徐州中材裝備重型機械有限公司公司是中材裝備集團旗下的水泥裝備生產企業(yè)，高硬度耐磨損材料如耐熱鑄鋼洗念、合金鋼，耐磨堆焊層等在新型干法水泥生產設備中廣泛應用奖踏，材料硬度范圍為40～65 HRC提蕴。要求加工制造的工件主要有輥壓機輥軸，立磨輥套橱泻、喇叭套灼镣、密封套筒，四代蓖冷機推料板抢坯、盲板等合金材料工件刷络，工件切削時切削力大，切削溫度高象掖，刀具磨損快丽优，還經常出現(xiàn)打刀現(xiàn)象。一刀車不到頭就要修磨或更換刀片腾蔼，磨刀手趣、換刀次數(shù)多，輔助時間長肥荔，精度差绿渣，效率低须尚，消耗大灶芝，很難加工淫茵。我們利用優(yōu)選法對刀具角雅、刀具幾何參數(shù)和切削三要素進行優(yōu)選史汗，解決了加工高硬度材料工件的一個個難題扶眼，滿足了工件的設計要求棋傍，提高了產品質量和生產效率桃笙，降低了生產成本及職工勞動強度蚜锨。

1．優(yōu)選法簡介

（1）優(yōu)選法定義

在金屬切削加工過程中档插，經常遇到這樣的問題，如何選擇合理的刀具亚再、操作工藝和制作過程郭膛，使產品質量好，效率高氛悬，生產成本低等等盏酵，所有這些都是優(yōu)選的問題。優(yōu)選法就是根據(jù)生產中的不同問題利用數(shù)學原理勃撼，合理安排試驗點蚊霞，減少試驗次數(shù)睹协，以求迅速而準確地找到最佳試驗點的一種科學方法。它是廣泛開展技術革新中一種行之有效的措施痢腋。

（2）優(yōu)選法選用

高硬度耐磨材料加工過程中弦捶，應用優(yōu)選法選擇刀具的幾何角度和切削參數(shù)，只需做十幾次試驗就可以達到良好的效果二场。優(yōu)選法分為單因素方法和多因素方法兩類党砸。單因素方法有平分法、0.618法(黃金分割法)缤棍、分數(shù)法等莉狠；多因素方法有交替法（等高線法）、瞎子爬山法衅快、試驗設計法等堪俩。我們經常應用的優(yōu)選法主要有0.618法、分數(shù)法及瞎子爬山法般甲。

0.618法(黃金分割法)肋乍，0.618法確定第一個試驗點是在試驗范圍的0.618處。這點的數(shù)值可由公式一算出敷存，公式一：（大-心乖臁）×0.618+小。再在第一點的對稱點處找第二點锚烦，第二點的數(shù)值可用公式二算出觅闽，公式二：大+小-中（中不是中間，是上一次試驗點）涮俄。此后試驗點的數(shù)值都按公式二計算蛉拙，把兩次試驗的結果進行比較，如果第一點比較好彻亲，則去掉第二點（壞點）以下的部分孕锄，如果第二點比較好，則去掉第一點（壞點）以上的部分睹栖。在留下的部分找出第二點的對稱點即第三點做試驗硫惕，按同樣方法進行比較和取舍，留下好點宜切，去掉“壞點”以外部分。就這樣慢况，試驗比較孤咏，再試驗再比較，一次比一次更接近合適的數(shù)值阀秤。應用此法山刨，每次可以去掉試驗范圍的0.382哲陷，因此，可以以少量的試驗次數(shù)随港，迅速找到最佳點墙议。

分數(shù)法（0.618數(shù)），優(yōu)選機床主軸轉速和走刀量溃登，一般用分數(shù)法進行優(yōu)化比較方便久挖。根據(jù)平日的加工經驗，可把優(yōu)選范圍固定在從某擋到某擋之間犬捧。在這個范圍內歹对，如果共分5個、8個强重、13個绞呈、21個……區(qū)間（兩個擋之間算一個區(qū)間），那么就可以按照分數(shù)3/5间景，5/8佃声，8/13，13/21……的方法去找試驗點倘要，這些分數(shù)構成規(guī)律：后一個分數(shù)的分母等于前一分數(shù)的分子和分母相加圾亏，而分子就是前一個分數(shù)的分母。

