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1．什麼是淬火鋼?它有哪些切削特點？

淬火鋼是指金屬經過淬火後，組織為馬氏體，硬度大於HRC50的鋼。它在難切削材料中佔有相當大的比重。

加工淬火鋼的傳統方法是磨削。但為了提高加工效率，解決工件形狀複雜而不能磨削和淬火後產生形狀和位置誤差的問題，往往就需要採用車削、銑削、鏜削、鑽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σ_b=2100～2600 MPa，按照被加工材料加工性分級規定，淬火鋼的硬度和強度均為9a級，屬於最難切削的材料。

(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4500 MPa。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剛性。

(3)不易產生積屑瘤：淬火鋼的硬度高、脆性大，切削時不易產生積屑瘤，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：由於淬火鋼的脆性大，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)導熱係數低：一般淬火鋼的導熱係數為7.12 W/(m‧K)，約為45號鋼的1/7。材料的切削加工性等級是9a級，屬於很難切削的材料。由於淬火鋼的導熱係數低，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)硬質合金：為了改善硬質合金的性能，在選擇硬質合金時，應優先選擇加入適量TaC或NbC的超細微粒的硬質合金。因為在WC-Co類硬質合金中，加入TaC以後，可將其原來的800℃高溫強度提高150～300 MPa，常溫硬度提高HV40～100。加入NbC以後，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，提高硬質合金抗月牙窪磨損的能力。TaC還可以降低摩擦係數，降低切削溫度，增強硬質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600～800 MPa，高溫硬度比一般硬質合金高。

常用來切削淬火鋼的硬質合金牌號有：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等金屬元素並採用熱壓工藝，改善了陶瓷的緻密性，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800～1200 MPa，耐熱性可達1200℃～1300℃，在使用中可減少粘結和擴散磨損。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700～1100 MPa。其主要牌號有HS₇₃、HS₈₀、F₈₅、ST₄、TP₄、SM、HDM₁、HDM₂、HDM₃。這兩種陶瓷適用於車、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900～1300 MPa，導熱性比較高，耐熱性為1400℃～1500℃，是刀具材料中最高的。它十分適合於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合金。

作者：鄭文虎 張玉林 詹明榮

3．怎樣選擇切削淬火鋼刀具的幾何參數？

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，也不能達到滿意的效果。所以要根據具體的刀具材料、工件材料和切削條件，合理地選擇刀具幾何參數，才能有效地發揮刀具材料應有的切削性能。

(1)前角：前角的大小對切削淬火鋼影響很大。由於淬火鋼的硬度、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，前角應選零度和負值，一般γ₀=-10°～0°。工件材料硬度高、斷續切削時，應選較大的負前角，γ₀=-10°～-30°。如果採用正前角可轉位刀片時，應磨出b_γ=0.5～1 mm寬，γ₀₁=-5°～-15°較大的負倒稜，以增強刀刃強度。

(2)後角：切削淬火鋼刀具的後角應比一般刀具的後角大一些，以減小後刀面的摩擦，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κ_r=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，在工藝系統剛性差時，引起振動。所以在一般情況下，λ_s=-5°～0°；斷續切削時，λ_s=-10°～-20°；硬齒面刮削滾刀，它的刃傾角λ_s=-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。因工藝系統剛性的影響，刀尖圓弧半徑γ_ε=0.5～2 mm為宜。

切削淬火鋼刀具，在合理選好幾何參數的基礎上，必須經過仔細刃磨和研鐾，提高刀具各表面的刃磨質量，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，主要根據刀具材料、工件材料的物理力學性能、工件形狀、工藝系統剛性和加工餘量來選擇。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。從目前的經驗來看，不同的刀具材料切削淬火鋼的切削速度，硬質合金刀具Vc=30～75 m/min；陶瓷刀具Vc=60～120 m/min；立方氮化硼刀具Vc=100～200 m/min。在斷續切削和工件材料硬度太高時，應降低切削速度，一般約為上面最低切削速度的1/2。在連續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：一般根據加工餘量和工藝系統剛性選擇，一般情況下，αp=0.1～3 mm。

