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。

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