高溫合金的下料加工

　　當(dāng)前在機(jī)械制造中，由于產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代，因而對(duì)零件的選用也有了更高要求，特別在航天、大型電站和艦船等行業(yè)的制造中，一些難加工材料如高溫合金、鈦合金、耐熱不銹鋼、復(fù)合材料等，已被廣為采用，其中應(yīng)用面大且較為常用的高溫合金材料的高效加工更受到了更多關(guān)注。

　　高溫合金，通常分為三類(lèi)，即鐵基高溫合金、鎳基高溫合金和鈷基高溫合金，從難加工程度來(lái)說(shuō)，鎳基高溫合金的加工應(yīng)該說(shuō)更具有典型性和代表性。

　　高溫合金難加工的主要原因簡(jiǎn)單地說(shuō)可歸納為四個(gè)方面：一是材料高溫強(qiáng)度高，加工硬化傾向大，一般鎳基高溫合金的單位切削力比中碳合金鋼高50%;加工后工件表面層的加工硬化及殘留應(yīng)力大，硬化程度可達(dá)200%～500%;二是導(dǎo)熱性差，它的導(dǎo)熱系數(shù)約為45鋼的1/5～1/2，故切削溫度高;三是對(duì)刀具的粘結(jié)傾向大，在對(duì)高溫合金加工時(shí)極易產(chǎn)生積屑瘤，使切削不穩(wěn)定，從而影響了加工表面質(zhì)量;四是強(qiáng)化元素含量高。在合金中形成大量研磨性很強(qiáng)的金屬碳化物，金屬間化合物等硬質(zhì)點(diǎn)，對(duì)刀具有強(qiáng)烈的擦傷作用。

　　高溫合金的下料，是機(jī)械制造中的首道工序，傳統(tǒng)的下料工藝工序，一般是在臥式帶鋸床上采用環(huán)式雙金屬帶鋸條將棒料或不同截面的零件毛坯切斷(普通合金工具鋼和高速鋼帶鋸條無(wú)法進(jìn)行高溫合金下料加工)。采用高性能高速鋼雙金屬帶鋸條(刃口材料為M42)來(lái)切割難加工的高溫合金，其切削效率低，壽命也極短，以切割一件直徑為130mm的鎳基高溫合金棒料為例(材料為GH4169)，采用M42雙金屬鋸條一般一件下料的時(shí)間約為8～10小時(shí)，而且一根鋸條的壽命也只能下一件，后我們選用了一種優(yōu)質(zhì)超硬型雙金屬帶鋸條(牌號(hào)為M51)，用該鋸條對(duì)同規(guī)格、同材質(zhì)的高溫合金棒料下料加工，其結(jié)果是在刀具切削效率和壽命方面都略有提高，但提高的幅度僅在15%～20%之間(該鋸條切削刃處的硬度為67～69HRC)，我們認(rèn)為用這種材質(zhì)和類(lèi)型的帶鋸條加工高溫合金不能滿(mǎn)足生產(chǎn)的要求，為此我們經(jīng)過(guò)多種方案比較，后選用了具有高硬度的硬質(zhì)合金帶鋸條，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和實(shí)踐應(yīng)用，的確，硬質(zhì)合金帶鋸條在對(duì)高溫合金下料加工中取得了明顯的效果，滿(mǎn)足了生產(chǎn)進(jìn)度的要求。

　　一、硬質(zhì)合金帶鋸條的設(shè)計(jì)與選擇

　　硬質(zhì)合金帶鋸條有不同的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)，不是任何一種硬質(zhì)合金帶鋸條在對(duì)高溫合金下料加工中，都能收到良好的效果，只有在選擇合理、使用得當(dāng)?shù)那闆r下才能獲得理想的結(jié)果。對(duì)帶鋸條的結(jié)構(gòu)、齒型形式、材料和切削用量的合理選取等四方面進(jìn)行了選取和對(duì)比，其情況如下：

　　1、刀具結(jié)構(gòu)

