吳德寶

（石橫特鋼集團(tuán)有限公司，山東 肥城271612）

PCBN刀具在高硬度軋輥車削中的合理應(yīng)用

吳德寶

（石橫特鋼集團(tuán)有限公司，山東 肥城271612）

針對高硬度軋輥加工困難的現(xiàn)狀，闡述了刀具、工藝、機(jī)床等因素對軋輥加工的影響，提出了如何合理應(yīng)用PCBN刀具、選用機(jī)床。

高硬度軋輥；刀具；工藝；機(jī)床

1 前言

2008年起在鋼鐵企業(yè)逐步得到應(yīng)用，其日產(chǎn)量相比傳統(tǒng)軋輥提高1倍左右（如Φ12螺紋四切分由1800 t/d提高到3600 t/d左右）。這種高硬度軋輥只有硬度值在83～88 HSD時，才能發(fā)揮其過鋼量高、磨損量低的優(yōu)點(diǎn)。但是，也帶來了一系列加工難題，制約著在軋鋼企業(yè)的推廣應(yīng)用。以PCBN刀具在棒線高速鋼、高硼鋼軋輥加工中的合理應(yīng)用為例，從刀具選擇、工藝路線及機(jī)床剛性等方面對軋輥加工的影響加以闡述。

高硬度軋輥（指高速鋼、高硼鋼、碳化鎢軋輥等）的過鋼量為傳統(tǒng)軋輥的3～5倍，具有較好的熱穩(wěn)定性、紅硬性，在常規(guī)的軋制溫度下具有較高的硬度和良好的耐磨性。隨著棒線切分軋制技術(shù)的發(fā)展，自

2 PCBN刀具的應(yīng)用原則

目前，超硬刀具包括人造金剛石（PCD）、立方氮化硼（CBN）、陶瓷刀片（Si3N4基、Al2O3-TiC 基）等，其加工適用范圍不同，見表1。由此可見，PCBN刀具在高硬度軋輥車削加工中應(yīng)用最為廣泛[1]。

PCBN（Polycrystalline Cubic Boron Nitride）即聚晶立方氮化硼，作為利用人工方法合成的新型刀具材料，硬度僅次于天然金剛石，是目前高速切削鐵系金屬最合適的刀具材料。它先合成高密度立方氮化硼，然后再以其為原料加入一定的粘結(jié)劑經(jīng)高溫高壓燒結(jié)成聚晶立方氮化硼，通過激光切削、磨削等工序制作成各種規(guī)格的刀具。

表1 高硬度軋輥加工適用刀具性能

2.1 合理選用，及時更換

高硬度軋輥輥身硬度一般在85 HSD左右，具有較高的硬度和良好的耐磨性。車削高硬度軋輥時，金屬屑處于剪切狀態(tài)，滑移過程不明確；同時，金屬屑與刀具劇烈磨擦，產(chǎn)生大量切削熱，發(fā)出橘紅色火焰，鐵屑與空氣接觸后迅速氧化變?yōu)殪n藍(lán)色。

在選用刀具時，首先根據(jù)軋輥材質(zhì)硬度及使用現(xiàn)狀，選用不同牌號的PCBN刀片；其次，刀片必須帶有負(fù)倒棱或倒角，同時對刃口采用鈍化技術(shù)處理，保證刀片具有較高的耐用度，減少崩刃現(xiàn)象的發(fā)生。同時，在刀具磨鈍后，應(yīng)及時更換刀片加工面或刀片，避免刀具磨鈍后在工件表面形成“擠壓”加工，造成刀頭碎裂、孔型表面劃傷的嚴(yán)重后果。最后，配備合適的刀桿，具有足夠剛性、合理的刀片裝夾方式等[2]。

