CN205949880U - 一种淬硬深冷完全马氏体合金钢硬切削的刀具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种淬硬深冷完全马氏体合金钢硬切削的刀具，属于金属机械切削加工领域，其解决了现有淬硬深冷马氏体合金钢切削困难、效率低、成本高的问题。本实用新型包括刀杆、刀座和刀片，所述的刀片的材料为整体CBN，可分离设置于所述的刀座的一角；前角为负前角，前角γ₀＝‑6～‑7度，后角α₀＝6度，主偏角κr＝75度或者45度；所述的刀片的刀尖倒棱为a＝0.2mm×20°；所述的刀片通过压板固定在所述的刀座上。本实用新型能实现对超强、超硬完全马氏体组织的剥离，提高生产效率，突破了对辊轴类零件的马氏体淬硬层切削禁区，实现了强力切削，达到了高精度、高效率的有益效果。

Description

一种淬硬深冷完全马氏体合金钢硬切削的刀具

技术领域

本实用新型属于金属机械切削加工领域，具体地说，涉及一种淬硬深冷完全马氏体合金钢硬切削的刀具。

背景技术

合金钢冷轧工作辊经热处理淬火后硬度一般在HRC61～63度，由于直径小，一般在Φ140～Φ165mm，长径比一般≥7，因为工件细长，热处理淬火存在变形，工艺上一般都要为精磨前留单边2～2.5mm余量，由于弯曲变形往往会造成外圆余量不均匀，一边多，一边少，会形成余量断续切削。本身合金钢材料抗拉强度又比较高，这样给车床高硬度切削带来更多困难。由于合金钢冷轧工作辊在淬硬过程中存在非百分之百的马氏体组织形成，还存在部分残余奥氏体组织，这是热处理领域内无法避免的技术难点，这样会造成冷轧工作辊在使用中产生局部剥落现象。目前先进的工艺是采用国外先进的深冷技术，将淬硬后的合金钢冷轧工作辊再放在零下负196度的液态氮极冷箱内，再深冷4个小时，通过深冷工艺，将合金钢冷轧工作辊的金属基体组织内的部分残余奥氏体组织，完全转换成马氏体组织。同时根据金属材料深冷物理现象，经过在零下负196度的液态氮深冷，金属材料的机械性能会有大幅度提高，深冷后析出超细碳化物，提高了抗冲击韧性。改善了工件内应力分布，提高了抗疲劳强度，提高了工件的耐磨性，同时提升了工件的硬度及抗拉强度，使用寿命能有成倍提高。这些理论成果已经被国内外学者达成共识。面对通过深冷技术处理的合金钢冷轧工作辊，它获得了更加高的抗拉强度，更加全面的高硬度。反而给切削完全马氏体淬硬层，带来了更加高的难度。如何解决超硬、超强金属完全马氏体剥离，如何解决断续切削，成为金属切削行业中的难题。

中国专利申请号201520030112.1，公开日2015年7月29日的专利文件，公开了一种硬车切削的CBN刀片，包括刀头和刀体，所述刀头通过真空焊接的方式焊接在所述刀体上，所述刀头的刀尖处设有一圆弧。切削刀刃口处设有二个倾角。所述刀体材质为ISO标准硬质合金刀片，该实用新型CBN刀片硬车切削的刀刃口设计，对硬车切削加工可采用大切削深度、高的工件转速，其加工余量切除率高。切削加工时一次装夹可完成多种表面加工(如外圆、内孔、端面等)，因此，其辅助时间短，加工表面之间位置精度高和生产效率高。刀刃口处设有二倾角对强断续、不规则形状车削加工减少对刀刃崩口起到一定的作用。上述介绍的是属于焊接式PCBN刀，仅适合中等硬度的加工。但对于上述经深冷处理后的完全马氏体淬硬层，需要强力硬切削，该技术方案无法胜任，无法实现高效率切削。

事实上，目前国内超硬刀具行业中无论硬质合金刀、陶瓷刀、涂层刀、PCD刀、PCBN刀、焊接复合CBN刀、都面临不能强力、高速车削不均匀断续余量淬硬钢的问题。只能低切削速度在50m～80m/min、低切削深度在0.3～0.5mm左右，低进给量在0.1mm/r左右进行切削，加工效率都比较低；而进口刀具价格昂贵，加工效率仍然没有提高多少，同时生产成本太高。故淬硬深冷完全马氏体合金钢的切削一直是行业中的难题。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有淬硬深冷马氏体合金钢切削困难、效率低、成本高的问题，本实用新型提供一种淬硬深冷完全马氏体合金钢硬切削的刀具，能实现对超强、超硬完全马氏体组织的剥离，提高生产效率，突破了对辊轴类零件的马氏体淬硬层切削禁区，实现了强力切削，达到了高精度、高效率的有益效果。

