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[热处理] 高速钢薄形刀具热处理工艺

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    发表于 2017-5-27 07:21:08 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
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    由于高速钢的淬透性好,高速钢薄形刀具在淬火时很容易发生变形。同时,高速钢刀具淬火后硬度高、脆性大,变形不好校正,如果校正操作掌握不好,刀具很有可能在校正时发生断裂(特别是当刀具变形大的时候),从而导致刀具报废。因此,高速钢薄形刀具热处理难度较大。本文着重介绍高速钢薄形刀具的热处理工艺,以及如何保证该类刀具的热处理质量。

    高速钢薄形刀具简介
    (1)刀片外形
    刀片的简图如图1所示,刀片厚度一般为0.8~2.5mm,外圆为φ112~φ180mm,外圆上为均布的齿,内圆周围有6个均布的定位孔。
    图1 刀片示意
    (2)刀片材料选用
    根据刀片的用途,该刀片材料需要具有较高的耐磨性能。我们选用了高速钢材料W6Mo5Cr4V2。W6Mo5Cr4V2为钨钼系通用高速钢的代表性钢号,具有碳化物细小均匀、韧性高、热塑性好等优点。

    W6Mo5Cr4V2高速钢韧性、耐磨性、热塑性均优于W18Cr4V,而硬度、红硬性、高温硬度与W18Cr4V相当。由于该刀片很薄,一般只有0.8~2.5mm,为方便加工,降低生产成本,选用合适厚度的W6Mo5Cr4V2高速钢板料作为刀片的材料。

    近年来,为了提高刀片的性能(包括提高刀片的耐磨性能,降低刀片的脆性,防止刀片崩齿),先后试用了相当于W6Mo5Cr4V2的进口高速钢材料,如YMX1、EM2、M35等。

    (3)热处理要求
    为了降低脆性,防止刀片崩齿,该刀片硬度定为61~64HRC(一般W6Mo5Cr4V2高速钢刀具硬度要求为63~66HRC)。由于W6Mo5Cr4V2高速钢具有较高的耐磨性,加工余量不能留太多,否则将增加刀片的加工难度,增加刀片的磨削时间,大大降低刀片的生产效率,增加刀片的生产成本。

    所以该刀片热处理前一般厚度双面留0.3~0.4mm的余量,为保证刀片热处理后平面能够加工起来,这就需要提高热处理的变形要求。该刀片热处理的平面变形要求为≤0.15mm。

    热处理难点分析
    该刀片的厚度很薄,成品尺寸为0.8~2.5mm,而且外圆尺寸较大,为φ112~φ180mm。同时,由于W6Mo5Cr4V2的淬透性非常好,淬火时刀片很容易出现较大的变形。因此,减小刀片的淬火变形,以及刀片热处理后的校正是该刀片的热处理难点。

    刀片的热处理
    (1)设计专用夹具
    根据该刀片的外形和尺寸,设计了专用的二级工具(挂具)。这样刀片就可以垂直挂在挂具上,有利于减小加热时产生的变形。同时,挂具横梁上用一些小钢棒将刀片隔开,避免刀片粘在一起,使刀片加热和冷却均匀,减小组织应力和热应力,从而减小刀片的热处理变形。
    图2 刀片专用挂具
    (2)刀片的热处理工艺
    首先将该刀片挂在挂具上,进中温盐炉进行预热2~3min,加热温度为800~850℃;然后进高温盐炉加热,进高温盐炉前应进行断电,防止刀片碰到电极而被烧坏。为了减小刀片的变形,适当地降低加热温度,加热温度定为1210℃(W6Mo5Cr4V2高速钢普通刀具的淬火加热温度一般为1230℃),因为该刀片的厚度很薄,加热时间定为90s。

    由于该刀片的厚度很薄,大部分刀片厚度不超过3mm,刀片出炉后将刀片挂起,在静止的空气中冷却,这样简化了生产操作,减小了淬火变形,同时能够保证刀片热处理后的性能,包括硬度、耐磨性、红硬性。等刀片冷却到了室温,先将刀片在热水中清洗(水温需高于60℃),煮去盐渣,将刀片吊出热水槽。

    对于一般的刀具,等沥干水,刀具基本上冷却到室温,下一步就可以进炉回火了。但该刀片是薄形件,刀片面积大,如果变形较大,回火后很难进行校正,将费时费力,还会大大增加生产成本,而且很有可能会校裂,刀片的质量也没有办法保证。随着该刀片需求量的增大,这样校正,根本满足不了生产的需要。

    为此,专门设计出了该刀片用的回火夹具。等刀片的温度接近室温时即可将刀片装夹在回火夹具上,进炉回火。值得注意的是:第一次装夹不要夹得太紧,需要在回火加热到温后,再一次夹紧,但也不要完全夹紧,要在后面的回火过程中多次上夹。这样才能避免由于上夹力度过大,导致刀片出现裂纹(高速钢淬火后的硬度高、韧性差,脆性大)。

    (3)刀片回火夹具的设计
    回火夹具由螺杆、螺母和两块压板四个部分组成。该刀片回火时就装夹在两块压板之间,用专用扳手就可以夹紧或松开回火夹具。
    图3 刀片回火夹具
    设计此类回火夹具时,应注意两个问题。一是压板的外圆大小要根据刀具的大小来确定,压板的外圆应比刀片大10~30mm,不能比刀片还小。否则,容易碰伤刀片,导致刀片崩齿。太大则不方便搬运。二是螺杆与刀片内孔的间隙要合适。间隙小了,刀片不容易装夹,间隙太大,刀片装夹不整齐,校正效果变差。一般螺杆与刀片内孔的间隙以1~2mm为宜。螺杆与压板的间隙以0.5~1mm为宜。

    应用效果
    (1)通过使用专用挂具垂直装挂刀片,避免了刀片相互粘结在一起,保证了刀片均匀加热和冷却,大大减小了该刀片的变形。另外,采用垂直装挂的方式也有利于减小刀片的变形。

    (2)通过适当降低刀片的加热温度,能够较明显地减小刀片的变形。

    (3)刀片高温加热后采用悬挂空冷的方法淬火,简化了热处理操作,降低了工人的劳动强度,同时也能够减小刀片的变形,能够获得分级淬火一样的热处理性能。一般厚度小于3mm的刀片采用悬挂空冷的方法淬火,厚度大于3mm的刀具还是采用分级淬火为宜。

    (4)该高速钢刀片采用专用的回火夹具进行校正,可以大大提高校正的效率,同时可以很好地保证回火后刀片的热处理质量,而且刀片不容易出现裂纹。刀片回火后只要松开夹具即可,操作简单、方便,而且经过回火夹具校正的刀片的变形很小,可以保证该刀片回火后的变形≤0.15,效果很好。(作者:株洲南方航空工业秒速时时彩潘明)

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