隨著製造業的不斷發展,世界機床製造廠家一直在尋求用新技術來降低加工零件和成品的生產成本,使得超硬切削成為當前各製造商關注的新型加工工藝。

 預期在不久的將來,超硬切削技術將會發展得更加成熟,並被人們所廣泛地使用。

超硬車削技術

超硬車削被定義為對HRC 45以上高硬材質工件單點切削的加工過程。 通常工件材質硬度可達到HRC 58~68的範圍,切削刀具材質基本上選用CBN(立方氮化硼)。

超硬車削技術為那些不要求超高精密磨削的加工製造提供了一個新的選擇。 當然,對某些超高精密要求的工件、容易變形的工件和特殊要求的工件,磨削工藝還是比較適合的選擇。雖然目前超硬車削還不能完全取代超高精密磨削,但已能取代相當一部分的精密磨削,從而減輕了磨削製造過程中昂貴的生產成本。 目前,超硬切削的工件表面粗糙度一般可達Ra0.2~Ra0.4,圓度可達0.0005mm,尺寸精度可控制在0.003mm以內。 經過切削比較發現超硬車削加工工藝比一般磨削加工工藝的生產效率要高4~6倍。

從圖1可以清楚地看到,在不使用切削液冷卻的情況下切削一個HRC 62的堅硬零件,會產生很多的熱量。一般超硬切削時,切削點區域內的溫度可高達926℃。 事實上,局部高溫熱化可以幫助切削過程的完成,刀具切削點的高熱預先對工件的切削層會產生退火和軟化效應,使得工件比較容易切削。 這一切削過程中,絕大部分的熱是由切屑剝離而產生的。 為了求得精美的表面加工質量,在最後一道切削時,應盡可能減少切削深度,一般控制在0.25 mm以內。

當前超硬車削已被廣泛應用在汽車零部件製造中。 上海汽車齒輪總廠已非常成功地將這一技術運用於大批量生產當中,他們在齒輪滲碳淬火後採用以車代磨,進行成品的最終精密加工,以達到零件設計的公差和表面粗糙度要求。 被加工工件的表面粗糙度可達Ra0.2~Ra0.4,圓度可達0.0005 mm,0.003 mm的公差帶Cpk值可達1.67。



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連續加工的穩定性

對超硬材料進行車削的一個重要標誌就是保證連續加工的穩定性。 這與機床的整體動態剛性、切削刀具、工件的熱處理狀態有關。

採用聚合物(人造大理石)對床身各主要部位進行充填以增加其阻尼係數(一般為鑄鐵床身的8倍),同時結合使用直線滾動導軌,將會對超硬材料的車削過程產生巨大的影響,並大大降低因切削引起的振動,加大快速回歸靜態剛性的時間(見圖2圖3)。 測試結果表明,對機床的改進有效地抑制了由機床振動帶來地刀具崩刃,延長了刀具的使用壽命,大幅度提高了被加工工件的精度,縮小了公差帶的離散度,提高了工件表面質量。

另一項機床的重要因素是各移動軸整合的性能和精度,包括機床的準確度、幾何精度、電控功能、誤差補償以及一般調整和熱變形效應。 這是因為工件的最後一道加工成果完全是由機床的性能和精度來決定的。
通常在粗車時選用陶瓷刀,切削深度大於0.25mm;在精車時選用CBN刀,切削深度小於0.25mm。

要使超硬材料的車削取得理想的效果,還需控制被加工件的熱處理狀態,一般淬火硬度變化要求小於HRC 2個點之間。如果工件是滲碳件,還要控制滲碳層深度的一致性,一般應將深度控制在0.8~1.2mm以內。

超硬材料車削的優點

與磨削工藝相比較,超硬材料的車削具有以下優點:
  1. 在一台車床上既可以進行“軟切削”又可以進行超硬切削,一台機床相當於兩台機床使用,既節省了廠房空間,又降低了購買機床的資本投入;
  2. 超硬車削的切屑效率是磨削的4~6倍;
  3. 在超硬車削過程中,可利用車刀單點切削的特點加工形狀複雜的工件,而磨床只能用成形砂輪進行磨削;
  4. 一次設定可完成多項切削工序,節省了工件的搬運和重新裝置的時間,減少工件損傷;
  5. 超硬車削可輕易達到Ra0.2~Ra0.4的表面粗糙度;
  6. 超硬車削的車床能適應不同規格的工件,尤其是模具行業,滿足不同批量和復雜工件的加工;
  7. 超硬車削的切屑較磨屑容易處理,符合環保要求;
  8. 刀具庫存成本較低。

超硬車削是一項切實可行的技術,能提供良好的經濟效益和較佳的工件品質,特別是在高動態剛性的機床上產生的經濟效益更為明顯。 超硬車削過程和一般車削過程沒有太大的區別,絕大部分生產廠家都能引進這一新技術,並應用於實際生產當中。展望未來,隨著切削工藝和機床性能的不斷研究改進,超硬車削這項新技術將逐步趨於完美,得到更加廣泛的應用。

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