低碳鋼襯套內孔的高速鉸削

■ 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到Ra=1.6μm，目前，有以下幾種加工工藝規程：一種是經過車削再磨削兩道工序完成，這種加工工藝的勞動生產率低，還受內圓磨床的條件限制（我公司沒有內圓磨床）；還有一種是經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，加工成本高且勞動生產率低；對于大批量襯套，決定采用自制的YW2型硬質合金鉸刀進行高速鉸削試驗。

試驗結果證明，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到或超過了技術要求，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型硬質合金鉸刀進行高速鉸削是最佳加工方式。

切削機理及刀具幾何角度方面。高速鋼鉸刀與硬質合金鉸刀的切削機理是不一樣的。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，當前角確定后，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，增加刀尖強度，切削時不致輕易崩刃，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.刀具結構方面

為了克服襯套在鉸削時產生積屑瘤，硬質合金鉸刀的結構是將頭部設計制造成球形導向頭，這種導向頭既能起到刀具切削時對刃部的導向作用，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。又因為采用了大刃傾角，不但可以使鉸刀切入平穩，使切屑能順利排出，而且為切屑留有足夠的容屑空間。刀具的具體結構如附圖所示，刀片材料：YW2，刀桿材料：45鋼、調制28～32HRC。

2.刀具材質及性能方面

高速鋼鉸刀的材質選取通常采用W18Cr4V，因此其化學成分為：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。

硬質合金的YT15鉸刀，因為其化學成分為：含79%的WC，含15%的TiC，含6%的Co，用于鉸削時，襯套孔的表面粗糙度底能達到技術要求，但在切削過程中刃口區容易崩落。硬質合金的YT5的鉸刀，因為其化學成分為：含85%的WC，含5%的TiC，含10%的Co，用于鉸削時，襯套孔的表面粗糙度值能達到技術要求的Ra=3.2μm，但刀具相對其他材質的刀片磨損得更快，壽命又低。

硬質合金的YW1鉸刀，因為其化學成分為：含84%～85%的WC，含6%的TiC，含3%～4%的TaC，含6%的Co，用于鉸削時，襯套孔的表面粗糙度值能達到技術要求的Ra=3.2μm，但其刀片抗彎強度為125kg/mm，比YW2更低，也會出現崩刃現象。硬質合金的YW2鉸刀，因為其化學成分為：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度，并細化了晶粒，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；鉸削的襯套內孔的表面粗糙度值可以達到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孔的工藝過程是將其尺寸車好的軸套進行低速鉸削。YW2硬質合金鉸刀鉸削襯套內孔的工藝過程是將其尺寸車好的襯套進行高速鉸削，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硬質合金鉸刀鉸削襯套內孔，鉸削余量的選擇就必須適度，余量若留得過小，鉸削時起不到擠壓加工切削作用；余量若留得過大，又會促使切削阻力增加，以致于使刀桿產生扭曲變形，影響加工精度和明顯降低刀具的使用壽命。經過反復實踐，對于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，選取合理科學的切削用量對襯套內孔的加工質量有很大影響。

用高速鋼鉸刀鉸削襯套內孔時，選取4～6m/min的切削速度和0.2～0.6mm/r的走刀量進行低速鉸削，能獲得較低的表面粗糙度值Ra=3.2μm，但是切削效率低。若采用硬質合金鉸刀進行切削速度小于15m/min切削速度的低速鉸削襯套內孔，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，切削區域的溫度在300℃左右時摩擦系數最大，最容易產生積屑瘤影響襯套內孔的表面粗糙度。選取90～120m/min的切削速度和0.5～0.6mm/r的進給量進行高速鉸削，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。既能大大提高勞動生產率，又能獲得良好的加工質量，刀具還具有較高的壽命。

4.效果對比

下面是高速鋼鉸刀低速鉸削襯套內孔與硬質合金鉸刀低速鉸削襯套內孔的效果對比。

對于兩種鉸削方式，實踐表明，前者加工數量為只能加工1～2件襯套/min，后者加工數量為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到Ra=1.6μm，前者只能達到Ra=3.2μm。經濟效益客觀，產品加工質量和勞動生產率均得到提高。

5.結語

綜上所述，對于大批量低碳鋼襯套內孔的加工方式是采用自制的YW2型硬質合金鉸刀進行高速鉸削這種方式。自制的YW2型硬質合金鉸刀對低碳鋼襯套內孔進行高速鉸削這項加工技術投入生產實踐后證明，只要選取合理的鉸刀刀具結構，科學的刀具的幾何角度，正確的刀片材料，恰當的切削用量，正確的切削液以及操作工人精心細致的操作，就可以收到良好的切削效果。

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