DOI蝣货出赫硬质合金刀具铣削30CrN3MoV高强度钢的切削性能研究刘志兵，王西彬（北京理工大学机械与车辆工程学院，北京100081）刘志兵的铣刀盘和铣刀片的几何参数，通过刀具磨损与耐用度对比试验优选出了*佳的硬质合金刀具牌号，并给出了铣削过程中硬质合金铣刀片的典型磨破损形态。研究结果表明：添加钽、铌的硬质合金是解决30CNi3MoV高强度钢铣削工艺理想的刀具材料，在92mfc-186mfoil的铣削速度范围内，刀具耐用度可达10mi-49mi（由于材料切削温度高和机械冲击严重，铣刀片的磨破损形态主要表现为后刀面上狭长的热磨损带，倒棱上长方形的磨损坑，前刀面上扇形剥落和刀尖处三角形崩碎破损等。
30CN3MoV高强度钢是我国新研制并投入使用的高强度钢新品种，主要作为结构材料用于某重大兵器型号的关键零部件。通过改进化学成分、采用先进的冶炼工艺和热处理工艺，30CNiMoV高强度钢具备了良好的机械力学性能，但也导致了材料切削加工性的恶化其总体加工性等级为8级，是一种高强度高硬度类的兵器难加工材料。系统研宄30CN3MoV高强度钢的切削（主要是铣基金项目：国防科技预研项目（41318. 1.2.2）资助：刘志兵（1977-），男（汉）河北，博士研宄生削）加工特性，是解决材料切削工艺问题的前提，对于保障我国重大型号兵器零部件的大批量生产具有十分重要的现实意义。因此，本文深入研宄了材料的铣削特性，通过合理选择国产硬质合金刀具材料，优化铣刀切削参数，大幅度提高了材料铣削效率和刀具耐用度。
1铣削试验条件及优化11材料铣削特性分析30CN3MoV高强度钢的主要机械性能为：硬度HRC40~42抗拉强度为1280MPa从化学成分和机械性大里存在提高了钢的硬度和强度，降低了钢的导热系数，容使钢产生加工硬化现象；调质处理后材料的强度、硬度高，断续铣削时机械和热冲击严重；切削力和切削温度高；材料塑性加工变形大，摩擦剧烈，容易产生积屑瘤，不易断屑。因此，材料的铣削特性急剧恶化，具体表现为刀具磨破损失效严重，铣削加工效率低，切削加工质量不易保证等11. 2刀具材料的选择选择切削性能优异的刀具材料是解决3OCiNi3Vl V高强度钢铣削工艺*有效的措施。针对材料的铣削加工特性，初步选择钨钛钴系列的硬质合金（YT14）和添加钽。银（TaCN1>C）的硬质合金（YS3CXYT798）进行刀具磨损与耐图试验刀具的磨损曲线用度试验，其共同特点是除具备较高的耐热性、硬度和耐磨性以外，抗机械冲击和热裂纹的性能也得到了加强L表1是初选的3种硬质合金的主要性能参数。
表1试验用硬质合金刀具材料的性能参数刀具合理选择刀具几何参数是改善材料切削加工条件的另一要点。针对材料板面铣削工艺中所使用的机夹式可转位端铣刀，为提高刀具耐用度，减小切削变形，提高加工表面质量，经综合考虑，选择了正前角'大后角'正刃倾角和大主偏角的铣刀盘。针对材料韧性大、切屑与前刀面接触长的特点，适当加大了倒棱宽度和倒棱前角，以使前刀面上的月牙挂磨损处于倒棱宽度的中部。表2和表3是试验所用铣刀盘和硬质合金铣刀片的几何参数。
表2试验用铣刀盘的几何参数入表3试验用硬质合金铣刀片的几何参数入丨其它试验条件为：X52K立式升降台铣床，单齿端面对称铣削，工件宽度为60rmu 1碟切削深度= 20lmm进给量Q1画1 tooth不使用切削液的试验S条件下，进丁刀具耐用度对魂4比试验时，所获得的后刀面2磨损量与切削时间，的关：系曲线。需要说明的是，以上磨损曲线是在刀具仅发生试验刀具的系曲线正常磨损而不发生破损失效的情况下获得的。取磨钝标准为Q 2mm得出3种刀具的耐用度和Fv经验公式如表4是在双对数坐标下绘制的Fv关系曲线。