2、技术方案

为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。

一种淬硬深冷完全马氏体合金钢硬切削的刀具，包括刀杆、刀座和刀片，所述的刀片的材料为整体CBN，可分离设置于所述的刀座的一角；刀片前角为负前角，前角γ₀＝-6～-7度，后角α₀＝6度，主偏角κr＝75度或者45度。

优选地，所述的刀片为四方体结构，包括八个可以切削的刀刃。

优选地，所述的刀片的刀刃尖倒棱为a＝0.2mm×20°。

优选地，所述的刀片通过压板固定在所述的刀座上。

优选地，所述的刀座上设置有压板，刀座螺栓；所述的刀座螺栓穿过所述的压板与所述的刀座固定连接。

优选地，所述的刀片与刀座之间设置有合金钢刀垫。

优选地，所述的合金钢刀垫用沉头螺丝固定在刀座上。

优选地，所述的刀杆和刀座为整体合金钢锻造结构，并且热处理调质，刀座部分采用数控加工中心制造，确保加工尺寸精度与整体四方型CBN刀片间隙配合，控制强力硬切削时刀片不会移位。

优选地，所述的刀杆的截面面积为40mm×40mm，刀杆选用合金钢，并经过热处理调质，具有比较强的刚性。

3、有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型刀片采用整体CBN刀片，对CBN材料，制品要求纳米级微粉，提高了抗冲击韧性和耐磨性；由于CBN材料脆性比较大，强度低，刀具的前角采用负6～7度，既考虑刀片强度，又考虑刀片切削锋利，提高加工面的粗糙度；切削时从进给抵抗力上考虑，当工件长径比≥8时，采用主偏角75度刀杆，当工件长径比＜8时，采用主偏角45度刀杆；当毛坯切削深度≥2mm时，采用主偏角75度刀杆，当毛坯切削深度＜2mm时采用主偏角45度刀杆；

(2)本实用新型针对切削马氏体淬硬层，这种硬碰硬切削选择刀刃倒棱宽度值0.2mm为宜，这样进给量选择0.25—0.3mm，生产效率最高；本实用新型倒棱在0.2mm×20度，刀尖锋利，一次性深切入，切削很平稳；

(3)本实用新型能适应直接-10度冷空气冷却，在加工过程中冷却延长了刀具寿命，实现了强力切削，由于是清洁的干式切削，非常环保；

(4)本实用新型刀片通过压板及压板螺栓固定，四方体结构，一共有八个刀刃可以切削，方便拆装更换刀刃；

(5)本实用新型在刀片与刀座之间设置合金钢刀垫，通过厚度方向尺寸磨削，方便刀片切削时对机床中心高度的调节，由于CBN刀切削淬硬钢时是硬碰硬切削，本身刀具设计后角比较小，刀片制造商从低切削深度考虑，同时从刀片强度上考虑，往往刀具的中心高高于车床主轴中心0.5～1mm，这样刀片不容易碎裂，但是一旦采用高速、强力切削，已车外圆与刀具后角会发生摩擦，同时对刀片前面刀刃产生剪切力，导致刀片刀刃块状剥落，无法实现高速、强力切削，由于刀具是负前角，随着刀尖磨损，刀具的中心高也在增高，因此我们在刀具制造时、使用时，严格控制刀具的中心高，在中心高尺寸上控制-0.10mm，并设计中心高检查工具，检查每一次更换刀片后的刀刃中心高；

(6)本实用新型的刀杆截面面积为40mm×40mm，选用合金钢，并经过热处理调质，与对应专用配置车床配备的300mm×300mm刀架相适应，提高了刀杆抗振性能，有利于采用整体CBN刀具使用，有效克服了CBN刀具怕振动的缺点；

(11)本实用新型通过对加工刀具材料及结构的优化选择提高了淬硬深冷完全马氏体合金钢工作辊的切削生产效率，效率提高了6～8倍，彻底解决了同行业中不能进行高速、硬车、合金钢冷轧工作辊马氏体淬硬层的问题，实现了强力切削，实现了高精度、高效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构图；

图2为本实用新型中刀尖倒棱结构图；

图3为本实用新型的安装至专用机床上中心高检测工具；

图4为用中心高检测工具检测刀具的示意图。

图中：1、刀杆；

2、刀座；

3、刀片；

4、压板；

5、压板螺栓；

6、合金钢刀垫。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进一步进行描述。

实施例1

如图1所示，一种淬硬深冷完全马氏体合金钢硬切削的刀具，包括刀杆1、刀座2、刀片3和压板4，刀杆1和刀座2选用合金钢，为整体锻造结构，并且经过热处理调质，刀杆1的截面面积为40mm×40mm；刀片3的材料为整体CBN，四方体结构，包括八个可以切削的刀刃，可分离设置于刀座2的一角；刀片3与刀座2之间设置有合金钢刀垫6；刀片3通过压板4固定在刀座2上，压板4上设置有压板螺栓5；压板螺栓5穿过压板4与刀座2固定连接；本实施例中刀座2采用数控加工中心制造，确保加工尺寸精度与整体四方体结构的CBN刀片间隙配合，控制强力硬切削时刀片不会移位；

