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淬火钢的切削加工
淬火钢的切削加工
1．什么是淬火钢?它有哪些切削特点？
淬火钢是指金属经过淬火后，组织为马氏体，硬度大于HRC50的钢。它在难切削材料中占有相当大的比重。加工淬火钢的传统方法是磨削。但为了提高加工效率，解决工件形状复杂而不能磨削和淬火后产生形状和位置误差的问题，往往就需要采用车削、铣削、镗削、钻削和铰削等切削加工方法。淬火钢在切削时有以下特点：
(1)硬度高、强度高，几乎没有塑性：这是淬火钢的主要切削特点。当淬火钢的硬度达到HRC50～60时，其强度可达σb=2100～2600MPa，按照被加工材料加工性分级规定，淬火钢的硬度和强度均为9a级，属于最难切削的材料。
(2)切削力大、切削温度高：要从高硬度和高强度的工件上切下切屑，其单位切削力可达4500MPa。为了改善切削条件，增大散热面积，刀具选择较小的主偏角和副偏角。这时会引起振动，要求要有较好的工艺系统刚性。
(3)不易产生积屑瘤：淬火钢的硬度高、脆性大，切削时不易产生积屑瘤，被加工表面可以获得较低的表面粗糙度。
(4)刀刃易崩碎、磨损：由于淬火钢的脆性大，切削时切屑与刀刃接触短，切削力和切削热集中在刀具刃口附近，易使刀刃崩碎和磨损。
(5)导热系数低：一般淬火钢的导热系数为7.12W/(m"K)，约为45号钢的1/7。材料的切削加工性等级是9a级，属于很难切削的材料。由于淬火钢的导热系数低，切削热很难通过切屑带走，切削温度很高，加快了刀具磨损。

2．怎样选择切削淬火钢的刀具材料？合理选择刀具材料，是切削加工淬火钢的重要条件。根据淬火钢的切削特点，刀具材料不仅要有高的硬度、耐磨性、耐热性，而且要有一定的强度和导热性。
(1)硬质合金：为了改善硬质合金的性能，在选择硬质合金时，应优先选择加入适量TaC或NbC的超细微粒的硬质合金。因为在WC-Co类硬质合金中，加入TaC以后，可将其原来的800℃高温强度提高150～300MPa，常温硬度提高HV40～100。加入NbC以后，高温强度提高150～300MPa，常温硬度提高HV70～150。而且TaC和NbC可以细化晶粒，提高硬质合金抗月牙洼磨损的能力。TaC还可以降低摩擦系数，降低切削温度，增强硬质合金抗热裂和热塑性变形的能力，同时也将WC的晶粒细化到0.5～1μm，其硬度提高HRA1.5～2，抗弯强度可提高600～800MPa，高温硬度比一般硬质合金高。
常用来切削淬火钢的硬质合金牌号有：YM051、YM052、YN05、YN10、600、610、726、758、767、813等。
(2)热压复合陶瓷和热压氮化硅陶瓷：在Al2O3中加入TiC等金属元素并采用热压工艺，改善了陶瓷的致密性，提高了氧化铝基陶瓷的性能，使它的硬度提高到HRA95.5，抗弯强度可达到800～1200MPa，耐热性可达1200℃～1300℃，在使用中可减少粘结和扩散磨损。其主要牌号有AG2、AG3、AG4、LT35、LT55、AT6等。氮化硅基陶瓷是在Si3N4中加入TiC等金属元素，其硬度为HRA93～94，抗弯强度为700～1100MPa。其主要牌号有HS73、HS80、F85、ST4、TP4、SM、HDM1、HDM2、HDM3。这两种陶瓷适用于车、铣、镗、刨削淬火钢。
(3)立方氮化硼复合片(PCBN)刀具：它的硬度为HV8000～9000，复合抗弯强度为900～1300MPa，导热性比较高，耐热性为1400℃～1500℃，是刀具材料中最高的。它十分适合于淬火钢的半精加工和精加工。
综上所述，切削淬火钢最好的刀具材料是立方氮化硼，其次是复合陶瓷，再其次是新牌号硬质合金。
3．怎样选择切削淬火钢刀具的几何参数？
切削淬火钢时，光有好的刀具材料，而没有合理的刀具几何参数，也不能达到满意的效果。所以要根据具体的刀具材料、工件材料和切削条件，合理地选择刀具几何参数，才能有效地发挥刀具材料应有的切削性能。
(1)前角：前角的大小对切削淬火钢影响很大。由于淬火钢的硬度、强度高，切削力大，而且集中在刀具刃口附近。为了避免崩刃和打刀，前角应选零度和负值，一般γ0=-10°～0°。工件材料硬度高、断续切削时，应选较大的负前角，γ0=-10°～-30°。如果采用正前角可转位刀片时，应磨出bγ=0.5～1mm宽，γ01=-5°～-15°较大的负倒棱，以增强刀刃强度。
(2)后角：切削淬火钢刀具的后角应比一般刀具的后角大一些，以减小后刀面的摩擦，一般α0=8°～10°为好。
(3)主偏角和副偏角：为了增强刀尖强度和改善散热条件，主偏角κr=30°～60°，副偏角κ’r=6°～15°。
(4)刃倾角：刃倾角为负值时，可以增大刀尖强度。但负值太大时，会使Fp力增大，在工艺系统刚性差时，引起振动。所以在一般情况下，λs=-5°～0°；断续切削时，λs=-1