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

採用陶瓷刀具材料切削淬火鋼，比用硬質合金切削淬火鋼，有其顯著的效果。這主要表現在陶瓷刀具的硬度和耐熱性高於硬質合金。用它來製造的車刀、銑刀、螺紋刀具，均可成功地切削淬火鋼，其耐用度均高於YT05、643、YM052等硬質合金。

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

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

(3)應採用負前角和負刃傾角，以利於增加刀刃和刀尖強度。刀刃和刀面的粗糙度Ra要小於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生裂紋。

(5)陶瓷刀具的抗彎強度低於硬質合金的抗彎強度，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=0.08～0.15 mm/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)不僅是製造磨具的好材料，而且它容易修磨(可用金剛石磨輪刃磨)，也是用於製造車刀、鏜刀、銑刀、槍鑽、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，提高生產率。現在市場上所銷售的CBN刀片，大都以它與硬質合金復合片的形式，作成可轉位刀片或刀具，其目的就是提高CBN刀片的抗彎強度。

由於CBN刀具的硬度高(HV8000～9000)，耐熱性高(1400℃～1500℃)，在使用時能允許以高於硬質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。表面2-1為切削淬火鋼時CBN刀具與硬質合金刀具對比。

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

CBN刀具不適於低速切削，CBN刀具靠切削時所產生的切削熱，在切削區微小的範圍內軟化工件材料來切削的。

在切削硬度為HRC55～65的材料時，CBN刀具的切削速度應在50～120m／min。銑削時的Vc=100～160 m/min，每分鐘進給量Vf=70～160 mm/min；鉸削時Vc=60～130 m/min，ap=0.1～0.2 mm，f=0.07～0.2 mm/r。CBN刀具主要用於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生燒傷現象，效率比磨削高十倍左右。

CBN刀具切削淬火鋼時的幾何參數是γ₀=-15°～-5°，α₀=α』₀=10°～15°，κ_r=30°～60°，κ』_r=5°～15°，λ_s=0°～10°，γ_ε=0.3～1 mm。

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)在數控機床上切削複雜的表面和幾個複雜的表面，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)形狀複雜的內孔或小孔。如採用磨削，要求砂輪的形狀也相應複雜，有的時候無法磨削，這時採用車削最為有利。

(3)一個零件幾個表面(外圓、內孔、端面、階台、溝槽)都需磨削，這時採用車削，一道工序即可完成，可減去磨削用的工裝。

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

(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，採用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？

淬火後滾絲輪的螺紋，一般都採用螺紋磨床磨削。但為了提高加工效率和解決沒有螺紋磨的困難，也可採用車削的方法加工。

(1)滾絲輪的技術要求：坯料材質為Cr₁₂MoV合金工具鋼，經淬火後硬度為HRC59，牙距為1.5mm，螺紋頭數為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，刀具材質為YM052硬質合金。刀具幾何參數為：γ。＝－3o，α。＝5o，α′＝0o～2o，ε_r＝60o20′，λ_s＝－5o，前刀面向螺旋方向傾斜3o。各角度在工具磨磨好後，用金剛石油石鐾研，並在主、副刀刃和刀尖處鐾出負倒稜。

(3)切削用量：切削速度26.2 m/min，粗車螺紋a_P＝0.1～0.15mm，精車a_P＝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.怎樣鑽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，採用電火花把斷在孔中的絲錐打掉或用硬質合金鑽頭鑽掉。採用硬質合金鑽的辦法簡單，工人易掌握。

