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切削高錳鋼如何選擇刀具材料

2019/10/31 14:15:46??????點擊:
  一:高錳鋼的類別與性能


  錳含量約為11%~18%的鋼稱高錳鋼。常用的鑄造高錳鋼ZMn13的化學成分為:Mn含量11%~14%,c含量1.0%~1.4%,Si含量0.3%~1.0%,P含量<0.03%,S含量<0.05%??煞譃楦咛几咤i耐磨鋼、中碳高錳無磁鋼、低碳高錳不銹鋼和高錳耐熱鋼。


  高錳鋼是一種耐磨鋼,經過水韌處理的高錳鋼可以得到較高的塑性和沖擊韌性。高錳鋼具有很高的耐磨性,雖然它的硬度只有HB210,但它的屈服點σs較低,只有σb的40%,因此具有較高的塑性和韌性。高錳鋼在受到外來壓力和沖擊載荷時,會產生很大的塑性變形或嚴重的加工硬化現象,鋼被劇烈強化,硬度顯著提高,可達HB450~550,因此有了較高的耐磨性。


  二:高錳鋼的切削加工性能


  1,加工硬化嚴重:高錳鋼在切削過程中,由于塑性變形大,奧氏體組織轉變為細晶粒的馬氏體組織,從而產生嚴重的硬化現象。加工前硬度一般為HB200~220,加工后表面硬度可達HB450~550,硬化層深度0.1~0.3mm,其硬化程度和深度要比45號鋼高幾倍。嚴重的加工硬化使切削力增大,加劇了刀具磨損,也容易造成刀具崩刃而損壞。


  2,切削溫度高:由于切削功率大,產生的熱量多,而高錳鋼的導熱系數比不銹鋼還低,只有中碳鋼的1/4,所以切削區溫度很高。當切削速度Vc<50m/min時,高錳鋼的切削溫度比45號鋼高200℃~250℃,因此,刀具磨損嚴重,耐用度降低。


  3,斷屑困難:高錳鋼的韌性是45號鋼的8倍,切削時切屑不易拳曲和折斷。


  4,尺寸精度不易控制:高錳鋼的線膨脹系數與黃銅差不多,在高的切削溫度下,局部產生熱變形,尺寸精度不易控制。切削高錳鋼時,應先進行粗加工,工件冷卻后再進行精加工,以保證工件的尺寸精度。


  三:切削高錳鋼時各種刀具材料的特點


  高錳鋼屬難加工材料,對刀具材料要求較高。一般來說,要求具材料紅硬性高、耐磨性好,有較高的強度、韌性和導熱系數。


  1,高速鋼是一種高合金工具鋼.能承受切削溫度500~600C,目前加工高錳鋼基本不能勝任,一般用于制作非標鉆頭使用。


  2,硬質合金刀具加工高錳鋼時,一般用于小型零件的加工(大型高錳鋼零件選用非金屬粘合劑的CBN刀具牌號更合適),據統計,當高錳鋼零件單件加工時長小于5min時,可選用硬質合金刀具,粗加工可采用抗沖擊韌性較好的YG系列牌號,精加工選用YW系列。


  3,陶瓷材料的特點:硬度高(91~94HRA),耐磨性好,耐熱性高(>1200),允許用較高的切削速度,但脆性大,切削時容易崩刀。


  4,立方氮化硼(CBN)材料的特點:硬度高(7300~9000HV),耐熱性高(1300~1500度),耐磨性好,化學穩定性高于金剛石,與鐵族金屬的親和力小,切削性能好,一般脆性較大,此時可以選擇抗沖擊韌性優異的CBN刀具牌號,譬如高錳鋼磨輥和高錳鋼軋臼壁(破碎機圓錐)零件加工用的BN-K1或BN-S20兩種牌號;由于此類非金屬粘合劑CBN刀具的韌性和耐磨性的優異,使得可以勝任高錳鋼的粗加工和精加工。


  四:加工高錳鋼時如何確定刀具的切削三要素


  切削高錳鋼,無論選擇什么刀具材料,刀具的切削用量基本按照如下原則進行:粗加工時,應盡量保證較高的金屬切除率和必要的刀具耐用度,故一般優先選擇盡可能大的切削深度ap,其次選擇較大的進給量f,最后根據刀具耐用度要求,確定合適的切削速度。精加工時,首先應保證工件加工精度和表面質量要求,故一般選用較小的進給量f和切削深度ap,而盡可能選用較高的切削速度υc。


  1.切削深度ap的選擇


 ?。?)切削深度應根據工件的加工余量來確定。粗加工時,除留下精加工余量外一次走刀應盡可能切除全部余量。當加工余量過大,工藝系統剛度較低,機床功不足,刀具強度不夠或斷續切削的沖擊振動較大時,可分多次走刀。切削表面層硬皮的鑄鍛件時,應盡量使ap大于硬皮層的厚度,以保護刀尖。


