超高強度鋼深孔浮動鏜刀及其參數的選擇

北方機器有限責任公司 (黑龍江齊齊哈爾 161000) 馮彩霞 李大光 姚福辰 呂曉軍

隨著我國工業的迅速發展，各種工業材料應用更加廣泛，特別是耐腐蝕、耐高溫、高強度的合金鋼系列，在化工、軍工行業等都有很重要的應用。如我廠生產的一種高壓容器，采用的就是合金鋼系列中的超高強度鋼32CrNi3MoV。超高強度鋼是指屈服強度和抗拉強度分別超過1175 N/mm2和1370 N/mm2的鋼，它是在低合金高強度鋼和合金結構鋼的基礎上發展起來的鋼種，這種鋼的特點是：具有很高的強度和足夠的韌塑性，能承受很高的應力。

1.刀具材料介紹

32CrNi3MoV超高強度鋼除具備高強度鋼的硬度外，還具備不銹鋼的艮、粘特點。加工這種大直徑超高強度鋼深孔，一般刀具的壽命都很難保證要求，國內能加工深孔徑超高強度鋼的經驗也不多。在現有的機床上，如何保證工件加工質量和提高刀具的使用壽命，是急需解決的技術難題。我們通過加工超高強度鋼32CrNi3MoVE零件的長期生產實踐，摸索設計出一種深孔鏜精加工刀具 (見附圖)。

此深孔鏜刀具的刀片材料采用的是含鈷超硬高速鋼 W2Mo9Cr4VCo8(M42)，它 是 含 Co8%、Mo9%、W2%的低鎢高速鋼，硬度可達69～70 HRC，它的韌性和刃口強度很好，所以在切削時能磨出較大的前角和鋒利的刃口以得到光潔的表面，更適合超高強度鋼材料的加工。它不易因崩口而損壞孔的表面。用此材料刀具比以往用W18Cr4V材料刀具壽命有很大的提高，耐磨性要好。原來加工長8000 mm的工件，直徑方向的稍度相差0.3～0.5 mm，而選用W2Mo9Cr4VCo8(M42)材料后工件直徑方向的稍度有很大的改善，控制在0.02～0.05 mm。

深孔鏜精加工刀具圖

2.刀具參數的合理選擇

由于超高強度鋼具有極高硬度38～41HRC，且我廠加工工件是大孔徑長筒零件，刀桿長、剛性差，刀具容易產生振動，加速了刀具的磨損，同時在刀尖上還會生成積屑瘤，所以必須選用硬度高、耐磨損、抗彎強度高的刀具材料才能適應。由于是精加工，為了獲得直徑一致、圓度小、表面粗糙度值小的孔，精鏜加工的刀頭一般都是采用浮動鏜刀片的結構。在工具頭的前端有一矩形槽，浮動刀片與槽的配合為6～8級精度的間隙配合，刀片可以在矩形槽內自由滑動，不得由于切削力及間隙的作用而產生振動。刀片在切削時能自動地調整其在徑向上的位置，使兩邊的切削力平衡。鏜孔的直徑與鏜刀片兩個刀刃在孔內的位置有關，要求兩個刀刃的連線在孔的直徑位置上，這樣才能獲得一致的孔徑。因此要求除了工具頭、矩形槽等要精確加工外，還要求導向條有足夠的精度及導向條與孔壁有較好的配合。精鏜孔的錐度僅與浮動刀片兩個切削刃的磨損量直接有關，由這一磨損而造成的錐度是很小的。浮動刀片的結構有很多種，我們采用的是可調整的刀片，當刀刃磨損后重新磨刃時可調整到要求的尺寸，這就延長了刀片的使用壽命。

關于浮動刀片的幾何角度，刀刃的前端有10°的導入刃，刀具的前角采用γo=23°，這樣可以保持刀具的鋒利，減少切屑變形，從而減少了切削力，降低了切削溫度。為了使刀片不致因偶然因素啃入工件，刀片的修光刃部分保留有0.3～0.5 mm寬的棱邊。

后角αo=4°，使鏜刀后面的磨損減少，壽命較長。過大或過小的后角都會使磨損加劇，刀具壽命降低。根據生產中的實踐經驗，加工中為確保刀具強度，刀具后角應在αo=4°～6°范圍內選擇。

刀具主偏角κr=1°30'。選擇較小的主偏角，可使切削抗力減少，提高刀具壽命，保持低的表面粗糙度值。若主偏角取得過大，則使軸向力增大，從而引起鏜刀在刀孔中的摩擦力過大，將使刀具失去浮動作用。

鏜刀的容屑槽采用直線圓弧形，R=1.5 mm，有良好的斷屑性。

3.結語

用該浮動鏜刀加工超高強度鋼的深孔類高壓容器，內徑為330+0.050mm，長度為6m，切削速度v=12.5 m/min，進給量 f=1.2 mm/r，背吃刀量 ap=1 mm，采用硫化油做切削液，切削輕快，斷屑良好，工件尺寸精度和表面粗糙度很好地滿足了圖樣的要求，比其他材料的刀具壽命提高20～30倍。