瞎子爬山法：瞎子在山上某點碗誉，想要爬到山頂召嘶，怎么辦？從立足處用明杖向前一試哮缺，覺得高些弄跌，就向前一步，如果前面不高尝苇，再向左一試铛只，高就向左走一步，不高再向右一試芝杏，高就向右走一步……尸校。這樣一步一步地走，如果四面都不高债鼎，說明到了山頂替程。在切削過程中，為了提高工作效率蚂旁，常常對機床的轉速撕陈、走刀量、吃刀深度進行調整粤搂，直到合適為止生凯。這種調整實際上應用了瞎子爬山法法竭，它一般應用于小幅度的調整。

2．刀具及刀具幾何參數(shù)

解決高硬度材料切削加工的關鍵之一是選擇最佳刀具啥葡，隨著技術的進步蚣殴，供應廠家在開發(fā)車削刀具方面有了新的進展。目前政模，新型硬質合金岗宣、涂層刀具、陶瓷刀具览徒、聚晶氮化硼（CBN）以及聚晶金剛石（PCD）材料的刀具在加工硬度高的材料方面都得到了應用狈定。

（1）刀具優(yōu)選

刀具的選擇是切削的重要基礎，怎樣才能選擇出最佳刀具习蓬，從而以最經濟的方式將硬度高的材料加工成最終的產品纽什，每種刀具都選擇試用不但不可能也沒有必要，我們根據(jù)廠商推薦及平時使用比較好的刀具進行優(yōu)選試驗躲叼，先從硬質合金刀具開始芦缰，逐步試用理度較高且較貴的新型刀具，主要試用了YG8枫慷、YS8 让蕾、YT726、FBN3500（富耐克超硬刀具）等幾種型號的刀具或听，部分刀具如圖1所示

通過反復試驗探孝，我們最終選用了YS8和YT726兩種型號的焊接合金刀具，YS8刀具誉裆，硬度≥92.5HRC迈堂，適用于鐵基高溫合金，高強度鋼捶卧、冷硬鑄鐵耀佣、耐熱不銹鋼、高錳鋼疲飘、淬火鋼的車削钳雄。YT726刀具，硬度≥93HRC婴悠，紅硬性高匀枪，耐磨性好，適于冷硬鑄鐵罐闰、淬火鋼的車削泄廓。試驗表明YS8刀具在粗加工時，效果較好坪腔。YT726刀具在精加工時权浸，效果較好。這兩種刀具不管是耐磨性吏口，韌性還是經濟性奄容，使用效果還是相當滿意的。

（2）刀具幾何參數(shù)優(yōu)選

切削加工過程中产徊，車刀的角度需要進行優(yōu)選昂勒，在加工高硬度材料合金件方面，優(yōu)選后效果比較突出的刀具幾何參數(shù)主要有前角舟铜、主偏角戈盈、刃傾角等。

前角：前角是刀具切削部分主要角度之一谆刨，刀具是否鋒利塘娶，主要取決于前角的大小。向增大方向優(yōu)選前角痊夭，可以減少切屑變形刁岸，降低切削力，切削時輕快她我。但前角過大虹曙，又會使刀尖變得薄弱，刀具的耐用度受到影響番舆。相反露您，如果前角過小，又會增加切屑變形吗修，切削費力烙欧。一般情況下，工件材料較硬時颂芒，應選取較小前角菠告。

主偏角：主偏角是刀具上很重要的角度之一，對刀具的耐用度影響很大乱感。在固定切削用量的情況下蚜冀，如果減小主偏角，可以使切屑變薄蠢耻，增加刀刃的散熱長度逞扰，同時增大刀前角，提高了刀具的耐用度威视。過于減小主偏角唾浙，又相應使徑向力顯著增大，引起加工零件振動，產生波紋蛮放，甚至造成廢品缩抡，還會使刀具崩壞，損壞機器包颁。

刃傾角：刃傾角的主要作用是控制切屑流出方向瞻想。當刃傾角為正值時，切屑流向零件已加工表面娩嚼；當刃傾角為零時蘑险，切屑流向刀具的前刀面，當刃傾角為負值時岳悟，可使切屑流向零件待加工表面佃迄。切屑流向直接影響到刀尖的受沖擊情況。當向增大方向優(yōu)選刃傾角時（一般優(yōu)選后的刃傾角為正值）贵少；可使刀尖不先受沖擊呵俏。但是刃傾角過大，徑向力增大春瞬，會引起振動造成打刀柴信。相反，刃傾角為負值時费犯，刀尖受沖擊浸弦。

