1．什么是淬火鋼?它有哪些切削特點？

    淬火鋼是指金屬經(jīng)過淬火后，組織為馬氏體，硬度大于HRC50的鋼。它在難切削材料中占有相當大的比重。

    加工淬火鋼的傳統(tǒng)方法是磨削。但為了提高加工效率，解決工件形狀復雜而不能磨削和淬火后產(chǎn)生形狀和位置誤差的問題，往往就需要采用車削、銑削、鏜削、鉆削和鉸削等切削加工方法。淬火鋼在切削時有以下特點：

    (1)硬度高、強度高，幾乎沒有塑性：這是淬火鋼的主要切削特點。當淬火鋼的硬度達到HRC50～60時，其強度可達σb=2100～2600MPa，按照被加工材料加工性分級規(guī)定，淬火鋼的硬度和強度均為9a級，屬于最難切削的材料。

    (2)切削力大、切削溫度高：要從高硬度和高強度的工件上切下切屑，其單位切削力可達4500MPa。為了改善切削條件，增大散熱面積，刀具選擇較小的主偏角和副偏角。這時會引起振動，要求要有較好的工藝系統(tǒng)剛性。

    (3)不易產(chǎn)生積屑瘤：淬火鋼的硬度高、脆性大，切削時不易產(chǎn)生積屑瘤，被加工表面可以獲得較低的表面粗糙度。

    (4)刀刃易崩碎、磨損：由于淬火鋼的脆性大，切削時切屑與刀刃接觸短，切削力和切削熱集中在刀具刃口附近，易使刀刃崩碎和磨損。

    (5)導熱系數(shù)低：一般淬火鋼的導熱系數(shù)為7.12W/(m•K)，約為45號鋼的1/7。材料的切削加工性等級是9a級，屬于很難切削的材料。由于淬火鋼的導熱系數(shù)低，切削熱很難通過切屑帶走，切削溫度很高，加快了刀具磨損。

    2．怎樣選擇切削淬火鋼的刀具材料？

    合理選擇刀具材料，是切削加工淬火鋼的重要條件。根據(jù)淬火鋼的切削特點，刀具材料不僅要有高的硬度、耐磨性、耐熱性，而且要有一定的強度和導熱性。

    (1)硬質(zhì)合金：為了改善硬質(zhì)合金的性能，在選擇硬質(zhì)合金時，應(yīng)優(yōu)先選擇加入適量TaC或NbC的超細微粒的硬質(zhì)合金。因為在WC-Co類硬質(zhì)合金中，加入TaC以后，可將其原來的800℃高溫強度提高150～300MPa，常溫硬度提高HV40～100。加入NbC以后，高溫強度提高150～300MPa，常溫硬度提高HV70～150。而且TaC和NbC可以細化晶粒，提高硬質(zhì)合金抗月牙洼磨損的能力。TaC還可以降低摩擦系數(shù)，降低切削溫度，增強硬質(zhì)合金抗熱裂和熱塑性變形的能力，同時也將WC的晶粒細化到0.5～1μm，其硬度提高HRA1.5～2，抗彎強度可提高600～800MPa，高溫硬度比一般硬質(zhì)合金高。

    常用來切削淬火鋼的硬質(zhì)合金牌號有：YM051、YM052、YN05、YN10、600、610、726、758、767、813等。

    (2)熱壓復合陶瓷和熱壓氮化硅陶瓷：在Al2O3中加入TiC等金屬元素并采用熱壓工藝，改善了陶瓷的致密性，提高了氧化鋁基陶瓷的性能，使它的硬度提高到HRA95.5，抗彎強度可達到800～1200MPa，耐熱性可達1200℃～1300℃，在使用中可減少粘結(jié)和擴散磨損。其主要牌號有AG2、AG3、AG4、LT35、LT55、AT6等。氮化硅基陶瓷是在Si3N4中加入TiC等金屬元素，其硬度為HRA93～94，抗彎強度為700～1100MPa。其主要牌號有HS73、HS80、F85、ST4、TP4、SM、HDM1、HDM2、HDM3。這兩種陶瓷適用于車、銑、鏜、刨削淬火鋼。

    (3)立方氮化硼復合片(PCBN)刀具：它的硬度為HV8000～9000，復合抗彎強度為900～1300MPa，導熱性比較高，耐熱性為1400℃～1500℃，是刀具材料中最高的。它十分適合于淬火鋼的半精加工和精加工。