　　硬質(zhì)合金帶鋸條，一般都采用鑲齒焊接式結(jié)構(gòu)，硬質(zhì)合金帶鋸條齒尖具有高硬度、高耐磨性，和高耐疲勞性的優(yōu)點(diǎn)，但其主要缺點(diǎn)是性脆、強(qiáng)度低、不耐沖擊。在對(duì)高溫合金下料時(shí)，刀具結(jié)構(gòu)選取除要考慮材料的特性外，其主要的選取原則還應(yīng)根據(jù)高溫合金的難加工性，考慮到被加工零件毛坯的形狀和對(duì)加工的主要要求(如切削以提高鋸切效率為主，還是以提高壽命為主)來(lái)確定帶鋸條的結(jié)構(gòu)選取是采用粗齒還是細(xì)齒，是等齒距還是變齒距。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)應(yīng)用對(duì)比(特別是根據(jù)其最后鋸切下料數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果)，我們認(rèn)為對(duì)高溫合金下料的帶鋸條，其結(jié)構(gòu)以選用粗齒和變齒距的硬質(zhì)合金帶鋸條為佳，其原因我們認(rèn)為，在對(duì)高溫合金鋸切下料時(shí)(特別是鎳基高溫合金)切屑的粘附性很強(qiáng)，切屑不易順利排出，積屑瘤的時(shí)生時(shí)滅易使刀刃崩刃、刀具后刀面磨損加劇，選用粗齒不但刀刃強(qiáng)度增加，同時(shí)也可使容屑空間增大，便于選用較大進(jìn)給速度提高切削效率;變齒距的采用則可降低切割噪音并使振動(dòng)減小，切削時(shí)也更加平穩(wěn)，這樣有利于刀具耐用度的提高。變齒距帶鋸條的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可見(jiàn)圖1。

圖1 2/3變齒距帶鋸條結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

　　2、刀具齒型形式的選取

　　帶鋸條的齒型形式常用的有標(biāo)準(zhǔn)齒、勾型齒和梯型齒，型式見(jiàn)圖2。

　　標(biāo)準(zhǔn)齒勾型齒梯形齒

圖2 常用的齒型形式

　　(1)標(biāo)準(zhǔn)齒切削前角g=0°,齒面垂直于基體，齒槽深而窄。

　　(2)勾型齒切削前角g=5°～10°,齒槽深而寬。

　　(3)梯型齒切削前角g=10°～15°,后角a=6°～8°刀齒強(qiáng)度高，適于強(qiáng)力切削。

　　對(duì)高溫合金材料的加工，帶鋸條除選用高強(qiáng)度的硬質(zhì)合金材料外，齒型的選用也十分重要，梯型齒具有足夠的強(qiáng)度，切削時(shí)不易崩刃，由于前角較大，抗力也較標(biāo)準(zhǔn)直齒小，通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證也證明了選用梯型齒相對(duì)于其它兩種齒型的切削效果為好。

　　3、刀具材料牌號(hào)的確定

　　適用于對(duì)高溫合金材料切削加工的硬質(zhì)合金牌號(hào)主要有兩類(lèi)，即ISO標(biāo)準(zhǔn)中的M類(lèi)和K類(lèi)(現(xiàn)推薦為S類(lèi))，從鋸切對(duì)比試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，兩類(lèi)刀具牌號(hào)在切削效率上的提高，相差不大，但在鋸切使用壽命上，相當(dāng)于M15-M30牌號(hào)材質(zhì)的帶鋸條要比相當(dāng)于K05-K20牌號(hào)的帶鋸條提高15%～20%(加工相同規(guī)格牌號(hào)的高溫合金)。

　　4、切削用量的合理選取

　　高溫合金的下料，切削用量的合理選取，起著至關(guān)重要的作用，合理的切削用量能保證工件正常的下料，保證切削效率和壽命的顯著提高，同時(shí)還減小下料時(shí)由于刀具和工件的切屑粘結(jié)、摩擦產(chǎn)生的刺耳噪音，對(duì)我們下料的各類(lèi)鎳基高溫合金牌號(hào)試驗(yàn)應(yīng)用結(jié)果來(lái)看(進(jìn)行效率和壽命綜合考慮)合理切削用量的選取為：切削線(xiàn)速度為15～20m/min，進(jìn)給速度(材料去除率)為6～8cm2/min。

