鍛鋼冷軋輥切削加工工藝及解決磨削燒傷問題

鍛鋼冷軋輥切削加工工藝及解決磨削燒傷問題 

  鍛鋼冷軋輥是軋制冷軋板、有色金屬的一種重要工具,因為鍛鋼冷軋輥的強度、硬度高,塑性、韌性好,抗沖擊載荷能力強,所以鍛鋼冷軋輥的切削加工一直是一個難題。通過對鍛鋼冷軋輥的性能分析,以及對大量生產實踐的總結,提出了合理的鍛鋼冷軋輥切削加工工藝改進措施,基本解決了鍛鋼冷軋輥切削加工困難的難題。
鍛鋼冷軋輥是一種重要的軋鋼工具,被廣泛用于冷軋板和有色金屬的軋制,冷軋板在輕工、汽車、石化、水電、建筑和鐵路等行業用量很大,近年來,隨著這些行業的迅猛發展,冷軋板的需求量增長速度很快,在這種情況下,軋鋼行業對冷軋輥的需求量大幅增加,同時對冷軋輥的質量要求不斷提高,由于冷軋輥在軋鋼過程中受力大,磨損嚴重,所以要求冷軋輥輥身硬度高而均勻,同時還要具有高的彈性極限和高耐磨性,而高硬度、高彈性極限、高耐磨性造成軋輥機加工困難,機加工困難嚴重影響了冷軋輥的產量和使用,如何提高冷軋輥的機加工質量和機加工速度已經成為一個亟待解決的問題?？捎糜谏a冷軋輥的材質有:軸承鋼、9Cr2Mo、86CrMoV7、Cr3、Cr5、Cr8等。冷軋輥的加工狀態包括:退火狀態、調質狀態和淬火狀態。退火狀態在機加工工序中為粗車,加工余量不均勻,強度、硬度較低,較易加工。調質狀態在工序中為半精加,易產生調質變形,硬度稍有增高,更難斷屑。淬火狀態表面組織為回火馬氏體,硬度更高,一般在HSD90- 96甚至更高,使得淬火輥車削加工困難。
2切削加工中存在的問題及改進措施
在鍛鋼冷軋輥的生產過程中,存在兩大問題,一是刀具磨損快,二是挖刀。下面分別討論這兩大問題的解決方法。
2.1刀具的選用
鍛鋼冷軋輥的機加工速度主要和刀具有關,只有合理的選用刀具及刀具角度才能提高冷軋輥的機加工速度。
硬質合金刀片的硬度在89~94HRA，相當于71~76HRC，對于HRC40以上的淬火鋼加工時硬質合金刀片容易燒刀造成磨損塊且加工效率低，陶瓷刀片由于脆性太大、容易崩刀，PCBN刀具的硬度一般為HV3000~5000，精HV硬度換算HRC相當于HRC95-100，對于HRC50以上高硬度淬火工件高速加工降低成本來講最為經濟劃算。目前，CBN刀具經黑色金屬加工領域，是耐磨性最高的刀具材料，經過論證，CBN刀片的壽命一般是硬質合金刀片和陶瓷刀片的幾倍到幾十倍，而且隨著研究的進步，CBN刀具適應各種高硬度復雜材料的加工，華菱HLCBN新研制的CBN刀具牌號BN-K10，可以加工HRC70以上硬度的碳化鎢，在國內尚屬首例；但同時，CBN刀具相對于硬質合金材料刀片，其脆性大是不爭的事實，針對CBN刀片和陶瓷刀片刀片硬而脆的弱點，華菱超硬HLCBN曾推出的適合斷續切削和重載粗加工非純陶瓷粘合劑CBN刀片牌號，以華菱超硬BN-S20牌號CBN數控刀片為例，它不僅可以斷續切削淬硬鋼，也可以大余量切除工件的淬硬層，但前提是并沒有犧牲刀具的耐磨性，這是與市場上的PCBN刀具最大的不同，“耐磨性與抗沖擊性的完美平衡”是HLCBN品牌屹立于世界超硬刀具行業的原因之一，在國內外刀具學術界享有很高聲譽。 軋輥經淬火后, 工作表面硬度為HSD92-105, 軋制有色金屬用冷軋輥、深淬硬層冷軋輥, 熱處理后易發生彎曲變形, 因此淬火余量較大約( 2~3) mm, 淬火后由于硬度高、余量大, 只能采用磨削加工, 磨削效率低, 易造成磨削燒傷和振紋, 因此華菱超硬嘗試應用BN-S20牌號純CBN陶瓷刀具車削去除大余量。冷軋工作輥由于淬火后產生彎曲變形, 造成刀具在切削時受到斷續沖擊, 同時, 冷軋工作輥輥身一般較長, 因此切削路徑長, 加上冷軋輥價格昂貴, 不允許在車削時發生意外, 所以對高硬度刀具硬度、耐熱性、抗事故性提出了更高的要求。為了解決上述問題, 我們對切削系統的三個方面: 機床性能、工件材料、切削刀具進行了分析研究, 使機床、工件、刀具達到優化組合。經過刀具材料對比試驗，
采用BN-S20牌號陶瓷刀具車削冷軋輥, 效果比磨削提高了三倍, 工件表面溫度均在150℃左右, 無燒傷現象, 刀具可靠穩定, 每個刀片可加工冷軋輥8 支左右。加工淬硬輥, 必須注意幾點問題。
2.1.1 機床—工件—刀具切削系統的剛性
如刀具主偏角小, 切削刃與工件接觸面增大, 易發生振動,造成刀片碎裂。
2.1.2 切削刃口的處理
陶瓷刀片由于其本身脆性大, 切削刃口的處理關系著刃口的切削阻力和切削熱, 刃口一般采用( 0.5×25) °倒角, 增大楔角,無后角。但其刃口是刃磨出來的, 對于刃口的處理不當, 會造成刃口有十分微小的豁口, 對切削有害。陶瓷刀具經過金剛水程噴沙的鈍化處理, 可防止缺口, BN-S20牌號韌性較好可以采用0.2*20度的倒棱下進行輕快切削，并可以修復鍛鋼冷軋輥的不規整表面。