    綜上所述，切削淬火鋼最好的刀具材料是立方氮化硼，其次是復合陶瓷，再其次是新牌號硬質(zhì)合金。

    3．怎樣選擇切削淬火鋼刀具的幾何參數(shù)？

    切削淬火鋼時，光有好的刀具材料，而沒有合理的刀具幾何參數(shù)，也不能達到滿意的效果。所以要根據(jù)具體的刀具材料、工件材料和切削條件，合理地選擇刀具幾何參數(shù)，才能有效地發(fā)揮刀具材料應(yīng)有的切削性能。

    (1)前角：前角的大小對切削淬火鋼影響很大。由于淬火鋼的硬度、強度高，切削力大，而且集中在刀具刃口附近。為了避免崩刃和打刀，前角應(yīng)選零度和負值，一般γ0=-10°～0°。工件材料硬度高、斷續(xù)切削時，應(yīng)選較大的負前角，γ0=-10°～-30°。如果采用正前角可轉(zhuǎn)位刀片時，應(yīng)磨出bγ=0.5～1mm寬，γ01=-5°～-15°較大的負倒棱，以增強刀刃強度。

    (2)后角：切削淬火鋼刀具的后角應(yīng)比一般刀具的后角大一些，以減小后刀面的摩擦，一般α0=8°～10°為好。

    (3)主偏角和副偏角：為了增強刀尖強度和改善散熱條件，主偏角κr=30°～60°，副偏角κ’r=6°～15°。

    (4)刃傾角：刃傾角為負值時，可以增大刀尖強度。但負值太大時，會使Fp力增大，在工藝系統(tǒng)剛性差時，引起振動。所以在一般情況下，λs=-5°～0°；斷續(xù)切削時，λs=-10°～-20°；硬齒面刮削滾刀，它的刃傾角λs=-30°。

    (5)刀尖圓弧半徑：它的大小影響刀尖強度和已加工表面粗糙度。因工藝系統(tǒng)剛性的影響，刀尖圓弧半徑γε=0.5～2mm為宜。

    切削淬火鋼刀具，在合理選好幾何參數(shù)的基礎(chǔ)上，必須經(jīng)過仔細刃磨和研鐾，提高刀具各表面的刃磨質(zhì)量，使刀具耐用度得到提高。

    4．怎樣選擇切削淬火鋼時的切削用量？

    切削加工淬火鋼的切削用量，主要根據(jù)刀具材料、工件材料的物理力學性能、工件形狀、工藝系統(tǒng)剛性和加工余量來選擇。在選擇切削用量三要素時，首先考慮選擇合理的切削速度，其次是切削深度，再其次是進給量。

    (1)切削速度：一般的淬火鋼耐熱性在200℃～600℃，而硬質(zhì)合金的耐熱性為800℃～1000℃，陶瓷刀具的耐熱性為1100℃～1200℃，立方氮化硼的耐熱性為1400℃～1500℃。除高速鋼外，一般淬火鋼達到400℃左右時，它的硬度開始下降，而上述刀具材料仍保持它原有的硬度。所以在切削淬火鋼時，充分利用上述這一特性，切削速度不宜選擇太低或太高，以保持刀具有一定的耐用度。從目前的經(jīng)驗來看，不同的刀具材料切削淬火鋼的切削速度，硬質(zhì)合金刀具Vc=30～75m/min；陶瓷刀具Vc=60～120m/min；立方氮化硼刀具Vc=100～200m/min。在斷續(xù)切削和工件材料硬度太高時，應(yīng)降低切削速度，一般約為上面最低切削速度的1/2。在連續(xù)切削時的最佳切削速度，以切下的切屑呈暗紅色為宜。

    (2)切削深度：一般根據(jù)加工余量和工藝系統(tǒng)剛性選擇，一般情況下，αp=0.1～3mm。

    (3)進給量：一般為0.05～0.4mm/r。在工件材料硬度高或斷續(xù)切削時，為了減小單位切削力，應(yīng)當減小進給量，以防崩刃和打刀。

    5．怎樣用陶瓷刀具切削淬火鋼?

