鎳基合金噴焊層的切削

1引言

我公司為邯鋼制造的1680mm精軋機引進的是德國西馬克的制造技術，其輸入輥道輥子是高速運轉的零件，輥子表面采用當今世界上最先進的鎳基合金粉末熱噴涂技術，噴層為1.5mm，經高溫重溶后冷卻成形，硬度值達到HRC55～60。輥子總長2382mm，輥身直徑f260mm，長1900mm，粗糙度Ra1.6µm，圓柱度0.1，其尺寸公差和形位公差要求通過切削加工給予保證。

2切削工藝分析

由于缺少加工鎳基合金噴焊層的經驗，最初選擇加工淬硬鋼的辦法，用復合氮化硅陶瓷刀具，粗車、半精車留余量0.3mm，在外圓磨床上選用剛玉砂輪磨削達圖紙要求。但由于噴焊層材料中含有較高的Ni、Cr、B、Si等合金元素，重熔后的組織細密，在600～800℃高溫條件下仍有很高的硬度和強度，且脆性大、塑性差，剛玉砂輪對其切削特別困難，一個臺班磨削量直徑僅0.02mm，且需修磨砂輪十余次，第一件輥子磨削達圖紙要求消耗工時40h，效率低，成本高。

據此看來，傳統的加工方法對噴焊層的加工不適用。經分析，決定采用復合氮化硅刀具粗加工和半精加工，用立方氮化硼(CBN)刀具精加工，取消砂輪磨削的方式進行切削試驗。

復合氮化硅刀具具有低密度、高強度、高硬度的物理特性，室溫硬度值達HRA92，有很好的切削能力和耐磨性，可以加工硬度達HRC65的各類淬硬鋼和硬化鑄鐵。其抗彎強度為700～900MPa，抗熱震性能好，斷裂韌性值優于其它系列的陶瓷刀具，可以斷續加工高強度的零件毛坯。立方氮化硼(CBN)刀具具有極高的硬度、極好的耐磨性和較好的抗熱震性能，是加工淬火鋼、冷硬鑄鐵、高溫合金的理想刀具材料。

3切削試驗

切削試驗參數

粗加工和半精加工選用復合氮化硅刀具，粗車切削速度V=30m/min，半精車V=60m/min，選用機床為車床。

精加工選用立方氮化硼刀具，V=90m/min，選用機床為數控車床。

試驗效果分析

復合氮化硅刀具在GV=60m/min時刀具磨損嚴重，無法完成半精車工作，切削速度僅能達到30～40m/min，但其抗沖擊韌性比較好，可以對不規整的毛坯進行粗加工。立方氮化硼刀具在V=90m/min時，刀具輕微磨損，可以繼續切削，但刀具磨損后，由于輥身長1900mm，切削時間長，輥身后半段表面粗糙度值增加，滿足不了圖紙的要求。

確定切削參數

通過以上試驗結果分析，確定粗車不規整的毛坯時選用復合氮化硅刀具，切削速度V=35m/min，半精車和精車均選用立方氮化硼刀具，半精車V=60m/min，精車V=80m/min。經過多次的使用，證明機床、刀具、切削用量的選擇都是比較合理的，用立方氮化硼刀具以車代磨加工噴焊輥子可以得到理想的尺寸精度，形狀精度，粗糙度穩定在Ra1.6～0.8µm以內，完全滿足設計圖紙要求。

4立方氮化硼刀具的使用要點

由于立方氮化硼刀具具有脆性大，塑性差，對沖擊的振動載荷比較敏感，所以在使用中應注意以下幾個方面的問題。

選擇剛性好的工藝系統

由機床——工件——刀具——頂尖組成的工藝系統如果剛性差，振動大，將大幅度降低切削性能和加工效率，刀具耐用度明顯下降。所以使用立方氮化硼刀具的機床應具有良好的剛性，足夠的功率和較高的轉速。一般首選中型或重型機床。

防止工件對刀具的沖擊

由于噴焊輥子是用合金粉末熱噴涂后高溫重熔形成，難免會出現少量掛瘤，這在切削時將對刀具形成沖擊，造成崩刀。所以對這類不規則的毛坯，切削時要重新調整切削用量，減少價格昂貴的立方氮化硼刀具的損耗。

合理選擇切削用量

由于噴焊輥子輥身長1900mm，外徑f260mm，一次切削時間長達190m/min。如果中途換刀停車，接刀困難，易出現臺階，所以正確選擇切削用量是保證噴焊輥切削加工一次走刀成形的關鍵。若切削用量選用過大，則刀具磨損加劇，不能一次走刀完成輥身精車7若切削用量選擇過小，則切削時間長，刀具磨損時間長，易引起工藝系統產生振動，無法切削，并將大大降低生產效率。所以用立方氮化硼刀具精加工輥身時，應選擇較小的進給量和盡可能高的切削速度以及合適的切削深度，這將有利于保證加工質量和提高生產效率。

5結論

用立方氮化硼刀具加工噴焊層可以獲得滿意的尺寸精度和形狀精度，只要在使用中根據工藝系統的剛性，工件的工藝特點，合理地選擇刀具的切削參數，充分地發揮立方氮化硼刀具的優越性，就能獲得理想的效果。