(1)刀具：用硬質合金圓棒，磨成如圖2-1所示的四稜鑽，材質為YG6X或YM052、813等。鑽頭直徑應大於絲錐心部直徑。

(2)操作注意事項：在校正好鑽頭和孔的位置後，要把鑽頭和工件固定好。斷在螺孔中的絲錐頭部不平整，開始鑽時一定要慢，以免傷了螺孔和把孔鑽歪。鑽時的切削速度為20～25m/min，要隨時觀察鑽削的情況，及時清除絲錐的碎塊和切屑，直到把斷在孔中的絲錐鑽掉。

10.怎樣用高速鋼鑽頭鑽削硬材料？

這裡所說的硬材料是指熱處理後，其硬度為HRC38～42的 材料，或在零件表面經過滲碳、氰化、鍍鉻後，有一層硬化層的表面。在這樣硬的材料或表面上鑽孔，十分困難，有時只能在表面上鑽出一個小坑，鑽頭就發出吱吱 叫聲，出現嚴重磨損。這時在沒有硬質合金鑽頭的情況下，可採用改變了幾何參數的高速鋼鑽頭，也能成功地鑽削上述硬材料。鑽硬材料群鑽參數見圖2-2。

為了增加刀刃強度，改善散熱條件，採用了減小前角、加大圓弧槽半徑和外緣刃的刀尖角的辦法。鑽頭的幾何參數如圖2-2所示。鑽孔時應選較短的鑽頭，以增強鑽頭的剛性。工件剛性不足時要增加輔助支承。鑽削用量一般選取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於磨削高速鋼。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17 mm，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，就會出現燒傷，影響磨削質量。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。現在由於切削技術的進步，以車削、銑削、刨削和鑽削代替磨削也習以為常了。

(1)車冷鐓軸承滾子模具頂桿，材質為合金工具鋼Crl2MoV，淬火後硬度為HRC62～66。由於工件細長，怕淬火，變形大，留了2 mm的余量，給磨削帶來困難，改為車削。採用LT55的陶瓷車刀，刀具幾何參數是：γ。＝－8o，α。＝8o，κ_r＝75o，κ′_r＝15o，γ_ε＝0.5mm。切削用量是：ν_c＝35 m/min，a_P＝0.3～0.5mm，f＝0.1～0.2mm/r。刀具耐用度為25min，表面粗糙度為R_a＝3.2～1.6μm。

(2)刨淬火後的高速鋼，材質為W18Cr4V，硬度為HRC64，工件尺寸120mm×40mm。刀具材料為YM052硬質合金。刀具幾何參數是：γ。＝－10o，α。＝6o～8o，κ_r＝45o，κ′_r＝15o，γ_s＝－10o，γ_ε＝1mm。切削用量是：ν_c＝8 m/min，a_P＝0.5～0.8mm，f＝0.1～0.15mm/行程，刀具耐用度為21min，表面粗糙度為R_a＝3.2μm。

(3)用立方氮化硼刀具車削淬火後的軸承鋼(GCrl5)，硬度為HRC62。工件為軸承外環。刀具幾何參數是：γ。＝－6o，α。＝8o，κ_r＝45o，κ′_r＝45o，γ_ε＝1.2mm，λ_s＝0o。切削用量是：ν_c＝115 m/min，a_P＝0.3mm，f＝0.1～0.2 mm/r。刀具耐用度為55min，表面粗糙度為R_a＝1.6μm。

(4)鑽鉸淬火鋼小孔，工件材質為GCrl5，淬火後的硬度為HRC58～60。鑽孔直徑為聲ψ4(＋0.03,0)mm，深為10mm。此孔是產品改進後加鑽的。鑽頭和鉸刀的材質為YG6X硬質合金，鑽頭形式為非標準麻花鑽，鉸刀為雙刃鉸刀，採用鑽鉸兩道工序，使用的機床是台式鑽床。切削速度為ν_c＝15.5 m/min，手動進給。刃磨一次鑽頭可鑽100多個孔，鉸孔200個以上，質量完全符合工藝要求。

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