    采用陶瓷刀具材料切削淬火鋼，比用硬質(zhì)合金切削淬火鋼，有其顯著的效果。這主要表現(xiàn)在陶瓷刀具的硬度和耐熱性高于硬質(zhì)合金。用它來制造的車刀、銑刀、螺紋刀具，均可成功地切削淬火鋼，其耐用度均高于YT05、643、YM052等硬質(zhì)合金。

    (1)充分發(fā)揮陶瓷刀具材料硬度和耐熱性比硬質(zhì)合金高這一特點，選擇的切削速度應(yīng)高于硬質(zhì)合金切削淬火鋼的切削速度，一般高50％。如在切削速度50m/min時，陶瓷刀具的后刀面磨損量與硬質(zhì)合金接近。當切削速度增至95m/min時，它的耐磨性遠遠高于YT05等硬質(zhì)合金。如用陶瓷刀片作成的三面刃銑刀，以102m/min的切削速度銑完深5.2mm、寬16mm、長700mm的淬火鋼鍵槽，刀具基本上無磨損。

    (2)陶瓷刀具在切削中受沖擊載荷時，刀具應(yīng)選擇小的主偏角、大的刀尖圓弧或采用圓形刀片，以增加刀尖強度，避免刀具損壞。如采用圓形陶瓷刀片作成的機夾端銑刀，銑削淬火鋼，Vc=120～150m/min，Vf=230～290mm/min，αp=1～2mm。

    (3)應(yīng)采用負前角和負刃傾角，以利于增加刀刃和刀尖強度。刀刃和刀面的粗糙度Ra要小于0.4μm。

    (4)切削時一般不用切削液，若要用，要自始至終充分供給，否則刀片會因熱脹冷縮而產(chǎn)生裂紋。

    (5)陶瓷刀具的抗彎強度低于硬質(zhì)合金的抗彎強度，為了減小刀具單位面積受力，切削時進給量要小一些，一般為f=0.08～0.15mm/r。

    6．怎樣使用立方氮化硼刀具切削淬火鋼?

    立方氮化硼刀具(CBN)不僅是制造磨具的好材料，而且它容易修磨(可用金剛石磨輪刃磨)，也是用于制造車刀、鏜刀、銑刀、槍鉆、鉸刀、齒輪刀具等的好材料。CBN主要用來切削各種淬火鋼，也可用來切削其他難切削材料。它不僅有很高的金屬切除率，而且有很好的表面加工質(zhì)量。切削各種淬火鋼可以有效地代替磨削，減少加工工序，提高生產(chǎn)率。現(xiàn)在市場上所銷售的CBN刀片，大都以它與硬質(zhì)合金復合片的形式，作成可轉(zhuǎn)位刀片或刀具，其目的就是提高CBN刀片的抗彎強度。

    由于CBN刀具的硬度高(HV8000～9000)，耐熱性高(1400℃～1500℃)，在使用時能允許以高于硬質(zhì)合金幾倍的切削速度切削淬火鋼，而耐用度是硬度合金的幾倍到幾十倍。切削淬火鋼時CBN刀具與硬質(zhì)合金刀具對比。

    國內(nèi)生產(chǎn)CBN刀片的廠家有成都工具研究所，生產(chǎn)的牌號為LDP—J；第六砂輪廠生產(chǎn)的DLS—F1、DLS—F2、DLS—F3。還有不少廠家生產(chǎn)CBN可轉(zhuǎn)位刀片和焊接刀。LDP—J和DLS—F1主要用于切削各種淬火鋼。DLS—F2主要用于切削各種鑄鐵。DLS—F3主要用于切削高溫合金和鈦合金。

    CBN刀具不適于低速切削，CBN刀具靠切削時所產(chǎn)生的切削熱，在切削區(qū)微小的范圍內(nèi)軟化工件材料來切削的。

    在切削硬度為HRC55～65的材料時，CBN刀具的切削速度應(yīng)在50～120m／min。銑削時的Vc=100～160m/min，每分鐘進給量Vf=70～160mm/min；鉸削時Vc=60～130m/min，ap=0.1～0.2mm，f=0.07～0.2mm/r。CBN刀具主要用于淬火鋼的半精加工和精加工。其加工表面不會像磨削那樣產(chǎn)生燒傷現(xiàn)象，效率比磨削高十倍左右。

    CBN刀具切削淬火鋼時的幾何參數(shù)是γ0=-15°～-5°，α0=α’0=10°～15°，κr=30°～60°，κ’r=5°～15°，λs=0°～10°，γε=0.3～1mm。

