重型車床刀具的選擇

　　重型機械加工行業(yè)的特點是被加工件的尺寸很大，重量很重(有的可達(dá)上百噸)，因此重型加工用臥式車床的回轉(zhuǎn)直徑可達(dá)到6米，立式車床更可達(dá)到10余米。與普通切削加工相比，由于重型切削加工具有切削深度大、切削速度低、進(jìn)給速度慢等特點，因此其加工工藝與普通的機械切削加工工藝有很大不同，這些工藝問題包括刀具的選擇、刀具的安裝、切削用量的選擇以及工件的裝夾等各個方面。本文對重型車床切削加工不同加工階段的特點分別作如下論述。

　　刀具的選擇

　　機械加工中常用的刀具材料主要有高速鋼、硬質(zhì)合金、立方氮化硼(CBN)、陶瓷等。由于重型切削的特點(切削深度大，余量不均，表面有硬化層)，刀具在粗加工階段的磨損形式主要是磨粒磨損。由于切削溫度高，盡管切削速度處于積屑瘤發(fā)生區(qū)，但高溫可以使切屑與前刀面的接觸部位處于液態(tài)，減小了摩擦力，抑制了積屑瘤的生成，所以刀具材料的選擇應(yīng)要求耐磨損、抗沖擊，刀具涂層后硬度可達(dá)80HRC，具有高的抗氧化性能和抗粘結(jié)性能，因而有較高的耐磨性和抗月牙洼磨損能力。硬質(zhì)合金涂層具有較低的摩擦系數(shù)，可降低切削時的切削力及切削溫度，可以大大提高刀具耐用度(涂層硬質(zhì)合金刀片的耐用度至少可提高1倍)等優(yōu)點，但由于涂層刀片的鋒利性、韌性、抗剝落和抗崩刃性能均不及未涂層刀片，故不適用高硬度材料和重載切削的粗加工。陶瓷類刀具硬度高，但抗彎強度低，沖擊韌性差，不適用于余量不均的重型切削，CBN刀具同樣也存在這個問題。綜合以上分析，只有硬質(zhì)合金刀具適合于重型切削的粗加工。硬質(zhì)合金分為鎢鈷類(YG)、鎢鈷鈦類(YT)和碳化鎢類(YW)。加工鋼料時，由于金屬塑性變形大，摩擦劇烈，切削溫度高，YG類硬質(zhì)合金雖然強度和韌性較好，但高溫硬度和高溫韌性較差，因此在重型切削中很少應(yīng)用。與之相比，YT類硬質(zhì)合金刀具適于加工鋼料，由于YT類合金具有較高的硬度和耐磨性，尤其是具有高的耐熱性，抗粘結(jié)擴散能力和抗氧化能力也很好，在加工鋼料時刀具磨損較小，刀具耐用度較高，因此YT類硬質(zhì)合金是重型加工時較常用的刀具材料。然而在低速切削鋼料時，由于切削過程不太平穩(wěn)，YT類合金的韌性較差，容易產(chǎn)生崩刃，而且在加工一些高強度合金材料時，它的耐用度下降很快，無法滿足使用要求。如電站用機械產(chǎn)品工作于高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速的環(huán)境中，對材料(如26Cr2Ni4MoV、Mn18Cr18)機械性能的要求非常高；而一些高硬度軋輥，表面硬度在淬火后可達(dá)Hs90，YT類刀具在加工此類產(chǎn)品時就無法勝任，在這種情況下應(yīng)選用YW類刀具或細(xì)晶粒、超細(xì)晶粒合金刀具(如643等)。細(xì)晶粒合金的耐磨性好，更適用于加工冷硬鑄鐵類產(chǎn)品，效率較YW類刀具可提高一倍以上。

　　精加工階段同樣要求刀具耐磨損，但是精加工階段的磨損形式是以粘蝕磨損為主，這時的切削速度雖然有了很大提高(可達(dá)到40m/r)，但由于工件材質(zhì)等原因，仍然會產(chǎn)生積屑瘤，當(dāng)積屑瘤增長到一定高度時會從刀具上剝離，將接觸部位的刀具材料帶走一部分，形成刀具的磨損。同時，剝離的積屑瘤會扎進(jìn)工件表面，形成硬點，降低加工表面質(zhì)量。因此，如果精加工時仍然采用普通硬質(zhì)合金刀具，則刀具磨損非?？欤瑩Q刀次數(shù)增多，不僅影響加工效率，也易在工件表面形成接刀痕跡，影響外觀質(zhì)量。解決這個問題的辦法就是改變刀具材料。在實際加工中發(fā)現(xiàn)涂層刀具比較適合重型切削的精加工，刀具的涂層減小了切屑與刀面間的摩擦，減少了積屑瘤的發(fā)生，降低了刀具的磨損，延長了刀具的壽命。實際加工中，我們采用瓦爾特公司的涂層硬質(zhì)合金刀片，在加工45Cr4NiMoV支撐輥時，刀具耐用度提高了一倍；但使用陶瓷刀具未達(dá)到預(yù)期效果，當(dāng)切削速度達(dá)到100m/min時，刀片的磨損顯著加快，這是因為陶瓷刀具與金屬材料之間由于親和作用加劇了刀具的磨損。高速鋼刀具在精加工階段得到了廣泛的應(yīng)用，由于高速鋼刀具的鋒銳性較好，經(jīng)常用于精加工階段的光整工序以去除微小余量，目前來看，其它刀具還無法完全取代高速鋼刀具的作用。

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