車削Co/WC難加工材料的車刀角度的研究

廖國(guó)穎

廣東省佛山市三水區(qū)技工學(xué)校/工業(yè)中專學(xué)校，廣東佛山 528100

0 引言

工件材料的切削加工性是指工件材料用刀具進(jìn)行切削加工的難易程度。工件材料容易切削稱之為切削加工性好（易切削）；反之稱之為切削加工性差，難切削加工。

一般粗加工時(shí)，通常用刀具耐用度和切削力為評(píng)價(jià)指標(biāo)；如普通金屬材料取刀具耐用度：t=60min時(shí)，所允許的切削速度為vc60，難加工材料用vc30、vc20、vc15來(lái)評(píng)定切削加工性。常用工件材料相對(duì)加工性可分為八級(jí)。

當(dāng)加工材料的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等各項(xiàng)性能指標(biāo)均高，而熱導(dǎo)率低時(shí)，這類材料屬于難加工材料。而Co/WC噴涂層的車削，屬難加工材料第八級(jí)范疇。

1 拉伸機(jī)工作零件中的中伸塔輪加工

1.1 零件加工工藝簡(jiǎn)介

中伸塔輪零件圖如圖1所示：

1）噴涂前凹切

工件基體材料為45#鋼，噴焊前車：各溝槽按圖紙公稱尺寸車小φ-1.8～2.0mm。

2）表面粗化處理

凹切后經(jīng)噴砂，表面進(jìn)行粗化處理，使工件表面容易附著噴涂層。

3）打底

用鎳包鋁（Ni/Al）粉末打底噴涂，利用其自發(fā)熱作用獲得與工件表面較高的結(jié)合強(qiáng)度。

4）噴焊

用Ni102+35%Co/WC氧一乙炔火焰進(jìn)行熱噴焊，使各溝槽比圖紙公稱尺寸大2mm。

5）噴焊后車

按圖紙車削加工各溝槽，經(jīng)過(guò)粗、精車加工后，徑向公稱尺寸預(yù)留0.6mm磨削余量，粗糙度為：Ra6.4-3.2μm。溝槽兩側(cè)圓弧，待溝槽粗，精車后，用8mm寬切斷刀式刀片，兩側(cè)刀尖處磨有R2圓弧的車刀車削。

6）磨各溝槽外徑

用外圓磨床金剛石砂輪把各溝槽磨至圖紙尺寸，粗糙度為：Ra0.2μm ～0.1μm。

7）車床拋光

用鉆石粉與柴油調(diào)和，噴灑在工業(yè)氈上，用木板壓工業(yè)氈拋光至 Ra0.1μm ～0.05μm。

1.2 噴涂層的車削加工難點(diǎn)分析

1）硬度

噴焊層硬度較高，當(dāng)Ni、Co、WC含量高時(shí)，硬度均在HRC60以上。有時(shí)可達(dá)HRC70。切削加工時(shí)塑性變形大，加工硬化嚴(yán)重，致使切削力增大。

圖1 中伸塔輪零件圖

2）刀具磨損嚴(yán)重

噴涂層用的合金粉末多是熔點(diǎn)高的合金元素，在熔融過(guò)程中形成高溫合金，具有較高的熱強(qiáng)性，且形成大量彌散的高硬度碳化物，硼化物，氧化物和金屬間的化合物硬質(zhì)點(diǎn)，這些硬質(zhì)點(diǎn)提高了噴涂層的耐磨性，但也增加了車削時(shí)刀具的磨損。

3）切削溫度高

噴涂合金元素?zé)釋?dǎo)率低，噴涂層的多孔性更進(jìn)一步降低了它的導(dǎo)熱性，使切削區(qū)域溫度升高。從而加劇了刀具的擴(kuò)散和氧化磨損。

4）噴涂層組織不均勻

硬質(zhì)點(diǎn)分布不均勻，加上多孔性，彌散的硬質(zhì)點(diǎn)和噴后表面不平整，使切削過(guò)程，刀具受到高頻沖擊，刀刃容易產(chǎn)生裂紋和崩刃。