2.2 機(jī)床具有足夠的剛性

加工軋輥時，應(yīng)選用剛性較好的專用軋輥機(jī)床，如 C8450（63）、CK8450（63）等機(jī)床，并配備四爪重型卡盤及內(nèi)置回轉(zhuǎn)套筒式尾座。若尾座套筒為非回轉(zhuǎn)式，使用普通回轉(zhuǎn)頂尖裝夾時，因承重量低，導(dǎo)致頂尖軸承損壞，軸徑跳動量超差；采用普通固定頂尖時，因磨擦熱量大，易燒損。推薦采用鑲嵌硬質(zhì)合金頂尖，利用輸液器制作滴油潤滑裝置，用于冷卻頂尖與軋輥錐孔支撐錐面。同時，在空間允許的情況下，盡量采用中心支架。如卡爪較短時，可采用扁頭套筒裝夾，同時四周要安裝緊定螺釘，減小扁頭與套筒間隙；裝夾大軋輥時，則采用專用圓弧卡爪支撐塊，保證卡爪與軋輥為面接觸，降低振動。車床刀桿應(yīng)具有足夠強(qiáng)度，并直接壓緊在刀架上，伸出長度盡量短，必要時要加裝支撐桿（圖1），以提高其剛性[3]。

圖1 成型車刀支撐桿

3 工藝路線及加工參數(shù)的選擇

3.1 新輥的車削加工

車削輥身時可采用較高的切削用量（推薦值切削速度 V=25～35m/min、走刀量 f=0.36～0.7m/r、切削深度ap=1～1.5mm），精車時應(yīng)選用高速、低進(jìn)給量，以保證表面粗糙度要求。推薦選用牌號為FBN6000的PCBN方刀片（如SNUN12T612）車削輥身，并配備機(jī)夾式刀桿（CSXNR3535R12-25），其主偏角為25°，易于斷屑及散熱性好。

車削之前，先將輥身兩端倒工藝角（推薦≥5×45°），避免了車削至另一端時輥身產(chǎn)生崩邊現(xiàn)象。

在普通軋輥車床C8450上精車輥身時最好反向走刀，這樣能消除尾座頂尖帶來的間隙。車削孔型時，可選用PCBN機(jī)夾孔型刀（牌號FBN6000）。為提高加工效率，在機(jī)床剛性允許的情況下，粗車時盡量采用自動進(jìn)刀（V=8～12m/min、f=0.2～0.4mm/r）。一般粗、精車Φ 12 K1螺紋鋼孔型單槽用時約8min左右，使用普通硬質(zhì)合金刀具約60min。

因PCBN孔型刀刃磨困難，推薦采用雙刀頭機(jī)夾式孔型刀片，兩端均可使用，有效降低加工成本。在刀片磨鈍后，可采用自制夾具及磨刀樣板自行磨削，作為粗車刀使用。

在數(shù)控軋輥車床車削軋輥時，推薦采用輥身與孔型分開車削方式進(jìn)行：一是編程工藝簡單；二是單獨(dú)加工，易于保證整體加工精度。

在數(shù)控軋輥車床CK8450（63）上車削時，一般根據(jù)試車情況編寫刀具補(bǔ)償程序來保證輥身的圓柱度要求。車削孔型時，在保證不干涉的情況下盡量采用大直徑機(jī)夾刀片,對刀桿部位要充分冷卻，避免刀桿熱變形產(chǎn)生間隙，導(dǎo)致刀片松動，損壞刀片。為提高加工效率，在粗加工時盡量快速去除加工余量（通常用抗沖擊性較好的FBN7000刀片，切削推薦值V=18～35m/min、f=0.5～0.7mm/r、ap=1.5～2mm），預(yù)留0.4～0.6mm的精車余量；在精加工時，一般使用高硬度的FBN9000刀片，確保將孔型一次精車至尺寸。為減少加工換刀時重復(fù)定位誤差影響，上下輥孔型可對應(yīng)采取分組法加工，即1次只加工同時使用的1組孔型，然后立即更換刀片，降低了因刀具磨損帶來的尺寸偏差。

由加工經(jīng)驗(yàn)可知，當(dāng)切削深度增加1倍時，主切削力也增加1倍；進(jìn)給量增加1倍時，主切削力增加0.75～0.9倍。因此，為了提高加工效率，粗加工時在機(jī)床剛性允許的范圍內(nèi)采用較大的進(jìn)給量。