表4试验刀具的耐用度和Fv经验公式试验切削速度（m刀具2试验结果分析2刀具磨损与耐用度对比试验顺1、和表4进行分析可知：21弓八30CN3MoV高强度钢的铣削性能很差，尤其是切削速度较高时，刀具的耐用度很低，如186m/min时，刀具耐用度T=4min此时刀具磨损剧烈，并容易引发切削刃破损失效。
添加钽、铌（TaCNbC）的硬质合金YS30和YT798对30CNi3MoV高强度钢的铣削性能有了大幅度的提高，尤其是YT798的刀具耐用度达10min~49min是YT14的1.7倍~25倍。
表4中的Tv经验公，指数依次为0试验刀具的Tv关系曲线中，YT798的Tv曲线位于*上方，而且曲线斜率的绝对值*小。
由此可见，3种试验刀具中，YT798的综合切削性能*好，从而通过刀具磨损与耐用度对比试验优选出了适合于30CN3MoV高强度钢铣削加工的硬质合金刀具牌号。
3刀具磨破损形态及分析刀具磨损严重、耐用度低是制约30CN3MoV高强度钢铣削效率的重要原因。前述刀具磨损与耐用度对比试验中，刀具正常切削阶段的磨损以热磨损为主。（a）是刀具YT798后刀面磨损区的磨损形貌，具体表现为狭长的不均匀的磨损带，磨损带外侧是由于刀具和工件、切屑之间化学元素扩散而造成的黑区。（b）是刀具YT798在V3=147m/min5min时前刀面的磨损形态，可见前刀面上形成了长方形的月牙洼磨损坑，磨损坑的方向与负倒棱平行，且均匀的分布在倒棱的中部，基本符合刀具的设计要求。如此严重的坑状月牙洼磨损对于普通钢而言，只有在较高切削速度或经历较长切削路程才会出现，因此刀具磨损试验过程中，在记录后刀面磨损量VB的同时，对前刀面的磨损也不能忽视。
铣削刀具破损失效严重是30CNi3MoV高强度钢铣削工艺的重要特征。（a）是刀具YT798前刀面上大块的扇形剥落，剥落层的深度约在0（b）是刀具YT798刀尖处的三角形崩碎破损，此种情况下切削部分完全塌陷，并且在前刀面上形成了一个深约2mm的台阶，此时的切削时间t约为1min刀具尚处于初级磨损阶段。由于硬质合金刀具还存在脆性大、冲击韧性不足等固有缺陷，在铣削的断续冲击载荷下刀具经常发生与此类似的脆性破损而提前丧失切削功能，并且不能再重磨使用。因此从刀具破损形态可看出由材料强度硬度高而引发的机械冲击严重是导致30CiNi3MoV高强度钢铣削加工特性恶化的重要原因。
4结论30CN3MoV高强度钢的铣削加工性能较差，要解决其铣削工艺问题，添加钽、铌（TaC、NbC）的硬质合金是比较理想的刀具材料。
为改善材料的铣削工艺条件，应选择正前角、大后角、正刃倾角和大主偏角的铣刀盘；此外，铣刀片的刀尖圆弧半径、倒棱宽度和倒棱前角也应适当加大。
刀具磨损与耐用度对比试验的结果表明：YT798对30CN3MoV高强度钢的切削性能较好，刀具耐用度可达10min~49minTv经验公指数为0 42基本能够满足生产需要。
由于材料切削温度高和机械冲击严重，导致铣削刀具磨破损失效现象严重，其典型的磨破损形态为：后刀面上狭长的热磨损带，倒棱上长方形的磨损坑，前刀面上扇形剥落和刀尖处三角形崩碎破损等。
来源：中国刀具网