如图1所示，刀具中前角为负前角，前角γ0＝-6～-7度，后角α0＝6度，主偏角κr＝75度或者45度；如图2所示，刀片3的刀尖倒棱为a＝0.2mm×20°。

本实施例中的刀具为了解决现有淬硬深冷马氏体合金钢切削困难、效率低、成本高的问题，实现对超强、超硬完全马氏体组织的剥离，提高生产效率，突破了对辊轴类零件的马氏体淬硬层切削禁区，达到了高精度、高效率的有益效果，需要与专用机床配合使用，这种机床按要求配置了高精度数控专用车床，采用四导轨、宽导轨，其中回转直径630车床四导轨宽度1100mm，回转直径500车床三导轨宽度850mm，极大地提高了机床刚性和稳定性；设计配置了回转尾座，采用内置回转顶尖，尾座套筒直径分别是220mm；回转轴直径160mm，提高了尾座刚性及保证加工零件高精度；

伺服主轴电机功率提高至22～30KW，大大提高了输出扭矩，可以实现硬碰硬挤压切削必须的旋转扭矩；

主轴箱无齿轮结构，主电机和机床床身分离，大大降低了噪音及振动，只有降低振动，才能有利于采用CBN刀具使用，克服了CBN刀具怕振动的缺点；

电动刀架宽度设计配置300mm×300mm，安装在超宽中拖板上，刚性非常好；刀杆截面40mm×40mm，提高了刀杆抗振性能，有利于采用CBN刀具使用，有效克服了CBN刀具怕振动的缺点；

选用内置回转尾座，采用大直径回转顶尖，回转轴直径φ160mm，超强的刚性在受到横向挤压切削中，有效克服了让刀现象；同时由于内置回转尾座体积比较大，尾座底座长度、体积均是标准车床底座的一倍以上，稳定性非常好，切削过程中能够完全抵抗横向挤压力量；有效克服了旋转切削中让刀现象，和圆周偏心旋转打刀现象，可以满足整体CBN刀具使用；

刀具的中心高：由于CBN刀切削马氏体淬硬层、淬硬钢时是硬碰硬切削，本身刀具设计后角比较小，刀片制造商从低切削深度加工，从刀片度强度上考虑，往往刀具的中心高高于车床主轴中心0.5～1mm，这样一旦采用高速、强力切削，已车外圆会与刀具后角发生摩擦，同时对刀片前面产生剪切力，导致刀片刀刃块状剥落，无法实现高速、强力切削；由于刀具是负前角，随着刀尖磨损，刀具的中心高也在增高，因此我们在刀具刀杆制造时，严格控制刀具刀杆的中心高，在中心高尺寸上控制-0.10mm，并设计如图3所示的中心高检查工具，如图4所示检查每一次更换刀片后的中心高，这一点非常重要，已经作为工艺纪律要求来强制执行。

Claims (9)

1.一种淬硬深冷完全马氏体合金钢硬切削的刀具，包括刀杆(1)、刀座(2)和刀片(3)，其特征在于：所述的刀片(3)的材料为整体CBN，可分离设置于所述的刀座(2)的一角；前角为负前角，前角γ₀＝-6～-7度，后角α₀＝6度，主偏角κr＝75度或者45度。

2.根据权利要求1所述的一种淬硬深冷完全马氏体合金钢硬切削的刀具，其特征在于：所述的刀片(3)为四方体结构，包括有八个可以切削的刀刃。

3.根据权利要求2所述的一种淬硬深冷完全马氏体合金钢硬切削的刀具，其特征在于：所述的刀片(3)的刀尖倒棱为a＝0.2mm×20°。

4.根据权利要求3所述的一种淬硬深冷完全马氏体合金钢硬切削的刀具，其特征在于：所述的刀片(3)通过压板(4)固定在所述的刀座(2)上。

5.根据权利要求4所述的一种淬硬深冷完全马氏体合金钢硬切削的刀具，其特征在于：所述的压板(4)上设置有压板螺栓(5)；所述的压板螺栓(5)穿过所述的压板(4)与所述的刀座(2)固定连接。

6.根据权利要求3所述的一种淬硬深冷完全马氏体合金钢硬切削的刀具，其特征在于：所述的刀片(3)与刀座(2)之间设置有合金钢刀垫(6)。

7.根据权利要求6所述的一种淬硬深冷完全马氏体合金钢硬切削的刀具，其特征在于：所述的合金钢刀垫(6)用沉头螺丝固定在刀座(2)上。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的一种淬硬深冷完全马氏体合金钢硬切削的刀具，其特征在于：所述的刀杆(1)和刀座(2)为整体合金钢锻造结构。

9.根据权利要求8所述的一种淬硬深冷完全马氏体合金钢硬切削的刀具，其特征在于：所述的刀杆(1)的截面面积为40mm×40mm。