镍基合金喷焊层的切削

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1 引言
我公司为邯钢制造的1680mm精轧机引进的是德国西马克的制造技术，其输入辊道辊子是高速运转的零件，辊子表面采用当今世界上最先进的镍基合金粉末热喷涂技术，喷层为1.5mm，经高温重溶后冷却成形，硬度值达到HRC55～60。辊子总长2382mm，辊身直径f260mm，长1900mm，粗糙度Ra1.6µm，圆柱度0.1，其尺寸公差和形位公差要求通过切削加工给予保证。
* u. C* y) G9 U+ e# m2 切削工艺分析
由于缺少加工镍基合金喷焊层的经验，最初选择加工淬硬钢的办法，用复合氮化硅陶瓷刀具，粗车、半精车留余量0.3mm，在外圆磨床上选用刚玉砂轮磨削达图纸要求。但由于喷焊层材料中含有较高的Ni、Cr、B、Si等合金元素，重熔后的组织细密，在600～800℃高温条件下仍有很高的硬度和强度，且脆性大、塑性差，刚玉砂轮对其切削特别困难，一个台班磨削量直径仅0.02mm，且需修磨砂轮十余次，第一件辊子磨削达图纸要求消耗工时40h，效率低，成本高。
8 K" ]+ f* |' ^+ p: }% U据此看来，传统的加工方法对喷焊层的加工不适用。经分析，决定采用复合氮化硅刀具粗加工和半精加工，用立方氮化硼(CBN)刀具精加工，取消砂轮磨削的方式进行切削试验。
复合氮化硅刀具具有低密度、高强度、高硬度的物理特性，室温硬度值达HRA92，有很好的切削能力和耐磨性，可以加工硬度达HRC65的各类淬硬钢和硬化铸铁。其抗弯强度为700～900MPa，抗热震性能好，断裂韧性值优于其它系列的陶瓷刀具，可以断续加工高强度的零件毛坯。立方氮化硼(CBN)刀具具有极高的硬度、极好的耐磨性和较好的抗热震性能，是加工淬火钢、冷硬铸铁、高温合金的理想刀具材料。
3 W, _0 v5 I0 e- s3 切削试验
切削试验参数
粗加工和半精加工选用复合氮化硅刀具，粗车切削速度V=30m/min，半精车V=60m/min，选用机床为车床。
1 g$ l* K3 e( ~5 `精加工选用立方氮化硼刀具，V=90m/min，选用机床为数控车床。
  b5 ?. l2 V* J  H试验效果分析
复合氮化硅刀具在GV=60m/min时刀具磨损严重，无法完成半精车工作，切削速度仅能达到30～40m/min，但其抗冲击韧性比较好，可以对不规整的毛坯进行粗加工。立方氮化硼刀具在V=90m/min时，刀具轻微磨损，可以继续切削，但刀具磨损后，由于辊身长1900mm，切削时间长，辊身后半段表面粗糙度值增加，满足不了图纸的要求。
确定切削参数
' u' a% p$ u2 h' u- z通过以上试验结果分析，确定粗车不规整的毛坯时选用复合氮化硅刀具，切削速度V=35m/min，半精车和精车均选用立方氮化硼刀具，半精车V=60m/min，精车V=80m/min。经过多次的使用，证明机床、刀具、切削用量的选择都是比较合理的，用立方氮化硼刀具以车代磨加工喷焊辊子可以得到理想的尺寸精度，形状精度，粗糙度稳定在Ra1.6～0。8µm以内，完全满足设计图纸要求。
8 o/ h2 b: e8 s( h4 立方氮化硼刀具的使用要点
由于立方氮化硼刀具具有脆性大，塑性差，对冲击的振动载荷比较敏感，所以在使用中应注意以下几个方面的问题。
% z: [3 G' K! \; @  E' T! O选择刚性好的工艺系统
5 P. O" K6 z- p由机床——工件——刀具——顶尖组成的工艺系统如果刚性差，振动大，将大幅度降低切削性能和加工效率，刀具耐用度明显下降。所以使用立方氮化硼刀具的机床应具有良好的刚性，足够的功率和较高的转速。一般首选中型或重型机床。
& A( m2 U+ f, ]+ l+ A防止工件对刀具的冲击
* _+ `( t, L7 [由于喷焊辊子是用合金粉末热喷涂后高温重熔形成，难免会出现少量挂瘤，这在切削时将对刀具形成冲击，造成崩刀。所以对这类不规则的毛坯，切削时要重新调整切削用量，减少价格昂贵的立方氮化硼刀具的损耗。
' D$ M9 n! Q! F: n4 K* A合理选择切削用量
5 J) h$ L" Q8 y- w2 D' Z由于喷焊辊子辊身长1900mm，外径f260mm，一次切削时间长达190m/min。如果中途换刀停车，接刀困难，易出现台阶，所以正确选择切削用量是保证喷焊辊切削加工一次走刀成形的关键。若切削用量选用过大，则刀具磨损加剧，不能一次走刀完成辊身精车7若切削用量选择过小，则切削时间长，刀具磨损时间长，易引起工艺系统产生振动，无法切削，并将大大降低生产效率。所以用立方氮化硼刀具精加工辊身时，应选择较小的进给量和尽可能高的切削速度以及合适的切削深度，这将有利于保证加工质量和提高生产效率。
1 ], v, C& d* p% O; k; D; X( @: d5 结论
用立方氮化硼刀具加工喷焊层可以获得满意的尺寸精度和形状精度，只要在使用中根据工艺系统的刚性，工件的工艺特点，合理地选择刀具的切削参数，充分地发挥立方氮化硼刀具的优越性，就能获得理想的效果。
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