超硬材料的車削加工

      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，超硬切削技術(shù)將會(huì)發(fā)展得更加成熟，并被人們廣泛使用。 
超硬車削技術(shù)  
      超硬車削被定義為對(duì)HRC 45以上高硬材質(zhì)工件單點(diǎn)切削的加工過程。通常工件材質(zhì)硬度可達(dá)到HRC 58～68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，從而降低了磨削制造過程中昂貴的生產(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)HRC 62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�可以幫助切削過程的完成，刀具切削點(diǎn)的高熱預(yù)先對(duì)工件的切削層產(chǎn)生退火和軟化效應(yīng)，使得工件比較容易切削。在這一切削過程中，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，他們將3、4、5檔結(jié)合齒輪滲碳淬火后以車代磨，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。 
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，增加其阻尼系數(shù)（一般為鑄鐵床身的8倍），同時(shí)結(jié)合使用線性滾動(dòng)導(dǎo)軌，將會(huì)對(duì)超硬材料車削過程產(chǎn)生巨大的影響，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，機(jī)床的改進(jìn)有效地抑制了由機(jī)床振動(dòng)帶來的刀具崩刃，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)重要影響因素是機(jī)床各移動(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 兩個(gè)點(diǎn)之間。如果工件是滲碳件，還要保證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)。 
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，又降低了購買機(jī)床的資本投入； 
2、 超硬車削的切削效率是磨削的4～6倍； 
3、 在超硬車削過程中，可利用車刀單點(diǎn)切削的特點(diǎn)加工復(fù)雜形狀的工件，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。尤其在模具行業(yè)，可滿足不同批量和復(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、 刀具庫存成本較低。 
結(jié)論  
      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。超硬車削過程和一般車削過程沒有太大的區(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，隨著切削工藝和機(jī)床性能的不斷改進(jìn)，超硬車削這項(xiàng)新技術(shù)將逐步趨于完美，必將得到更加廣泛的應(yīng)用。