硬質(zhì)材料加工

    與傳統(tǒng)觀(guān)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(kāi)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(mǎn)足這些新型刀具所需剛度的CNC車(chē)床。同此，硬質(zhì)材料車(chē)削就可以從以下諸方面促進(jìn)生產(chǎn)了。
    節(jié)約時(shí)間    硬質(zhì)材料車(chē)削比磨削至最終尺寸規(guī)范用時(shí)較少，這是因?yàn)檐?chē)削的金屬切削速率高于磨削，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(qián)。再說(shuō)，使用車(chē)床來(lái)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(chē)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(chē)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(chē)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(lái)自己做。
    浪費(fèi)較小    硬質(zhì)材料車(chē)削的廢品極少。因?yàn)槭褂玫睦鋮s液與正常車(chē)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(chē)削，以避免冷卻液和廢品工件的浪費(fèi)。硬質(zhì)材料車(chē)削還可以免除傷腦筋的磨削廢渣問(wèn)題——即費(fèi)工又費(fèi)錢(qián)的廢渣回收與處理問(wèn)題。 
    對(duì)功率和剛度的要求 
    為了使硬質(zhì)材料車(chē)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?cè)谝淮未周?chē)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(shí)，就需要使 15kW電機(jī)輸出 65%的負(fù)載，該車(chē)床將淬火后的直徑50mm鋼件的一端車(chē)到25mm左右，同時(shí)還車(chē)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(hù)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(chē)床上粗車(chē)，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(chē)削技術(shù)完成精加工。 
    對(duì)硬質(zhì)材料車(chē)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(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(chē)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的主軸的1/3以下。
    盡顯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(chē)床。夾頭座使工件遠(yuǎn)離主軸軸承，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)刀具加工硬鋼材都很好。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(chēng)：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(méi)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(lái)承受振動(dòng)。 
    陶瓷刀具的使用會(huì)比CBN越來(lái)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(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，加工精度高，使用壽命也長(zhǎng)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(hù)通常并不拘泥于逐條地比較，而是以該刀具對(duì)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(hù)用價(jià)格較低的陶瓷刀粗車(chē)熱處理時(shí)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(chē)去的材料深度，最好選用CBN。 
    選擇正確的加工方法 
    從實(shí)用的立場(chǎng)考慮，硬質(zhì)材料車(chē)削是一個(gè)與工件特性密切相關(guān)的過(guò)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(chē)削的方法，快速又經(jīng)濟(jì)地完成加工，而不必為此去購(gòu)買(mǎi)成形砂輪了，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，大多數(shù)硬質(zhì)材料車(chē)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(chē)削以前的熱處理、粗車(chē)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(dòng)只有三個(gè)洛氏硬度值(舉例說(shuō))，刀具的切削壓力就會(huì)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(huì)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(gè)HRC值以?xún)?nèi)。 
    工件的長(zhǎng)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(chē)床一般不用尾座對(duì)長(zhǎng)徑比為5:l－6:1的軟質(zhì)工件時(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，使得對(duì)具壓力相當(dāng)大，因而，當(dāng)工件無(wú)尾座支承時(shí)，必須將工件的長(zhǎng)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(shuō)，隨工件的材質(zhì)、硬度以及對(duì)粗糙度和精度要求而變。我們以前曾不用尾座支承車(chē)削過(guò)直徑13mm、長(zhǎng)度64mm的工件，則是精度很差。
    尾座能起一定作用，但它對(duì)非是解決所有問(wèn)題的靈丹妙藥。例如，頂尖不能防止直徑25mm、長(zhǎng)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，采用磨削工藝出比較好。雖然說(shuō)硬質(zhì)材料車(chē)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(zhǎng)徑比較小、形狀較復(fù)雜時(shí)如此。