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新型鋁高速鋼刀具在汽輪機加工中的應(yīng)用
2010-03-23  來源:機械專家網(wǎng)
一、新型高性能高速鋼——鋁高速鋼

    目前已經(jīng)開發(fā)出來的高性能高速鋼,它和普通高速鋼相比其共同的特點是硬度高(常溫硬度和高溫硬度)、熱硬性好,而且耐磨性也較普通高速鋼有較大的提高。國外高性能高速鋼主要有三類,一是高鈷高速鋼,二是高釩高速鋼,三是高碳高速鋼。這三類高性能高速鋼中,高鈷高速鋼由于其加工綜合性能良好,因而被廣泛采用,如在世界各國汽輪機轉(zhuǎn)子輪槽加工中,樅樹型粗、精加工全套銑刀,幾乎都采用M42(高鈷高速鋼價格昂貴,一般是普通高速鋼的6~8倍。而由我國獨立自主開發(fā)研制出來的高性能鋁高速鋼應(yīng)該說是一個“新秀”。鋁高速鋼的成份一般是在W6Mo5Cr4V2(M2)鎢鉬系高速鋼基礎(chǔ)上提高了含碳量、添加了1%左右的鋁。現(xiàn)國內(nèi)生產(chǎn)的鋁高速鋼牌號有多種,其中典型和常用的鋁高速鋼牌號為501鋼(又稱M2Al)。它具有以下特點:

    常溫硬度和高溫狀態(tài)下硬度都高于普通高速鋼,在常溫下,硬度一般為67~69HRC,最高可達69.7HRC;它在500℃時的高溫硬度在62HRC,在610℃時仍可保持在54~55HRC。它與W18Cr4V和M2普通高速鋼相比,常溫硬度高3~4HRC,高溫下硬度要高出6~7HRC,達到含鈷超硬高速鋼水平。

    抗彎性能好。它的抗彎強度為2900~3900MPa,與W18Cr4V相近,比M42高(M42抗彎強度為2700~3800MPa),所以雖然硬度高,卻沒有含鈷高速鋼那樣大的脆性。

    耐磨性能好。它的耐磨性能接近于瑞典的HSP-15,可與美國的M41和M42、日本的SKH3等高速鋼相媲美。501高速鋼由于含有鋁,能夠提高氮的吸收能力,能提高氰化層的深度和硬度。且經(jīng)過深冷處理后效果會更好。

    耐用度高。刀具在低速切削時的磨損主要是機械磨損,而501鋼由于有硬度高和碳化物硬質(zhì)點分布均勻與細化的優(yōu)點,因而機械磨損也就比較小。刀具在高速切削時的磨損主要是熱磨損,而501鋼由于有抗回火性的優(yōu)點,因而它的熱磨損也小,在一定范圍內(nèi)切削速度越高,這個優(yōu)點就更能體現(xiàn)出來。

    此外501鋼還有成分比較簡單,機械加工性能較好、比重輕、價格比高鈷高速鋼低(其價格僅為M42材料的1/5左右)等優(yōu)點。

    而它目前主要存在的問題是:

    在熱加工中熱敏感性強,容易氧化,脫碳傾向比較大。

    鍛造性能差。

    熱處理工藝要求比較嚴格(淬火加熱溫度范圍比較窄)。

    可磨削加工性能較差。

    二、.新型鋁高速鋼刀具在汽輪機加工中的試驗和應(yīng)用:

