低碳鋼襯套內(nèi)孔的高速鉸削

■ 四川驚雷科技股份公司 （宜賓 644623） 黃 斌

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低碳鋼（20鋼、Q235A鋼）的含碳量在0.25%以下，其中存在大量柔軟的鐵素體組織，其延展性非常好，切屑易粘著刀刃。因此，它是一種硬度（強(qiáng)度）較低而粘性較大的材料。其切削加工性能差，為了使被加工孔在精加工后表面粗糙度值達(dá)到Ra=1.6μm，目前，有以下幾種加工工藝規(guī)程：一種是經(jīng)過車削再磨削兩道工序完成，這種加工工藝的勞動(dòng)生產(chǎn)率低，還受內(nèi)圓磨床的條件限制（我公司沒有內(nèi)圓磨床）；還有一種是經(jīng)過粗車在粗鉸及精鉸三道工序完成，這種加工工藝采用高速鋼鉸刀低速鉸削來完成襯套孔的加工工作，但刀具壽命短，加工成本高且勞動(dòng)生產(chǎn)率低；對(duì)于大批量襯套，決定采用自制的YW2型硬質(zhì)合金鉸刀進(jìn)行高速鉸削試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果證明，襯套孔的加工工藝過程只需要車削和鉸削兩道工序就可完成，而且加工速度快，加工精度和零件表面粗糙度都達(dá)到或超過了技術(shù)要求，而且加工成本低。鑒于此，低碳鋼襯套孔的加工方式采用自制的YW2型硬質(zhì)合金鉸刀進(jìn)行高速鉸削是最佳加工方式。

切削機(jī)理及刀具幾何角度方面。高速鋼鉸刀與硬質(zhì)合金鉸刀的切削機(jī)理是不一樣的。前者是靠刀刃鋒利獲得較低的表面粗糙度值，而后者是進(jìn)行切削和擠削，且主要靠擠壓切削而獲得較低的表面粗糙度值。

根據(jù)切削原理，切削粘而軟的低碳鋼材料所用的鉸刀的刀刃要鋒利。刀刃要鋒利就必須選取正前角，它可以減小切屑的變形及切屑在刀具前面上的摩擦；還可以抑制和清除積屑瘤，降低徑向的切削分力，故前角選取γ0=3°；同時(shí)，當(dāng)前角確定后，為了減少刀具后面與工件切削表面及工件已加工表面的摩擦并保證刃口更加鋒利，我們選取了大后角，即后角α=20°；為了減小切削阻力，增加刀尖強(qiáng)度，切削時(shí)不致輕易崩刃，故選取刃傾角λs=20°，刃帶寬ba1=0.4～0.5mm。按照以上條件制作的鉸刀能得到較好的鉸削效果，孔的表面粗糙度值可以達(dá)到Ra=1.6μm，且刀具壽命高。而高速鋼鉸刀前角γ0=0°，后角α0=5°～8°。

1.刀具結(jié)構(gòu)方面

為了克服襯套在鉸削時(shí)產(chǎn)生積屑瘤，硬質(zhì)合金鉸刀的結(jié)構(gòu)是將頭部設(shè)計(jì)制造成球形導(dǎo)向頭，這種導(dǎo)向頭既能起到刀具切削時(shí)對(duì)刃部的導(dǎo)向作用，使孔加工既可以獲得較好的直線度，又可以將殘余的切屑頂出。又因?yàn)椴捎昧舜笕袃A角，不但可以使鉸刀切入平穩(wěn)，使切屑能順利排出，而且為切屑留有足夠的容屑空間。刀具的具體結(jié)構(gòu)如附圖所示，刀片材料：YW2，刀桿材料：45鋼、調(diào)制28～32HRC。

2.刀具材質(zhì)及性能方面

高速鋼鉸刀的材質(zhì)選取通常采用W18Cr4V，因此其化學(xué)成分為：含碳量為0.7%～0.8%，含鎢量為17.5%～19.0%，含鉬量≤0.30%，含鉻量為3.8%～4.4%，含釩量為1%～1.4%，所以具有較高的熱硬性、較高的硬度及強(qiáng)度，還有較好的耐磨性，但它的熱塑性較低，采用此種材料的鉸刀只能采取低速鉸削。

硬質(zhì)合金的YT15鉸刀，因?yàn)槠浠瘜W(xué)成分為：含79%的WC，含15%的TiC，含6%的Co，用于鉸削時(shí)，襯套孔的表面粗糙度底能達(dá)到技術(shù)要求，但在切削過程中刃口區(qū)容易崩落。硬質(zhì)合金的YT5的鉸刀，因?yàn)槠浠瘜W(xué)成分為：含85%的WC，含5%的TiC，含10%的Co，用于鉸削時(shí)，襯套孔的表面粗糙度值能達(dá)到技術(shù)要求的Ra=3.2μm，但刀具相對(duì)其他材質(zhì)的刀片磨損得更快，壽命又低。

