克服淬硬材料加工的難點(diǎn)

以低投資將硬度高達(dá)50HRC~68HRC的鋼件快速加工到5微米尺寸公差的想法并非高不可攀

　　與傳統(tǒng)觀念不同，利用正確的機(jī)床和正確的刀具，將淬硬的工件加工到0.005μm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。因此，硬質(zhì)材料車削就可以從以下諸方面來促進(jìn)生產(chǎn)：

　　節(jié)約時(shí)間 對(duì)淬硬材料進(jìn)行車削比磨削至最終尺寸所需工時(shí)要少，這是因?yàn)檐囅鞯慕饘偾谐�速�?jīng)高于磨削，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(shí)（just in time）生產(chǎn)。

　　降低成本 節(jié)約時(shí)間就是節(jié)約金錢。再說，使用車床來代替磨床，意味著機(jī)床的投資費(fèi)用有較大的下降。

　　質(zhì)量較好 淬硬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)材料車削時(shí)的總公差帶控制在0.005mm以內(nèi)，表面粗糙度控制在Ra0.4μm以內(nèi)。當(dāng)然，這樣精密的表面粗糙度需要特殊的措施，但要取得Ra0.4μm~0.8μm則是輕而易舉的。

　　工序較少 淬火硬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。尤其是對(duì)復(fù)雜型面的加工，車削可以連續(xù)走軌跡，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 淬硬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，不必另選冷卻液而造成不必要的浪費(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。使您避免了冷卻液和廢品工件的浪費(fèi)。淬硬材料車削 還可以免除費(fèi)工又費(fèi)錢的廢渣回收與處理問題。

　　對(duì)功率和剛度的要求

　　為了使淬硬材料車削能獲得最大效果，機(jī)床和刀具的正確結(jié)合是很重要的。例如，我們在一次粗車作業(yè)中，當(dāng)利用陶瓷刀，并采用0.28mm/r的走刀量，和1.9mm的吃刀量時(shí)，就需要使15kW電機(jī)輸出65%的負(fù)載。該車床將淬火硬度62HRC、直徑50mm鋼件的一端車到25mm左右，同時(shí)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)淬硬材料的加工都是精加工。一般可以先在普通車床上粗車，留出0.25mm~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(duì)淬硬材料車削的另一要求是剛度：包括機(jī)床、刀具和工件。機(jī)床安裝中的任何環(huán)節(jié)若缺乏剛度，就會(huì)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(dòng)能力比鑄鐵高20倍，使主軸上的振動(dòng)只有裝在鑄鐵床身上主軸的三分之一以下。

　　盡量減小懸伸量是減小振動(dòng)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前軸承，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)離主軸前軸承，不但夾持力小，尤其會(huì)增加振動(dòng)的機(jī)會(huì)。

　　新品種刀具

　　用陶瓷刀和立方氮化硼（CBN）刀具加工淬硬材料都很好。這些刀具在短短的時(shí)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(shí)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-工件介面上增加壓力。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(shí)，就需要較大的T-倒棱來承受振動(dòng)。

　　陶瓷刀具的使用會(huì)比CBN越來越普遍，這只由于它的成本較低，也因?yàn)樗鼈兊那邢魅休^多的緣故。然而，它們極易受熱脹裂，此外，如果刀刃修磨不當(dāng)時(shí)，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，加工光潔度高，使用壽命也長些。

　　在些兩種刀具材料之間進(jìn)行選擇，乃是如何使工件材質(zhì)、幾何形狀以及切削速度和進(jìn)給量與其相適應(yīng)的工作。有些用戶通常并不拘泥于逐條地比較，而是以各種刀具對(duì)同樣的作業(yè)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經(jīng)常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。

　　選擇正確的作業(yè)方法

　　從實(shí)用的立場考慮，淬硬材料車削是一個(gè)與工件特性密切相關(guān)的過程。它特別適合切削具有錯(cuò)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)地完成作業(yè)，而不必為磨床去購買成形砂輪了。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，大多數(shù)硬質(zhì)材料車削是以91-150m/min的切削速度和0.05-0.13mm/r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，便成為本作業(yè)所能達(dá)到的精度大小的決定因素了。如果工件硬度波動(dòng)只有三個(gè)洛氏硬度值（舉例說），刀具的切削壓力就會(huì)變化到足以使您保證不了0.005mm的尺寸精度。不穩(wěn)定的硬度和不均勻的吃刀深度，都會(huì)損壞這種加工。因此，應(yīng)該使用合格的材料，保持恒定的切削力，并保證熱處理硬度在±1HRC~2HRC以內(nèi)。

　　工件的長徑比也會(huì)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(duì)長徑比為5：1至6：1的軟質(zhì)工件加工時(shí)，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，使得刀具壓力相當(dāng)大，因而，當(dāng)工件無尾座支承時(shí)，必須將工件的長徑比限制在3：1至4：1。當(dāng)然，此限制要隨作業(yè)的不同而變??也就是說，隨工件的材質(zhì)、硬度以及對(duì)光潔度和精度要求而主。

　　尾座能起一定作用，但它并非解決所有問題的靈丹妙藥。例如，頂尖不以防止直徑25mm、長300mm的工件的震顫。對(duì)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，采用磨削工藝也比較好。雖然說淬硬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(shí)，硬車削不愧為是以車代磨的一種好工藝。