    501鋼刀具,在汽輪機制造中,我公司應(yīng)用已有十多年歷史,其應(yīng)用效果是顯著的。我們首次應(yīng)用是對汽輪機零件的難加工材料加工。上世紀80年代末期,我們在鉆削一種汽輪機冷凝器管板孔時(被加工材料為Bfe30-1-1,主要成份是銅和鎳,且鎳的含量高達29~32%),發(fā)現(xiàn)采用普通高速鋼麻花鉆無法進行正常切削,鉆削時不但切削效率極低,且刀具壽命也很短,鉆削時伴有刺耳的尖叫聲。后來我們對麻花鉆進行了表面涂層處理,但加工效果仍不佳(管板上有數(shù)千個孔,加工一個Ø15×60的孔需要近15min),為解決這一加工難題,我們又先后采用了二種新刀具材料,一種是鋼結(jié)合金,另一種則是501鋼,試驗應(yīng)用這兩種刀具材料并對刀具結(jié)構(gòu)做適當?shù)母倪M后,難題基本得以解決,切削效率和刀具壽命分別提高了5~8倍,基本滿足了生產(chǎn)要求。刀具結(jié)構(gòu)。從實際加工情況看,使用鋼結(jié)合金制造的麻花鉆其效果略勝于501高速鋼,但由于鋼結(jié)合金麻花鉆制造時冷熱加工都十分困難,工廠無法進行批量生產(chǎn),所以最后我們還是采用501鋼制造的麻花鉆解決了這一難題。以后我們又陸續(xù)采用了501鋼制造的刀具對汽輪機零件難加工的高溫合金、不銹鋼和高強度合金鋼材料進行了試驗和推廣應(yīng)用。
GH4169高溫合金材料的輪盤螺孔加工十分困難,其規(guī)格為M5,由于材料的韌性、粘性大,加工冷作硬化現(xiàn)象嚴重,再加上螺孔直徑小,絲錐強度差,因此加工時鉆頭

    汽輪機轉(zhuǎn)子材料為30Cr1Mo1V、34Cr2Ni4MoV等高強度合金鋼,對轉(zhuǎn)子樅樹型輪槽的銑削加工目前我們一般都選用M42高鈷高速鋼,但材料價格的昂貴也迫使我們探討、尋找能否有低價位的刀具材料可替代。為此,我們和貴州西南工具廠進行合作開發(fā)501鋼制造的樅樹型輪槽銑刀,經(jīng)過雙方一年多時間的摸索和改進,501鋼樅樹型輪槽螺旋刃粗銑刀終于成功的應(yīng)用在轉(zhuǎn)子輪槽的粗銑加工。它的使用情況是,在和M42輪槽銑刀相同的切削用量條件下切削平穩(wěn)、正常,且刀具壽命基本接近或達到了國內(nèi)同類M42輪槽銑刀的水平。但由于前段時間貴州西南工具廠的改制和該廠批量生產(chǎn)樅樹型半精、精銑刀的設(shè)備、工藝等條件不成熟,所以我們現(xiàn)在沒有再繼續(xù)向西南工具廠訂貨。但從我們成功試用501鋼制造的輪槽粗銑刀中也找到了開發(fā)501鋼刀具的新途徑。

    目前,我廠對501鋼銑刀的批量應(yīng)用主要是用于汽輪機各類不銹鋼材料的葉片加工,應(yīng)用的品種大多為各種規(guī)格的波刃型立銑刀,刀具年應(yīng)用量約為6000多把,貴州西南工具廠根據(jù)我廠使用實際情況(特別是根據(jù)馬氏體不銹鋼材料的性能特點)在刀具幾何角度和結(jié)構(gòu)上進行了改進,其典型結(jié)構(gòu)。

    501鋼波刃型立銑刀和原用普通高速鋼立銑刀加工不銹鋼相比,其典型刀具所使用的切削用量和刀具效率、壽命提高情況可見下表。

    表1加工葉片背弧試驗數(shù)據(jù)葉片材料1Cr12Mo

    Ø32長銑刀轉(zhuǎn)速n(r/min)走刀量f(mm/min)加工數(shù)量(件)

    普通高速鋼銑刀230224020

    501后波刃銑刀224038430

    表2加工葉片拉筋凸臺試驗數(shù)據(jù)葉片材料0Cr17Ni4Cu4Nb

    Ø40銑刀轉(zhuǎn)速n(r/min)走刀量f(mm/min)加工數(shù)量(件)

    普通高速鋼銑刀16091

    501后波刃銑刀160446

    從上表可以看出采用501鋼立銑刀后刀具切削效率可提高0.5~3.0倍,壽命可提高0.5~3.0倍左右,501鋼立銑刀的應(yīng)用受到了操作工人的歡迎和好評,為此今后我們要在不斷總結(jié)、改進應(yīng)用的基礎(chǔ)上加大501鋼刀具的推廣應(yīng)用面。

