高強度鋼和超高強度鋼的切削加工

發(fā)布日期：2012-08-29    蘭生客服中心    瀏覽：4245


1 什么是高強度鋼和超高強度鋼？


所謂高強度鋼，是指那些在強度和韌性方面結合很好的鋼種。低合金結構鋼，經調質處理后，具有很好的綜合力學性能。其抗拉強度sb＞1200MPa時，叫高強度鋼；其抗拉強度sb＞1500MPa時，稱為超高強度鋼。
超高強度鋼，視其合金含量的多少，可分為低合金超高強度鋼(合金含量不大于6%)、中合金超高強度鋼和高合金超高強度鋼。
含一種合金元素的高強度合金鋼有鉻鋼、鎳鋼、錳鋼等；含兩種合金元素的合金鋼有鉻鎳鋼、鉻錳鋼、鉻鉬鋼等；含三種以上合金元素的高強度合金鋼有鉻錳硅鋼、鉻鎳鎢鋼、鉻鎳鉬鋼、鉻錳鈦鋼、鉻錳鉬釩鋼等。
高強度鋼和超高強度鋼的原始強度和硬度并不高，但是經過調質處理后可獲得較高的強度，硬度在HRC30～50之間。
鋼的抗拉強度與硬度之間存在一定的關系。一般來說，硬度提高強度也隨之增高，但不能說高強度鋼就是高硬度鋼。所謂高強度鋼和超高強度鋼，是指綜合性能而言的。淬火鋼的硬度很高，但不能稱為高強度鋼和超高強度鋼，其原因是它的綜合性能不好，幾乎沒有塑性，韌性也很差，只能作耐磨零件和工具。

2 高強度鋼和超高強度鋼有哪些切削特點？


高強度鋼和超高強度鋼，由于加入不同量的合金元素，經熱處理后，Si、Mo、Ni等元素使固溶體強化，金相組織多為馬氏體，具有很高的強度(最高可達1960MPa)和較高的硬度(HRC＞35)，沖擊韌性高于45號鋼，切削時具有以下特點：

  1. 刀具易磨損、耐用度低：高強度鋼和超高強度鋼，調質后的硬度一般在HRC50以下，但抗拉強度高，韌性也好。在切削過程中，刀具與切屑的接觸長度小，切削區(qū)的應力和熱量集中，易造成前刀面月牙洼磨損，增加后刀面的磨損，導致刃口崩缺或燒傷，刀具的耐用度低。
  2. 切削力大：高強度鋼和超高強度鋼的剪切強度高，變形困難，切削力在同等的切削條件下，比切45號鋼的單位切削力大1.17～1.49倍。
  3. 切削溫度高：這兩種鋼的導熱性差，切削時切屑集中于刃口附近很小的接觸面內，使切削溫度增高。如45號鋼的導熱系數(shù)為50.2 W/(m·K)，而38CrNi3MoVA的導熱系數(shù)為29.3 W/(m·K)，僅為45號鋼的60%，切削38CrNi3MoVA時的切削溫度比切削45號鋼的切削溫度高100℃左右。切削溫度高，刀具磨損加劇。
  4. 斷屑困難：由于高強度鋼和超高強度鋼具有良好的塑性和韌性，所以切削時切屑不易拳曲和折斷。切屑常纏繞在工件和刀具上，影響切削的順利進行。

























表1 高速鋼牌號的選擇
刀具類型 刀具材料
車刀 W9Mo3Cr4V3Co10
W12Mo3Cr4V3Co5Si
W2Mo9Cr4VCo8
W10Mo4Cr4V3Co4Nb
W10Mo4Cr4V3Al
W6Mo5Cr4V2Al
W18Cr4V4SiNbAl
銑刀 W2Mo9Cr4VCo8
W12Mo3Cr4V3Co5Si
W9Mo3Cr4V3Co10
W10Mo4Cr4V3Co4Nb
W10Mo4Cr4V3Al
W6Mo5Cr4V2Al
W18Cr4V4SiNbAl
W6Mo5Cr4V5SiNbAl
成形銑刀 W2Mo9Cr4VCo8
W12Mo3Cr4V3Co5Si
W10Mo4Cr4V3Co4Nb
W10Mo4Cr4V3Al
W10Mo4Cr4V3Al
W6Mo5Cr4V2Al
W6Mo5Cr4V5SiNbAl
拉刀 W2Mo9Cr4VCo8
W12Mo3Cr4V3Co5Si
W10Mo4Cr4V3Al
W10Mo4Cr4V3Al
W6Mo5Cr4V2Al
W6Mo5Cr4V5SiNbAl
齒輪刀具 W6Mo5Cr4V2Al
W2Mo9Cr4VCo8
W12Mo3Cr4V3Co5Si
W10Mo4Cr4V3Co4Nb
W9Mo3Cr4V3Co10
螺紋刀具 W6Mo5Cr4V2Al
W2Mo9Cr4VCo8
W12Mo3Cr4V3Co5Si
W10Mo4Cr4V3Co4Nb
W9Mo3Cr4V3Co10