5）表層易脫落

噴涂層和工件表面基體結(jié)合并不是完全熔合，且噴涂層較薄，若切削力過(guò)大，表層會(huì)產(chǎn)生局部脫落或局部擠裂，造成工件報(bào)廢。

1.3 原車刀角度的幾何參數(shù)的選擇及切削用量

中伸塔輪各溝槽寬度尺寸25mm，為了便于切入工件，采用60°螺紋車刀形狀刀頭（如圖2所示）。工廠原選用車刀的幾何參數(shù)如表1所示，切削用量如表2所示。

圖 60°車刀形狀

表1 工廠原選用車刀的幾何參數(shù)

表2 切削用量

1.4 問(wèn)題發(fā)現(xiàn)及原因分析

1）刀片強(qiáng)度較差，在切入工件時(shí)易被擠裂，縱向進(jìn)給時(shí)也容易崩刃，前刀面呈大片碎裂起層狀，且呈負(fù)值前角狀。主要原因是前角r。=0°；

2）刃傾角等于零的車刀，對(duì)加工表面要求材料均勻，主切削刃同時(shí)進(jìn)行切削。噴焊表面不平整（尤其是氧一乙炔熱噴焊）。易引起沖擊，主切削刃崩刃。主要原因?yàn)槿袃A角λs為0°；

3）主切削刃強(qiáng)度不好，易崩刃。主要原因?yàn)橹髑邢魅袥]有負(fù)倒棱。

1.5 第一次車刀幾何參數(shù)改進(jìn)及切削用量選擇

第一次改進(jìn)車刀的幾何參數(shù)如圖3及表3所示。切削用量如表4所示。經(jīng)過(guò)使用后發(fā)現(xiàn)車刀有如下優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：

表3 第一次改進(jìn)車刀的幾何參數(shù)

粗車時(shí) 精車時(shí)vc=8.5m/min vc=7m/min ap=0.2～0.5mm ap=0.2mm f=0.3mm/r f=0.2mm/r粗糙度：Ra=6.4μm 粗糙度：Ra=6.4～3.2μm

圖3 第一次改進(jìn)車刀的幾何參數(shù)

1）優(yōu)點(diǎn)

（1）選用 r。=-10～-5° r01=-20～-10°增加了主切削刃的強(qiáng)度，有效提高了刀具耐用度，同時(shí)相應(yīng)的增加了切削用量，提高了生產(chǎn)效率；

（2）選用λs=-5°～-3°提高了刀尖強(qiáng)度，塔輪溝槽噴焊后表面不平整，會(huì)產(chǎn)生沖擊，沖擊點(diǎn)先接觸遠(yuǎn)離刀尖的切削刃處，從而保護(hù)了刀尖。

2）缺點(diǎn)及原因

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察加工中刀具使用情況，及觀察研究倉(cāng)庫(kù)回收的報(bào)廢車刀情況，歸納以下幾點(diǎn)：

（1）由于塔輪工件溝槽需要切入加工所以選kr=60°。kr’=60°雖然容易切入工件但刀尖角較小，刀尖強(qiáng)度較差，工件硬度高，切削力大，刀尖很多被擠裂崩刃，甚至在前刀面上仍有大面積崩碎的車刀，應(yīng)適當(dāng)增大刀尖角εr，增大刃傾λs；

（2）粗車刀刀尖圓弧半徑0.8，雖然在強(qiáng)固刀尖，減小已加工表面殘留面積，減小粗糙度值，起到了一定的作用，但同時(shí)也增加了切入時(shí)的切削力，也是刀尖被擠裂崩刃的原因之一。粗車時(shí)粗糙度并不重要；

（3）在現(xiàn)場(chǎng)觀察中發(fā)現(xiàn)，粗車時(shí)，主切削刃很容易崩刃，立碴較多，說(shuō)明粗車刀主后角a。應(yīng)適當(dāng)減小；

（4）在車削中感覺B型車刀的切削力較A型大。應(yīng)適當(dāng)減小前角ro負(fù)值，增大前角。或負(fù)倒棱，倒角寬度過(guò)寬，倒的角度負(fù)值過(guò)大，增加了切屑變形；

