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重型机械加工行业的特点是被加工件的尺寸很大,重量很重(有的可达上百吨),因此重型加工用卧式车床的回转直径可到达6米,立式车床更可到达10余米。与普通切削加工相比,由于重型切削加工具有切削深度大、切削速度低、进给速度慢等特点,因此其加工工艺与普通的机械切削加工工艺有很大不同,这些工艺问题包括***的选择、***的安装、切削用量的选择以及工件的装夹等各个方面。本文对重型车床切削加工不同加工阶段的特点分别作如下阐述。
2.***的选择
机械加工中常用的***材料主要有高速钢、硬质合金、立方氮化硼(CBN)、陶瓷等。由于重型切削的特点(切削深度大,余量不均,外表有硬化层),***在粗加工阶段的磨损形式主要是磨粒磨损。由于切削温度高,尽管切削速度处于积屑瘤发生区,但高温可以使切屑与前刀面的接触部位处于液态,减小了摩擦力,抑制了积屑瘤的生成,所以***材料的选择应要求耐磨损、抗冲击,***涂层后硬度可达80HRC,具有高的抗氧化性能和抗粘结性能,因此有较高的耐磨性和抗月牙洼磨损才能。硬质合金涂层具有较低的摩擦系数,可降低切削时的切削力及切削温度,可以大大进步***耐用度(涂层硬质合金刀片的耐用度至少可进步1倍)等优点,但由于涂层刀片的锋利性、韧性、抗剥落和抗崩刃性能均不及未涂层刀片,故不适用高硬度材料和重载切削的粗加工。陶瓷类***硬度高,但抗弯强度低,冲击韧性差,不适用于余量不均的重型切削,CBN***同样也存在这个问题。综合以上分析,只有硬质合金***合适于重型切削的粗加工。硬质合金分为钨钴类(YG)、钨钴钛类(YT)和碳化钨类(YW)。加工钢料时,由于金属塑性变形大,摩擦剧烈,切削温度高,YG类硬质合金虽然强度和韧性较好,但高温硬度和高温韧性较差,因此在重型切削中很少应用。与之相比,YT类硬质合金***适于加工钢料,由于YT类合金具有较高的硬度和耐磨性,尤其是具有高的耐热性,抗粘结扩散才能和抗氧化才能也很好,在加工钢料时***磨损较小,***耐用度较高,因此YT类硬质合金是重型加工时较常用的***材料。然而在低速切削钢料时,由于切削过程不太平稳,YT类合金的韧性较差,容易产生崩刃,而且在加工一些高强度合金材料时,它的耐用度下降很快,无法满足使用要求。如电站用机械产品工作于高温、高压、高转速的环境中,对材料(如26Cr2Ni4MoV、Mn18Cr18)机械性能的要求非常高;而一些高硬度轧辊,外表硬度在淬火后可达Hs90,YT类***在加工此类产品时就无法胜任,在这种情况下应选用YW类***或细晶粒、超细晶粒合金***(如643等)。细晶粒合金的耐磨性好,更适用于加工冷硬铸铁类产品,效率较YW类***可进步一倍以上。
精加工阶段同样要求***耐磨损,但是精加工阶段的磨损形式是以粘蚀磨损为主,这时的切削速度虽然有了很大进步(可到达40m/r),但由于工件材质等原因,仍然会产生积屑瘤,当积屑瘤增长到一定高度时会从***上剥离,将接触部位的***材料带走一部分,形成***的磨损。同时,剥离的积屑瘤会扎进工件外表,形成硬点,降低加工外表质量。因此,
假如精加工时仍然采用普通硬质合金***,那么***磨损非常快,换刀次数增多,不仅影响加工效率,也易在工件外表形成接刀痕迹,影响外观质量。解决这个问题的方法就是改变***材料。在实际加工中发现涂层***比较合适重型切削的精加工,***的涂层减小了切屑与刀面间的摩擦,减少了积屑瘤的发生,降低了***的磨损,延长了***的寿命。实际加工中,我们采用瓦尔特公司的涂层硬质合金刀片,在加工45Cr4NiMoV支撑辊时,***耐用度进步了一倍;但使用陶瓷***未到达预期效果,当切削速度到达100m/min时,刀片的磨损显著加快,这是因为陶瓷***与金属材料之间由于亲和作用加剧了***的磨损。高速钢***在精加工阶段得到了广泛的应用,由于高速钢***的锋锐性较好,经常用于精加工阶段的光整工序以去除微小余量,目前来看,其它***还无法完全取代高速钢***的作用。
