CrWMn材料提高表面质量的方法

CrWMn材料提高表面质量的方法
机自072 任光华200780724223
【摘要】CrWMn是应用较为广泛的冷作模具钢，被誉为“不变形钢”，但形成网状碳化物比较敏感。

CrWMn钢具有高淬透性。

由于钨形成碳化物，这种钢在淬火和低温回火后具有比铬钢和9SiCr 钢更多的过剩碳化物和更高的硬度及耐磨性。

此外，钨还有助于保存细小晶粒，从而使钢获得较好的韧性。

所以由CrWMn钢制成的刀具，崩刃现象较少，并能较好地保存刀刃形状和尺寸。

但是，钢对形成碳化物网比较敏感，这种网的存在，就使工具刃部有剥落的危险，从而使工具的使用寿命缩短，因此，有碳化物网的钢，必须根据其严重程度进行锻压和正火。

这种钢用来制造在工作时切削刃口不剧烈变热的工具和淬火时要求不变形的量具和刃具，例如制作刀、长丝锥、长铰刀、专用铣刀、板牙和其他类型的专用刀具，以及切削软的非金属材料的刀具。

【关键词】硬度耐磨性韧性
The CrWMn material improves the surface quality method machine from 072 Ren Guanghua 200780724223
[abstract]CrWMn applies the more widespread cold working molding tool steel, is honored as “the nondeforming”, but forms the netted carbide to be quite sensitive. The CrWMn steel has the high
hardenability. Because the tungsten forms the carbide, this kind of steel after quenching and the low tempering has compared to the chrome steel and 9SiCr steel more surplus carbides and a higher degree of hardness and the resistance to wear. In addition, the tungsten is also helpful to the preserved tiny crystal grain, thus causes the steel to obtain the good toughness. Therefore becomes by the CrWMn steeliness the cutting tool, the breaking phenomenon are few, and can preserve the knife edge shape and the size well. But, the steel to forms the carbide net to be quite sensitive, this kind of net's existence, enables the tool edge to have the flaking danger, thus causes tool's service life to
[key] toughness wearability toughness
刀具设计
精硬车削是否能够正常进行，合理设计刀具是关键。

刀具材料
刀具要满足要求，首先要正确选择刀具材料。

众所周知，一般情况下刀具材料与工件材料的硬度差越大，刀具的切削性能越好。

因此精硬车削时，超硬刀具材料是首选。

但考虑到金刚石刀具材料强度低、脆性大，且在一定温度时与铁族元素亲和力大，不宜加工黑色金属，因此精硬车削钢材时，使用CrWMn 是较合适的选择。

刀具几何参数
加工淬硬钢时，刀具刃口切削力大，又加上CrWMn的强度低，因此选择合适的刃口几何参数，保护刀尖及刃口免受崩刃损坏，是必须认真考虑的问题。

刀具设计时，根据具体加工情况，使用较小的主、副偏角K r和K'r；法后角αn=7°；刃倾角λs=-6°；法前角γn=-6°。

且选用合适的倒棱(倒棱宽0.1mm，倒棱法前角-1 5°左右)和刀尖圆弧半径(rε＝0.03mm，研磨抛光)，在加工中取得很好效果。

如图1，刀的前角和后角对加工表面的影响
图1-1前角对粗糙度的影响图1-2后角对粗糙度的影响
刀具涂层
现在的涂层技术，使我们能够涂覆需要性能的各种涂层。

在这样超硬刀具材料上，涂覆减摩、隔热涂层，显然是有用的。

实验表明，在精硬车削时，即使涂覆TiN涂层也能使刀具耐用度显著增加，加工后的工件表面粗糙度减小，残余应力降低。

现在的多涂层技术，纳米涂层技术，应当在精硬车削刀具设计中发挥作用，在这方面的研究需要广泛深入进行。

正确地设计刀具后，在使用中更加严格控制刀具后面磨损极限V B，就能加工出符合要求的表面质量来。

加工后工件表面的残留面积
几何因素所产生的表面粗糙度主要决定于残留面积高度（见图2中的H）。

图2 车削时的残留面积高度
切削加工后表面的实际粗糙度最大值往往高于残留面积高度，这主要是因为在切削加工过程中还存在各种物理因素的影响。

这些物理因素主要是积屑瘤、鳞刺、金属材料的塑性变形，以及工艺系统的振动等。

除去表面粗糙度外，对工件使用性能和寿命影响很大的另一个因素，则是工件表面残余应力。

因此精车后工件表面的残余应力的性质和分布，应当引起重视。

实验表明，加工后工件的表面残余应力是切削速度V C、进给量f以及刀具后面磨损V B的函数。

使用X-射线衍射仪和化学抛光，可得到车削后工件表
残余应力分布如图3所示。

图3 切削条件对残余应力的影响
众所周知，加工后工件表面的残余应力主要受3个因素影响所形成，即机械加工、热力效应和金相变化。

在硬车削加工中，刀刃前端的压力非常大，这样才能使工件材料塑性化到一定程度，进而形成切屑。

这样大的机械应力作用到工件表面，则会诱发残余压应力。

热应力主要是由于刀具磨损刃带和工件之间的摩擦引起的。

在相同摩擦系数下，大的正应力必然引起大的摩擦力，在刀具与工件间的相对运动下，消耗大量摩擦能，进而转变为热。

工件表面不均匀的热胀冷缩变化，同样诱发了残余应力。

切削温度越高，残余应力越大。

用CrWMn车刀车削(V C=184m/min；a p=2mm；f=0.1mm/r) 工件( 硬度为62HRC)时测量切削温度，后刀面处可高达800～100 0℃。

在这样的高温影响下，不仅诱发大的热应力，也会使工件表面产生金相变化，产生新的残余应力。

我们知道，这一温度超过γ-α转变温度，并且也会使工件表面发生马氏体-奥氏体转变，转变时的体积变化，引起新的残余应力。

马氏体转变引起
残余拉应力，它将和工件因机械效应引起的压应力叠加一起，
使工件表面的应力极为复杂。

结论
a.在现有的工艺条件下，用精切削代替磨削加工，得到的工件表面质量完全可以满足生产需要。

b.精硬车削加工能否顺利进行，刀具设计是关键。

应该使用CrWMn 制造刀具，同时合理的设计刀具几何参数，可以满足加工中的要求。

c.应当研究适合精硬加工刀具的合适涂层和涂覆方法，减小残留面积和残余应力，我们相信随着新型刀具材料的使用，以及涂层在这种刀具上的应用，精硬车削代替磨削一定会取得更好的效果。

CrWMn材料提高表面质量的方法
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