硬質(zhì)材料切削加工

　　與傳統(tǒng)觀念不同，利用正確的機(jī)床和正確的刀具，將淬火硬化的工件加工到5μm并不困難。目前，刀具供應(yīng)商已開發(fā)出能夠承受這種加工條件的新型刀具，機(jī)床制造者也已生產(chǎn)出能滿足這些新型刀具所需剛度的CNC車床。同此，硬質(zhì)材料車削就可以從以下諸方面促進(jìn)生產(chǎn)了。

　　一、節(jié)約時間硬質(zhì)材料車削比磨削

　　至最終尺寸規(guī)范用時較少，這是因?yàn)檐囅鞯慕饘偾邢魉俾矢哂谀ハ�，而且，一次裝夾中可進(jìn)行多道工序的加工。操作者只需一次裝卸，就能完成全部加工，從而實(shí)現(xiàn)了及時(just-in-time)生產(chǎn)。

　　降低成本節(jié)約時間就是節(jié)約金錢。再說，使用車床來代替磨床，意味著較低的機(jī)床總投資。

　　質(zhì)量較好硬質(zhì)材料的車削在保證尺寸精度和表面粗糙度方面，比磨削要好得多。您可以將大多數(shù)硬質(zhì)材料車到5μm的總公差，表面粗糙度Ra0.1μm。當(dāng)然，這樣精密的表面質(zhì)量需要特殊的措施，但Ra0.15μm-Ra0.2μm則輕而一舉。

　　工序較少硬質(zhì)材料車削可免去許多形式的磨削工序，以及拋光和其他精加工工序。不僅省下加工費(fèi)用，更有意義的是，可以把許多外協(xié)加工的活拿回來自己做。

　　浪費(fèi)較小硬質(zhì)材料車削的廢品極少。因?yàn)槭褂玫睦鋮s液與正常車削的相同，不必另加冷卻液，造成小必要的浪費(fèi)。更有甚者，可以選擇在不加冷卻液狀態(tài)下進(jìn)行干車削，以避免冷卻液和廢品工件的浪費(fèi)。硬質(zhì)材料車削還可以免除傷腦筋的磨削廢渣問題——即費(fèi)工又費(fèi)錢的廢渣回收與處理問題。

　　二、對功率和剛度的要求

　　為了使硬質(zhì)材料車削能獲得最好效果，機(jī)床和刀具的正確結(jié)合是很重要的。例如，我們在一次粗車加工中，當(dāng)利用陶瓷刀，并采用0.28 mm/min的走刀量和1.9mm的吃刀量時，就需要使15kW電機(jī)輸出65%的負(fù)載，該車床將淬火后的直徑50mm鋼件的一端車到25mm左右，同時還車削出錐面、圓弧半徑以及其他復(fù)雜形狀。

　　雖然需要具備高功率進(jìn)行大吃刀量切削，但很多用戶發(fā)現(xiàn)，多數(shù)情況下并非如此。因?yàn)榇蠖鄶?shù)硬質(zhì)材料的加工都是精加工。一般可以先在普通螺絲車床上粗車，留出0.25-0.38mm的余量，然后于熱處理后再利用硬質(zhì)材料車削技術(shù)完成精加工。對硬質(zhì)材料車削的另一要求是剛度，包括機(jī)床、刀具和工件、機(jī)床裝置中的任何環(huán)節(jié)若缺乏剛度，就會引起震顫，為了能夠獲得能與磨削相比的精度和尺寸公差，機(jī)床從床身起就必須具備特別高的剛度。傳統(tǒng)的鑄鐵床身與花崗巖聚合物相比，是不適合進(jìn)行硬材料車削的。聚合物床身的抗振動能力比鑄鐵高20倍，使主軸上的振動只有裝在鑄鐵床身上的主軸的1/3以下。

　　盡顯減小懸伸量是減小振動的另一武器。從理論上講，工件夾持裝置應(yīng)該使所夾工件盡可能靠近主軸軸承，刀具則應(yīng)盡可能靠近刀塔本體，而不出現(xiàn)懸臂狀態(tài)。為此，主軸內(nèi)能夠直接裝夾彈簧夾頭的車床。夾頭座使工件遠(yuǎn)離主軸軸承，不但夾持力小，尤其會增加振動的機(jī)會。

