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高速钢轧辊加工及应用

2021-08-02 14:40:55

1、 高速钢轧辊


高碳高速钢复合轧辊( 简称高速钢轧辊) 是近年来发展快且应用前景广的热轧辊材料,它的成分是较为复杂的合金钢,在热处理工艺淬火后,即使在空气中冷却也能硬化。其工作层材料采用高碳钢,轧辊的芯部材料采用球墨铸铁、石墨钢或锻钢等,两种不同的材料通过离心铸造或者采用 CPC 工艺复合而成,基体组织一般为回火马氏体+贝氏体+碳化物,碳化物以高度弥散形式分布在基体中,所以具有很高的耐磨性、强韧性,导致车削加工难度大。


高速钢轧辊

高速钢轧辊特点是热稳定性好、淬透性好,碳化物硬度高,容易形成氧化膜,具有良好的抗热裂性和耐磨性能,对冷却水的要求远远低于硬质合金的要求,它的单槽轧制量能达到铸铁轧辊的 4~5 倍。有利于轧材负公差控制,提高轧材表面质量。主要是应用在线棒材成品和成品前机架以及切分轧制预切、切分孔型为主而研发的新型材质轧辊,硬度可达HSD78 ~ 90,具有很高的耐磨性,同时具有良好的抗冲击性能,抗热疲劳性好。随着高速钢轧辊在线棒材轧钢厂的普及,研发制造厂家随之迅速蔓延,但是各厂家在高速钢轧辊铸造过程中添加的合金元素有所差异,为此在加工、使用方面,切削难易程度和在线使用效果并非完全一致,整体上主要包含有钨、钼、铬、钒、铌等碳化物形成元素。


2 、刀具材质选择


刀具切削部分直接与轧辊接触切削,承受着很大的切削压力和冲击,并在高温、高压下,与轧辊发生剧烈摩擦,工况条件十分恶劣。高速钢轧辊的加工刀具通常选用金刚石和立方氮化硼( cubic boron nitride 简称 CBN) 这样的超硬材料,其切削速度比普通硬质合金刀具提高 10~20 倍,且加工表面粗糙度的值很小。而 CBN 材质刀具较金刚石又具有更高的硬度、热稳定性和化学惰性,以及良好的透红外形和较宽的禁带宽度等优异性能。


( 1) 高硬度。立方氮化硼( CBN) 仅次于金刚石,具有很高的硬度及耐磨性,是当前轧钢企业高速钢轧辊加工刀具材质选择。目前 CBN 刀具合成类型有聚晶片( 由 CBN 与结合剂合成) 和复合片( 由CBN 与结合剂合成复合在硬质合金片上) 两种。在高速钢轧辊加工上常采用金属陶瓷结合剂和超细晶粒 CBN 材 质 刀 具,常 用 牌 号 有 MBN3 500 和MBN5 000。实践也证明,这两种牌号的 CBN 材质刀具是加工高速钢轧辊的选择。


( 2) 足够的强度和韧性。刀具切削部分材质在切削过程中承受很大切削力和冲击力。所以其必须具备足够的强度和韧性。聚晶金刚石( PCD) 有天然和人造两种类型,工业上多使用人造金刚石作为刀具材料。但是人造金刚石脆性大,抗冲击能力差,对机床的精度、平稳性要求高,同时金刚石刀具耐热性差,与铁元素有较强的亲和力,因此金刚石刀具主要用于有色金属及其合金材料加工,不适用加工铁系金属,故一般不用于轧辊加工。而 CBN 刀具热稳定性较金刚石高一倍,具有优良的化学稳定性,抗弯强度和断裂韧性介于硬质合金和陶瓷刀具之间,适合加工钢铁材料。


( 3) 高耐磨性和耐热性。一般来说,刀具材质硬度越高,耐磨性越好。耐磨性与耐热性密切相关,高温下硬度越高,表示耐热性越好。CBN 材质刀具能够在高温下保持较高的硬度,即红硬性好。同时在高温下抗塑性变形能力强,故此耐磨性也高。


( 4) 良好的导热性。导热性好的刀具材质其耐热冲击和抗热龟裂的性能也好。CBN 复合刀片热稳定性能在 1 000 ℃ 左右保持较好的红硬性,所以其受切削热量影响不大。


( 5) 良好的工艺性和经济性。CBN 刀具是利用人工方法在高温高压条件下用 CBN 微粉和少量的结合剂合成的 CBN 材质刀具,适合制造成各种形状,不同角度的刀片,是数控机床加工的理想刀具。




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