淬硬钢的高速加工

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用立铣刀切削加工淬硬钢时，切削深度和每齿进给量的增加将引起切削阻力显着增大，因此，在小切深且不增加每齿进给量的条件下，采用高速铣削这种高效加工方法十分有效。但是，随着被加工工件硬度的提高，切削热也在增加，使刀具刃口处于高温状态。这样，由于扩散和氧化等原因，将加剧刀具的磨损。因此，用于高速铣削淬硬钢的刀具，在高温下的稳定性显得十分重要。
6 }7 S) C0 n7 y" Z本文介绍淬硬钢的切削实例。淬硬钢的切削使用涂覆有耐热膜层的硬质合金立铣刀，这种耐热涂层在高温下具有良好的耐氧化性、耐磨损性等特性。另外，还使用了在高速加工领域引人注目的CBN立铣刀。
耐热涂层立铣刀加工实例
7 s9 h& @! B# b! I: I5 v+ U为了实现淬硬钢的高速铣削，涂层除了应具有与刀具之间高的结合强度以外，提高其硬度、耐热性、抗氧化性能也必不可少。
' K' g3 l) o- R, jOSG公司正在开发并投入使用的耐热涂层（WX超级涂层）的氧化开始温度由过去的800℃大幅提高到1300℃。即使在高速切削淬硬钢所达到的高温情况下，氧化温度的提高也可有效防止涂层损坏，从而防止因氧化、扩散而导致硬质合金基体磨损状况的恶化。而且，与过去的涂层相比，这种涂层的硬度也有所提高，能够防止涂层自身的磨料磨损。
! j  M5 m& F6 g& [: L下面介绍超耐热涂层立铣刀系列及其加工实例。用WX特型球头立铣刀（WXS-EBD）加工SKD11（62HRC）工件（加工条件为：使用刀具：WXS-EBD
5 `7 [# U5 V7 F, y+ RR1×4;工件材料：SKD11（62HRC）；转速：32000r/min;进给速度：2800mm/min（0.038mm/齿）；切削方法：加工型腔；切削深度：αa=0.04mm,Pf=0.05mm;冷却方式：风冷；加工机床：立式加工中心（HSK-E32））。由加工结果可见，与以前的涂层相比，WXS-EBD的磨损较慢，可长时间维持球头立铣刀的R形状。
用WX超耐热方头多刃立铣刀对SKD11（60HRC）进行侧面铣削加工的实例（加工条件：使用刀具：WXS-EMSФ10;工件材料：SKD11（62HRC）；切削速度：150m/min（4800/min）；进给速度：860mm/min（0.03mm/齿）；切削方法：侧面切削，下切式；切削深度：αa=10mm,αr=0.5mm;冷却方式：风冷；加工机床：立式加工中心（BT40））。尽管采用了150m/min高切削速度，刀具磨损情况仍然比较稳定，显示出了耐热涂层的效果。
新的涂层（WX超级涂层）的开发极大提高了硬质合金涂层立铣刀切削淬硬钢的性能。
CBN立铣刀加工实例
立方氮化硼（CBN）的硬度和热传导率仅次于金刚石，与铁质材料反应极小，而且比金刚石具有更优良的热稳定性和化学稳定性。因此，可用于加工金刚石难以加工的铁族金属。
4 ]' {& {4 S: N+ SCBN不是天然材料，而是在高温高压条件下，经过与聚晶金刚石相同的工序人工合成的。但是，合成时采用的粘合剂种类和CBN浓度，可极大影响CBN的机械性能和耐热特性。
( N6 {9 A( w; O/ rCBN刀具刚问世时，主要以加工铸铁为主，其使用已逐渐普及。近来，由于CBN粒子的微细化、结合剂的改良，尤其是对刀具形状的改进，即使对于普通碳素钢和淬硬钢的切削，也显示出很好的效果。下面介绍CBN立铣刀切削淬硬钢的加工实例。
