2022年淬火钢的切削加工 .pdf

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1、淬火钢的切削加工淬火钢的切削加工1什么是淬火钢?它有哪些切削特点？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。当淬火钢的硬度到达HRC50 60 时，其强度可达b=21002600MPa，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

2、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，被加工外表可以获得较低的外表粗糙度。(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/(mK) ，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

3、，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。(1)硬质合金：为了改善硬质合金的性能，在选择硬质合金时，应优先选择加入适量TaC 或NbC 的超细微粒的硬质合金。因为在WC-Co类硬质合金中，加入TaC以后，可将其原来的800高温强度提高150300MPa，常温硬度提高HV40100。加入 NbC 以后，高温强度提高 150300MPa，常温硬度提高HV70150。而且 TaC和 NbC 可以细化晶粒，提高硬质合金抗月牙洼磨损的能力。TaC

4、还可以降低摩擦系数，降低切削温度，增强硬质合金抗热裂和热塑性变形的能力，同时也将WC 的晶粒细化到1m，其硬度提高2，抗弯强度可提高600800MPa，高温硬度比一般硬质合金高。常用来切削淬火钢的硬质合金牌号有：YM051、YM052、YN05、YN10、600、610、726、758、767、813 等。(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，抗弯强度可到达8001200MPa，耐热性可达1200 1300，在使用中可减少粘结和扩散磨损。其主要牌号有AG2、AG3、 AG4、

5、LT35 、LT55 、AT6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7001100MPa。其主要牌号有HS73、HS80 、 F85、ST4、TP4、SM、HDM1、HDM2、HDM3。这两种陶瓷适用于车、铣、镗、刨削淬火钢。(3)立方氮化硼复合片(PCBN)刀具：它的硬度为HV80009000，复合抗弯强度为9001300MPa，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。精选学习资料 -

6、- - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 5 页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，也不能到达满意的效果。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。为了防止崩刃和打刀，前角应选零度和负值，一般 0=-10 0。工件材料硬度高、断续切削时，应选较大的负前角，0=-10 -30。如果采用正前角可转位刀片时，应磨出b 1mm 宽，

7、 01=-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0=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 r=30 60， 副偏角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，s=-5 0；断续切削时，s=-10-20；硬齿面刮削滚刀，它的刃倾角s=-30。(5)刀尖圆弧半径：它的大小影响刀尖强度和已加工外表粗糙度。因工艺系统刚性的影响，刀尖圆弧半径2mm 为宜。切削淬火钢刀具，在合理选好几何

8、参数的基础上，必须经过仔细刃磨和研鐾，提高刀具各外表的刃磨质量，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，一般淬火钢到达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

9、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=3075m/min ； 陶瓷刀具 Vc=60120m/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 。在连续切削时的最正确切削速度，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，3mm 。(3)进给量：一般为。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

10、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。(1)充分发挥陶瓷刀具材料硬度和耐热性比硬质合金高这一特点，选择的切削速度应高于硬质合金切削淬火钢的切削速度，一般高50。如在切削速度50m/min 时，陶瓷刀具的后刀面磨损量与硬质合金接近。当切削速度增至95m/min 时，它的耐磨性远远高于YT05等硬质合金。 如用陶瓷刀片作成的三面刃铣刀，以 102m/min 的切削速度铣完深、 宽 16mm 、 长 700

11、mm的淬火钢键槽，刀具基本上无磨损。(2)陶瓷刀具在切削中受冲击载荷时，刀具应选择小的主偏角、大的刀尖圆弧或采用圆形刀精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 5 页片， 以增加刀尖强度， 防止刀具损坏。 如采用圆形陶瓷刀片作成的机夹端铣刀，铣削淬火钢，Vc=120150m/min ，Vf=230290mm/min ， p=12mm。(3)应采用负前角和负刃倾角，以利于增加刀刃和刀尖强度。刀刃和刀面的粗糙度Ra要小于m。(4)切削时一般不用切削液，假设要用，要自始至终充分供应，否则刀片会因热胀冷缩而产生裂纹。(5)陶瓷刀具的抗弯强

