4Cr14Ni14W2Mo材料車(chē)削加工

漆嶸，孫婙，柴蓬林，李群，王帥

北方光電股份有限公司 陜西西安 710043

1 序言

高速切削加工技術(shù)作為一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)，具有切削力小、材料去除率高、加工精度高和零件表面質(zhì)量好等顯著優(yōu)勢(shì)，為高溫合金零件的高質(zhì)、高效加工提供了有效服務(wù)。但高溫合金高速切削機(jī)理和工藝技術(shù)的研究還不是很充分，成為目前高溫合金零件制造領(lǐng)域亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

2 生產(chǎn)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

采用現(xiàn)有的合金刀具以及切削參數(shù)進(jìn)行加工4Cr14Ni14W2Mo材料時(shí)，僅加工一個(gè)面刀尖就嚴(yán)重磨損，無(wú)法再進(jìn)行后續(xù)的加工。零件的加工精度較難保證，加工效率也很低。通過(guò)對(duì)前期加工存在問(wèn)題的總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)加工此類(lèi)材料存在以下問(wèn)題。

（1）切削力大 材料硬度、強(qiáng)度高；塑性、韌性好；切削變形大。

（2）切削刃接觸應(yīng)力增大 由于刀具切削接觸長(zhǎng)度短，從而使切削刃接觸應(yīng)力增大。

（3）切削溫度高 主要由于切削時(shí)消耗的變形功多，導(dǎo)熱系數(shù)小，切削熱不易傳出并集中在切削刃刀尖上。

（4）加工硬化傾向大 材料的塑性與韌性大，在切削力作用下，產(chǎn)生的切削變形大，晶格扭曲，造成加工硬化。

（5）刀具磨損嚴(yán)重 容易產(chǎn)生氧化與擴(kuò)散磨損，材料內(nèi)的硬質(zhì)點(diǎn)、滲碳體等組織將會(huì)產(chǎn)生摩擦磨損，且加工硬化層使刀具產(chǎn)生邊界磨損。

3 車(chē)削高溫不銹鋼材料

由于在車(chē)削高溫不銹鋼材料過(guò)程中出現(xiàn)了加工效率低、刀具磨損嚴(yán)重、工件表面質(zhì)量差等問(wèn)題，所以選取典型的回轉(zhuǎn)類(lèi)零件為樣件，研究、分析4Cr14Ni14W2Mo高溫不銹鋼材料的特性和加工難點(diǎn)。

（1）典型零件 試驗(yàn)所用材料為4Cr14Ni14W2Mo圓棒料，尺寸為φ170mm×200mm，選取了典型的軸類(lèi)零件進(jìn)行車(chē)削試驗(yàn)，如圖1所示。

圖1 典型的軸類(lèi)零件

（2）選擇設(shè)備 根據(jù)典型零件的尺寸和精度要求選擇設(shè)備（見(jiàn)表1）。

表1 試切削外圓的設(shè)備

（3）切削刀具選擇依據(jù) 刀具切削部分幾何角度的合理選擇，對(duì)于高溫不銹鋼（4Cr14Ni14W2Mo）零件的加工效率、刀具的耐用度、零件加工的表面粗糙度、切削力以及加工硬化等方面都有很大的影響。合理選擇刀具幾何參數(shù)是保證加工質(zhì)量、加工效率、降低成本的有效途徑。參照ISO513標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)M14選擇刀具的各項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù)。

（4）切削參數(shù)的確定 試驗(yàn)根據(jù)機(jī)床設(shè)備的性能、功率、剛性等條件，以及高溫不銹鋼（4Cr14Ni14W2Mo）切削仿真結(jié)論，通過(guò)對(duì)前期切削加工中問(wèn)題的總結(jié)，在保證零件尺寸精度的前提下，考慮刀具可承受的切削參數(shù)范圍，選取適用于切削4Cr14Ni14W2Mo高溫不銹鋼的刀具及試驗(yàn)參數(shù)（見(jiàn)表2）。

表2 試切削的試驗(yàn)參數(shù)

