車削Co/WC難加工材料的車刀角度的研究

廖國穎

廣東省佛山市三水區技工學校/工業中專學校，廣東佛山 528100

0 引言

工件材料的切削加工性是指工件材料用刀具進行切削加工的難易程度。工件材料容易切削稱之為切削加工性好（易切削）；反之稱之為切削加工性差，難切削加工。

一般粗加工時，通常用刀具耐用度和切削力為評價指標；如普通金屬材料取刀具耐用度：t=60min時，所允許的切削速度為vc60，難加工材料用vc30、vc20、vc15來評定切削加工性。常用工件材料相對加工性可分為八級。

當加工材料的強度、硬度、塑性、韌性等各項性能指標均高，而熱導率低時，這類材料屬于難加工材料。而Co/WC噴涂層的車削，屬難加工材料第八級范疇。

1 拉伸機工作零件中的中伸塔輪加工

1.1 零件加工工藝簡介

中伸塔輪零件圖如圖1所示：

1）噴涂前凹切

工件基體材料為45#鋼，噴焊前車：各溝槽按圖紙公稱尺寸車小φ-1.8～2.0mm。

2）表面粗化處理

凹切后經噴砂，表面進行粗化處理，使工件表面容易附著噴涂層。

3）打底

用鎳包鋁（Ni/Al）粉末打底噴涂，利用其自發熱作用獲得與工件表面較高的結合強度。

4）噴焊

用Ni102+35%Co/WC氧一乙炔火焰進行熱噴焊，使各溝槽比圖紙公稱尺寸大2mm。

5）噴焊后車

按圖紙車削加工各溝槽，經過粗、精車加工后，徑向公稱尺寸預留0.6mm磨削余量，粗糙度為：Ra6.4-3.2μm。溝槽兩側圓弧，待溝槽粗，精車后，用8mm寬切斷刀式刀片，兩側刀尖處磨有R2圓弧的車刀車削。

6）磨各溝槽外徑

用外圓磨床金剛石砂輪把各溝槽磨至圖紙尺寸，粗糙度為：Ra0.2μm ～0.1μm。

7）車床拋光

用鉆石粉與柴油調和，噴灑在工業氈上，用木板壓工業氈拋光至 Ra0.1μm ～0.05μm。

1.2 噴涂層的車削加工難點分析

1）硬度

噴焊層硬度較高，當Ni、Co、WC含量高時，硬度均在HRC60以上。有時可達HRC70。切削加工時塑性變形大，加工硬化嚴重，致使切削力增大。

圖1 中伸塔輪零件圖

2）刀具磨損嚴重

噴涂層用的合金粉末多是熔點高的合金元素，在熔融過程中形成高溫合金，具有較高的熱強性，且形成大量彌散的高硬度碳化物，硼化物，氧化物和金屬間的化合物硬質點，這些硬質點提高了噴涂層的耐磨性，但也增加了車削時刀具的磨損。

3）切削溫度高

噴涂合金元素熱導率低，噴涂層的多孔性更進一步降低了它的導熱性，使切削區域溫度升高。從而加劇了刀具的擴散和氧化磨損。

4）噴涂層組織不均勻

硬質點分布不均勻，加上多孔性，彌散的硬質點和噴后表面不平整，使切削過程，刀具受到高頻沖擊，刀刃容易產生裂紋和崩刃。

5）表層易脫落

噴涂層和工件表面基體結合并不是完全熔合，且噴涂層較薄，若切削力過大，表層會產生局部脫落或局部擠裂，造成工件報廢。

1.3 原車刀角度的幾何參數的選擇及切削用量

中伸塔輪各溝槽寬度尺寸25mm，為了便于切入工件，采用60°螺紋車刀形狀刀頭（如圖2所示）。工廠原選用車刀的幾何參數如表1所示，切削用量如表2所示。

圖 60°車刀形狀

表1 工廠原選用車刀的幾何參數

表2 切削用量

1.4 問題發現及原因分析

1）刀片強度較差，在切入工件時易被擠裂，縱向進給時也容易崩刃，前刀面呈大片碎裂起層狀，且呈負值前角狀。主要原因是前角r。=0°；

2）刃傾角等于零的車刀，對加工表面要求材料均勻，主切削刃同時進行切削。噴焊表面不平整（尤其是氧一乙炔熱噴焊）。易引起沖擊，主切削刃崩刃。主要原因為刃傾角λs為0°；

3）主切削刃強度不好，易崩刃。主要原因為主切削刃沒有負倒棱。

1.5 第一次車刀幾何參數改進及切削用量選擇

第一次改進車刀的幾何參數如圖3及表3所示。切削用量如表4所示。經過使用后發現車刀有如下優點和缺點：

表3 第一次改進車刀的幾何參數

粗車時 精車時vc=8.5m/min vc=7m/min ap=0.2～0.5mm ap=0.2mm f=0.3mm/r f=0.2mm/r粗糙度：Ra=6.4μm 粗糙度：Ra=6.4～3.2μm

