常州精密钢管博客网

刀具刃磨裂纹

推荐阅读 →

德国是世界上机械制造强国,也是金属切削技术领先的国家之一。在德国机械加工企业流传着这样一句名言:企业的红利在刀尖上。中国也有一句名言:“千里之堤,溃于蚁穴”。刀具刃口微观缺陷(蚁穴),却影响着刀具的性能及寿命这个“千里之堤”。可见刀具刃口技术是个值得重视的大问题。

随着现代加工技术的高速发展,刀具滞后现象日益突出,特别是刃磨技术跟不上形势发展要求,磨退火极为普通,磨裂现象到处可,严重影响企业的发展与进步。

1、何谓磨退火?何谓磨削裂纹?

碳素工具钢工具淬火回火后硬度为60~65HRC,通用高速钢刀具淬火回火后硬度为64.5~66.5HRC,高性能高速钢为66~67.5HRC,在刃磨和以后的修磨过程中,由于高速旋转的砂轮和刃口亲密接触产生磨削热,如果此时的温度超过该钢的回火温度,就会致使刃口硬度下降,人们把这种硬度下降的现象叫磨退火

磨削裂纹是淬火态或残留奥氏体(rR)较多的工件经磨床磨削后所产生的裂纹。这种裂纹不是在磨削过程中而是在磨削结束之后产生的。裂纹的深度大约为0.1~0.2mm,初看觉得好象很懵。当用酸蚀时,裂纹显而易见。图1和图2是磨削裂纹的示意图。

刀具刃磨裂纹-1.jpg

笔者1968年大学毕业后在工具行业工作了近半个世纪,深知各工具厂对磨退火问题十分重视,但还是屡禁不止,几乎在每个工具厂都会发生,不过是数量和程度之分罢了。高速钢刀具磨退火的轻重程度可以从被磨面颜色判定,往往呈黄色、兰色、深灰色、黑色,颜色越深,表明刃口受热温度越高,退火程度越严重,硬度下降值越大。磨退火严重时工件表面会产生细而浅的磨削裂纹。磨退火和磨削裂纹是一双难兄难弟,遭遇都十分悲哀。

2、产生磨削裂纹的原因

工具钢淬火后的组织是M+rR,故处于膨胀状态。如果将其快速加热到100℃左右并迅速冷却时,将发生第一次收缩,继续加热到300℃左右发生第二次收缩。第一次收缩仅发生在表面,基体仍处于原膨胀状态,从而使表面层承受拉应力而产生微裂纹。这种裂纹称之为第一种磨削裂纹[2]。当磨削热升高使表面达到300℃时,因发生第二次收缩再次引起磨削裂纹。也就是说,磨削裂纹有两种,而且,磨削面与基体的膨胀收缩的差值,按图3所示,随着磨削面温度的下降而增大,因此,在磨削以后明显出现了肉眼可见的裂纹。

马氏体的膨胀与收缩随钢中含碳量的增加而增大,故碳素工具和渗碳淬火钢产生的磨削裂纹尤为严重。此外,淬火钢中的残留奥氏体,因磨削热催化转变成马氏体,这种新生的马氏体又集中于工件表面,从而加大了工件表面应力,由于持续对之磨削,对工件既是压力,又是拉力,助长磨削裂纹的产生。

3、磨削裂纹的特征

磨削裂纹不同于锻造及淬火裂纹,轻的磨削裂纹呈垂直于磨削方向的平行线,就是上述的第一种裂纹。较严重的磨削裂纹呈甲状,其深度0.03~0.15mm不等,属第二种裂纹。图4为磨削裂纹典型的例子,图5为高速钢麻花钻磨花钻磨削裂纹的图片。为清晰地显示磨削裂纹,可采用酸蚀或磁粉探伤。Cr12MoV钢制滚丝模磨削裂纹和二次淬火烧伤区见图6.

刀具刃磨裂纹-2.jpg

图3 说明磨削裂纹成因的示意图        图4磨削裂纹的两种形态

刀具刃磨裂纹-3.jpg

5  高速钢钻头磨削裂纹10%硝酸酒精浸蚀    1×


刀具刃磨裂纹-4.jpg

4、防止磨削裂纹的方法

为了防止磨削裂纹的产生,工厂从磨削工艺和热处理两方面解决。

1)磨削工艺方面

磨削裂纹是由于磨削热所致,所以降低磨削热是解决磨削裂纹的关键。大部分工厂都采用温磨,即加有冷却液,无论采取何法都不可能使冷却液同时到达磨削面,因此无法抹去磨削点产生的磨削热。冷却液只能使砂轮和工件在磨削点瞬间磨削走过后冷却工件和砂轮。同时因冷却液对被磨工件的磨削点起淬火作用,因而事实上会加剧磨削裂纹的产生。如果采用干磨削,如成型铣刀、滚刀等刃磨,磨削进给量较小粗磨时为0.02~0.04mm,精磨时为0.005~0.01mm,可以有效地减少磨削裂纹,但干磨对工人健康、环保不利,必须有相应的防范措施。

选择硬度较软、粒度较粗的砂轮来磨削,可以降低磨削热,但粗细应根据具体工件而定,既要不裂,更要工件表面光亮。

分粗、细磨削是一种很理智的选择,粗磨选用粒度较粗的砂轮磨,便于强力磨削,提高效率,然后再用粒度较细的砂轮精磨。

选用粒度较为锋利的砂轮,及时清除砂轮表面的切屑,减少切刀深度,增加走刀次数,减少工作台速度,一般取1~2m/min。另外,选对合适的冷却液也是减少磨削裂纹的一种方法。例如,某工具公司生产全磨钻头,以前用进口油却,很少磨裂,改用国内某油品厂的油,磨裂的几率大大增加。说明冷却液在磨削工艺中也是很重要的。

