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高強度鋼的精密切削加工
1 什么是高強度鋼和超高強度鋼？
所謂高強度鋼，是指那些在強度和韌性方面結(jié)合很好的鋼種。低合金結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，具有很好的綜協(xié)力學(xué)性能。其抗拉強度σb＞1200MPa時，叫高強度鋼；其抗拉強度σb＞1500MPa時，稱為超高強度鋼。超高強度鋼，視其合金含量的多少，可分為低合金超高強度鋼(合金含量不大于6%)、中合金超高強度鋼和高合金超高強度鋼。
含一種合金元素的高強度合金鋼有鉻鋼、鎳鋼、錳鋼等；含兩種合金元素的合金鋼有鉻鎳鋼、鉻錳鋼、鉻鉬鋼等；含三種以上合金元素的高強度合金鋼有鉻錳硅鋼、鉻鎳鎢鋼、鉻鎳鉬鋼、鉻錳鈦鋼、鉻錳鉬釩鋼等。高強度鋼和超高強度鋼的原始強度和硬度并不高，但是經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后可獲得較高的強度，硬度在HRC30～50之間。
鋼的抗拉強度與硬度之間存在一定的關(guān)系。一般來說，硬度進步強度也隨之增高，但不能說高強度鋼就是高硬度鋼。所謂高強度鋼和超高強度鋼，是指綜合性能而言的。淬火鋼的硬度很高，但不能稱為高強度鋼和超高強度鋼，其原因是它的綜合性能不好，幾乎沒有塑性，韌性也很差，只能作耐磨零件和工具。
2 高強度鋼和超高強度鋼有哪些切削特點？
高強度鋼和超高強度鋼，由于加進不同量的合金元素，經(jīng)熱處理后，Si、Mo、Ni等元素使固溶體強化，金相組織多為馬氏體，具有很高的強度(最高可達1960MPa)和較高的硬度(HRC＞35)，沖擊韌性高于45號鋼，切削時具有以下特點：
1) 刀具易磨損、耐用度低：高強度鋼和超高強度鋼，調(diào)質(zhì)后的硬度一般在HRC50以下，但抗拉強度高，韌性也好。在切削過程中，刀具與切屑的接觸長度小，切削區(qū)的應(yīng)力和熱量集中，易造成前刀面月牙洼磨損，增加后刀面的磨損，導(dǎo)致刃口崩缺或燒傷，刀具的耐用度低。
2) 切削力大：高強度鋼和超高強度鋼的剪切強度高，變形困難，切削力在同等的切削條件下，比切45號鋼的單位切削力大1.17～1.49倍。
3) 切削溫度高：這兩種鋼的導(dǎo)熱性差，切削時切屑集中于刃口四周很小的接觸面內(nèi)，使切削溫度增高。如45號鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為50.2 W/(m·K)，而38CrNi3MoVA的導(dǎo)熱系數(shù)為29.3 W/(m·K)，僅為45號鋼的60%，切削38CrNi3MoVA時的切削溫度比切削45號鋼的切削溫度高100℃左右。切削溫度高，刀具磨損加劇。
4) 斷屑困難：由于高強度鋼和超高強度鋼具有良好的塑性和韌性，所以切削時切屑不易拳曲和折斷。切屑常纏繞在工件和刀具上，影響切削的順利進行。
3 切削高強度鋼和超高強度鋼時怎樣選擇刀具材料？
高強度鋼和超高強度鋼具有很高的強度和硬度，切削時要求刀具應(yīng)具有較高的紅硬性、耐磨性及沖擊韌性，而且不易產(chǎn)生粘結(jié)磨損和擴散磨損。粗加工和斷續(xù)切削時，要求刀具具有抗熱沖擊性能。除金剛石刀具外，各種刀具材料均可以切削，在選擇刀具材料時，應(yīng)根據(jù)切削條件公道選擇。
1) 高速鋼：選用高性能高速鋼切削高強度鋼和超高強度鋼，應(yīng)根據(jù)工件材料的性能、外形、加工方法和工藝系統(tǒng)剛性等特點，全面考慮刀具材料的耐熱性、耐磨性和韌性等。當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性較好、刀具型面簡單時，可采用鎢系、鎢鉬系高釩高鈷高速鋼；型面復(fù)雜時，可采用鎢鉬系、高碳低釩含鋁高速鋼或鎢鉬系高碳低釩高鈷高速鋼；當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性較差時，可采用鎢鉬系低釩含鋁高速鋼及鎢鉬系低釩高鈷高速鋼；在沖擊切削條件下，宜采用鎢鉬系高釩高速鋼、鎢鉬系含鈮高速鋼或鎢鉬系含鋁高速鋼。不同的切削方式切削高強度鋼和超高強度鋼時，
