镍基合金喷焊层的切削加工

1引言

我公司为邯钢制造的1680mm精轧机引进的是德国西马克的制造技术,其输入辊道辊子是高速运转的零件,辊子表面采用当今世界上最先进的镍基合金粉末热喷涂技术,喷层为1.5mm,经高温重溶后冷却成形,硬度值达到HRC55～60。辊子总长2382mm,辊身直径f260mm,长1900mm,粗糙度Ra1.6µm,圆柱度0.1,其尺寸公差和形位公差要求通过切削加工给予保证。

2切削工艺分析

由于缺少加工镍基合金喷焊层的经验,最初选择加工淬硬钢的办法,用复合氮化硅陶瓷刀具,粗车、半精车留余量0.3mm,在外圆磨床上选用刚玉砂轮磨削达图纸要求。但由于喷焊层材料中含有较高的Ni、Cr、B、Si等合金元素,重熔后的组织细密,在600～800℃高温条件下仍有很高的硬度和强度,且脆性大、塑性差,刚玉砂轮对其切削特别困难,一个台班磨削量直径仅0.02mm,且需修磨砂轮十余次,第一件辊子磨削达图纸要求消耗工时40h,效率低,成本高。

据此看来,传统的加工方法对喷焊层的加工不适用。经分析,决定采用复合氮化硅刀具粗加工和半精加工,用立方氮化硼(CBN)刀具精加工,取消砂轮磨削的方式进行切削试验。

复合氮化硅刀具具有低密度、高强度、高硬度的物理特性,室温硬度值达HRA92,有很好的切削能力和耐磨性,可以加工硬度达HRC65的各类淬硬钢和硬化铸铁。其抗弯强度为700～900MPa,抗热震性能好,断裂韧性值优于其它系列的陶瓷刀具,可以断续加工高强度的零件毛坯。立方氮化硼(CBN)刀具具有极高的硬度、极好的耐磨性和较好的抗热震性能,是加工淬火钢、冷硬铸铁、高温合金的理想刀具材料。

3切削试验

切削试验参数

粗加工和半精加工选用复合氮化硅刀具,粗车切削速度V=30m/min,半精车V=60m/min,选用机床为车床。

精加工选用立方氮化硼刀具,V=90m/min,选用机床为数控车床。

试验效果分析

复合氮化硅刀具在GV=60m/min时刀具磨损严重,无法完成半精车工作,切削速度仅能达到30～40m/min,但其抗冲击韧性比较好,可以对不规整的毛坯进行粗加工。立方氮化硼刀具在V=90m/min时,刀具轻微磨损,可以继续切削,但刀具磨损后,由于辊身长1900mm,切削时间长,辊身后半段表面粗糙度值增加,满足不了图纸的要求。

确定切削参数

通过以上试验结果分析,确定粗车不规整的毛坯时选用复合氮化硅刀具,切削速度V=35m/min,半精车和精车均选用立方氮化硼刀具,半精车V=60m/min,精车V=80m/min。经过多次的使用,证明机床、刀具、切削用量的选择都是比较合理的,用立方氮化硼刀具以车代磨加工喷焊辊子可以得到理想的尺寸精度,形状精度,粗糙度稳定在Ra1.6～0。8µm以内,完全满足设计图纸要求。

4立方氮化硼刀具的使用要点

由于立方氮化硼刀具具有脆性大,塑性差,对冲击的振动载荷比较敏感,所以在使用中应注意以下几个方面的问题。

选择刚性好的工艺系统

由机床——工件——刀具——顶尖组成的工艺系统如果刚性差,振动大,将大幅度降低切削性能和加工效率,刀具耐用度明显下降。所以使用立方氮化硼刀具的机床应具有良好的刚性,足够的功率和较高的转速。一般首选中型或重型机床。

防止工件对刀具的冲击

由于喷焊辊子是用合金粉末热喷涂后高温重熔形成,难免会出现少量挂瘤,这在切削时将对刀具形成冲击,造成崩刀。所以对这类不规则的毛坯,切削时要重新调整切削用量,减少价格昂贵的立方氮化硼刀具的损耗。

合理选择切削用量

由于喷焊辊子辊身长1900mm,外径f260mm,一次切削时间长达190m/min。如果中途换刀停车,接刀困难,易出现台阶,所以正确选择切削用量是保证喷焊辊切削加工一次走刀成形的关键。若切削用量选用过大,则刀具磨损加剧,不能一次走刀完成辊身精车7若切削用量选择过小,则切削时间长,刀具磨损时间长,易引起工艺系统产生振动,无法切削,并将大大降低生产效率。所以用立方氮化硼刀具精加工辊身时,应选择较小的进给量和尽可能高的切削速度以及合适的切削深度,这将有利于保证加工质量和提高生产效率。

5结论

用立方氮化硼刀具加工喷焊层可以获得满意的尺寸精度和形状精度,只要在使用中根据工艺系统的刚性,工件的工艺特点,合理地选择刀具的切削参数,充分地发挥立方氮化硼刀具的优越性,就能获得理想的效果。

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