3.2 修復(fù)輥的車削加工

車削修復(fù)輥時，在進(jìn)給量過大時，孔型槽口處會產(chǎn)生崩邊現(xiàn)象，可用45°機(jī)夾刀或尖刀對孔型槽口處兩邊先倒角（見圖2），再整體車削輥身；最好采用專用15°主偏角刀桿（配方刀片）車削，可有效降低崩槽現(xiàn)象。

圖2 槽口倒角

因高硬度軋輥存在加工硬化現(xiàn)象，特別是螺紋K1成品孔型存在月牙肋，屬于斷續(xù)切削，加工更加困難。因此，通常在C8450（63）上采用帶有15°負(fù)倒棱PCBN刀片粗車（車削用量推薦值V=4～7.5m/min、f=0.1～0.2mm/r）孔型，一般先采用比加工孔型小一規(guī)格孔型刀粗加工，徹底去除月牙肋后再進(jìn)行精加工（見圖3）。例如，加工Φ14螺紋鋼孔型時，先用Φ12螺紋鋼孔型刀粗加工，然后采用Φ14螺紋鋼孔型刀精加工至尺寸。

圖3 雙刀頭機(jī)夾式孔型刀片

在數(shù)控軋輥車床CK8450（63）上車削修復(fù)輥孔型時，可采用粗、精車程序單獨(dú)加工。在粗加工時，應(yīng)選用較低的切削速度及較大的進(jìn)給量，一般推薦切削用量為：V=8～15m/min、f=0.3～0.5mm/r、ap=0.5～1.5mm；在精加工時，選用較高的切削速度及最大的進(jìn)給量，切削深度應(yīng)較小。

為提高加工效率，降低刀片消耗，螺紋K1成品輥?zhàn)詈孟仍贑8450（63）上粗加工孔型，去除月牙肋及硬點(diǎn)，然后在數(shù)控軋輥車床上精加工孔型。這種工藝路線比直接在數(shù)控軋輥車床上粗精車可節(jié)約30%以上加工時間。

4 機(jī)床的優(yōu)化選配

普通軋輥車床C8450（63）只能用于加工硬度≤82 HSD以下的軋輥。在加工多線切分軋輥時其加工精度差，效率低下，嚴(yán)重影響了棒材的負(fù)差率（如螺紋Φ12四切分僅為4.5%），減少了企業(yè)收益。據(jù)統(tǒng)計(jì)，螺紋Φ12四切分，在采用數(shù)控軋輥車床加工后，其負(fù)差率達(dá)到6%左右，可為棒線帶來約525萬元的額外收入。而一臺數(shù)控軋輥車床CK8450（63）約65萬元，其產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)大于投入（100萬t棒線需數(shù)控車床2臺）。在軋輥硬度提高到85 HSD后，其日產(chǎn)量也能提高10%左右。

建議鋼鐵企業(yè)應(yīng)盡量采用數(shù)控軋輥車床，以擴(kuò)大高硬度軋輥的使用量，進(jìn)而產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，在鋼鐵企業(yè)數(shù)控軋輥車床與普通軋輥車床的數(shù)量配置為1∶3時，能發(fā)揮人員、設(shè)備的最大利益化。

5 結(jié)語

綜上所述，PCBN刀具在加工高硬度軋輥時對機(jī)床、刀具及操作人員的技能水平均有較高的要求。在不改變現(xiàn)有機(jī)床裝備和人員的情況下，選擇合適的刀具、工藝路線及足夠的加工時間，是保證高硬度軋輥正常加工的有效途徑。

[1] 吳天培.金屬切削原理與刀具[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

[2] 苗利河.棒材用高速鋼軋輥的孔型加工工藝[J].軋鋼，2008（2）：70-72.

[3] 吳德寶.高速鋼軋輥孔型的加工[J].軋鋼，2010（3）：52-55.

TG333.17

B

1004-4620（2017）04-0070-02

2017-05-27

吳德寶，男，1977年生，2007年畢業(yè)于山東大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)?，F(xiàn)為石橫特鋼集團(tuán)機(jī)制公司工程師，從事軋輥加工及機(jī)制工藝技術(shù)工作。