硬質(zhì)合金的YW1鉸刀，因?yàn)槠浠瘜W(xué)成分為：含84%～85%的WC，含6%的TiC，含3%～4%的TaC，含6%的Co，用于鉸削時(shí)，襯套孔的表面粗糙度值能達(dá)到技術(shù)要求的Ra=3.2μm，但其刀片抗彎強(qiáng)度為125kg/mm，比YW2更低，也會(huì)出現(xiàn)崩刃現(xiàn)象。硬質(zhì)合金的YW2鉸刀，因?yàn)槠浠瘜W(xué)成分為：含82%～83%的WC，含4%的TiC，含3%～4%的TaC，含8%的Co，所以，其抗彎強(qiáng)度為135kg/mm，是較高的，有較好的抗沖擊性，并且它具有高的熱硬性，在850～1 000℃的高溫下仍能保持其良好的切削加工性能，因此它加入了少量碳化鉭（TaC），從而使改善了它的抗彎抗壓強(qiáng)度，并細(xì)化了晶粒，減少了過熱傾向；從而它具有良好的韌性、耐磨性、抗氧化性及較小的線膨脹系數(shù)；鉸削的襯套內(nèi)孔的表面粗糙度值可以達(dá)到Ra=1.6μm，并且刀具壽命高。

3.加工工藝和切削用量的選取方面

W18Cr4V高速鋼鉸刀鉸削襯套內(nèi)孔的工藝過程是將其尺寸車好的軸套進(jìn)行低速鉸削。YW2硬質(zhì)合金鉸刀鉸削襯套內(nèi)孔的工藝過程是將其尺寸車好的襯套進(jìn)行高速鉸削，它的特性是擠壓切削。

由于鉸削速度的不同，它們的鉸削余量也肯定不一樣。用W18Cr4V高速鋼鉸刀鉸削襯套內(nèi)孔，需要分兩次留鉸削余量，粗鉸余量為0.15～0.3mm，精鉸余量為0.04～0.15mm。用YW2硬質(zhì)合金鉸刀鉸削襯套內(nèi)孔，鉸削余量的選擇就必須適度，余量若留得過小，鉸削時(shí)起不到擠壓加工切削作用；余量若留得過大，又會(huì)促使切削阻力增加，以致于使刀桿產(chǎn)生扭曲變形，影響加工精度和明顯降低刀具的使用壽命。經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐，對(duì)于φ16mm鉸刀，粗鉸余量選擇為0.4～0.6mm是最適宜的。

有好的工藝過程和適宜的鉸削余量，選取合理科學(xué)的切削用量對(duì)襯套內(nèi)孔的加工質(zhì)量有很大影響。

用高速鋼鉸刀鉸削襯套內(nèi)孔時(shí)，選取4～6m/min的切削速度和0.2～0.6mm/r的走刀量進(jìn)行低速鉸削，能獲得較低的表面粗糙度值Ra=3.2μm，但是切削效率低。若采用硬質(zhì)合金鉸刀進(jìn)行切削速度小于15m/min切削速度的低速鉸削襯套內(nèi)孔，也能獲得較低的表面粗糙度值，但是切削效率也低。若采用中等切削速度鉸削，切削區(qū)域的溫度在300℃左右時(shí)摩擦系數(shù)最大，最容易產(chǎn)生積屑瘤影響襯套內(nèi)孔的表面粗糙度。選取90～120m/min的切削速度和0.5～0.6mm/r的進(jìn)給量進(jìn)行高速鉸削，并且選取極壓切削液作為冷卻及潤滑液，其鉸削效果是十分理想的。既能大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，又能獲得良好的加工質(zhì)量，刀具還具有較高的壽命。

4.效果對(duì)比

下面是高速鋼鉸刀低速鉸削襯套內(nèi)孔與硬質(zhì)合金鉸刀低速鉸削襯套內(nèi)孔的效果對(duì)比。

對(duì)于兩種鉸削方式，實(shí)踐表明，前者加工數(shù)量為只能加工1～2件襯套/min，后者加工數(shù)量為10～15件襯套/min，后者加工速度是前者加工速度的7～10倍。前者每加工約100件就要更換鉸刀，后者每加工400～800件才更換鉸刀，后者刀具的耐用程度是前者的4～8倍。而且，后者鉸削孔的表面粗糙度值能夠達(dá)到Ra=1.6μm，前者只能達(dá)到Ra=3.2μm。經(jīng)濟(jì)效益客觀，產(chǎn)品加工質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率均得到提高。

5.結(jié)語

綜上所述，對(duì)于大批量低碳鋼襯套內(nèi)孔的加工方式是采用自制的YW2型硬質(zhì)合金鉸刀進(jìn)行高速鉸削這種方式。自制的YW2型硬質(zhì)合金鉸刀對(duì)低碳鋼襯套內(nèi)孔進(jìn)行高速鉸削這項(xiàng)加工技術(shù)投入生產(chǎn)實(shí)踐后證明，只要選取合理的鉸刀刀具結(jié)構(gòu)，科學(xué)的刀具的幾何角度，正確的刀片材料，恰當(dāng)?shù)那邢饔昧?，正確的切削液以及操作工人精心細(xì)致的操作，就可以收到良好的切削效果。

大批量低碳鋼襯套內(nèi)孔的加工在我公司無內(nèi)圓磨床條件下的最佳切削加工方法是采用YW2型硬質(zhì)合金自制鉸刀進(jìn)行高速鉸削這種加工方法。