3.***角度的选择
由于在重型机械粗加工阶段***的工作环境比较恶劣,比方材料锻造后的氧化皮、裂纹、铲坑、铸造后的夹杂、气孔等缺陷,都易导致***的损坏,因此应选择适当的***角度。用于重型切削的***一般采用0~-5前角,10~15后角,采用负的刃倾角,以增大工作前角和楔角,进步刀刃的锋利性和刀尖的强度。同时,在主切削刃上开有1mm左右宽的负倒棱、R2mm左右的刀尖圆角以进步刀刃的抗冲击性能。当然,这些角度还要根据实际加工情况进展调整。
精加工阶段以保证产品精度为主要目的。***的锋利对切除微小的余量极为重要。这时选用的***角度一般为:前角10,后角15,刃倾角
10;当用平刃刀片精光时,前角达25~30,后角15,刃倾角20,属斜角切削。刀刃在刃磨后,应该用金刚石砂条或细目油石条进展研磨,去除微小毛刺及微裂,增强刀刃的锋锐性和强度,并用刀尺进展透光检查,保证刀刃的平直度。
4.***构造的选择
根据粗加工加工余量大、切削余量大的特点,用于粗加工的***应该具有很好的刚性。一般来讲,整体***的刚性较好,但重型***的构造笨重,装卸比较困难,所以开展方向应该是机夹***。机夹***的刀片夹持构造及加工精度对于***的选择很重要,实际加工中发现,偏心销夹紧和勾头压紧式不合适重型粗加工,这是因为粗加工时的系统振动较大,常使压紧机构松动,导致刀片损坏。而上压式构造常因阻碍了切屑的流出造成压块的损坏。对机夹***的制造精度要求也很高,因为即使微小的误差,也会使定位机构变成承力机构,由于重型切削的加工过程中切削力宏大,就会造成***的损坏。经实际加工验证,图1所示构造的***比较适于重型机械加工的粗加工,其优点在于:当刀块与刀体间有误差时,可以进展修磨,从而保证装配精度;压紧螺栓位于后刀面上,不容易被切屑损坏。板式刀架比较合适重型切削,因为它极大地增加了刀片受力方向的刚度,可以使得在增加切削用量后,不会产生振动,有利于
消费效率和加工质量的进步。
重型切削粗加工阶段的切削深度可以到达单边50mm,相应的切削速度为10m/min左右,。因为粗加工阶段以去除余量为主要加工目的,因此按照机械加工中切削余量确实定原那么,为进步切削效率,应加大切削深度。
重型切削时由于切削深度大,所以切削力大,相应的选择较低的切削速度,一般为10~15m/min,进给量为1~2mm/r。采用这样的切削用量,工件的外表粗糙度比较差,~,可以通过滚压的方法进步粗糙度值,以满足后序加工的要求。
重型机械加工的产品尺寸较大,所以很多产品的精加工只能在重型车床上进展。精加工时切削速度较高,一般可达40~50m/min。假如机床及***性能允许,应尽可能进步切削速度,相应的可以采用较小的进给量,以利于外表质量的进步(~)。假如刀片有修光刃,那么可根据修光刃的宽度,适当加大进给量。当采用光刀精光外圆外表时,进给量可以到达每转几十毫米,这时切削速度降为3m/min左右,并采用煤油进展光滑。精加工时,加工余量较小,从而切削深度也较小,对于形状精度较高的外表,应分屡次去除余量,这样可以有效消除残留的形状误差,这一点对于易变形的工件尤其重要。
重型切削同普通切削相比,其实际加工同理论计算均有很大的区别。目前,重型切削的很多工艺及***资料都是以普通机械加工为根据,并不完全适用于重型机械加工,因此需要进一步专门深化研究。