    7．用CBN刀具切削淬火鋼時，在哪些情況下代替磨削最為有效？

    (1)在數(shù)控機床上切削復雜的表面和幾個復雜的表面，代替磨削工序，可以減少1/3～2/3的勞動量，而且能保證很高的位置精度。

    (2)形狀復雜的內(nèi)孔或小孔。如采用磨削，要求砂輪的形狀也相應(yīng)復雜，有的時候無法磨削，這時采用車削最為有利。

    (3)一個零件幾個表面(外圓、內(nèi)孔、端面、階臺、溝槽)都需磨削，這時采用車削，一道工序即可完成，可減去磨削用的工裝。

    (4)零件淬火后易變形和留余量小時易造成廢品，這時可留余量大一些，待淬火后，再用CBN刀具切除多余余量，再磨削，以減少因變形大而產(chǎn)生的廢品。

    (5)在加工載荷變動量很大的，困難條件下使用的表面高頻零件，采用CBN刀具加工，工件表面組織和物理力學性能較磨削時好，可以延長零件的使用壽命。

    8．怎樣車削淬火鋼滾絲輪的螺紋？

    淬火后滾絲輪的螺紋，一般都采用螺紋磨床磨削。但為了提高加工效率和解決沒有螺紋磨的困難，也可采用車削的方法加工。

    (1)滾絲輪的技術(shù)要求：坯料材質(zhì)為Cr12MoV合金工具鋼，經(jīng)淬火后硬度為HRC59，牙距為1.5mm，螺紋頭數(shù)為10頭，半角α/2＝30º±25＇，牙深為0.922mm，牙尖高h1＝(0.435±0.042)mm，牙根高h2＝(0.487(＋0.010/－0.029)mm。

    (2)機床與刀具：機床是大連生產(chǎn)的8955型290mm鏟齒車床，機床附件為分度盤。刀具分粗車刀和精車刀，刀具材質(zhì)為YM052硬質(zhì)合金。刀具幾何參數(shù)為：γ。＝－3º，α。＝5º，α＇＝0º～2º，εr＝60º20＇，λs＝－5º，前刀面向螺旋方向傾斜3º。各角度在工具磨磨好后，用金剛石油石鐾研，并在主、副刀刃和刀尖處鐾出負倒棱。

    (3)切削用量：切削速度26.2m/min，粗車螺紋aP＝0.1～0.15mm，精車aP＝0.05～0.08mm。在車削中，每走一次刀，分一次頭，以保證每齒均勻地去除余量。

    (4)注意事項：為了防止切入切出時刀尖崩刀，在螺紋的兩端各倒30º角。為了準確地控制每次吃刀深度，在橫向進刀放一百分表。

    9.怎樣鉆取出在螺紋孔中折斷的絲錐？

    用絲錐攻螺紋時，稍微不慎或攻難切削材料的螺紋，往往把絲錐扭斷在孔中，不易取出，使工件成為廢品。為了減少廢品，采用電火花把斷在孔中的絲錐打掉或用硬質(zhì)合金鉆頭鉆掉。采用硬質(zhì)合金鉆的辦法簡單，工人易掌握。

    (1)刀具：用硬質(zhì)合金圓棒，磨成如圖2-1所示的四棱鉆，材質(zhì)為YG6X或YM052、813等。鉆頭直徑應(yīng)大于絲錐心部直徑。

    (2)操作注意事項：在校正好鉆頭和孔的位置后，要把鉆頭和工件固定好。斷在螺孔中的絲錐頭部不平整，開始鉆時一定要慢，以免傷了螺孔和把孔鉆歪。鉆時的切削速度為20～25m/min，要隨時觀察鉆削的情況，及時清除絲錐的碎塊和切屑，直到把斷在孔中的絲錐鉆掉。

    10.怎樣用高速鋼鉆頭鉆削硬材料？

    這里所說的硬材料是指熱處理后，其硬度為HRC38～42的材料，或在零件表面經(jīng)過滲碳、氰化、鍍鉻后，有一層硬化層的表面。在這樣硬的材料或表面上鉆孔，十分困難，有時只能在表面上鉆出一個小坑，鉆頭就發(fā)出吱吱叫聲，出現(xiàn)嚴重磨損。這時在沒有硬質(zhì)合金鉆頭的情況下，可采用改變了幾何參數(shù)的高速鋼鉆頭，也能成功地鉆削上述硬材料。鉆硬材料群鉆參數(shù)見圖2-2。

    為了增加刀刃強度，改善散熱條件，采用了減小前角、加大圓弧槽半徑和外緣刃的刀尖角的辦法。鉆頭的幾何參數(shù)如圖2-2所示。鉆孔時應(yīng)選較短的鉆頭，以增強鉆頭的剛性。工件剛性不足時要增加輔助支承。鉆削用量一般選取νc＝2～5m/min，進給量f＝0.03～0.05mm/r或手動進給。切削液應(yīng)選用切削油或極壓切削油。