 

2)热处理方面

从以上分析我们知道,产生磨削裂纹的根本原因在于淬火后的马氏体处于一种膨胀状态,有应力存在,所以淬火后应及时进行回火。

第一种磨削裂纹是淬火件在快速加热至100℃左右,并迅速冷却时产生的,所以,为防止这第一种磨削裂纹,工件应在150~200℃回火,用碳素工具钢及低低合金工具钢制造的工模具,应密切关注。第二种磨削裂纹是工件在磨削过程中继续升温到300℃时,表面再次产生收缩而产生的。为防止此类裂纹出现,则工件应在300℃左右回火,回火保温时间3h以上,有些钢件在300℃左右有回火脆性,设法避免或改用其他材质代替。

有时经一次回火后仍会产生磨削裂纹,应第二次回火或人工时效,实践证明,这个方法很奏效。

有时刀具要求硬度不高,而零件外观表面要求很高时,可将回火温度提高到400℃左右,如用Cr12MoV钢制滚丝模,有的就是提高温度回火工件表面不会出现磨削裂纹。

φ8~16mm高速钢制全磨钻,如整体淬硬,磨削时在出沟处磨裂的几率很大,严重时磨裂50%以上,改进热处理工艺,盐浴淬火加热只浸到刃长的4/5,保证出沟处硬度≤61HRC,这样就不再发生磨削现象。

残留奥氏体是不稳定组织,有转变成马氏体的倾向,为减少和消灭(事实上不可能)之,热处理应采取相应的技术措施。淬火加热温度不宜过高、保温时间不宜过长,回火一定要充分,用碳工具钢、低合金工具钢及Cr12MoV等制作的刀具,在刃磨前可补充冷处理或深冷处理,对减少和杜绝磨削裂纹有积极效应。

刀具设计结构力求实用合理,防止磨削中局部出现热积聚导致磨削裂纹产生,适当加大过渡区圆角、和棱、沟、槽处圆弧。举一实例说明:

M2钢制φ120~140mm×40~70mm滚丝模(国家标准将滚丝模列为刀具类)原热处理工艺为860℃盐浴预热,1220~1225℃加热,580~620℃中性盐浴分级后240~260℃硝盐等温,淬火晶粒度10~10.5560~×1h×4次回火后硬度为64.5~65.5HRC。滚丝模在磨削过程中发现磨削裂纹。分析认为,滚丝模韧性高,强度和耐磨性一般,硬度和红硬性是次要指标。因而将原硬度要求62~65HRC改为60~62HRC。原工艺还存在rR多和回火不充分之嫌。所以对工艺进行改革:

a、将淬火加热温度降低20℃,加热时间延长50%

b500~550℃中性盐浴分级后250℃×2h硝盐等温后空冷,

c、第一次回火用590℃,后三次回火用550℃。

改进热处理工艺后的滚丝模硬度为61~62HRC,磨削裂纹消失,刀具寿命提高3~4倍。

另外硬度高低亦是影响磨裂的一个因素。人们从实践中体会到:高硬度比低硬度磨裂的可能性大得多,鉴于此,我们不能偏面的追求高硬度。HSS-E钢制刀具虽能达到67~70HRC的高硬度,但在现实当中行不通,不光是脆性大,而且容易磨裂。我们要给高性能高速钢制刀具的硬度以科学定位,除车刀等要高红硬性的简单刀具外,一般刀具将硬度定格在66~67.5HRC,比较切合实际。

除了上述一系列措施外,人的因素千万不可小视,要充分发挥人的主观能功作用,努力提高刃磨技能,我们就一定能把磨削裂纹降到最低限度,为企业节能增效。

参考文献

[1]  赵步青·关于刃磨退火问题[J]·五金科技·20055):22

[2]  大和久重雄[O]·热处理缺陷及对策150

[J]·费从荣译蔡慰望校·国外金  属热处理·19866)增剂:27~28 

作者简介:赵步青,男,194312月生,江苏阜宁县人,高级工程师,已发表论文及适用文章240多篇,出版热处理专著4,协编图书两部。研究方向:工模具热处理工艺。

图片加载中...

图片加载中...

精密钢管,无缝钢管,电机壳钢管,汽车用钢管,汽车管件生产厂家

  • 评论列表:

发表评论:

◎欢迎参与讨论,请在这里发表您的看法、交流您的观点。

«   2019年11月   »
123
45678910
11121314151617
18192021222324
252627282930
360站内搜索本站
★↓在此搜索查找钢铁材料知识↓★↘


★↓在此搜索钢材厂家及产品信息↓★↘


钢管钢材热门词
钢管钢铁知识问答
钢管产品推荐
钢材厂商推荐

常州精密钢管博客网主办单位: 常州仁成金属制品有限公司

百度移动端直接搜索:steeltuber 百度电脑端直接搜索:精密钢管博客网 都能找到本站.

友情链接:

Copyright: 常州精密钢管博客网(常州仁成金属制品有限公司官方博客) www.josen.net© Rights Reserved.★2006-2019★苏ICP备08003692号-1

文章下载--关于本站--APP--文章列表

精密钢管博客网分站导航
微信站  
  钢铁材料计算器       
      
      
      
      
      
      
      

本站会员尊享信息推送下载及留言特权,现在就加入我们吧!登录注册
登录
用户名
密码
注册
用户名
密码
确认密码
昵称
邮箱
获取邀请码
邀请码
找回密码
用户名
邮箱
※ 重置链接将发送到邮箱