硬態(tài)車削工藝及關鍵技術

       硬態(tài)車削也稱“以車代磨”，是指把淬硬鋼的車削作為最終精加工工序的工藝方法。一般情況下，淬硬鋼工件的粗加工是在淬火前進行的，淬火后進行磨削精加工。但磨削加工成本高、效率低。隨著高硬刀具材料和相關技術的發(fā)展，可以采用PCBN刀具、陶瓷刀具或新型硬質(zhì)合金刀具在車床或車削加工中心對淬硬鋼進行車削，其加工質(zhì)量也可以達到精磨的水平。
1 硬態(tài)車削的特點
  與磨削相比，硬態(tài)車削有如下特點：
      加工效率高、經(jīng)濟效益好 去除相同體積的金屬時，硬態(tài)車削往往可以采用較大的切削深度和較高的轉(zhuǎn)速，而磨削則只能采用小切深，否則容易產(chǎn)生磨削燒傷，徑向分力大引起變形，硬態(tài)車削的金屬去除率可為磨削的3～4倍，能耗僅為磨削的1/5；車削一次裝夾可完成多表面的加工(如外圓、內(nèi)孔、端面、臺階、溝槽等)，磨削則不能；在加工效率相同的情況下，車床投資僅為磨床的1/3～1/2，占地面積小、輔助系統(tǒng)費用低。
     是一種潔凈的加工工藝 硬態(tài)車削所用的刀具，基本可不使用切削液，這樣就節(jié)省了相關的切削液傳輸裝置和處理裝置，大大節(jié)省了投資費用；切削液中一般都含有毒有害物質(zhì)，會對環(huán)境造成污染，也損害了操作者的健康。不使用切削液的硬態(tài)車削是一種潔凈的加工工藝。
    可獲得良好的整體加工質(zhì)量 工件安裝次數(shù)的減少，可使工件得到較高的位置精度和圓度，車削不會引起表面燒傷和微裂紋。目前硬態(tài)車削的加工精度可達IT5級，表面粗糙度Ra可達0.8～0.2µm。
2 硬態(tài)車削的關鍵技術
       實施硬態(tài)車削工藝時，切削力大(特別是徑向力比主切削力還大)、切削溫度高、刀具使用壽命短，這就要求作為硬態(tài)車削的刀具耐熱性和耐磨性應更好，機床工藝系統(tǒng)也要有足夠的剛度。
      刀具材料與幾何參數(shù) 能夠作為硬態(tài)車削的刀具材料有立方氮化硼(CBN)，陶瓷和新型硬質(zhì)合金。CBN具有很高的硬度和耐磨性，適合加工硬度大于HRC55的淬硬鋼工件。陶瓷刀具材料的成本低于CBN，且具有良好的化學熱穩(wěn)定性，但硬度和耐磨性不如CBN，對于硬度小于HRC50的淬硬鋼工件選用陶瓷刀具更為合適。我國陶瓷刀具技術已較完善，刀片性能也較可靠，國產(chǎn)Al2O3,陶瓷刀片已有近20個品種。新型硬質(zhì)合金及涂層硬質(zhì)合金刀具材料的抗彎強度和沖擊韌性比CBN和陶瓷材料要高，價格又低，可用于加工硬度為HRC40～50的淬硬鋼工件。刀片形狀及刀具幾何參數(shù)的選擇合理與否，對充分發(fā)揮刀具的切削性能至關重要。對于各種材料的刀片來說，均應選擇強度高、散熱條件好的刀片形狀和盡可能大的刀尖圓弧半徑。刀具幾何參數(shù)的主要特點是選擇較大的負前角或預磨出負倒棱。
       切削用量與切削條件 切削用量選擇得合理與否，對硬態(tài)車削效果影響很大。由于CBN和陶瓷刀具材料的耐熱性和耐磨性好，可選用較高的切削速度和較大的切削深度以及較小的進給量。而切削用量對硬質(zhì)合金刀具磨損的影響比CBN刀具要大些，故用硬質(zhì)合金刀具就不宜選用較高的切削速度和切削深度。一般情況下硬態(tài)車削不用切削液.但有時對工件的加工精度和表面質(zhì)量和刀具壽命有特殊要求時，也可使用水基切削液并采用連續(xù)均勻的冷卻方式，避免刀片產(chǎn)生微裂紋。
        硬態(tài)車削機床 硬態(tài)車削與非淬硬鋼車削相比，切削力增加30%～100%，切削所需功率增加1.5～2倍，所以對硬態(tài)車削對機床提出了更高要求，如高剛度、大功率等。機床本身的主軸系統(tǒng)除了要保證高剛度以外，還應具有高轉(zhuǎn)速，以保證充分發(fā)揮CBN或陶瓷刀具的性能優(yōu)勢。但主軸的高轉(zhuǎn)速，往往容易引起振動，為防止和消除振動包括夾具在內(nèi)的整個主軸系統(tǒng)必須經(jīng)過良好平衡，主軸的徑向跳動和端面跳動都不得大于3µm。機床導軌的精度要高、直線性要好、間隙要小，特別不能有爬行現(xiàn)象。此外，機床要有良好的熱穩(wěn)定性，機床熱變形量要在一定范圍內(nèi)，這樣才能保證連續(xù)生產(chǎn)的加工精度要求。
3 硬態(tài)車削的應用與展望
        實踐證明，硬態(tài)車削比磨削可降低成本40%～60%。在德國、美國的汽車工業(yè)中，加工曲軸、凸輪軸等零件均采用硬態(tài)車削工藝，收到良好效果。我國也有少數(shù)工廠在CNC車床上對淬硬薄壁套、軸承環(huán)、齒輪內(nèi)孔與端面以及量刃具等零件，用硬態(tài)車削也達到了磨削效果，并提高了加工效率。目前硬態(tài)車削工藝的應用還不夠廣泛，主要原因有：該項技術要求機床、刀具、夾具及工藝應有最佳組合；工件硬度和余量應均勻，對硬態(tài)車削機理研究不夠；硬態(tài)車削加工成功實例的實際指導作用不強；對硬態(tài)車削效果的宣傳推廣不夠等。盡管如此，硬態(tài)車削以其鮮明的特點和優(yōu)勢必將成為切削加工領域中重要的發(fā)展方向之一。