摘要：鋁高速鋼501鋼立銑刀的應(yīng)用受到了操作工人的歡迎和好評(píng)，為此今后我們要在不斷總結(jié)、改進(jìn)應(yīng)用的基礎(chǔ)上加大501鋼刀具的推廣應(yīng)用面。
1.引言在世界機(jī)械制造業(yè)加工中，為提高生產(chǎn)效率、降低加工成本，刀具新材料的研發(fā)和選用是一個(gè)十分重要的措施。 硬質(zhì)合金刀具由于具有高硬度、高耐磨性和高熱硬性等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用面愈來(lái)愈大。但即使有這種趨勢(shì)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，對(duì)于以前作為主要加工手段的高速鋼刀具，專(zhuān)家們一致認(rèn)為它還不能被*替代。其原因是因?yàn)楦咚黉摰毒咚哂械母邚?qiáng)度、高韌性和刀刃的鋒利性等優(yōu)點(diǎn)是硬質(zhì)合金刀具材料無(wú)法替代的，特別是一些具有復(fù)雜形狀的刀具如拉刀、成型銑刀、滾刀等精加工刀具以及一些不適合采用硬質(zhì)合金刀具的機(jī)床，如搖臂鉆床、刨床、插床和剛性不好、精度不高的機(jī)床，都還需要應(yīng)用高速鋼刀具。而使用普通高速鋼刀具也的確存在著切削效率低、刀具壽命短、加工成本高、滿(mǎn)足不了日益發(fā)展的生產(chǎn)要求等缺點(diǎn)。如何解決這一矛盾，國(guó)內(nèi)外從事工具研發(fā)、制造部門(mén)的技術(shù)人員和工人，經(jīng)過(guò)幾十年的努力和創(chuàng)新，終于找到解決這一矛盾的應(yīng)對(duì)措施。這些措施中人們較為*的看法主要是下列三個(gè)方面，即開(kāi)發(fā)并廣泛使用高性能高速鋼刀具（超硬高速鋼）、粉末冶金高速鋼刀具和對(duì)高速鋼刀具進(jìn)行涂層和表面處理。因?yàn)橥ㄟ^(guò)上述三方面的措施，在我們的工作中實(shí)踐所取得的成效已證明了這一事實(shí)。這一措施縮短了和應(yīng)用硬質(zhì)合金刀具的差距，并使大家對(duì)高速鋼刀具今后的持續(xù)發(fā)展增加了信心，充滿(mǎn)了希望。2.新型高性能高速鋼——鋁高速鋼我國(guó)目前主要應(yīng)用的普通高速鋼有鎢系（以w18cr4v代表）和鎢鉬系（以w6mo5cr4v2代表）二類(lèi)，它們雖有通用性大、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，但總的來(lái)說(shuō)，它們的加工性能無(wú)法滿(mǎn)足日益發(fā)展的生產(chǎn)要求。而高性能高速鋼的出現(xiàn)、研發(fā)成功現(xiàn)已使推廣應(yīng)用面愈來(lái)愈大，并使切削水平上了一個(gè)新臺(tái)階。 目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)的高性能高速鋼，它和普通高速鋼相比其共同的特點(diǎn)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(guó)外高性能高速鋼主要有三類(lèi)，一是高鈷高速鋼，二是高釩高速鋼，三是高碳高速鋼。這三類(lèi)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(guó)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪槽加工中，樅樹(shù)型粗、精加工全套銑刀，幾乎都采用m42（高鈷高速鋼）材料。但高鈷高速鋼刀具價(jià)格昂貴，一般是普通高速鋼的6～8倍。而由我國(guó)獨(dú)立自主開(kāi)發(fā)研制出來(lái)的高性能鋁高速鋼應(yīng)該說(shuō)是一個(gè)“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?，F(xiàn)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的鋁高速鋼牌號(hào)有多種，其中典型和常用的鋁高速鋼牌號(hào)為501鋼（又稱(chēng)m2al）。它具有以下特點(diǎn)： 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，zui高可達(dá)69.7hrc；它在500℃時(shí)的高溫硬度在62hrc，在610℃時(shí)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(dá)到含鈷超硬高速鋼水平。 抗彎性能好。它的抗彎強(qiáng)度為2900～3900mpa，與w18cr4v相近，比m42高（m42抗彎強(qiáng)度為2700～3800mpa），所以雖然硬度高，卻沒(méi)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(guó)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(guò)深冷處理后效果會(huì)更好。 耐用度高。刀具在低速切削時(shí)的磨損主要是機(jī)械磨損，而501鋼由于有硬度高和碳化物硬質(zhì)點(diǎn)分布均勻與細(xì)化的優(yōu)點(diǎn)，因而機(jī)械磨損也就比較小。刀具在高速切削時(shí)的磨損主要是熱磨損，而501鋼由于有抗回火性的優(yōu)點(diǎn)，因而它的熱磨損也小，在一定范圍內(nèi)切削速度越高，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)就更能體現(xiàn)出來(lái)。此外501鋼還有成分比較簡(jiǎn)單，機(jī)械加工性能較好、比重輕、價(jià)格比高鈷高速鋼低（其價(jià)格僅為m42材料的1/5左右）等優(yōu)點(diǎn)。 而它目前主要存在的問(wèn)題是： 在熱加工中熱敏感性強(qiáng)，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(yán)格（淬火加熱溫度范圍比較窄）。 可磨削加工性能較差。3.在汽輪機(jī)加工中的試驗(yàn)和應(yīng)用501鋼刀具，在汽輪機(jī)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。