    11．用立方氮化硼磨輪磨削高速鋼有哪些優(yōu)點？

    高速鋼是淬火鋼中有特殊用途的鋼種。立方氮化硼磨輪特別適用于磨削高速鋼。由剛玉砂輪磨削高速鋼，特別是磨高釩高速鋼時，磨削力大，磨削溫度高，易發(fā)生燒傷，磨粒磨損快，易堵塞，易脫粒，磨削困難。如用立方氮化硼磨輪磨削W18Cr4V、W2Mo9Cr4VCo8、W6Mo5Cr4V5SiNbA1、W6Mo5Cr4V5Co3SiNbA1、W10Mo4Cr4V3A1等5種高速鋼的試棒時，累計磨去17mm，磨輪仍然很鋒利。又如用鍍銅的立方氮化硼磨粒的磨輪，磨削W6Mo5Cr4V5SiNbA1高速鋼拉刀，可磨150個刀齒，而用白剛玉砂輪一個刀齒也磨不動，單晶剛玉加微晶剛玉砂輪只能磨出7～8個刀齒。

    立方氮化硼磨輪磨削高速鋼有很高的耐用度。它的磨損量是單晶剛玉的1/64，是綠色碳化硅的1/104，是白剛玉的1/99。

    立方氮化硼磨輪磨削高速鋼有很高的磨削比。用它磨削高釩高速鋼(W12Cr4V5Co)的磨削比為140，而剛玉類砂輪是10，金剛石磨輪是16。用它磨削超硬高速鋼(W2Mo9Cr4VCo8)的磨削比為660，而剛玉砂輪是10，金剛石磨輪是18。用它磨削鎢鉬高速鋼(W6Mo5Cr4V2)的磨削比為980，剛玉類砂輪為10，金剛石磨輪的磨削比為20。

    立方氮化硼磨輪磨削高速鋼時可以避免燒傷。當用剛玉砂輪磨削高速鋼時，很快就磨損，如不及時修整，就會出現(xiàn)燒傷，影響磨削質(zhì)量。而立方氮化硼磨輪，直到磨耗完也不需要修整，也不會出現(xiàn)燒傷。

    立方氮化硼磨輪有很高的切削能力，單位磨削功率比剛玉砂輪小2/3～5/6。

    12.切削淬火鋼的實例有哪些？

    淬火鋼的切削，是難切削材料最有代表性的一種。以前人們認為它硬度高，只能磨削。現(xiàn)在由于切削技術(shù)的進步，以車削、銑削、刨削和鉆削代替磨削也習以為常了。

    (1)車冷鐓軸承滾子模具頂桿，材質(zhì)為合金工具鋼Crl2MoV，淬火后硬度為HRC62～66。由于工件細長，怕淬火，變形大，留了2mm的余量，給磨削帶來困難，改為車削。采用LT55的陶瓷車刀，刀具幾何參數(shù)是：γ。＝－8º，α。＝8º，κr＝75º，κ＇r＝15º，γε＝0.5mm。切削用量是：νc＝35m/min，aP＝0.3～0.5mm，f＝0.1～0.2mm/r。刀具耐用度為25min，表面粗糙度為Ra＝3.2～1.6μm。

    (2)刨淬火后的高速鋼，材質(zhì)為W18Cr4V，硬度為HRC64，工件尺寸120mm×40mm。刀具材料為YM052硬質(zhì)合金。刀具幾何參數(shù)是：γ。＝－10º，α。＝6º～8º，κr＝45º，κ＇r＝15º，γs＝－10º，γε＝1mm。切削用量是：νc＝8m/min，aP＝0.5～0.8mm，f＝0.1～0.15mm/行程，刀具耐用度為21min，表面粗糙度為Ra＝3.2μm。

    (3)用立方氮化硼刀具車削淬火后的軸承鋼(GCrl5)，硬度為HRC62。工件為軸承外環(huán)。刀具幾何參數(shù)是：γ。＝－6º，α。＝8º，κr＝45º，κ＇r＝45º，γε＝1.2mm，λs＝0º。切削用量是：νc＝115m/min，aP＝0.3mm，f＝0.1～0.2mm/r。刀具耐用度為55min，表面粗糙度為Ra＝1.6μm。

    (4)鉆鉸淬火鋼小孔，工件材質(zhì)為GCrl5，淬火后的硬度為HRC58～60。鉆孔直徑為聲ψ4(＋0.03,0)mm，深為10mm。此孔是產(chǎn)品改進后加鉆的。鉆頭和鉸刀的材質(zhì)為YG6X硬質(zhì)合金，鉆頭形式為非標準麻花鉆，鉸刀為雙刃鉸刀，采用鉆鉸兩道工序，使用的機床是臺式鉆床。切削速度為νc＝15.5m/min，手動進給。刃磨一次鉆頭可鉆100多個孔，鉸孔200個以上，質(zhì)量完全符合工藝要求。