 ?。?)半精加工和精加工的加工余量一般較小時,可一次切除,但有時為了保證件的加工精度和表面質量,也可采用二次走刀。


  2,進給量f的選擇


  切削深度選定后,接著就應盡可能選用較大的進給量f。粗加工時,由于作用在工藝系統上的切削力較大,進給量的選取受到下列因素限制;機床—刀具—工件系統的剛度,機床進給機構的強度,機床有效功率與轉矩,以及斷續切削時刀片的強度。半精加工和精加工時,最大進給量主要受工件加工表面粗糙度的限制。工廠中,進給量一般多根據經驗按一定表格選?。ㄔ斠娷?、鉆、銑等各章有關表格),在有條件的情況下,可通過對切削數據庫進行檢索和優化。


  3,切削速度υc的選擇


  在切削深度ap選定以后,可在保證刀具合理耐用度的條件下,用計算的方法或用表法確定切削速度υc的值。在具體確定υc值時,一般應遵循下述原則:


 ?。?)粗車時,切削深度和進給量均較大,故選擇較低的切削速度;精車時,則選擇較高的切削速度。


 ?。?)刀具材料的切削性能越好時,切削速度也可選得越高。因此,硬質合金刀具的切削速度可選得比高速鋼高度好幾倍,而立方氧化硼刀具的切削速度又可選得比硬質合金刀高許多,刀具牌號適用的線速度可參考刀具廠家的推薦參數,華菱BN-S20牌號CBN刀具切削線速度v=60--85m/min;精加工線速度可達v=135m/min。


  五:鉆削高錳鋼的刀具及注意事項


  隨著刀具材料的發展,使得加工高錳鋼已經從90年代的硬質合金刀具發展到目前的非金屬粘合劑氮化硼刀具,例如目前廣泛應用的BN-S20和BN-k1牌號是一種機夾可轉位刀片,廣泛用于高錳鋼零件的車削和銑削中。而對于高錳鋼零件的鉆孔,目前仍采用特殊涂層的高速鋼刀具材料和硬質合金刀具材料居多。


  1,幾種鉆ZGMn13鋼常用的硬質合金鉆頭


 ?。?)通用硬質合金鉆頭。一般采用YG或YW系列牌號的合金,這種鉆頭采用鑲片焊接形式,鉆頭耐用度高。為了保持鉆頭鋒利,外緣轉角磨損尺寸小于lmm時就應該及時重磨。鉆削時冷卻要充分,不能間斷冷卻。


 ?。?)硬質合金群鉆。這種硬質合金鉆頭的結構與制造,與通用硬質合金鉆頭相同。鉆頭一般用40Cr制造,刀片材料可用YG8或YW2,若選用齒冠刀頭,則鉆削效果更好。適當選擇切削用量,可以使切削溫度控制在600℃左右范圍內,這時加工條件較為有利。


 ?。?)無橫刃焊接式硬質合金淺孔鉆。這種鉆頭與通用硬質合金鉆頭的顯著區別在于沒有橫刃,由于鉆頭沒有橫刃,因此鉆削時軸向力較小,可降低30~50%。


 ?。?)可轉位淺孔鉆??赊D位淺孔鉆的刀具角度由刀槽和刀片兩部分構成,所以對于刀體的加工精度要求較高。鉆頭在鉆削中定心好,切削平穩,加工精度高。使用過程中須注意,當孔鉆通的瞬時,有一薄片飛出,要安全防護。


 ?。?)采用加熱工藝鉆削高錳鋼ZGMn13:加熱方法主要有乙炔一氧氣火焰加熱法。應用這種簡易加熱方法鉆削時.將乙炔一氧氣氣焊槍對準鉆孔中心位置加熱,范圍約為孔直徑的2倍,加熱到450℃左右,即鋼板見紅后,離開加熱立即下鉆,可以采用高轉速大進給。實際證明乙炔一氧氣加熱鉆削高錳鋼是一種簡單實用效率高的機工方法。


  2,用硬質合金群鉆鉆高錳鋼時應注意以下問題:


 ?。?)合理選擇切削用量:切削速度太低或進給量太大,都會使切削力增加,容易造成切削崩碎。一般取Vc=30~40m/min,f=0.07~0.1mm/r。


 ?。?)要充分使用冷卻液:高錳鋼的線膨脹系數大,鉆孔時應充分使用冷卻液,有條件的可將工件浸在冷卻液中鉆孔,以防止因孔的收縮將鉆頭咬死損壞。


 ?。?)嚴格控制鉆頭磨鈍標準:鉆削過程中如聽到刺耳的尖叫聲或發現鉆頭外緣轉角處后角棱邊磨損約1mm時,應及時將鉆頭進行重磨,否則繼續使用會加快鉆頭磨損以致損壞。


 ?。?)嚴禁中途停車:用硬質合金群鉆鉆削高錳鋼時,應采用自動進給,盡量不用手動進給,否則會加重硬化現象,使鉆削更加困難。操作中要嚴禁中途停車,防止因切削力過大造成“悶車”,使鉆頭崩碎。
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