硬質(zhì)合金刀具加工高硬度工件

河南省新鄉(xiāng)市宏盛機(jī)械有限公司 (453621)裴金州 張常樂

我公司接到一批某產(chǎn)品核心零件(見圖1)，材質(zhì)為Cr12MoV 模具鋼，為滿足零件性能要求，必須進(jìn)行真空淬火達(dá)到洛氏硬度60～64HRC，進(jìn)行檢測后才能進(jìn)行加工，該零件難度在于外徑上環(huán)形齒(以下簡稱槽形)的加工，零件槽形類似于螺紋牙形，槽寬0.69mm，槽深1.21mm，長度177.84mm。整體零件槽形距公差要求0.01mm 以內(nèi)，零件淬火后硬度高，表面粗糙度值Ra=0.8μm，整體毛坯造價(jià)不菲，且槽形加工好以后無法用三維坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行測量，如果采用加工方法不適當(dāng)，極易產(chǎn)生零件報(bào)廢。

圖1 零件示意圖

為達(dá)到零件圖樣的要求，公司技術(shù)人員經(jīng)過探討制定了兩個(gè)加工方案:在數(shù)控外圓磨床和數(shù)控臥式車床上進(jìn)行加工。

數(shù)控磨床加工方案的加工工藝流程為:毛坯→粗加工零件各尺寸(車)→真空淬火→磨內(nèi)孔及端面→車心軸定位內(nèi)孔→磨外徑及槽形→成品。加工完成后，用槽形檢驗(yàn)樣板進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果出現(xiàn)砂輪導(dǎo)致磨削出槽形槽距誤差0.05mm 左右，槽寬和槽深都存在誤差，雖然零件表面粗糙度達(dá)到要求，但是零件表面出現(xiàn)輕微燒傷現(xiàn)象，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到零件工藝要求，造成零件報(bào)廢。分析原因，采用電鍍金剛石砂輪粒度細(xì)，磨削過程中出現(xiàn)砂輪外表有輕微剝離及粘屑現(xiàn)象，電鍍金剛石砂輪受各種因素影響發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，零件槽形磨削余量偏大，在加工高硬度零件槽形沒有成熟經(jīng)驗(yàn)，磨削過程中需多次停車查看砂輪磨損狀況，浪費(fèi)時(shí)間較多。通過網(wǎng)上查詢借鑒類似零件成功案例，電鍍CBN 砂輪可滿足加工要求，因交貨期短暫，如果定做電鍍CBN 砂輪周期長，價(jià)格亦不菲，因此我們不得不考慮采用數(shù)控臥式車床的加工方法方案。

1.數(shù)控臥式車床加工方案

國內(nèi)定制特殊加工刀具制造期長、價(jià)格昂貴，不確定能否滿足加工零件工藝要求，為了降低加工成本及縮短交貨期，在選用刀具加工上大費(fèi)周折，既要加工好零件上極其細(xì)小的槽形，也要考慮到加工刀具在切削中壽命，必須一次性加工好，加工過程中不能換刀，減少各種加工因素造成零件報(bào)廢。經(jīng)查閱大量資料篩選，決定采用YT05 硬質(zhì)合金，其特點(diǎn)與鋼的化學(xué)親和力小，耐磨性能優(yōu)異，適于淬火鋼，合金鋼和高強(qiáng)度的精加工和半精加工，能獲得優(yōu)質(zhì)美觀的精密加工表面。利用YT05 硬質(zhì)合金的特點(diǎn)，我們大膽嘗試?yán)镁€切割硬質(zhì)合金做成成形刀具進(jìn)行加工，經(jīng)過多次失敗中不斷的嘗試，成功的加工好零件，經(jīng)檢測能達(dá)到圖樣的尺寸及精度要求，加工質(zhì)量穩(wěn)定，以下將重點(diǎn)闡述如何用普通硬質(zhì)合金刀具加工高硬度工件槽形的方法。

根據(jù)我公司生產(chǎn)設(shè)備及零件工藝要求，該零件的加工工藝流程為:毛坯→粗加工零件各尺寸(車)→真空淬火→磨內(nèi)孔及端面→車心軸定位內(nèi)孔→精車加工外徑及槽形→成品。

(1)加工前的準(zhǔn)備 在加工前需準(zhǔn)備刀具:3 把焊接式3mm 切槽刀、1 把90°外圓車刀、1 把內(nèi)孔鏜刀(注:以上刀具系焊接式株洲鉆石YT05 硬質(zhì)合金刀具)。

加工需輔助物品:手電筒1 個(gè)、1∶100 倍放大鏡1 個(gè)、工件槽形檢驗(yàn)樣板1 個(gè)、320#油石條1 根、刀具槽形檢驗(yàn)樣板1 個(gè)、外徑千分尺2 把及內(nèi)徑百分量表1 把、萬能角度尺1 把。