　　三、新品種刀具

　　用陶瓷刀和立方氮化硼(CBN)刀具加工硬鋼材都很好。這些刀具在短短的時間里得到了飛速發(fā)展，有些刀具制造商聲稱：只要機(jī)床使用正確，他們的刀具比磨削可以縮短時間300%，并能提高切削精度。

　　這些供應(yīng)商推薦的陶瓷刀具有負(fù)前角和較大的T-倒棱，該倒棱只在刀具-工件界面上增加壓力。與此相反，CBN按照工件的具體情況，可以有也可以沒有這種不利的T-倒棱。例如，用CBN進(jìn)行斷續(xù)切削時，就需要較大的T-倒棱來承受振動。

　　陶瓷刀具的使用會比CBN越來越普遍，這是由于它的成本較低，也因?yàn)樗鼈兊那邢魅休^多的緣故。然而，它們極易受熱漲裂。此外，如果刀刃修磨不當(dāng)時，不宜進(jìn)行斷續(xù)切削。CBN雖然比陶瓷貴得多，但它的切削性能好得多，加工精度高，使用壽命也長些。

　　在此兩種刀具材料之間進(jìn)行選擇，是如何使工件材質(zhì)、幾何形狀以及切削速度和送給民與其相適應(yīng)的工作。有些用戶通常并不拘泥于逐條地比較，而是以該刀具對同樣的加工所構(gòu)成的成本，以及能產(chǎn)生多大效益為選擇原則。這些用戶用價(jià)格較低的陶瓷刀粗車熱處理時殘留的銹皮和鐵鱗等，然后，用更好些的CBN刀具進(jìn)行精加工。一般而言，如果硬化深度大于欲車去的材料深度，最好選用CBN。

　　四、選擇正確的加工方法

　　從實(shí)用的立場考慮，硬質(zhì)材料車削是一個與工件特性密切相關(guān)的過程。它特別適合切削具有錯綜圓弧、角度，以及半徑等幾何形狀十分復(fù)雜的工件。您可以采用單刀尖編程車削的方法，快速又經(jīng)濟(jì)地完成加工，而不必為此去購買成形砂輪了，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，大多數(shù)硬質(zhì)材料車削是以91-150 m/min的切削速度和0.05-0.13mm/min的進(jìn)給速度進(jìn)行的。精切吃刀深度一般為0.08-0.5mm。因此，如何控制好材質(zhì)的純度，以及車削以前的熱處理、粗車和成形工序，便成為本加工所能達(dá)到的精度大小的決定因素了，如果工件硬度波動只有三個洛氏硬度值(舉例說)，刀具的切削壓力就會變化到足以使您保證不了5μm的尺寸精度。不穩(wěn)定的硬度和不均勻的吃刀深度，都會損壞這種加工。因此，應(yīng)該使用合格的材料，保持恒定的金屬切削率，并保批熱處理硬度在±1或±2個HRC值以內(nèi)。

　　工件的長徑比也會影響機(jī)床保持公差精度的能力。典型的固定床頭式車床一般不用尾座對長徑比為5:l-6:1的軟質(zhì)工件時，能達(dá)到相當(dāng)嚴(yán)格的精度。由于工件的硬度、刀具的負(fù)前角和切削硬質(zhì)材料所必需的T-倒棱，使得對具壓力相當(dāng)大，因而，當(dāng)工件無尾座支承時，必須將工件的長徑比限制在3:1-4:1。

　　當(dāng)然，此限制要隨加工的不間而變——也就是說，隨工件的材質(zhì)、硬度以及對粗糙度和精度要求而變。我們以前曾不用尾座支承車削過直徑13mm、長度64mm的工件，則是精度很差。

　　尾座能起一定作用，但它對非是解決所有問題的靈丹妙藥。例如，頂尖不能防止直徑25mm、長300mm的工件的震顫。對這種工件，您只能采用磨削的辦法。要保證比0.005mm更嚴(yán)格的公差精度，采用磨削工藝出比較好。雖然說硬質(zhì)材料車削不能完全取代磨削，但它可以取代相當(dāng)大一部分，尤其是工件的長徑比較小、形狀較復(fù)雜時如此。