12、度低于硬质合金的抗弯强度，为了减小刀具单位面积受力，切削时进给量要小一些，一般为。6怎样使用立方氮化硼刀具切削淬火钢? 立方氮化硼刀具(CBN)不仅是制造磨具的好材料，而且它容易修磨(可用金刚石磨轮刃磨)，也是用于制造车刀、镗刀、铣刀、枪钻、铰刀、齿轮刀具等的好材料。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，而且有很好的外表加工质量。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(HV800

13、09000)，耐热性高 (1400 1500)，在使用时能允许以高于硬质合金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比照。国内生产CBN 刀片的厂家有成都工具研究所，生产的牌号为LDP J；第六砂轮厂生产的DLS F1、DLS F2、DLS F3。还有不少厂家生产CBN可转位刀片和焊接刀。LDP J和 DLS F1 主要用于切削各种淬火钢。DLS F2 主要用于切削各种铸铁。DLS F3 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HRC

14、55 65 的材料时， CBN刀具的切削速度应在50120mmin。铣削时的Vc=100160m/min ， 每分钟进给量Vf=70160mm/min ； 铰削时 Vc=60130m/min ， ，。CBN 刀具主要用于淬火钢的半精加工和精加工。其加工外表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0=-15 -5，0= 0=10 15，r=3060， r=5 15， s=0 10， 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外表和几个复杂的外表，代替磨削工序，可以减少1/3 2/3 的劳动量，而且能

15、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)一个零件几个外表(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，困难条件下使用的外表高频零件，采用CBN 刀具加工，工件外表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

16、磨削。但为了提高加工精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 5 页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，螺纹头数为10 头，半角 /230o25 ，牙深为，牙尖高h1 0.042)mm，牙根高h2(0.487( 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：。 3o，。5o， 0o2o，

17、 r60o20 ， s 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。(3)切削用量：切削速度，粗车螺纹aP，精车aP。在车削中，每走一次刀，分一次头，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。采用硬质合金钻的方法简单，工人易掌握。(1)

18、刀具：用硬质合金圆棒，磨成如图2-1 所示的四棱钻，材质为YG6X或 YM052、813 等。钻头直径应大于丝锥心部直径。(2)操作注意事项：在校正好钻头和孔的位置后，要把钻头和工件固定好。 断在螺孔中的丝锥头部不平整，开始钻时一定要慢，以免伤了螺孔和把孔钻歪。 钻时的切削速度为2025m/min ， 要随时观察钻削的情况，及时清除丝锥的碎块和切屑，直到把断在孔中的丝锥钻掉。10.怎样用高速钢钻头钻削硬材料？这里所说的硬材料是指热处理后，其硬度为HRC38 42 的材料，或在零件外表经过渗碳、氰化、镀铬后，有一层硬化层的外表。在这样硬的材料或外表上钻孔，十分困难，有时只能在外表上钻出一个小坑，

19、钻头就发出吱吱叫声，出现严重磨损。 这时在没有硬质合金钻头的情况下， 可采用改变了几何参数的高速钢钻头，也能成功地钻削上述硬材料。钻硬材料群钻参数见图 2-2。为了增加刀刃强度，改善散热条件，采用了减小前角、加大圆弧槽半径和外缘刃的刀尖角的方法。钻头的几何参数如图2-2 所示。钻孔时应选较短的钻头，以增强钻头的刚性。工件刚性不足时要增加辅助支承。钻削用量一般选取c 25m/min ，进给量f或手动进给。切削液应选用切削油或极压切削油。11用立方氮化硼磨轮磨削高速钢有哪些优点？高速钢是淬火钢中有特殊用途的钢种。立方氮化硼磨轮特别适用于磨削高速钢。由刚玉砂轮磨削高速钢，特别是磨高钒高速钢时，磨削力

