摘要：介绍了加工WC硬质合金轧辊时刀具、轧辊轧槽和月牙横肋加工工艺的选择方法；对超硬材料刀具常见磨损形式及其产生原因进行了分析，并提出了预防措施。

关键词：WC硬质合金辊环；加工工艺；轧辊磨损；预防措施

1概述

    马鞍山钢铁股份有限公司高速线材厂棒材生产线于1998年底正式投入使用，生产线的粗、中、精轧18架轧机是由意大利POMINI公司引进的红圈轧机，呈连续布置，实现了无扭轧制，终轧速度为18m／s，小规格带肋钢筋采用了切分轧制工艺。在18架轧机中，1^#～4^#、5^#～6^#、7^#～12^#、13^#～18^#轧机的轧辊直径分别为Φ600、Φ500、Φ420、Φ365mm。为了进一步提高产品的质量、产量，减少换辊时间提升轧机作业率，决定采用WC复合轧辊。

    要使用WC复合轧辊，首先要解决轧辊加工这一难题。下面介绍使用中的一些经验。

2硬质合金复合轧辊的加工

2．1刀具的选择

    由于SANDVIK公司CIC复合轧辊的硬度达HRC72，所以用T5、W2硬质合金及陶瓷刀具均不能对其加工。经反复试验，最终选用了聚晶立方氮化硼(简称PCBN)焊接式外圆刀和孔型成型车刀，虽然其硬度稍逊于金刚石，但红硬性和价格上具有优势，也是目前可用于加工硬化黑色金属最硬的刀具材料。

    而轧槽的月牙横肋加工，选用了聚晶金刚石(PCD)机夹式小飞刀。

2．2   轧辊的外圆和轧槽加工

    如上所述，由于PCBN刀具材料具有优良的切削性能，所以特别适合加工硬度在HRC52以上的离心浇铸的高镍铬白口层复合轧辊、辊环，以及贝氏体铸铁轧辊，对WC复合轧辊也很适应。

    在加工WC复合轧辊时，由于其径向力很大，因而要求机床功率大，机床刚性好，这样既可保护PCBN刀具，又可获得满意的加工效果。装夹PCBN刀具时，刀具的悬伸长度要尽量短，以防止刀杆振颤和变形，使PCBN刀具保持良好的加工状态。由于PCBN刀片较脆、不耐冲击，考虑到轧辊的装夹找正不可能完全同心，因此第1刀外圆车削时，刀具应从工件端面切入且切入量要小，以减少超硬材料外圆不圆，表面有夹渣、砂眼、凹凸不平造成的冲击，使刃口破裂，降低刀具的耐用度。所以在使用PCBN刀具正式加工轧辊前，最好先将轧辊冷硬层粗车一次，并在轧辊切入切出端先倒角，以减小对PCBN刀具的冲击力。

    由于PCBN刀具的强度低于硬质合金刀具，因此其刀尖角不能太小，刀具前角一般为一5⁰～0⁰，后角一般为6⁰～12⁰，断续切削时一般采用负倒棱，通常负倒棱尺寸取(0．1～0．5)mm×(10⁰～30⁰)为宜。这不仅有利于对切削刃进行补强，而且有很好的耐磨性。在孔槽加工中，若对切削刃进行适当的钝化处理，其效果更好。此外，在可能的情况下，应尽量采用小主偏角和大刀尖圆弧半径，以利于保护刀刃，延长刀具的使用寿命。

    为了充分发挥PCBN刀片的优越性，还应确定合理的切削用量，以取得满意的加工效果。用，SANDVIK公司Φ365mmCIC复合轧辊进行试验，使用的机床设备为青海产CA8440轧辊专用车床。在实际使用时，除参照资料推荐的切削用量外，还根据机床、工件及其他有关条件等的具体情况进行了反复调整，最后确定了最佳参数，见表1。

    在使用PCBN刀具确定切削速度、进给量及切削深度时，不仅要考虑被加工对象的材质、加工设备系统的动力和刚性，还要综合考虑生产效率和加工成本。除硬质合金轧辊外，一般轧辊的切削速度可比硬质合金刀具高2～3倍左右，高的切削速度可产生大的切削热量，使被加工材料的塑性增加，有利于控制切屑和降低切削力。

2．3轧槽月牙横肋的加工

    轧槽月牙横肋的加工有3种工艺，即小磨头磨削加工、摆头铣削和飞刀铣削。

    (1)小磨头磨削加工即用小的电镀金刚石砂轮片通过分度盘磨削轧槽。这种方式加工出来的横肋形状差，成本高，工效低，间距不能满足产品标准需要。随着数控技术的发展，已研制出专业的数控螺纹铣床，如摆头铣和飞刀铣设备。

    (2)摆头铣是用指状铣刀摆动铣削完成轧槽的月牙横肋加工，在2000年初即已研制成功。该工艺的优点是在刻铣加工月牙横肋的同时，可刻字和标记；但其工效低、精度差，无法对刀铣削。

    (3)飞刀铣削轧槽的月牙横肋，是近两年在国内兴起的新工艺。该工艺工效高、精度好，但存在难以掌握对刀铣削工艺的难题，同时它一般不能刻字和标记。但近期已有两者合二为一的设备问世。

    对于轧辊轧槽中标记和规格的加工，一般采用电极头用电火花电蚀加工。

    复合轧辊轧槽的月牙横肋加工是复合轧辊推广应用中最关键的一环，也是加工中的最大难题，由于复合轧辊轧槽的轧制吨位很高，约是普通轧辊轧槽的10倍；同时复合轧辊的价格也很高，重车时不可能把轧槽中的月牙横肋摸根车完，否则会造成巨大浪费，因此必须探索对刀铣削工艺。为了满足对刀铣削的要求，对机床原程序进行了修改，使原来月牙横肋铣削程序由轧辊每转360⁰为基数，改为以180⁰为基数，使原来的1段程序变为2段程序，这样只需在轧辊上做上标记，在第2次装夹时只要找正标记，即可轻松实现对刀铣削加工。

    在飞刀铣削WC复合轧辊轧槽月牙横肋时，由于有冲击载荷，PCD的硬度虽高但强度较低，因此进给只能以微米级为单位，这就要求机床不仅要有较高的精度，而且系统的刚性要好。

3超硬材料刀具常见磨损形式及预防措施

    加工硬质合金轧辊，PCBN及PCD刀具常见的磨损和损坏现象及具体对策如下：

    (1)PCBN外圆车刀后刀面磨损、PCBN成形孔型车刀后刀面磨损。其产生原因是切削速度太快，进给量太大，刀具后角太小。预防措施是减小切削速度和进给量，增大后角。

    (2)PCD飞刀头主、副后刀面磨损。其产生原因是刀具主、副后角度数不对，飞刀的β角度不合理。预防措施是调整卢角或修磨刀具的主、副角度数。

    (3)刀具刃口磨损太快。其产生原因是主偏角太大，进给量太小，走刀太慢。预防措施是减小主偏角，调整进给量，增大切削速度。

    (4)聚晶层破裂或断裂。其产生原因是刀具刃口脆；系统刚性差，工件冲击太大，PCBN层太薄，刀具刃口过脆。预防措施是采用厚的PCBN层或更换PCD型号，采用负倒棱刀具，提高设备系统的刚性和精度；工件表面进行预加工和倒角。

                                                 (马鞍山钢铁股份有限公司高速线材厂)