    4.有待進一步探討的幾個問題

    501鋼制造的刀具在我廠的應(yīng)用雖然取得了較大的成效,并站穩(wěn)了腳跟,但應(yīng)用中還有不少工作需要進一步完善。主要的有下列幾方面的工作。

    采用501鋼制造的刀具對各種材料(特別是難加工材料)的加工尚未找出合理和最佳的切削用量。
GH4169高溫合金材料的輪盤螺孔加工十分困難,其規(guī)格為M5,由于材料的韌性、粘性大,加工冷作硬化現(xiàn)象嚴重,再加上螺孔直徑小,絲錐強度差,因此加工時鉆頭

    汽輪機轉(zhuǎn)子材料為30Cr1Mo1V、34Cr2Ni4MoV等高強度合金鋼,對轉(zhuǎn)子樅樹型輪槽的銑削加工目前我們一般都選用M42高鈷高速鋼,但材料價格的昂貴也迫使我們探討、尋找能否有低價位的刀具材料可替代。為此,我們和貴州西南工具廠進行合作開發(fā)501鋼制造的樅樹型輪槽銑刀,經(jīng)過雙方一年多時間的摸索和改進,501鋼樅樹型輪槽螺旋刃粗銑刀終于成功的應(yīng)用在轉(zhuǎn)子輪槽的粗銑加工。它的使用情況是,在和M42輪槽銑刀相同的切削用量條件下切削平穩(wěn)、正常,且刀具壽命基本接近或達到了國內(nèi)同類M42輪槽銑刀的水平。但由于前段時間貴州西南工具廠的改制和該廠批量生產(chǎn)樅樹型半精、精銑刀的設(shè)備、工藝等條件不成熟,所以我們現(xiàn)在沒有再繼續(xù)向西南工具廠訂貨。但從我們成功試用501鋼制造的輪槽粗銑刀中也找到了開發(fā)501鋼刀具的新途徑。

    目前,我廠對501鋼銑刀的批量應(yīng)用主要是用于汽輪機各類不銹鋼材料的葉片加工,應(yīng)用的品種大多為各種規(guī)格的波刃型立銑刀,刀具年應(yīng)用量約為6000多把,貴州西南工具廠根據(jù)我廠使用實際情況(特別是根據(jù)馬氏體不銹鋼材料的性能特點)在刀具幾何角度和結(jié)構(gòu)上進行了改進,其典型結(jié)構(gòu)。

    501鋼波刃型立銑刀和原用普通高速鋼立銑刀加工不銹鋼相比,其典型刀具所使用的切削用量和刀具效率、壽命提高情況可見下表。

    表1加工葉片背弧試驗數(shù)據(jù)葉片材料1Cr12Mo

    Ø32長銑刀轉(zhuǎn)速n(r/min)走刀量f(mm/min)加工數(shù)量(件)

    普通高速鋼銑刀230224020

    501后波刃銑刀224038430

    表2加工葉片拉筋凸臺試驗數(shù)據(jù)葉片材料0Cr17Ni4Cu4Nb

    Ø40銑刀轉(zhuǎn)速n(r/min)走刀量f(mm/min)加工數(shù)量(件)

    普通高速鋼銑刀16091

    501后波刃銑刀160446

    從上表可以看出采用501鋼立銑刀后刀具切削效率可提高0.5~3.0倍,壽命可提高0.5~3.0倍左右,501鋼立銑刀的應(yīng)用受到了操作工人的歡迎和好評,為此今后我們要在不斷總結(jié)、改進應(yīng)用的基礎(chǔ)上加大501鋼刀具的推廣應(yīng)用面。

    4.有待進一步探討的幾個問題

    501鋼制造的刀具在我廠的應(yīng)用雖然取得了較大的成效,并站穩(wěn)了腳跟,但應(yīng)用中還有不少工作需要進一步完善。主要的有下列幾方面的工作。

    采用501鋼制造的刀具對各種材料(特別是難加工材料)的加工尚未找出合理和最佳的切削用量。

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