HB | 用量 | 高速鋼 | 硬質(zhì)合金 | 陶瓷 | |||||||
端銑刀 | 圓柱銑刀 | 三面刃銑 刀 | 端銑刀 | 端銑刀 | 圓柱銑刀 | 三面刃銑 刀 | 端銑刀 | 圓柱銑刀 | 三面刃銑 刀 | ||
250～350 | v | 10～18 | 10～15 | 10～15 | 84～127 | 70～100 | 61～100 | 61～100 | 100～300 | 100～300 | 100～300 |
250～350 | af | 0.13～0.25 | 0.13～0.25 | 0.13～0.25 | 0.127～0.38 | 0.127～0.38 | 0.18～0.30 | 0.13～0.30 | 0.10～0.38 | 0.15～0.30 | 0.10～0.30 |
350～400 | v | 6～10 | 6～10 | 6～10 | 60～90 | 53～76 | 46～76 | 46～76 | 80～180 | 80～180 | 80～180 |
350～400 | af | 0.08～0.20 | 0.13～0.20 | 0.08～0.20 | 0.12～0.30 | 0.13～0.30 | 0.18～0.30 | 0.18～0.30 | `0.08～0.30 | 0.13～0.30 | 0.10～0.30 |
HB | 用量 | 高速鋼 | 硬質(zhì)合金 | 陶瓷 | |||||||
端銑刀 | 圓柱銑刀 | 三面刃銑 刀 | 端銑刀 | 端銑刀 | 圓柱銑刀 | 三面刃銑 刀 | 端銑刀 | 圓柱銑刀 | 三面刃銑 刀 | ||
250～350 | v | 10～18 | 10～15 | 10～15 | 84～127 | 70～100 | 61～100 | 61～100 | 100～300 | 100～300 | 100～300 |
250～350 | af | 0.13～0.25 | 0.13～0.25 | 0.13～0.25 | 0.127～0.38 | 0.127～0.38 | 0.18～0.30 | 0.13～0.30 | 0.10～0.38 | 0.15～0.30 | 0.10～0.30 |
350～400 | v | 6～10 | 6～10 | 6～10 | 60～90 | 53～76 | 46～76 | 46～76 | 80～180 | 80～180 | 80～180 |
350～400 | af | 0.08～0.20 | 0.13～0.20 | 0.08～0.20 | 0.12～0.30 | 0.13～0.30 | 0.18～0.30 | 0.18～0.30 | `0.08～0.30 | 0.13～0.30 | 0.10～0.30 |
4 切削高強度鋼和超高強度鋼時怎樣選擇刀具幾何參數(shù)？
切削高強度鋼和超高強度鋼，刀具幾何參數(shù)的選擇原則與加工一般鋼材相同。但由于這種鋼材的切削特點，應(yīng)留意刀刃和刀尖部分的強度，以保證刀具有一定的耐用度。
刀具的耐用度，隨著刀具的前角和后角改變而變化。前角大，刃口強度低，輕易造成崩刃。后角小，增大了刀具與工件的摩擦，使切削溫度增高，加劇刀具磨損。所以在切削時，應(yīng)采用較小的前角或負前角及較大的后角。采用硬質(zhì)合金刀具時，g0=4°～6°，a0=8°～12°；車削超高強度鋼時，選用負前角，一般為g0=-2°～-4°。切削刃應(yīng)鐾出負倒棱，一般為g01=-5°～-15°，bg=(0.5～0.8)f。這樣既可以加強刀刃，又不致使切削力增大。
為了加強刀尖強度，刀尖圓弧半徑應(yīng)比加工一般鋼材大一些。粗加工時，re=1～2 mm；精加工時，re=0.5～0.8 mm。
