粉末冶金高速鋼刃具加工工藝研究

摘 要：本文以粉末冶金高速鋼材料及粉末冶金高速鋼刀具加工工藝為主要研究內容，通過研制并完善包括材料與粉末冶金高速鋼刀具加工工藝在內的粉末冶金高速鋼刀具可靠實用的制造技術，為整體粉末冶金高速鋼刀具的實際磨削加工奠定了理論基礎，具有實際指導意義。

關鍵詞：粉末冶金高速鋼刀具；高速鋼；磨削

中圖分類號：S718.69 文獻標識碼：A

1 概述

粉末冶金高速鋼刀具材料以其優異的物理力學性能和切削性能，在高速切削領域以及加工某些難加工材料方面，有其特殊的優點。粉末冶金高速鋼刀具材料具有很高的硬度、高耐磨性、耐熱性等優良性能，因而它廣泛應用于切削加工領域。

隨著高性能粉末冶金高速鋼在切削加工領域的日益廣泛應用，如何降低粉末冶金高速鋼刀具在復雜切削條件下的摩擦磨損、提高粉末冶金高速鋼刀具的綜合性能，降低刀具成本，改善工件加工質量，是目前粉末冶金高速鋼作為刀具材料研究的首要問題。本文通過實踐和理論相結合，介紹了粉末冶金高速鋼刀具的制造工藝，降低刀具使用成本和提高刀具的使用壽命的有效方法。

2 研究的目的及意義

隨著加工能力的不斷提升，國外大部分企業采用了磨削溝槽代替銑削溝槽，磨削恰好彌補了溝槽銑削過程中的缺陷，其中利用CNC工具磨床上磨削立銑刀溝槽已成為立銑刀生產的主要工藝。磨削銑刀溝槽分為二種：一種是用成形砂輪磨溝槽；另一種是用形狀簡單的標準砂輪磨溝槽。前者成形砂輪的價格較高，同時成形砂輪的修形也很麻煩；而第二種方法截形是直線的標準砂輪，其成本大大降低，同時砂輪的修形也很簡單，若選用金剛石砂輪或CBN砂輪則基本上可以不用修形。而在刀具的刃磨加工過程中，磨削加工工藝直接影響刀具螺旋槽的槽形、幾何形狀及其精度，從而影響刀具的排屑、容屑性能和刀具的幾何參數、強度以及剛度等，因此確定刀具合理的加工軌跡以及制定相應的磨削加工工藝，可以提高刀具的切削性能和使用壽命。

3 粉末冶金高速鋼刀具材料特性

3.1 材料簡介

高速鋼是高速工具鋼的簡稱。高速鋼屬于高碳高合金萊氏體鋼，通過特殊熱處理可以獲得極高的硬度和紅硬性。

粉末冶金高速鋼簡稱粉冶高速鋼或PM高速鋼。采用粉末冶金方法（霧化粉末在熱態下進行靜壓處理）制得致密的鋼坯，再經鍛、軋等熱變形而得到的高速鋼型材。

3.2 粉末冶金高速鋼刀具材料特性

粉末冶金高速鋼組織均勻，晶粒細小，消除了熔鑄高速鋼難以避免的碳化物偏析，因而比相同成分的熔鑄高速鋼具有更高的韌性和耐磨性，同時具有熱處理變形小、鍛軋性能和磨削性能良好的優點。

4 粉末冶金高速鋼棒料入廠檢驗

粉末冶金高速鋼棒料的選擇是粉末冶金高速鋼刀具制作的關鍵，選擇好的粉末冶金高速鋼棒料，滿足刀具制備后的各項使用性能是必要的組成部份，棒料的質量直接影響刀具的性能，所以在加工刀具前應對棒料進行性能試驗檢測，具體內容如下：

（1）抗彎強度；（2）維氏硬度；（3）斷裂韌性：直接壓痕法，采用測抗彎強度斷裂后的試樣測顯微硬度；（4）導熱系數；（5）材料顯微結構觀察：采用SEM（掃描電子顯微鏡）、TEM（透射電子顯微鏡）、HREM（高分辨率透射電子顯微鏡）等儀器觀察材料的顯微結構；對性能較好的試樣進行X射線衍射試驗，定性/定量測定化合物成分，測定材料的相組成。

5 整體粉末冶金高速鋼立銑刀制造工藝

目前，加工的零件主要采用整體式粉末冶金高速鋼立銑刀進行銑削加工。其中銑刀的制造工藝對銑削加工質量影響很大，因此對銑刀的制造工藝要求比較高。對于一把新的立銑刀刃磨，其現行的主要工藝過程是：磨周刃前角、磨周刃后角、磨底齒前角、磨底齒后角（背角）。現以直徑φ8mm，Z=4，β=40°的整體粉末冶金高速鋼立銑刀為例，在綜合分析了一般立銑刀的制造過程的基礎上，詳細設計了刀具零件圖所示的刀具制造工藝技術路線，如圖所示：

刀具制造工藝技術路線

5.1 立銑刀前刀面的磨削加工工藝分析

現行的磨削方法對前刀面為平面、螺旋角為零的直槽銑刀可以精確地按前角進行計算，對螺旋刃銑刀則只能近似計算，在試磨、測量之后再進行修正。由于法向前角的檢測十分困難，因此實際上無法保證要求的前角，這對充分發揮刀具的使用性能是極為不利的。為了解決上述問題，通過分析磨削前刀面的加工理論，提出了可以保證精確地磨出所要求的法向前角的磨削加工方法。

5.2 磨削方式

采用碟凹錐形砂輪周邊刃磨法，在磨削過程中只有砂輪周邊的一段圓弧參與磨削，在刀具前刀面形成一段與之對應的凹弧，這段砂輪與刀具前刀面的實際接觸線即為切觸線。為形成幾何上的螺旋刀刃，砂輪周邊與刃線的切觸點的運動方向與刃線上該點的切線方向一致，由此而產生的切觸線的運動軌跡即形成螺旋前刀面。由于刀刃磨削的特點在刀刃切觸點處，為了減少磨削過程中的摩擦，避免燒傷，保證磨削質量，需要砂輪周邊端面與被磨削的前刀面相對轉動一個磨削切角δ，其方向是相對刀刃切觸點的切線矢量方向形成一定轉角。

5.3 砂輪的安裝

磨削前刀面時砂輪相對刀具的安裝位置示意圖如圖所示，砂輪與刀具的軸交角為φ=90°-Φ，為避免砂輪干涉銑刀螺旋刃口而產生倒刃，安裝角比工件（銑刀）螺旋槽的螺旋角刀β大1°-2°。當刀具按刀刃螺旋線的導程作螺旋運動時，砂輪大端面外圓包絡出刀具的前刀面，同時砂輪的外圓錐面包絡出刀具螺旋槽，即容屑槽。

5.4 螺旋槽的刃磨運動分析

螺旋槽磨削運動分析：工件可沿X、Z軸作直線運動，繞A軸作旋轉運動，即工件旋轉一周的同時沿軸線方向前進一個導程，砂輪沿Y軸作直線運動，繞B軸作旋轉運動，砂輪軸線與工件軸線之間成φ角，從而磨制出刀具的螺旋槽。

參考文獻

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