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淺述淬火鋼切削加工之技術簡介

       淬火鋼是指金屬經過淬火后，組織為馬氏體，硬度大于HRC50的鋼。它在難切削材料中占有相當大的比重。

加工淬火鋼的傳統方法是磨削。但為了提高加工效率，解決工件形狀復雜而不能磨削和淬火后產生形狀和位置誤差的問題，往往就需要采用車削、銑削、鏜削、鉆削和鉸削等切削加工方法。淬火鋼在切削時有以下特點：

（1）硬度高、強度高，幾乎沒有塑性：這是淬火鋼的主要切削特點。當淬火鋼的硬度達到HRC50～60時，其強度可達σb=2100～2600MPa，按照被加工材料加工性分級規定，淬火鋼的硬度和強度均為9*，屬于zui難切削的材料。

（2）切削力大、切削溫度高：要從高硬度和高強度的工件上切下切屑，其單位切削力可達4500MPa。為了改善切削條件，增大散熱面積，刀具選擇較小的主偏角和副偏角。這時會引起振動，要求要有較好的工藝系統剛性。

（3）不易產生積屑瘤：淬火鋼的硬度高、脆性大，切削時不易產生積屑瘤，被加工表面可以獲得較低的表面粗糙度。

（4）刀刃易崩碎、磨損：由于淬火鋼的脆性大，切削時切屑與刀刃接觸短，切削力和切削熱集中在刀具刃口附近，易使刀刃崩碎和磨損。

（5）導熱系數低：一般淬火鋼的導熱系數為7.12W/（m•K），約為45號鋼的1/7。材料的切削加工性等級是9*，屬于很難切削的材料。由于淬火鋼的導熱系數低，切削熱很難通過切屑帶走，切削溫度很高，加快了刀具磨損。

怎樣選擇切削淬火鋼的刀具材料：

合理選擇刀具材料，是切削加工淬火鋼的重要條件。根據淬火鋼的切削特點，刀具材料不僅要有高的硬度、耐磨性、耐熱性，而且要有一定的強度和導熱性。

（1）硬質合金：為了改善硬質合金的性能，在選擇硬質合金時，應優先選擇加入適量TaC或NbC的超細微粒的硬質合金。因為在WC-Co類硬質合金中，加入TaC以后，可將其原來的800℃高溫強度提高150～300MPa，常溫硬度提高HV40～100。加入NbC以后，高溫強度提高150～300MPa，常溫硬度提高HV70～150。而且TaC和NbC可以細化晶粒，提高硬質合金抗月牙洼磨損的能力。TaC還可以降低摩擦系數，降低切削溫度，增強硬質合金抗熱裂和熱塑性變形的能力，同時也將WC的晶粒細化到0.5～1μm，其硬度提高HRA1.5～2，抗彎強度可提高600～800MPa，高溫硬度比一般硬質合金高。

常用來切削淬火鋼的硬質合號有：YM051、YM052、YN05、YN10、600、610、726、758、767、813等。

（2）熱壓復合陶瓷和熱壓氮化硅陶瓷：在Al2O3中加入TiC等金屬元素并采用熱壓工藝，改善了陶瓷的致密性，提高了氧化鋁基陶瓷的性能，使它的硬度提高到HRA95.5，抗彎強度可達到800～1200MPa，耐熱性可達1200℃～1300℃，在使用中可減少粘結和擴散磨損。其主要牌號有AG2、AG3、AG4、LT35、LT55、AT6等。氮化硅基陶瓷是在Si3N4中加入TiC等金屬元素，其硬度為HRA93～94，抗彎強度為700～1100MPa。其主要牌號有HS73、HS80、F85、ST4、TP4、SM、HDM1、HDM2、HDM3。這兩種陶瓷適用于車、銑、鏜、刨削淬火鋼。

（3）立方氮化硼復合片（PCBN）刀具：它的硬度為HV8000～9000，復合抗彎強度為900～1300MPa，導熱性比較高，耐熱性為1400℃～1500℃，是刀具材料中zui高的。它十分適合于淬火鋼的半精加工和精加工。

綜上所述，切削淬火鋼的刀具材料是立方氮化硼，其次是復合陶瓷，再其次是新牌號硬質合金。

怎樣選擇切削淬火鋼刀具的幾何參數：

切削淬火鋼時，光有好的刀具材料，而沒有合理的刀具幾何參數，也不能達到滿意的效果。所以要根據具體的刀具材料、工件材料和切削條件，合理地選擇刀具幾何參數，才能有效地發揮刀具材料應有的切削性能。