圖3 第一次改進車刀的幾何參數

1）優點

（1）選用 r。=-10～-5° r01=-20～-10°增加了主切削刃的強度，有效提高了刀具耐用度，同時相應的增加了切削用量，提高了生產效率；

（2）選用λs=-5°～-3°提高了刀尖強度，塔輪溝槽噴焊后表面不平整，會產生沖擊，沖擊點先接觸遠離刀尖的切削刃處，從而保護了刀尖。

2）缺點及原因

通過現場觀察加工中刀具使用情況，及觀察研究倉庫回收的報廢車刀情況，歸納以下幾點：

（1）由于塔輪工件溝槽需要切入加工所以選kr=60°。kr’=60°雖然容易切入工件但刀尖角較小，刀尖強度較差，工件硬度高，切削力大，刀尖很多被擠裂崩刃，甚至在前刀面上仍有大面積崩碎的車刀，應適當增大刀尖角εr，增大刃傾λs；

（2）粗車刀刀尖圓弧半徑0.8，雖然在強固刀尖，減小已加工表面殘留面積，減小粗糙度值，起到了一定的作用，但同時也增加了切入時的切削力，也是刀尖被擠裂崩刃的原因之一。粗車時粗糙度并不重要；

（3）在現場觀察中發現，粗車時，主切削刃很容易崩刃，立碴較多，說明粗車刀主后角a。應適當減小；

（4）在車削中感覺B型車刀的切削力較A型大。應適當減小前角ro負值，增大前角。或負倒棱，倒角寬度過寬，倒的角度負值過大，增加了切屑變形；

（5）在現場切削中經常聽到有似車輪碾雪或冰裂，金屬干摩擦的聲音，說明切削力過大，或刀具已磨損；

（6）由于員工對切削co/wc噴涂層的刀具磨鈍沒有足夠的認識，切削刃不鋒利時，沒能及時發現、及時刃磨。致使切削刃不能切削而形成擠壓。工件噴焊層在車刀的擠壓下，工件容易產生裂紋，車刀崩刃。

1.6 第二次車刀幾何參數改進及切削用量選擇

第二次車刀幾何參數的改進如表5及圖4所示，切削用量如表6所示。修正后的車刀角度及改進措施有如幾點：

表5 第二次改進的車刀幾何參數

表6 第二次切削用量

1）為了確保刀尖強度，增大刀尖角εr，粗車刀主偏角kr由原來B型60°減小到了25°，精車刀減小到了30°。副偏角kr’由B型60°減小到了15°～25°，需切入時，采用左右切削法切入。刃傾角λs由B型-5°～-3°增加負值到-8°～-5°。塔輪工件有R2圓弧角，不必清角，粗車后用R2圓弧車刀車好R2圓弧；

2）減小前角r。的負值，增大前角。由B型-10°～-5°減小到-5°～-3°，切削阻力會明顯減小；

3）為了增大楔角β，利于散熱，粗車刀后角a。由B型6°～8°減小到3°～5°增加了主切削刃的強度；

4）粗車刀的負倒棱前角由B型的-20°～-10°減小負值到-8°～-6°對降低切削力也起到了相應的作用；

5）為了減小切入工件時的徑向切削力，粗車刀減小了刀尖圓弧半徑，由B型的0.8mm減小到0.2mm～0.4mm，為了減小殘留面積，減小粗糙度值，精車刀刀尖圓弧半徑增加到1mm～1.5mm ；

6）督促員工在車削加工中應注意觀察車刀磨損情況，以切削聲音分辨及看切削刃亮點，車刀磨損應及時發現，及時刃磨更換；

7）對員工進行技術培訓，講解車刀幾何參數選擇的重要性，及合理選擇切削用量，并制訂切削用量范圍。刃磨出合理的幾何參數的粗車刀，精車刀樣板，供員工參考，觀摩。

圖4 第二次改進車刀幾何參數

1.7 效果

經過幾次實驗，改進之后的車刀角度，車刀的耐用度及車刀的總壽命有了很大的提高。切削用量的增加，提高了生產效率，真正做到高效低耗。

2 結論

在難加工材料切削加工時，只有正確選擇的車刀幾何參數，才能保證加工表面質量，提高車刀壽命。在車削高硬度材料時，車刀的主偏角應小，在25°左右，副偏角應適當減小，選擇在15°～25°范圍，應具有一定的刃傾角，選擇在-8°～-5°范圍；在加工Co/WC噴涂層等難加工材料時，車刀的主偏角應大，選擇在75°左右，副偏角應適當減小，在15°左右，應選擇負值刃傾角，選擇在-10°～-15°范圍內。

[1]龐玉華主編.金屬塑性加工學[M].西安：工業大學出版社，2005.

[2]陳宏鈞，馬素敏主編.車工操作技能手冊[M].北京：機械工業出版社，1998.

[3]陳家芳主編.實用金屬切削加工工藝手冊[M].上海：科學技術出版社，1994.