20、大，磨削温度高，易发生烧伤，磨粒磨损快，易堵塞，易脱粒，磨削困难。如用立方氮化硼磨轮磨削W18Cr4V、 W2Mo9Cr4VCo8、W6Mo5Cr4V5SiNbA1、W6Mo5Cr4V5Co3SiNbA1、W10Mo4Cr4V3A1 等 5 种高速钢的试棒时，累 计 磨 去17mm ， 磨 轮 仍 然 很 锋 利 。 又 如 用 镀 铜 的 立 方 氮 化 硼 磨 粒 的 磨 轮 ， 磨 削W6Mo5Cr4V5SiNbA1 高速钢拉刀， 可磨 150 个刀齿， 而用白刚玉砂轮一个刀齿也磨不动，单晶刚玉加微晶刚玉砂轮只能磨出78 个刀齿。立方氮化硼磨轮磨削高速钢有很高的耐用度。它的磨损量是单晶刚

21、玉的1/64，是绿色碳化硅的1/104，是白刚玉的1/99 。立方氮化硼磨轮磨削高速钢有很高的磨削比。用它磨削高钒高速钢(W12Cr4V5Co)的磨削比为140，而刚玉类砂轮是 10，金刚石磨轮是16。用它磨削超硬高速钢(W2Mo9Cr4VCo8)的磨削比为660，而刚玉砂轮是10，金刚石磨轮精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 5 页是 18。用它磨削钨钼高速钢(W6Mo5Cr4V2) 的磨削比为980，刚玉类砂轮为10，金刚石磨轮的磨削比为20。立方氮化硼磨轮磨削高速钢时可以防止烧伤。当用刚玉砂轮磨削高速钢时，很快就磨损，

22、 如不及时修整， 就会出现烧伤， 影响磨削质量。 而立方氮化硼磨轮，直到磨耗完也不需要修整，也不会出现烧伤。立方氮化硼磨轮有很高的切削能力，单位磨削功率比刚玉砂轮小2/35/6 。12.切削淬火钢的实例有哪些？淬火钢的切削， 是难切削材料最有代表性的一种。以前人们认为它硬度高，只能磨削。 现在由于切削技术的进步，以车削、铣削、刨削和钻削代替磨削也习以为常了。(1)车冷镦轴承滚子模具顶杆，材质为合金工具钢Crl2MoV，淬火后硬度为HRC62 66。由于工件细长，怕淬火，变形大，留了2mm 的余量，给磨削带来困难，改为车削。采用LT55的陶瓷车刀，刀具几何参数是：。8o，。 8o， r75o，

23、r15o，。切削用量是：c35m/min ，aP， f。刀具耐用度为25min ，外表粗糙度为Ram。(2)刨淬火后的高速钢，材质为W18Cr4V，硬度为HRC64 ，工件尺寸120mm40mm。刀具材料为 YM052 硬质合金。刀具几何参数是：。10o，。 6o8o， r45o，r15o， s 10o， 1mm。切削用量是：c8m/min ，aP， f行程，刀具耐用度为 21min ，外表粗糙度为Ra m。(3)用立方氮化硼刀具车削淬火后的轴承钢(GCrl5)，硬度为 HRC62 。工件为轴承外环。刀具几何参数是：。6o，。 8o， r 45o， r45o，s0o。切削用量是： c115m/min ，aP， f。刀具耐用度为55min，外表粗糙度为Ra m。(4)钻铰淬火钢小孔，工件材质为GCrl5，淬火后的硬度为HRC58 60。钻孔直径为声4(0.03,0)mm，深为 10mm。此孔是产品改良后加钻的。钻头和铰刀的材质为YG6X硬质合金，钻头形式为非标准麻花钻，铰刀为双刃铰刀，采用钻铰两道工序，使用的机床是台式钻床。切削速度为 c，手动进给。刃磨一次钻头可钻100 多个孔，铰孔200 个以上，质量完全符合工艺要求。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 5 页