（3）刀具切削用量優(yōu)選

車刀角度的幾何參數(shù)優(yōu)選后，在高硬度材料合金件加工過程中绷冈，還需要進一步優(yōu)選切削用量弹噩。切削用量用來表示切削時各運動參數(shù)的數(shù)量，它包括切削速度帐等、吃刀深度和走刀量国赫。

一般粗加工時，加工余量較大颤赤，因此應向增大方向優(yōu)選出合適的吃刀深度勉窟，以便減少吃刀次數(shù)，其次優(yōu)選走刀量暑锈，最后再優(yōu)選切削速度糊批。精加工時，加工余量較小哀卿，為了保證加工零件的精度和粗糙度叛赚，應向增大方向優(yōu)選切削速度，其次優(yōu)選走刀量稽揭，最后優(yōu)選吃刀深度俺附。斷續(xù)切削時，由于加工零件表面不規(guī)則，加工零件對刀子的沖擊力較大事镣，因此步鉴，和連續(xù)切削相比，切削用量要向減小的方向優(yōu)選蛮浑。由于加工零件的材料和選用刀具的材料不同唠叛，以及所用機床的剛性也不同，因此應根據(jù)具體情況合理的優(yōu)選切削用量沮稚。高硬度材料切削加工過程中，根據(jù)經驗册舞，普通立車機床刀具的幾何參數(shù)和切削用量優(yōu)選后的數(shù)值如附表所示蕴掏。從表中看出，優(yōu)選后切削速度較低调鲸，如在數(shù)控機床或專用機床優(yōu)選盛杰，效率要提高若干倍。

3 .加工實例

（1）立磨密封套筒加工要求

密封套筒加工要求如圖2所示：材料：高鉻鑄鐵称痊；重量為122kg贼欧；硬度為63～65 HRC，如圖3所示缸日，該處測量點的硬度為64.7 HRC勤友，工件毛坯為半圓型結構，兩件把合成整圓車加工绝话，需要鉆加工4-φ22 mm把合孔李联，18-φ18 mm端面孔，車加工外園平面等工序狼隶。

加工工藝流程為：先在鏜床進行鉆把合孔工序睬够，再上立車進行車加工工序，最后在鉆床鉆端面孔工序赞约。整個工藝流程中枯瞒，最難加工及周期最長的工序為車加工工序，本文重點介紹該過程的刀具幾何參數(shù)及切削用量的優(yōu)選過程固弥。

（2）車加工工序的機床設備

密封套筒車加工工序的機床設備為C5225型雙柱立式車床吻育，如圖4所示，機床上工件為密封套筒粗加工時的狀態(tài)牡彻。該機床設備的主要參數(shù)為：工作臺直徑：2 250mm扫沼、變速級數(shù)：16級、變速范圍：2~63轉/分庄吼；工件最大切削直徑缎除；2 500 mm、最大高度：1 600mm、最大重量：10 000kg器罐；進給量級數(shù)梢为；18級、進給范圍：0.25~145 mm轰坊。

密封套筒在該機床設備主要加工直徑為1 270 mm處的外園尺寸及φ1 270 mm和φ1 130 mm之間的端面尺寸铸董。由于該工件為半圓鑄造，把合后兩半圓哈夫線處錯縫肴沫，因此粗加工時的加工性質為斷續(xù)切削粟害。密封套筒車加工工序完工后的狀態(tài)如圖5所示。

4．優(yōu)選過程

（1）刀具角度優(yōu)選

密封套筒工件車加工工序設備為C5225型立式車床明因，以精加工為例進行參數(shù)優(yōu)選脏貌，刀具為焊接刀，刀片選用YT726扭皿，刀桿為45號鋼站绑，優(yōu)選前的參數(shù)：主軸轉速為2r/min，走刀量為0.2～0.3mm/r澄锉，吃刀深度為0.4～0.5mm季佣，刀具前角為0°，主偏角為70°驮屑，刃傾角為0°溪茶。由于高鉻鑄鐵的硬度值范圍為63～65HRC，加工材料太硬掰弯，產生的切削力大侈滚，切削力集中在刀尖上，刀尖易敲壞窍颗，因此向減小方向優(yōu)選主偏角坞角。

首先固定其它因素，用0.618法優(yōu)選刀具主偏角吸占，在10°～70°范圍內向小的方向優(yōu)選主偏角晴叨，見圖6（圖中“○”表示最終優(yōu)選點，以下同）矾屯。優(yōu)選過程為：