（5）試驗(yàn)過(guò)程 試驗(yàn)在CY6140車(chē)床上采用表2中所列刀具和切削參數(shù)進(jìn)行試車(chē)，對(duì)所加工工件的表面粗糙度、切屑形狀進(jìn)行觀察，切削的6組試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 切削的6組試驗(yàn)結(jié)果

（6）試驗(yàn)過(guò)程分析 試驗(yàn)1車(chē)削外圓，切屑成C形屑，顏色為暗黃色，表明按照設(shè)定的參數(shù)車(chē)削時(shí)，產(chǎn)生的熱量較高使切屑變色，雖然刀具無(wú)變化但工件表面質(zhì)量較差。C形屑對(duì)普通機(jī)床是一種較佳形式的切屑，它不傷人，也不纏繞在工件和刀具上，由于C形屑是撞在車(chē)刀的后刀面或工件表面上折斷的，所以對(duì)切削過(guò)程的平穩(wěn)性及工件的表面質(zhì)量有一定的影響。

試驗(yàn)2車(chē)削外圓，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速提高到260r/min，刀尖變黑，切屑成C形屑，顏色為金色，表明按照設(shè)定的參數(shù)車(chē)削時(shí)，產(chǎn)生的熱量集中在刀尖上，雖然刀具無(wú)磨損，但工件的表面質(zhì)量較差。

試驗(yàn)3車(chē)削外圓，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速降低到170r/min，背吃刀量增加到2.5mm。車(chē)削時(shí)，機(jī)床顫動(dòng)、切屑四濺，切屑為崩碎屑呈暗黃色。這表明切削過(guò)程很不平穩(wěn)，已加工的表面凹凸不平，表面質(zhì)量差，刀尖磨損，切削參數(shù)不適宜。應(yīng)該減小背吃刀量，適當(dāng)提高切削速度，以增加工件材料的塑性。

試驗(yàn)4車(chē)削外圓，更換了另外一種外圓車(chē)刀，提高了機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速，減小了背吃刀量。車(chē)削時(shí)，機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，切屑呈發(fā)條屑狀，表明刀具的流屑角較小，刀尖無(wú)變化，表面粗糙度值Ra較小。

試驗(yàn)5外切槽刀車(chē)削，機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，切屑呈螺卷屑。表明切削過(guò)程較為平穩(wěn)，切削力波動(dòng)小，已加工的表面粗糙度值Ra較小。另外，為了檢測(cè)刀具的切削性能，連續(xù)切槽10余個(gè)后，檢查刀具無(wú)變化，證明刀具耐磨性高。

試驗(yàn)6端面槽刀車(chē)削，由于工件的直徑為55mm，為保證切削速度達(dá)到70r/min，所以機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速提高至400r/min，機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，切屑呈塔狀屑。機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，由于車(chē)刀三面受力，表面粗糙度值Ra較大，刀具呈五角星狀利用率高。

4 切削參數(shù)的確定

經(jīng)過(guò)對(duì)4Cr14Ni14W2Mo高溫不銹鋼零件的加工驗(yàn)證，刀片（CCMG 120408-NR IC907）和刀片（CCMG 120404-TF IC907）均有優(yōu)點(diǎn)，合適的切削參數(shù)見(jiàn)表4。其中，刀片（CCMG 120408-NR IC907）的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度好，切削刃前端有0.4mm的倒棱，有效地增加了刀片的強(qiáng)度，適合于粗加工。刀片（CCMG 120404-TF IC907）有TF槽，優(yōu)點(diǎn)是大的正前角有力地防止加工硬化，大圓弧斷屑槽的設(shè)計(jì)有利于切屑排出，避免前刀面的月牙洼磨損，適合于精加工和半精加工。

表4 4Cr14Ni14W2Mo高溫不銹鋼的切削參數(shù)

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)理論分析和試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，總結(jié)出了適合4Cr14Ni14W2Mo高溫不銹鋼材料車(chē)削的切削參數(shù)和切削刀具，解決了車(chē)削該材料零件加工的困難，實(shí)現(xiàn)了對(duì)4Cr14Ni14W2Mo高溫不銹鋼材料的高質(zhì)、高效加工。