重型车床刀具的选择

　　重型机械加工行业的特点是被加工件的尺寸很大，重量很重(有的可达上百吨)，因此重型加工用卧式车床的回转直径可达到6米，立式车床更可达到10余米。与普通切削加工相比，由于重型切削加工具有切削深度大、切削速度低、进给速度慢等特点，因此其加工工艺与普通的机械切削加工工艺有很大不同，这些工艺问题包括刀具的选择、刀具的安装、切削用量的选择以及工件的装夹等各个方面。本文对重型车床切削加工不同加工阶段的特点分别作如下论述。

　　刀具的选择

　　机械加工中常用的刀具材料主要有高速钢、硬质合金、立方氮化硼(CBN)、陶瓷等。由于重型切削的特点(切削深度大，余量不均，表面有硬化层)，刀具在粗加工阶段的磨损形式主要是磨粒磨损。由于切削温度高，尽管切削速度处于积屑瘤发生区，但高温可以使切屑与前刀面的接触部位处于液态，减小了摩擦力，抑制了积屑瘤的生成，所以刀具材料的选择应要求耐磨损、抗冲击，刀具涂层后硬度可达80HRC，具有高的抗氧化性能和抗粘结性能，因而有较高的耐磨性和抗月牙洼磨损能力。硬质合金涂层具有较低的摩擦系数，可降低切削时的切削力及切削温度，可以大大提高刀具耐用度(涂层硬质合金刀片的耐用度至少可提高1倍)等优点，但由于涂层刀片的锋利性、韧性、抗剥落和抗崩刃性能均不及未涂层刀片，故不适用高硬度材料和重载切削的粗加工。陶瓷类刀具硬度高，但抗弯强度低，冲击韧性差，不适用于余量不均的重型切削，CBN刀具同样也存在这个问题。综合以上分析，只有硬质合金刀具适合于重型切削的粗加工。硬质合金分为钨钴类(YG)、钨钴钛类(YT)和碳化钨类(YW)。加工钢料时，由于金属塑性变形大，摩擦剧烈，切削温度高，YG类硬质合金虽然强度和韧性较好，但高温硬度和高温韧性较差，因此在重型切削中很少应用。与之相比，YT类硬质合金刀具适于加工钢料，由于YT类合金具有较高的硬度和耐磨性，尤其是具有高的耐热性，抗粘结扩散能力和抗氧化能力也很好，在加工钢料时刀具磨损较小，刀具耐用度较高，因此YT类硬质合金是重型加工时较常用的刀具材料。然而在低速切削钢料时，由于切削过程不太平稳，YT类合金的韧性较差，容易产生崩刃，而且在加工一些高强度合金材料时，它的耐用度下降很快，无法满足使用要求。如电站用机械产品工作于高温、高压、高转速的环境中，对材料(如26Cr2Ni4MoV、Mn18Cr18)机械性能的要求非常高；而一些高硬度轧辊，表面硬度在淬火后可达Hs90，YT类刀具在加工此类产品时就无法胜任，在这种情况下应选用YW类刀具或细晶粒、超细晶粒合金刀具(如643等)。细晶粒合金的耐磨性好，更适用于加工冷硬铸铁类产品，效率较YW类刀具可提高一倍以上。

　　精加工阶段同样要求刀具耐磨损，但是精加工阶段的磨损形式是以粘蚀磨损为主，这时的切削速度虽然有了很大提高(可达到40m/r)，但由于工件材质等原因，仍然会产生积屑瘤，当积屑瘤增长到一定高度时会从刀具上剥离，将接触部位的刀具材料带走一部分，形成刀具的磨损。同时，剥离的积屑瘤会扎进工件表面，形成硬点，降低加工表面质量。因此，如果精加工时仍然采用普通硬质合金刀具，则刀具磨损非常快，换刀次数增多，不仅影响加工效率，也易在工件表面形成接刀痕迹，影响外观质量。解决这个问题的办法就是改变刀具材料。在实际加工中发现涂层刀具比较适合重型切削的精加工，刀具的涂层减小了切屑与刀面间的摩擦，减少了积屑瘤的发生，降低了刀具的磨损，延长了刀具的寿命。实际加工中，我们采用瓦尔特公司的涂层硬质合金刀片，在加工45Cr4NiMoV支撑辊时，刀具耐用度提高了一倍；但使用陶瓷刀具未达到预期效果，当切削速度达到100m/min时，刀片的磨损显著加快，这是因为陶瓷刀具与金属材料之间由于亲和作用加剧了刀具的磨损。高速钢刀具在精加工阶段得到了广泛的应用，由于高速钢刀具的锋锐性较好，经常用于精加工阶段的光整工序以去除微小余量，目前来看，其它刀具还无法完全取代高速钢刀具的作用。

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