　　采用的硬質(zhì)合金帶鋸條和原用雙金屬帶鋸條加工高溫合金相比，切削效率可提高5～8倍，如加工毛坯尺寸為140×245的GH4169鎳基高溫合金，原用M42雙金屬鋸條下料，下一件料約需6～8小時(shí)，而現(xiàn)用選定的硬質(zhì)合金帶鋸條加工高溫合金，一件工件的下料時(shí)間僅為1小時(shí)左右，同時(shí)更突出的是刀具壽命的提高，在對(duì)上述牌號(hào)和規(guī)格的高溫合金毛坯加工時(shí)，原用M42雙金屬鋸條，一根鋸條僅能下一件，而現(xiàn)采用的硬質(zhì)合金帶鋸條，一般一根帶鋸條可下料20～24件，(在切削用量選擇合理、操作得當(dāng)?shù)那闆r下，一根帶鋸條還可以下料40～50件)雖然現(xiàn)用硬質(zhì)合金帶鋸條的價(jià)格要比雙金屬鋸條高5倍左右，但從性?xún)r(jià)比和綜合經(jīng)濟(jì)效益來(lái)說(shuō)(特別是通過(guò)上述典型例的對(duì)比)，采用硬質(zhì)合金帶鋸條來(lái)加工高溫合金是非常合算的，它達(dá)到并實(shí)現(xiàn)了低成本、高壽命、高效加工的目的。

　　對(duì)高溫合金毛坯料的下料，切削用量是否選擇合理，將直接保證鋸切的正常進(jìn)行，同時(shí)合理的切削用量還將獲得較高的切削效率和刀具壽命，由于高溫合金材料切削性能很差，所以切削用量相對(duì)于其他合金鋼材料來(lái)說(shuō)，要低得多，實(shí)踐證明，采用上述舉例推薦的切削用量是較為合理的，如進(jìn)給速度(材料去除率)選用過(guò)低，則刀具后刀面磨損將會(huì)加大，而如再加大切削速度和進(jìn)給速度，也會(huì)使切削力增大，并使排屑槽堵屑，從而引起崩刃和刀具壽命的降低。

　　二、硬質(zhì)合金帶鋸條的使用

　　采用硬質(zhì)合金帶鋸條對(duì)高溫合金材料進(jìn)行鋸切下料，雖然是一種高效和理想的工藝手段，但如使用不當(dāng)，帶鋸條的齒將急劇磨損甚至造成鋸帶斷裂，這樣不但達(dá)不到預(yù)期效果，甚至還會(huì)造成較大的損失，因此正確使用硬質(zhì)合金帶鋸條是一件十分重要的事。帶鋸條使用時(shí)應(yīng)有嚴(yán)格的要求，其具體要求主要在下述三方面：

　　1、對(duì)機(jī)床的要求：

　　(1)鋸床的剛性要好，并有一定精度，能滿(mǎn)足硬質(zhì)合金帶鋸條平穩(wěn)加工的要求;

　　(2)根據(jù)工件直徑(切削面積)的大小合理選取不同功率、規(guī)格的鋸床;

　　(3)機(jī)床有良好的清屑、冷卻和鋸條導(dǎo)向裝置的配置。

　　2、對(duì)操作使用的要求：

　　(1)工件夾緊要牢靠，夾緊后要檢查夾緊點(diǎn)(面)是否在工件的中上部，以保證加工時(shí)的穩(wěn)定性;

　　(2)帶鋸條的磨合：新帶鋸條必須經(jīng)過(guò)磨合后才能進(jìn)行正常切削，以免過(guò)早引起鋸齒損壞。齒尖經(jīng)過(guò)跑合過(guò)程后，才能有正常的磨損，沒(méi)有經(jīng)過(guò)跑合將導(dǎo)致齒尖過(guò)早破壞。磨合期間的進(jìn)給量為帶速正常進(jìn)給量的20%～30%。

　　(3)張緊力的選擇：過(guò)大的張緊力會(huì)造成鋸帶斷裂;張緊力不足，會(huì)損壞鋸帶或?qū)е虑行�，采用硬質(zhì)合金帶鋸時(shí)，張緊力務(wù)必調(diào)到2200～2500kg/cm2。

　　(4)切削時(shí)的冷卻和切屑沖洗：采用硬質(zhì)合金帶鋸對(duì)高溫合金材料下料時(shí)，為降低切削溫度，減小切削阻力和延長(zhǎng)帶鋸使用壽命，鋸切時(shí)必須連續(xù)澆注水劑極壓切削液，同時(shí)，鋸切產(chǎn)生的切屑，應(yīng)采用鐵刷同步清洗干凈。