（5）在現(xiàn)場(chǎng)切削中經(jīng)常聽到有似車輪碾雪或冰裂，金屬干摩擦的聲音，說(shuō)明切削力過(guò)大，或刀具已磨損；

（6）由于員工對(duì)切削co/wc噴涂層的刀具磨鈍沒有足夠的認(rèn)識(shí)，切削刃不鋒利時(shí)，沒能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)刃磨。致使切削刃不能切削而形成擠壓。工件噴焊層在車刀的擠壓下，工件容易產(chǎn)生裂紋，車刀崩刃。

1.6 第二次車刀幾何參數(shù)改進(jìn)及切削用量選擇

第二次車刀幾何參數(shù)的改進(jìn)如表5及圖4所示，切削用量如表6所示。修正后的車刀角度及改進(jìn)措施有如幾點(diǎn)：

表5 第二次改進(jìn)的車刀幾何參數(shù)

表6 第二次切削用量

1）為了確保刀尖強(qiáng)度，增大刀尖角εr，粗車刀主偏角kr由原來(lái)B型60°減小到了25°，精車刀減小到了30°。副偏角kr’由B型60°減小到了15°～25°，需切入時(shí)，采用左右切削法切入。刃傾角λs由B型-5°～-3°增加負(fù)值到-8°～-5°。塔輪工件有R2圓弧角，不必清角，粗車后用R2圓弧車刀車好R2圓弧；

2）減小前角r。的負(fù)值，增大前角。由B型-10°～-5°減小到-5°～-3°，切削阻力會(huì)明顯減小；

3）為了增大楔角β，利于散熱，粗車刀后角a。由B型6°～8°減小到3°～5°增加了主切削刃的強(qiáng)度；

4）粗車刀的負(fù)倒棱前角由B型的-20°～-10°減小負(fù)值到-8°～-6°對(duì)降低切削力也起到了相應(yīng)的作用；

5）為了減小切入工件時(shí)的徑向切削力，粗車刀減小了刀尖圓弧半徑，由B型的0.8mm減小到0.2mm～0.4mm，為了減小殘留面積，減小粗糙度值，精車刀刀尖圓弧半徑增加到1mm～1.5mm ；

6）督促員工在車削加工中應(yīng)注意觀察車刀磨損情況，以切削聲音分辨及看切削刃亮點(diǎn)，車刀磨損應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)刃磨更換；

7）對(duì)員工進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，講解車刀幾何參數(shù)選擇的重要性，及合理選擇切削用量，并制訂切削用量范圍。刃磨出合理的幾何參數(shù)的粗車刀，精車刀樣板，供員工參考，觀摩。

圖4 第二次改進(jìn)車刀幾何參數(shù)

1.7 效果

經(jīng)過(guò)幾次實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)之后的車刀角度，車刀的耐用度及車刀的總壽命有了很大的提高。切削用量的增加，提高了生產(chǎn)效率，真正做到高效低耗。

2 結(jié)論

在難加工材料切削加工時(shí)，只有正確選擇的車刀幾何參數(shù)，才能保證加工表面質(zhì)量，提高車刀壽命。在車削高硬度材料時(shí)，車刀的主偏角應(yīng)小，在25°左右，副偏角應(yīng)適當(dāng)減小，選擇在15°～25°范圍，應(yīng)具有一定的刃傾角，選擇在-8°～-5°范圍；在加工Co/WC噴涂層等難加工材料時(shí)，車刀的主偏角應(yīng)大，選擇在75°左右，副偏角應(yīng)適當(dāng)減小，在15°左右，應(yīng)選擇負(fù)值刃傾角，選擇在-10°～-15°范圍內(nèi)。

[1]龐玉華主編.金屬塑性加工學(xué)[M].西安：工業(yè)大學(xué)出版社，2005.

[2]陳宏鈞，馬素敏主編.車工操作技能手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

[3]陳家芳主編.實(shí)用金屬切削加工工藝手冊(cè)[M].上海：科學(xué)技術(shù)出版社，1994.