（1）前角：前角的大小對切削淬火鋼影響很大。由于淬火鋼的硬度、強度高，切削力大，而且集中在刀具刃口附近。為了避免崩刃和打刀，前角應選零度和負值，一般γ0=-10°～0°。工件材料硬度高、斷續切削時，應選較大的負前角，γ0=-10°～-30°。如果采用正前角可轉位刀片時，應磨出bγ=0.5～1mm寬，γ01=-5°～-15°較大的負倒棱，以增強刀刃強度。

（2）后角：切削淬火鋼刀具的后角應比一般刀具的后角大一些，以減小后刀面的摩擦，一般α0=8°～10°為好。

（3）主偏角和副偏角：為了增強刀尖強度和改善散熱條件，主偏角κr=30°～60°，副偏角κ’r=6°～15°。

（4）刃傾角：刃傾角為負值時，可以增大刀尖強度。但負值太大時，會使Fp力增大，在工藝系統剛性差時，引起振動。所以在一般情況下，λs=-5°～0°；斷續切削時，λs=-10°～-20°；硬齒面刮削滾刀，它的刃傾角λs=-30°。

（5）刀尖圓弧半徑：它的大小影響刀尖強度和已加工表面粗糙度。因工藝系統剛性的影響，刀尖圓弧半徑γε=0.5～2mm為宜。

切削淬火鋼刀具，在合理選好幾何參數的基礎上，必須經過仔細刃磨和研鐾，提高刀具各表面的刃磨質量，使刀具耐用度得到提高。

怎樣選擇切削淬火鋼時的切削用量：

切削加工淬火鋼的切削用量，主要根據刀具材料、工件材料的物理力學性能、工件形狀、工藝系統剛性和加工余量來選擇。在選擇切削用量三要素時，首先考慮選擇合理的切削速度，其次是切削深度，再其次是進給量。

（1）切削速度：一般的淬火鋼耐熱性在200℃～600℃，而硬質合金的耐熱性為800℃～1000℃，陶瓷刀具的耐熱性為1100℃～1200℃，立方氮化硼的耐熱性為1400℃～1500℃。除高速鋼外，一般淬火鋼達到400℃左右時，它的硬度開始下降，而上述刀具材料仍保持它原有的硬度。所以在切削淬火鋼時，充分利用上述這一特性，切削速度不宜選擇太低或太高，以保持刀具有一定的耐用度。從目前的經驗來看，不同的刀具材料切削淬火鋼的切削速度，硬質合金刀具Vc=30～75m/min；陶瓷刀具Vc=60～120m/min；立方氮化硼刀具Vc=100～200m/min。在斷續切削和工件材料硬度太高時，應降低切削速度，一般約為上面zui低切削速度的1/2。在連續切削時的*切削速度，以切下的切屑呈暗紅色為宜。

（2）切削深度：一般根據加工余量和工藝系統剛性選擇，一般情況下，αp=0.1～3mm。

（3）進給量：一般為0.05～0.4mm/r。在工件材料硬度高或斷續切削時，為了減小單位切削力，應當減小進給量，以防崩刃和打刀。

怎樣用陶瓷刀具切削淬火鋼：

采用陶瓷刀具材料切削淬火鋼，比用硬質合金切削淬火鋼，有其顯著的效果。這主要表現在陶瓷刀具的硬度和耐熱性高于硬質合金。用它來制造的車刀、銑刀、螺紋刀具，均可成功地切削淬火鋼，其耐用度均高于YT05、643、YM052等硬質合金。

（1）充分發揮陶瓷刀具材料硬度和耐熱性比硬質合金高這一特點，選擇的切削速度應高于硬質合金切削淬火鋼的切削速度，一般高50％。如在切削速度50m/min時，陶瓷刀具的后刀面磨損量與硬質合金接近。當切削速度增至95m/min時，它的耐磨性遠遠高于YT05等硬質合金。如用陶瓷刀片作成的三面刃銑刀，以102m/min的切削速度銑完深5.2mm、寬16mm、長700mm的淬火鋼鍵槽，刀具基本上無磨損。

（2）陶瓷刀具在切削中受沖擊載荷時，刀具應選擇小的主偏角、大的刀尖圓弧或采用圓形刀片，以增加刀尖強度，避免刀具損壞。如采用圓形陶瓷刀片作成的機夾端銑刀，銑削淬火鋼，Vc=120～150m/min，Vf=230～290mm/min，αp=1～2mm。

（3）應采用負前角和負刃傾角，以利于增加刀刃和刀尖強度。刀刃和刀面的粗糙度Ra要小于0.4μm。

（4）切削時一般不用切削液，若要用，要自始至終充分供給，否則刀片會因熱脹冷縮而產生裂紋。

（5）陶瓷刀具的抗彎強度低于硬質合金的抗彎強度，為了減小刀具單位面積受力，切削時進給量要小一些，一般為f=0.08～0.15mm/r。