3 切削高強度鋼和超高強度鋼時怎樣選擇刀具材料？


高強度鋼和超高強度鋼具有很高的強度和硬度，切削時要求刀具應具有較高的紅硬性、耐磨性及沖擊韌性，而且不易產生粘結磨損和擴散磨損。粗加工和斷續(xù)切削時，要求刀具具有抗熱沖擊性能。除金剛石刀具外，各種刀具材料均可以切削，在選擇刀具材料時，應根據切削條件合理選擇。

  1. 高速鋼：選用高性能高速鋼切削高強度鋼和超高強度鋼，應根據工件材料的性能、形狀、加工方法和工藝系統(tǒng)剛性等特點，全面考慮刀具材料的耐熱性、耐磨性和韌性等。當工藝系統(tǒng)剛性較好、刀具型面簡單時，可采用鎢系、鎢鉬系高釩高鈷高速鋼；型面復雜時，可采用鎢鉬系、高碳低釩含鋁高速鋼或鎢鉬系高碳低釩高鈷高速鋼；當工藝系統(tǒng)剛性較差時，可采用鎢鉬系低釩含鋁高速鋼及鎢鉬系低釩高鈷高速鋼；在沖擊切削條件下，宜采用鎢鉬系高釩高速鋼、鎢鉬系含鈮高速鋼或鎢鉬系含鋁高速鋼。不同的切削方式切削高強度鋼和超高強度鋼時，高速鋼牌號的選擇見表1。
  2. 粉末冶金高速鋼和TiN涂層高速鋼：粉末冶金高速鋼，是由高速鋼粉末在高溫(1100℃)、高壓(100MPa)下直接壓制，再鍛造成所需要的刀具形狀，加工淬火后刃磨而成。它具有硬度高、高溫硬度好、耐磨性好的特點，適用于高強度鋼和超高強度鋼的切削。如原冶金部鋼鐵研究總院生產的FW12Cr4V5C05(FT15)和FW 10Mo5Cr4V2Co12等。
    高速鋼刀具TiN涂層，可以延長刀具耐用度2～3倍，提高切削速度25%。常用的涂層高速鋼刀具有：麻花鉆、立銑刀、絲錐、齒輪滾刀、鉸刀和插齒刀等。

  3. 硬質合金：根據硬質合金的性能，它是切削高強度和超高強度鋼的主要刀具材料。一般應選新型高性能硬質合金或涂層硬質合金。
  4. 陶瓷刀具：它的硬度和耐熱性高于硬質合金，允許的切削速度比硬質合金高1～2倍。在高強度鋼和超高強度鋼的切削中，陶瓷刀具主要用于車削和平面銑削的半精加工和精加工中。推薦選用Al2O3～TiC系列陶瓷，如AT6、AG2、T8、LT35、LT55等。
  5. 立方氮化硼(CBN、PCBN)：這種刀具的硬度、耐磨性及耐熱性很高，PCBN的強度也很高，達1500 MPa，適用于高強度鋼和超高強度鋼的車削和銑削，主要用于半精加工和精加工。

4 切削高強度鋼和超高強度鋼時怎樣選擇刀具幾何參數(shù)？


切削高強度鋼和超高強度鋼，刀具幾何參數(shù)的選擇原則與加工一般鋼材相同。但由于這種鋼材的切削特點，應注意刀刃和刀尖部分的強度，以保證刀具有一定的耐用度。
刀具的耐用度，隨著刀具的前角和后角改變而變化。前角大，刃口強度低，容易造成崩刃。后角小，增大了刀具與工件的摩擦，使切削溫度增高，加劇刀具磨損。所以在切削時，應采用較小的前角或負前角及較大的后角。采用硬質合金刀具時，g0=4°～6°，a0=8°～12°；車削超高強度鋼時，選用負前角，一般為g0=-2°～-4°。切削刃應鐾出負倒棱，一般為g01=-5°～-15°，bg=(0.5～0.8)f。這樣既可以加強刀刃，又不致使切削力增大。
為了加強刀尖強度，刀尖圓弧半徑應比加工一般鋼材大一些。粗加工時，re=1～2 mm；精加工時，re=0.5～0.8 mm。
在車削和銑削高強度鋼或超高強度鋼時，高速鋼、硬質合金、陶瓷、CNB刀具的幾何參數(shù)見表3、表4。





























表3 車刀幾何參數(shù)推薦表
刀具角度 刀具材料
高速鋼 硬質合金 CBN 陶瓷
g0 3°～12° -4°～6° -8°～-12° -15°～-4°
a0 5°～10° 6°～12° 10°～15° 6°～10°
ls 4°～2° -12°～0° -10°～0° -20°～-2°



















































表4 銑刀幾何參數(shù)推薦表
刀具材料 刀具角度(°)
g0 ls a0 kr gp gf b
硬質
合金		 面銑刀 -15～-6 -12～-3 8～12 30～75 -15～-6 -12～-3 -
立銑刀 - - 4～10 90 -15～-5 -10～-3 -
高速鋼立銑刀 - - 7～10 90 - 3～5 30～35
陶瓷面銑刀 -20～-8 -12～-3 4～10 30～75 - - -

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