第（1）點：（70°－10°）×0.618+10°=47°（取整數(shù)）兼蕊，試驗切削不順，工件加工約20min件蚕，“打刀尖”兩次孙技，第（2）點：（70°+10°）-47°=33°，試驗切削稍順排作，工件加工約40min牵啦，“打刀尖”1次亚情，經比較，認為第（2）點好哈雏，去掉第（1）點47°以上部分楞件，不試驗。第（3）點：（47°+10°）－33°=24°裳瘪，試驗切削順利土浸，工件出現(xiàn)輕微振動現(xiàn)象，加工約90min熟央，磨刀1次交豪。經比較，認為第（3）點比第（2）點好辙紧，去掉第（2）點33°以上部分瀑兜，不試驗。第（4）點：（33°+10°）－24°=19°苟可，試驗切削效果有些下降，加工時零件振動增大尿绕，產生波紋想阎。經比較，認為第（3）點比第（4）點好唧整，因此取主偏角為24°瓤梦。

主偏角優(yōu)選后，刀具耐用度有所提高啊沟，但由于刀刃與工件接觸的寬度較大辙使，加工時出現(xiàn)振動現(xiàn)象，因此茶宵，用分數(shù)法在0°～15°的范圍內優(yōu)選刀具刃傾角危纫，見圖7。優(yōu)選過程為：

假如分13個區(qū)間乌庶，第（1）試驗點就在8/13處（即9°角度處）做种蝶，第（2）試驗點在和8/13相對稱的地方5/13處（即6°角度處）做，比較第（1）瞒大、第（2）試驗點螃征，決定取舍。經試驗認為第（1）試驗點好透敌，就把第（2）試驗點以下部分去掉不再試驗盯滚，然后找第（3）試驗點。第（3）試驗點在和第（1）試驗點相對稱的地方10/13處（即11°角度處）做酗电，然后比較第（1）魄藕、第（3）試驗點内列，去掉“壞點”，留下好點泼疑。

試驗點的計算仍可用0.618法的第二個公式計算德绿。經試驗比較，第4點好闸声，刃傾角λ=8°彻盐。

主偏角、刃傾角優(yōu)選后贿叉，工件加工過程中克服了打刀尖及工件振動現(xiàn)象晕忙。但前角太小，車削費勁净纬，因此用分數(shù)法在0°～10°小范圍內向增大的方向優(yōu)選前角膛画，見圖8，經試驗比較打洋，第（2）點好癞亩，前角為4°。

（2）切削用量優(yōu)選

刀具角度優(yōu)選后剥跃，切削較順利绪痘，消除了打刀和讓刀現(xiàn)象，提高了刀具耐用度笙寻。為了提高效率钱雷，固定刀具角度，用分數(shù)法首先優(yōu)選主軸轉速吹零，優(yōu)選范圍：4～12r/min罩抗，見圖9。經試驗比較灿椅，第3點好套蒂，主軸轉速為6 r/min，轉換成切削速度是3.81m/min阱扬。再固定主軸轉速泣懊，用瞎子爬山法優(yōu)選吃刀深度和走刀量。見圖10麻惶，在原生產點處向爬山一樣往上交替優(yōu)選吃刀深度和走刀量馍刮，試驗結果在走刀量為0.7mm/r，吃刀深度為1mm時加工效果較好窃蹋。

以上參數(shù)優(yōu)選后卡啰，刀具的主偏角為24°，刃傾角為8°警没，前角為4°匕冠，刀具的主偏角減小胚僧，相應地增大了刀尖角；采用8°刃傾角逾族，使刀具強度提高了渡厦，可以大走刀；同時增大前角床斜，可減小機床動力消耗审鸿，使切削輕快。刀具的切削參數(shù)為：主軸轉速為6r/min（即工件切削速度為3.81m/min）好侈，走刀量為0.7mm/r超茎，吃刀深度為1mm，切削效率明顯提升瞻聪，優(yōu)選前加工一件需82h标霎，優(yōu)選后只需28h，提高工效3倍椎崎，刀具耐用度提高4倍铡说。整個加工過程切削順利，減少了輔助時間缰犁，降低了刀具損耗躏率，解決了加工高硬度材料關鍵問題。

5 .結語

高硬度材料加工是機械加工行業(yè)中比較難的一道工序民鼓，本文中列出的一些具體數(shù)據(jù)是我們用普通機床加工具體的高硬度材料工件獲得的一些試驗結果，參數(shù)的選擇和應用是在特定的生產條件下取得的蓬抄，并不能夠將它們作為標準使用丰嘉，僅為讀者提供有益的參考及共同商榷。

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