陶瓷刀具加工高硬度材料的实践

一、引言

    190系列柴油机的气阀工作环境恶劣，其母体材料分别为：进气阀，4Cr9Si2；排气阀，4Cr14Ni14W2Mo。这两种材料经热处理后本身硬度就比较高，达到了48～52HRC。为提高气阀密封线的耐高温、耐腐蚀、耐磨损、抗冲击的能力，分别采用进气阀堆焊钴基合金，排气阀堆焊铬基合金（如图1所示）。此类合金强度及硬度都较高，机械加工性极差。采用YG3硬质合金刀具加工铬基合金时，刀具损坏严重；而对钴基合金则根本无法加工。

图1 气阀加工示意图（局部）

为了解决这一问题，采用陶瓷刀具进行加工试验。陶瓷刀具以硬度高而著称，具有良好的耐磨及耐高温等综合性能，特别适合加工高强度、高硬度材料，对高速切削，高精度加工有其独到之处，并且具有优良的化学稳定性和抗粘结性。刀具制造工艺简单、刃磨方便、价格低廉、耐用度高。美中不足的是其抗冲击载荷能力较差，常产生脆性破损（即崩刃）。但若选择合理的切削用量，设计恰当的刀具几何参数，改善刀具的受力状态，就能获得比较满意的加工效果。

二、陶瓷刀具的应用试验

1. 刀具选择

针对被加工材料硬度高（约50HRC），切削温度高（约1000℃左右）的特点，决定选用LT55陶瓷刀片进行切削试验。刀片成分：Al2O3+TiC+Mo+Ni；技术指标：硬度93.7～94.8HRA，抗弯强度1.0～1.2GPa，冲击韧性≥20kJ/m2；刀具选用可转位型，其型号为：CSS-NR2020R09 GB5343.2-93。

刀具几何参数：前角g₀=-6°，后角a₀=6°，主偏角k_r=45°，刃倾角l_s=-6°。

2. 切削试验

为获得理想的加工效果，采用不同的切削参数，对铬基合金与钴基合金进行切削试验，寻找合理的切削用量。

铬基合金、钴基合金的切削试验

铬基合金的切削试验（见表1），钴基合金的切削试验（见表2）

表1 试验参数与量值
切削速度V
m/min 进给量f
mm/r 切削深度ap
mm 每刀尖平均
加工件数 241 0.12 0.8 52 193 0.12 0.8 58 153 0.12 0.8 76 153 0.12 1.2 64 153 0.14 1.2 60表2 试验参数与量值
切削速度V
m/min 进给量f
mm/r 切削深度ap
mm 每刀尖平均
加工件数 241 0.10 0.8 6 193 0.10 0.8 7 153 0.10 0.8 13 153 0.10 1.2 8 153 0.12 1.2 5

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