领域陶瓷刀片加工平整度无可厚非，但在在抗冲击方面是是陶瓷刀具的致命弱点，所以国内研究一直在找陶瓷刀片硬度和合金刀片的韧性适中的加工刀具，氮化硼刀具的出现彻底解决了以上问题。
(3)立方氮化硼复合片(PCBN)刀具：它的硬度为HV8000～9000，复合抗弯强度为900～1300MPa，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。为了避免崩刃和打刀，前角应选零度和负值 ，一般γ0=-10°～0°。工件材料硬度高、断续切削时，应选较大的负前角，γ0=-10°～-30°。如果采用正前角可转位刀片时，应磨出bγ=0.5～1mm宽，γ01=-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α0=8°～10°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κr=30°～60°，副偏角κ’r=6°～15°。 (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，λs=-5°～0°；断续切削时，λs=-10°～-20°；硬齿面刮削滚刀，它的刃倾角λs=-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γε=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200℃～600℃，而硬质合金的耐热性为800 ℃～1000℃，陶瓷刀具的耐热性为1100℃～1200℃，立方氮化硼的耐热性为1400℃～1500℃。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=30～75m/min；陶瓷刀具Vc=60～120m/min；立方氮化硼刀具Vc=100～200m/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)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，αp=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。 5．怎样使用立方氮化硼刀具切削淬火钢? 立方氮化硼刀具(CBN)作为刀具切削材料，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(HV8000～9000)，耐热性高(1400℃～1500℃)，在使用时能允许以高于硬质合金几倍甚至十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。 国内专业生产的厂家有郑州六方超硬材料，生产的牌号为LFBN-300；还有不少厂家生产CBN可转位刀片和焊接刀。LFBN-300主要用于切削各种淬火钢。LFBN-600主要用于切削各种铸铁。LFBN-300L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=70～160mm/min；铰削时Vc=60～130m/min，ap=0.1～0.2mm，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γ0=-15°～-5°，α0=α’ 0=10°～ 15，κr=30°～60°，κ’r=5°～15°，λs=0°～10°，γε=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，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，螺纹头数为10头，半角α/2＝30o±25＇，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：γ。＝－3o，α。＝5o，α＇＝0o～2o，εr＝60o20＇，λs＝－5o，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，最后使用金刚石钝化机进行毛刺钝化。 (3)切削用量：切削速度26.2m/min，粗车螺纹aP＝0.1～0.15mm，精车aP＝0.05～0.08mm。在车削中，每走一次刀，换一个刃口，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。
轴承实际加工参数：
使用刀片：LFBN-300 CNGN120408 S01020S
ap=0.12mm
f=0.07mm/r
VC=110m/min
