磨损是工件失效的主要形式之一,磨损造成了能源和原材料的大量消耗,根据不完全统计,能源的1/3到1/2消耗于摩擦与磨损。如果再考虑到其他机械设备磨损造成的经济损失和钢材的消耗那将是很惊人的。由此可见,提高耐磨钢的质量,开发新型高性能耐磨钢,以及广泛、深入地开展钢材磨损机理的研究,以降低由于磨损造成的损失,对于国民经济建设的发展是一件具有重要意义的工作。
耐磨材料是新材料领域的核心,对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用,在全球新材料研究领域中,耐磨材料约占70%。鉴于耐磨材料的重要地位,世界各国均十分重视耐磨材料技术的研究,其中耐磨钢在各领域应用极为广泛,矿山机械、煤炭采运、工程机械、农业机械、建材、电力机械、铁路运输等部门。
耐磨钢种类繁多,大体上可分为高锰钢,中、低合金耐磨钢,铬钼硅锰钢,耐气蚀钢,耐磨蚀钢以及特殊耐磨钢等。一些通用的合金钢如不锈钢、轴承钢、合金工具钢及合金结构钢等也都在特定的条件下作为耐磨钢使用。耐磨钢具有很好的耐磨性和抗冲击能力,但由于其易加工硬化、导热系数低、伸长率大、膨胀系数大等特点,导致了耐磨钢成为典型的难加工材料。
加工硬化严重
在打磨切削过程中由于塑性变形大,奥氏体组织转变为晶粒的马氏体组织,从而使加工表面严重硬化,其硬度可增加几倍以上,严重的加工硬化使切削力增大,加剧了刀具磨损,容易造成刀具崩刃而损坏。
切削力大、切削温度高
打磨过程中,工件表面形成大约0.1~0.3mm高硬度的氧化层,使切削力剧烈增加,产生大量热量,而其本身导热系数低,不易散热,导致加工区的温度很高,刀刃的热磨损剧烈,致使刀具耐用度降低、工件容易变形,尺寸精度降低。
断屑困难
耐磨钢具有极强的韧性,且伸长率大、变形系数大,在加工打磨过程中,极易出现黏刀现象,
切削时切屑不易卷曲和折断,切屑处理困难。
加工精度不易保障
由于耐磨钢膨胀系数大,导热系数低,在高温切削下,工件局部产生热变形,影响迟钝精度。同时,刀具和切屑之间由于高温、高压作用,易形成积屑瘤和鳞刺,影响工件表面粗糙度,很难保证工件加工质量。
耐磨钢的打磨加工一直是困扰铸造行业多年的难题,誉洋工业智能经过多年创新研发,针对耐磨钢铸件特点及加工打磨过程中常见不良现象及产生原因,通过自动化打磨设备和打磨机器人的试验应用,总结出如下几点解决方案,改善耐磨钢现有加工方式。
选择合适的刀具材料
耐磨钢钢属典型的难打磨材料,对刀具材料要求很高。一般来说,在打磨耐磨钢时应选用硬度高、热硬性高、耐磨性好、强度、韧性和导热系数较高的刀具材料。优先采用复合氧化铝陶瓷AG2、sG4、AT6和涂层硬质合金YB415、YB215、CN25等材料;一般采用Yw类硬质合金如Yw2A、YW3、813、798、767、726等牌号;用非涂层硬质合金加工时,宜选用含
TaC、NbC的细晶粒和超细晶粒等牌号。用高速钢要采用TiN涂层刀具,或是采用高性能高速钢W2M09Cr4VC08、w12M03Cr4vC05si等材料。
降低打磨温度
耐磨钢导热系数低,不易散热,打磨过程中容易产生大量热量,给作业带来极大难度,导致刀具磨损严重,影响铸件加工质量,所以在低温环境下实现加工打磨作业可以一定程度改善现状。可利用液氮(一186℃)或液体C02(一76℃)及其它低温液体加工液,在打磨过程中冷却刀具或工件,可有效控制切削温度,减少刀具磨损,提高刀具耐用度、加工精度、表面质量和生产率。
3D机器视觉引导
针对耐磨钢铸件本身形变量较大、表面缺陷随机等特点,可采用“3D机器视觉+打磨设备”方式进行加工打磨。3D视觉系统能够轻松完成空间层面的检测,即对于复杂产品尺寸、缺陷的精准测量。在打磨加工过程中,可以通过系统软件预先设置目标打磨标准,从而实现机器人或打磨机床的精准作业,提高铸件的精度和质量的稳定性。