硬质合金铰刀加工铜镍合金

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 前言

汽轮机凝汽器(热交换器)管板通常选用低碳钢或低合金钢材料制造，但对于一些要求具有耐腐蚀性和较高机械性能的管板，则需要铜镍合金材料BFe30-1-1。这种材料的化学成分和力学性能分别见表1和表2。 # A* H9 \6 e. `' Q- C$ [& X" C! p3 o q8 k( l2 a, e( D2 s, B$ K' I' y y. c- J9 M8 Z, T) f! ]5 T5 a: ]5 Q4 ?* c* U- | I8 ~- F2 a$ V+ M+ G! t! X4 F7 i. i$ h# X% W+ ?. j4 r8 C/ r& w* @/ r5 a7 N* A; D+ R: b& M& I `: `/ ~: S- e" {( {5 N9 V1 v4 N! Z& ]7 ?- q& g$ t- l: q$ ]2 S0 X( E% H; E! ^7 e/ i! I! u( K+ C; j7 k1 r ^2 ^ H* b# L9 v

表1 BFe30-1-1化学成分

适用产品	Ni+Co	Fe	Mn	Cu	Zu	Si	Pb	S	C	P	Sn	杂质总和
GB5234-85	29.0～32.0	0.5～1.0	0.5～1.0	0.5～1.2	基	<0.3	<0.15	<0.01	<0.05	<0.006	<0.03	<0.7

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表2 BFe30-1-1力学性能

品种	状态	db (MPa)	d10 (%)	供货材料硬度 (HB)
板材	M	>375	>23	60～70
	Y	>535	>3	100

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由于材料成分含镍较高，因此机械加工性很差。尤其对于半封闭状态下进行的铰孔加工工序，更为困难。如果用W18Cr4V铰刀加工，由于被加工材料韧性和粘性均较大，切削刃极易粘屑并产生积屑瘤，使刀具刃口迅速钝化，从而导致刀具校正刃与孔壁产生剧烈积压和摩擦，而且刀具主切削刃和侧刃会严重磨损。管板孔壁会拉出深沟槽，无法继续加工。为解决铜镍合金管板孔的加工难题，采用YG6X硬质合金铰刀。 & A& w% ?/ W" T" G% U: e

1 刀具材料的选择

高速切削含镍较高的BFe30-1-1材料，刀具切削部分材料应选取钨钴类(YG)合金，这样刀具就能得到较好的耐磨性、较高的切削效率和良好的导热性质。同时为避免刀具高速切削时的振动和对刀不准引起的崩刃，刀具切削部分材料以选YG6X为宜。 + H% j+ d7 u& {5 @7 Q

2 刀具结构及几何角度的设计

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硬质合金铰刀与高速钢铰刀铰削过程不同。高速钢铰刀主要利用刀具刀刃的锋利性使被加工孔表面获得较高的表面粗糙度，而硬质合金铰刀在切削过程中是连切带挤，并以刃的挤削为主。因此选择设计刀具几何角度时，就要重视这一点。

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1. 前角g的选择
   前角g 若较大，可以减小切削力，降低切削区的塑性变形、温度和减小摩擦力，同时也能抑制刀瘤的产生。对加工像BFe30-1-1 铜镍合金这种难加工材料来说前角应选择较大，因为它们的粘性和韧性较大。因此选用g=5°。
2. 后角和刃带的选择
   硬质合金铰刀的铰削主要靠挤压，因此刃带f的选择十分重要。如果f选择得较窄，则起不到挤压作用，使孔壁表面不光且有细沟出现；如果f选择得过宽又会使切削力增加，引起振动，甚至会使刀杆扭曲变形。当刃带f=0.2～0.25时，加工铜镍合金管板孔时，能获得较好的挤压效果。刀具后角的选择，以保证刀刃具有足够的强度为宜，一般为10°。
3. 刃倾角l的选择 3 D, d% h( J9 q1 Y) o1 Y
   为防止铰削过程中由于向上排屑将孔的表面划伤、拉沟而影响孔的表面质量，刀具宜采用大刃倾角，即l=15° ～20°。较大的刃倾角不但可使排屑向下，同时还可使刀具实际前角增大，这样也可取得切削轻快的效果。
   采用硬质合金铰刀对铜镍合金材料进行低速铰削，可以获得较好的加工效果，但生产效率低。如果采用中速铰削，则由于切削过程中经常产生刀瘤而影响孔的表面质量。故对铜镍合金材料的加工应采用高速铰削，其切削用量为： ; V+ y% R5 c# h/ s
   V=80m/min～100m/min； ( n* q. H2 U7 g" G7 C; I
   S=0.6mm/r～1.2mm/r。
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4. 工艺余量 4 h; \3 b' Z- \, B) N8 L7 R% n5 Z! `
   硬质合金铰刀由于工作时是以挤切为主，故留铰余量应大于高速钢铰削余量。对铜镍合金材料的铰削留铰余量t=0.1d(d为铰孔直径)。
5. 冷却润滑液
   刀具在高速铰削时，产生大量切削热，这些切削热如不能及时被带走，将影响孔的表面质量，并且降低刀具的使用寿命。高速铰削双层合金材料时，宜采用浓度较高的乳化液，并应充分冷却。如有可能最好采用极压添加剂的极压乳化液，因它能在孔壁和刀刃间形成一层薄膜，起到润滑作用，抑制刀痕的产生。

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4 使用效果

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对汽轮机凝汽器管板加工中，采用硬质合金铰刀高速铰削，切削效率比使用高速钢铰刀平均提高10～15倍，刀具寿命提高50%～200%，孔的加工精度稳定在二级，表面粗糙度达Ra3.2～Ra1.6。