我們應(yīng)用是對(duì)汽輪機(jī)零件的難加工材料加工。上世紀(jì)80年代末期，我們?cè)阢@削一種汽輪機(jī)冷凝器管板孔時(shí)（被加工材料為bfe30-1-1,主要成份是銅和鎳，且鎳的含量高達(dá)29～32%），發(fā)現(xiàn)采用普通高速鋼麻花鉆無(wú)法進(jìn)行正常切削，鉆削時(shí)不但切削效率極低，且刀具壽命也很短，鉆削時(shí)伴有刺耳的尖叫聲。后來(lái)我們對(duì)麻花鉆進(jìn)行了表面涂層處理，但加工效果仍不佳（管板上有數(shù)千個(gè)孔，加工一個(gè)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(yàn)應(yīng)用這兩種刀具材料并對(duì)刀具結(jié)構(gòu)做適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)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(mǎn)足了生產(chǎn)要求。刀具結(jié)構(gòu)。從實(shí)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(shí)冷熱加工都十分困難，工廠(chǎng)無(wú)法進(jìn)行批量生產(chǎn)，所以zui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(duì)汽輪機(jī)零件難加工的高溫合金、不銹鋼和高強(qiáng)度合金鋼材料進(jìn)行了試驗(yàn)和推廣應(yīng)用。 gh4169高溫合金材料的輪盤(pán)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(yán)重，再加上螺孔直徑小，絲錐強(qiáng)度差，因此加工時(shí)鉆頭、絲錐經(jīng)常折斷，使加工陷入了困境。后來(lái)我們?cè)囼?yàn)應(yīng)用了501鋼制造的鉆頭和螺旋槽絲錐，并對(duì)加工工藝、刀具結(jié)構(gòu)和冷卻潤(rùn)滑進(jìn)行一些改進(jìn)，加工時(shí)出現(xiàn)的切削效率低、刀具壽命短、絲錐易折斷的現(xiàn)象基本得到了改善和解決。現(xiàn)我們已將m5螺孔加工的501鋼刀具正式納入工藝。 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子材料為30cr1mo1v、34cr2ni4mov等高強(qiáng)度合金鋼，對(duì)轉(zhuǎn)子樅樹(shù)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(jià)格的昂貴也迫使我們探討、尋找能否有低價(jià)位的刀具材料可替代。為此，我們和貴州西南工具廠(chǎng)進(jìn)行合作開(kāi)發(fā)501鋼制造的樅樹(shù)型輪槽銑刀，經(jīng)過(guò)雙方一年多時(shí)間的摸索和改進(jìn)，501鋼樅樹(shù)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(dá)到了國(guó)內(nèi)同類(lèi)m42輪槽銑刀的水平。但由于前段時(shí)間貴州西南工具廠(chǎng)的改制和該廠(chǎng)批量生產(chǎn)樅樹(shù)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(méi)有再繼續(xù)向西南工具廠(chǎng)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(kāi)發(fā)501鋼刀具的新途徑。
目前，我廠(chǎng)對(duì)501鋼銑刀的批量應(yīng)用主要是用于汽輪機(jī)各類(lèi)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(chǎng)根據(jù)我廠(chǎng)使用實(shí)際情況（特別是根據(jù)馬氏體不銹鋼材料的性能特點(diǎn)）在刀具幾何角度和結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了改進(jìn)，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(jiàn)下表。 表1 加工葉片背弧試驗(yàn)數(shù)據(jù) 葉片材料 1cr12mo
ø32長(zhǎng)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 230 2240 20
501后波刃銑刀 2240 384 30
表2 加工葉片拉筋凸臺(tái)試驗(yàn)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 160 9 1
501后波刃銑刀 160 44 6
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(píng)，為此今后我們要在不斷總結(jié)、改進(jìn)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(jìn)一步探討的幾個(gè)問(wèn)題501鋼制造的刀具在我廠(chǎng)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(jìn)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(duì)各種材料（特別是難加工材料）的加工尚未找出合理和*的切削用量。 501鋼的磨削（修磨）目前較m42鋼困難，因此要尋找、試驗(yàn)適用于501鋼刀具的磨料。 由于501鋼熱處理工藝要求嚴(yán)格，像我們工廠(chǎng)自行研制的該鋼種刀具往往達(dá)不到專(zhuān)業(yè)工具廠(chǎng)制造的水平和效果，因此還需要專(zhuān)業(yè)工具廠(chǎng)的幫助和自行探索。 加強(qiáng)501鋼制造的刀具在專(zhuān)業(yè)工具廠(chǎng)、同行業(yè)或使用單位的經(jīng)驗(yàn)交流以擴(kuò)大推廣使用面。