/ V8 H! R6 m) H1 ]用CBN立铣刀加工淬硬钢SKD11（60HRC）直壁的实例（加工条件：使用刀具：①CBN-CR-EDSφ10（2齿）②硬质合金涂层立铣刀φ10（6齿）；工件材料：SKD11（60HRC）；切削速度：①400m/min（12740/min）；②20m/min（640/min）；进给速度：①1270mm/min（0.05mm/齿）；②190mm/min（0.05mm/齿）；悬伸长度：50mm;切削深度：①αr=0.5mm（αa=5mm×8次）；②αa=40mm,αr=0.01mm;倾斜量：①2~6μm;②10μm以上；冷却方式：风冷；加工机床：立式加工中心）。使用短刃长颈立铣刀对40mm宽的直壁进行加工。以每5mm为一步的轴向切深进行高速切削，加工面的倾斜量达到6μm以下。加工后的立铣刀磨损很小，可以继续切削。
带螺旋刃的CBN球头立铣刀系列CBN-SXB的加工实例。这种球头螺旋刃有利于形成薄切屑和断续切削效果，一般用于硬质合金球头立铣刀。
$ r( m2 z" a* l0 }) ~尽管CBN铣刀的切削刃非常难以刃磨，但OSG公司还是采用螺旋刃作为基本刃形，并开发了特别适合CBN刀具几何形状（负角）的球头立铣刀，这种刀具现已投放市场。由于这种螺旋刃与强韧性好的CBN专用材料的双重效果，与过去的CBN球头立铣刀相比，CBN-SXB可以采用更大的切深，即使是在加工切削负荷变化的复杂形状时，也可实现稳定的切削。
用CBN-SXB加工SKH51（65HRC）金属模具简易模型的切削实例（加工条件：使用刀具：CBN-SXB
R1×5;工件材料：SKH51（65HRC）；主轴转速：40000/min;进给速度：6000mm/min（0.075mm/t）；切削深度：αa=0.03mm,Pf=0.05mm;冷却方式：MQL;加工机床：立式加工中心）。其走刀路径不是直线方式，而是在局部凹凸处加工出模腔形状。工件加工面的状态表明，不用说在切削初期，即使在走刀长度达到70m以后，切削痕迹仍是均匀一致的，保持了良好的切削状态。
" e& n2 @7 h  |高速加工淬硬钢的相关技术
8 G3 G  X# f( g3 T" m$ Y高速铣削淬硬钢时会产生大量切削热，实际上大部分热量传到了切屑上。因此，将切屑从切削区和工件上尽快清除十分重要。但是，若使用大量具有冷却效果的水溶性切削液来清除切屑，在短时间内反复进行剧烈的加热和冷却，将导致出现热裂纹，大大缩短刀具寿命，因此必须引起注意。
3 t; J% }4 s7 t! Q" \1 O为了避免出现这种问题，采用吹风冷却方式效果显着，特别是微量润滑（MQL）切削对提高加工表面质量效果很好。MQL不会产生可诱发热裂纹的急剧冷却作用，因冷却液中含有微量油剂，使润滑性能提高，有助于切削刃进入被加工面，从而获得良好的加工质量。由此，不仅能改善加工表面粗糙度，还可以改善加工面的波纹度和垂直度，更重要的是可以保持刀具寿命的稳定性。
需要引起注意的是，刀具的旋转振动不仅使加工表面质量恶化，而且会缩短刀具使用寿命。尤其在切削淬硬钢时，微小的振动也易诱发刀具崩刃。因此，刀具及工件的夹持方法变得尤为重要。热装式刀柄的动平衡性能好，夹持精度高，把持力大，可以说是非常有效的刀具夹持方法。
$ v8 B- ?) Z' ]1 v; ~) F以上介绍了淬硬钢的切削实例。可以说，过去只能依赖于磨削和放电加工的领域，现在已完全可以用切削加工来替代。
文章关键词： 钢材、加工工艺品 刀具