(2)刀具的制作 加工前需準(zhǔn)備3 把YT05 焊接式切槽刀(寬度3mm)，進(jìn)行線切割，注意線切割刀具需預(yù)留0.1mm 刃磨量，磨削3 把成形刀具用數(shù)控工具磨床進(jìn)行磨削。

第1 把線切割出90°的夾角(見圖2a)，第2 把線切割出直槽部分(見圖2b)，第3 把線切割成形切槽刀(見圖3c)，3 把刀具前面用油石進(jìn)行修飾即可，刀具主后面5°左右即可，提高刀具切削強(qiáng)度，減少磨損。第1 把和第2 把刀具磨削后借助角度尺第和千分尺進(jìn)行測量，用放大鏡觀察切削刃刃口表面粗糙度，如達(dá)不到要求可以用320#油石條進(jìn)行刃口修光，第3 把成形刀具磨削時(shí)，主切削刃端留R 0.15mm 的圓弧角，如圖3 所示。用千分尺和刀具槽形檢驗(yàn)樣板進(jìn)行檢驗(yàn)?zāi)ハ髦梁细癯叽缂纯桑瑫r(shí)亦用320#油石條進(jìn)行刃口修光，確保加工出工件的表面粗糙度及尺寸。

圖2

圖3 精加工成形刀

2.具體操作方法

在粗加工零件時(shí)各尺寸留0.3mm 精加工余量，內(nèi)孔半精加工留0.2mm 余量;將粗加工好的零件進(jìn)行真空淬火至60～64HRC;對零件內(nèi)孔、端面進(jìn)行加工至圖樣尺寸要求;將內(nèi)孔磨削好的零件在CAK6360b 臥式數(shù)控車床上進(jìn)行精加工外圓，由于零件同心度要求較高，為保證零件精度，在精加工時(shí)用心軸(見圖2)定位工件內(nèi)孔，將裝夾加工好的心軸用磁性千分表檢驗(yàn)跳動(dòng)，保證跳動(dòng)0.005mm 以內(nèi)，然后將磨削好的零件與心軸進(jìn)行配合，同時(shí)用心軸上螺母進(jìn)行鎖緊，頂尖定位心軸中心孔，用90°外圓車刀精加工外圓至圖樣要求尺寸，用千分尺進(jìn)行檢驗(yàn);然后同時(shí)裝夾好線切割3 把刀具，因零件槽形距離要求嚴(yán)格，加工前借助1∶100 倍放大鏡進(jìn)行外徑及端面對刀，保證誤差值0.01mm 以內(nèi)，參考下附表格工藝參數(shù)表，用數(shù)控機(jī)床切槽循環(huán)程序進(jìn)行切槽，加工時(shí)注意切削排屑方向，利用切削液充分冷卻刀具。

3.加工槽形過程中遇到問題

在數(shù)控臥式車床上加工首件時(shí)，設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速120r/min，徑向進(jìn)給率0.1mm/min，第1 把刀程序運(yùn)行切削時(shí)正常，第2 把刀由于我們忽略了刀具的刃口修飾刃崩，加工45 個(gè)槽時(shí)，切屑成面條狀，停車進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)刀具刃崩嚴(yán)重，刀具擠屑，導(dǎo)致零件槽形擠壓變形，造成零件報(bào)廢。

第二件加工時(shí)修正好刀具以后，降低主軸轉(zhuǎn)速及徑向進(jìn)給率，第1 把刀和第2 把加工時(shí)切削聲音和排屑很正常，第2 把刀切削完以后程序暫停察看零件表面粗糙度達(dá)到要求，繼續(xù)運(yùn)行程序第3 把刀進(jìn)行精加工零件，程序運(yùn)行完成后，觀看零件表面質(zhì)量優(yōu)異，測量時(shí)發(fā)現(xiàn)零件槽形深淺不對稱，仔細(xì)查找原因，成形刀具在精加工時(shí)在槽底停留時(shí)間較短，每切一個(gè)槽形，程序運(yùn)行后快速退刀，造成零件槽形深淺不一。

解決方案:降低主軸轉(zhuǎn)速及徑向進(jìn)給率，對刀具刃磨時(shí)進(jìn)行刃口修光，程序運(yùn)行時(shí)在槽底停留時(shí)間延長1s。吸取了前面失敗教訓(xùn)，再次加工時(shí)設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速80r/min 徑向進(jìn)給率0.07mm/min，3 把刀具在充足的切削液中，循環(huán)切槽程序終于在5h 后完美加工好槽形，用線切割檢驗(yàn)樣板進(jìn)行燈光縫隙檢驗(yàn)，加工后零件獲得優(yōu)異的表面質(zhì)量，能夠滿足圖樣尺寸及公差要求。加工工藝參數(shù)見附表。表格中所用刀具均是株洲鉆石YT05 硬質(zhì)合金焊接刀具。

加工工藝參數(shù)