2.1.3 機夾刀桿 需要特別制造
( 1) 刀桿受力面要求平面度、粗糙度高, 與刀槽配合要平, 不允許存在縫隙, 裝刀時要仔細檢查, 而硬質合金可放寬要求。( 2)刀墊應采用硬質合金或高速鋼, 并經研修。( 3) 刀片上下面平面度要求高, 不允許使用表面呈圓弧狀的刀片。( 4) 刀片裝卡符合受力位置, 夾持可靠。
2.1.4 切削參數
( 1) 切削速度與刀具耐用度的關系最大, 與斷續切削、機床剛性有關, 保持機床穩定。切削速度不宜高, 一般采用觀察切削顏色和刃口溫度的方法, 刃口呈大紅色, 切屑呈紫紅色, 說明切削速度偏高。( 2) ap 與工件余量有關。( 3) f 和切削速度配合。車削冷軋輥時, 只要利用好機床本身所固有的條件, 通過改善陶瓷刀具的幾何角度, 切削刃口狀態, 優化切削參數就可以穩定車削淬硬軋輥。
2.2 挖刀問題
挖刀時鍛鋼冷軋輥機加工中最常見也是最主要的缺陷, 因此, 提高冷軋輥的加工質量主要是解決挖刀問題。常見挖刀的原因分析及解決方法。
2.2.1 切削參數的選擇
合適的切削參數是保證產品質量的重要因素, 如果選擇的切削參數超過了刀具所能承受的能力, 刀具會出現打刀尖, 從而產生挖刀。加工時吃刀要深, 走刀量要小, 刀片厚, 吃刀、走刀量可大。 如BN-S20 SNMN120712刀片吃刀量可達7.5mm；BN-S20 CNMN120408吃刀量可達1.5mm；BN-S20RNMN120400刀片吃刀量可達2.5mm。BN-S20牌號CBN刀具切削參數和淬火輥車削加工案例如下：
（1），以加工瑞典鍛鋼冷軋輥（硬度HRC67）為例：BN-S20牌號數控刀片的切削深度4-7mm，線速度90m/min，壽命是國外某品牌CBN刀具壽命的2.5倍。
（2），車削修復9Cr2Mo冷軋工作輥時，采用BN-S20牌號，同樣可以取得很好的效果，刀具壽命是國內CBN刀具壽命的4倍以上，且在車削修復冷軋輥時，遇到皸裂部位不崩刀，保證了CBN刀具使用的安全性和經濟性。
2.2.2 刀具的磨損
刀具磨損嚴重而未及時判斷刀具是否磨損, 或因不知怎樣判斷在車削時刀具磨損狀況的方法造成打刀而挖刀。
2.2.3 操作方法不當造成挖刀
( 1) 聯合走刀, 造成聯合走刀的原因是手柄未掛到位或未觀察試切狀況。( 2) 切削受力狀態發生變化易造成挖刀, 主要指毛坯狀態和斷續切削, 當切削力大于刀片所允許的承載力時刀片打壞。如果吃刀深度增大則切削力變大, 此時應正確選擇切削參數。圓弧刀受徑向力大, 易挖刀, 90°刀易挖刀。一般加工輥頸采用75°刀, 清根時采用90°刀。當用90°刀加工時, 開始吃刀深度小, 當吃刀到端面時, 吃刀深度突然加大, 使切削力發生劇變, 會因機床振動、機床間隙消除不徹底, 刀具未壓緊, 造成打刀尖而挖刀。( 3) 工件材料硬度低, 切削參數選擇大, 刀具若選用90度刀, 由于單位時間的金屬切除率高, 任何意外都可能造成挖刀,所以要嚴格遵守粗、精車分開。不能為了提高生產率, 兩刀并成一刀走, 直接留磨量, 這樣最容易發生挖刀。圓弧根部預留方法。半精車預留圓弧太大, 造成修圓弧時耗功, 太小修不圓, 一般圓弧預留( 2~3) mm 為宜。
2.2.4 輥頸挖刀
輥頸加工刀具選擇的主偏角一般較大, 為( 75~90) °, 當刀具受到的徑向力小, 當工件硬度不均, 或工件旋轉時偏移量大, 刀具受力狀態發生周期性變化, 易發生逐漸挖刀。逐漸挖刀一般發生在某一階段, 逐漸挖刀的條件一般為: 工件旋轉偏移量大。工件轉速較高。吃刀深度較大。走刀量較大。工件硬度不均。工件硬度較低。機床系統發生振動。刀具主偏角大, 刃傾角為負或零,刀具中心低。刀具楔角小。
2.2.5 刀具磨損
未能及時更換刀具而造成瞬間打刀尖挖刀。
3 結論
( 1) 采用BN-S20牌號陶瓷刀具, 選擇合理的刀具角度可以縮短鍛鋼冷軋輥的機加工時間, 提高生產率。BN-S20牌號在超硬刀具牌號對比中，韌性最好，可以采用0.2*20度的倒棱下進行輕快切削，并可以修復鍛鋼冷軋輥的不規整表面。
( 2) 選擇合理的刀具角度和切削參數（以車代磨或以車代粗磨淬火鋼冷軋輥），正確的操作可以解決鍛鋼冷軋輥機加工時的挖刀問題。

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