超硬材料的車削和應(yīng)用

　　隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，世界機(jī)床制造廠家一直在尋求用新技術(shù)來(lái)降低加工零件和成品的生產(chǎn)成本，使得超硬切削成為當(dāng)前各制造商關(guān)注的新型加工工藝。預(yù)期在不久的將來(lái)，超硬切削技術(shù)將會(huì)發(fā)展得更加成熟，并被人們所廣泛地使用。

　　一、超硬車削技術(shù)

　　超硬車削被定義為對(duì)HRC45以上高硬材質(zhì)工件單點(diǎn)切削的加工過(guò)程。通常工件材質(zhì)硬度可達(dá)到HRC58～68的范圍，切削刀具材質(zhì)基本上選用CBN(立方氮化硼)。

　　超硬車削技術(shù)為那些不要求超高精密磨削的加工制造提供了一個(gè)新的選擇。當(dāng)然，對(duì)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(dāng)一部分的精密磨削，從而減輕了磨削制造過(guò)程中昂貴的生產(chǎn)成本。目前，超硬切削的工件表面粗糙度一般可達(dá)Ra0.2～Ra0.4，圓度可達(dá)0.0005mm，尺寸精度可控制在0.003mm以內(nèi)。經(jīng)過(guò)切削比較發(fā)現(xiàn)超硬車削加工工藝比一般磨削加工工藝的生產(chǎn)效率要高4～6倍。

　　在不使用切削液冷卻的情況下切削一個(gè)HRC62的堅(jiān)硬零件，會(huì)產(chǎn)生很多的熱量。一般超硬切削時(shí)，切削點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的溫度可高達(dá)926℃。事實(shí)上，局部高溫?zé)峄�可以幫助切削過(guò)程的完成，刀具切削點(diǎn)的高熱預(yù)先對(duì)工件的切削層會(huì)產(chǎn)生退火和軟化效應(yīng)，使得工件比較容易切削。這一切削過(guò)程中，絕大部分的熱是由切屑剝離而產(chǎn)生的。為了求得精美的表面加工質(zhì)量，在最后一道切削時(shí)，應(yīng)盡可能減少切削深度，一般控制在0.25 mm以內(nèi)。

　　當(dāng)前超硬車削已被廣泛應(yīng)用在汽車零部件制造中。上海汽車齒輪總廠已非常成功地將這一技術(shù)運(yùn)用于大批量生產(chǎn)當(dāng)中，他們?cè)邶X輪滲碳淬火后采用以車代磨，進(jìn)行成品的最終精密加工，以達(dá)到零件設(shè)計(jì)的公差和表面粗糙度要求。被加工工件的表面粗糙度可達(dá)Ra0.2～Ra0.4，圓度可達(dá)0.0005 mm，0.003 mm的公差帶Cpk值可達(dá)1.67。

　　二、連續(xù)加工的穩(wěn)定性

　　對(duì)超硬材料進(jìn)行車削的一個(gè)重要標(biāo)志就是保證連續(xù)加工的穩(wěn)定性。這與機(jī)床的整體動(dòng)態(tài)剛性、切削刀具、工件的熱處理狀態(tài)有關(guān)。

　　采用聚合物(人造大理石)對(duì)床身各主要部位進(jìn)行充填以增加其阻尼系數(shù)(一般為鑄鐵床身的8倍)，同時(shí)結(jié)合使用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，將會(huì)對(duì)超硬材料的車削過(guò)程產(chǎn)生巨大的影響，并大大降低因切削引起的振動(dòng)，加大快速回歸靜態(tài)剛性的時(shí)間。測(cè)試結(jié)果表明，對(duì)機(jī)床的改進(jìn)有效地抑制了由機(jī)床振動(dòng)帶來(lái)地刀具崩刃，延長(zhǎng)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(zhì)量。

　　另一項(xiàng)機(jī)床的重要因素是各移動(dòng)軸整合的性能和精度，包括機(jī)床的準(zhǔn)確度、幾何精度、電控功能、誤差補(bǔ)償以及一般調(diào)整和熱變形效應(yīng)。這是因?yàn)楣ぜ�的最后一道加工成果完全是由機(jī)床的性能和精度來(lái)決定的。

　　通常在粗車時(shí)選用陶瓷刀，切削深度大于0.25mm;在精車時(shí)選用CBN刀，切削深度小于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(tài)，一般淬火硬度變化要求小于HRC 2個(gè)點(diǎn)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(yīng)將深度控制在0.8～1.2mm以內(nèi)。

　　三、超硬材料車削的優(yōu)點(diǎn)

　　與磨削工藝相比較，超硬材料的車削具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　1、在一臺(tái)車床上既可以進(jìn)行“軟切削”又可以進(jìn)行超硬切削，一臺(tái)機(jī)床相當(dāng)于兩臺(tái)機(jī)床使用，既節(jié)省了廠房空間，又降低了購(gòu)買機(jī)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(guò)程中，可利用車刀單點(diǎn)切削的特點(diǎn)加工形狀復(fù)雜的工件，而磨床只能用成形砂輪進(jìn)行磨削;

　　4、一次設(shè)定可完成多項(xiàng)切削工序，節(jié)省了工件的搬運(yùn)和重新裝置的時(shí)間，減少工件損傷;

　　5、超硬車削可輕易達(dá)到Ra0.2～Ra0.4的表面粗糙度;

　　6、超硬車削的車床能適應(yīng)不同規(guī)格的工件，尤其是模具行業(yè)，滿足不同批量和復(fù)雜工件的加工;

　　7、超硬車削的切屑較磨屑容易處理，符合環(huán)保要求;

　　8、刀具庫(kù)存成本較低。

　　超硬車削是一項(xiàng)切實(shí)可行的技術(shù)，能提供良好的經(jīng)濟(jì)效益和較佳的工件品質(zhì)，特別是在高動(dòng)態(tài)剛性的機(jī)床上產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益更為明顯。超硬車削過(guò)程和一般車削過(guò)程沒有太大的區(qū)別，絕大部分生產(chǎn)廠家都能引進(jìn)這一新技術(shù)，并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中。

　　展望未來(lái)，隨著切削工藝和機(jī)床性能的不斷研究改進(jìn)，超硬車削這項(xiàng)新技術(shù)將逐步趨于完美，得到更加廣泛的應(yīng)用。