硬車削技術(shù)

　硬車削的突出吸引力是消除了使用磨削操作的可能性，然而，有些工廠依然對(duì)重復(fù)車削45 Rc以上零件并達(dá)到磨削級(jí)別精度的工藝不太樂觀。
　　采用完全和諧的硬車削工藝可獲得0.00011英寸的表面光潔度、0.000009英寸圓度和±0.0002英寸直徑公差，這樣的精度在對(duì)淬硬前工件進(jìn)行“軟車削”的相同機(jī)床上同樣可以達(dá)到，從而最大限度地提高設(shè)備利用率。然而有些工廠最初失策地選用不合適的(確切地說是比較便宜的)刀片，另一些工廠也許對(duì)他們的機(jī)床是否具有很高的剛性、足以承受二倍于普通車削的壓力沒有把握。哈挺公司(Hardinge)的應(yīng)用工程師Tom Sheehy講述了該公司對(duì)于硬車削的一些建議和理解。以下是工廠認(rèn)真評(píng)估硬車削時(shí)必須牢記的8個(gè)重要的過程因素。
　　工件
　　盡管45Rc材料是硬車削的起始點(diǎn)，但是硬車削經(jīng)常在60 Rc以上硬度的工件上進(jìn)行。硬車削材料通常包括工具鋼、軸承鋼、滲碳鋼以及鉻鎳鐵合金、耐蝕耐熱鎳基合金、鎢鉻鈷合金等特殊材料。根據(jù)冶金學(xué)的觀點(diǎn)，在切深范圍內(nèi)硬度偏差小(小于2個(gè)Rc)的材料顯示出最好的過程可預(yù)測(cè)性。有時(shí)，工件的尺寸或幾何特征完全不適合于硬車削，最適合于硬車削的零件具有較小的長度/直徑(L/D)比；一般說來，無支撐工件L/D之比不大于4:1，支撐工件L/D之比不大于8:1。盡管細(xì)長零件有尾架支撐著，但是切削壓力過大仍有可能引起刀振。
機(jī)床
　　機(jī)床剛度決定硬車削的加工精度，最近15~20年內(nèi)制造的機(jī)床幾乎都有很好的剛性，足以對(duì)付某些硬車削用途。在許多情況下，機(jī)床的總體狀況在更大程度上比使用年限更重要，維護(hù)精良的手動(dòng)老車床甚至可以成為硬車削的候選對(duì)象。無論如何，由于對(duì)零件公差和表面光潔度要求越來越嚴(yán)格，機(jī)床剛度將不再是一個(gè)簡(jiǎn)單的問題。為了給硬車削用途增加剛性和阻尼特性，哈挺將許多特征納入了車削中心，其中包括聚合物復(fù)合材料增強(qiáng)機(jī)座、帶彈簧夾頭(使主軸支撐靠近工件)的直接配合式主軸和靜壓導(dǎo)軌。系統(tǒng)剛性最大化意味著盡量減少一切懸空、刀具延伸和零件伸出，并取消調(diào)隙片和墊圈，其目標(biāo)是保持一切物件盡可能地接近轉(zhuǎn)塔刀架。
　　刀片
　　有些工廠最初對(duì)立方氮化硼(CBN)刀片的高昂價(jià)格望而卻步，盡管CBN刀片是最適合于硬車削。CBN刀片能夠在斷續(xù)切削過程中保持定位不變，在連續(xù)切削過程中提供安全的刀具磨損率。當(dāng)采用合適的硬車削工藝時(shí)，CBN刀片除了在控制直徑公差方面比不上磨削以外，其它性能都是首屈一指的。
　　陶瓷不如CBN耐磨，因此一般不用于公差小于±0.001英寸的操作。陶瓷不適合于斷續(xù)切削，而且不應(yīng)加冷卻液，因?yàn)闊釠_擊可能造成刀片破裂。刀片的鈍緣幾何形狀是陶瓷材料的固有特點(diǎn)，這一特點(diǎn)轉(zhuǎn)化為切削力增大而工件表面光潔度下降。另外，陶瓷刀片刃口斷裂可能是災(zāi)難性的，它可能會(huì)使所有切削刃無一可用。
　　金屬陶瓷(立方碳化鈦)對(duì)連續(xù)切削滲碳硬化材料很有效，盡管它不具備CBN那樣的的耐磨性，好在刀片在大多數(shù)情況下會(huì)成比例地磨損而不斷裂。
　　負(fù)前角刀片通常由于其結(jié)實(shí)的切削刃而得到利用。與之相反，正前角刀片由于其切削力比較小，才有可能用在剛性不高的機(jī)床上進(jìn)行硬車削。
　　關(guān)于刀片的最好建議是與刀具供應(yīng)商密切合作，特別是在最初階段，以迅速達(dá)到最佳切削速度。
　　冷卻液
　　關(guān)于冷卻液的最大問題是究竟用不用冷卻液。對(duì)于齒輪之類的斷續(xù)切削零件來說，最好是“干運(yùn)行”，否則進(jìn)刀和退刀時(shí)的熱沖擊很可能引起刀片破裂。至于連續(xù)切削，刀頭在干運(yùn)行過程中產(chǎn)生的高溫足以韌化(弄軟)預(yù)切削區(qū)域，從而降低材料硬度使之易于剪切。這個(gè)現(xiàn)象說明了干切削時(shí)增大速度是有益的。同時(shí)，無冷卻液切削式具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)。
　　在連續(xù)切削用途中，冷卻液可能有助于延長刀具壽命和改進(jìn)表面光潔度。問題的關(guān)鍵是要使冷卻液能夠到達(dá)刀頭，高壓冷卻液是解決這個(gè)問題的最好辦法，因?yàn)樗�不容易在高溫下蒸發(fā)。此外，高壓可以減少切屑堆積，從而減少因?yàn)榍行甲枞�、妨礙冷卻液流至刀頭的機(jī)會(huì)。另一個(gè)辦法是將冷卻液同時(shí)釋放到刀片的頂部和底部，確保冷卻液連續(xù)到達(dá)刀頭。
　　如果使用冷卻液，它必須是水基的。在完全匹配的硬車削過程中形成的切屑，可以帶走80~90%的熱量(切削區(qū)域最高溫度可達(dá)1,700°F)。 如此熾熱的切屑萬一接觸低燃點(diǎn)冷卻油，整個(gè)工序完全有可能化為烏有。如果在敞開式機(jī)床上進(jìn)行硬車削，必須增加適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)裝置，避免操作人員被切屑燙傷。
　　工藝
　　因?yàn)橛曹囅鳟a(chǎn)生的熱量大部分由切屑帶走，加工前后對(duì)切屑進(jìn)行檢查可以發(fā)現(xiàn)整個(gè)過程是否協(xié)調(diào)。連續(xù)切削時(shí)，切屑應(yīng)該呈熾燃的橙黃色，并象一根緞帶似地飄逸而出。如果切屑冷卻后用手一壓基本斷裂，表明切屑帶走的熱量是正常的。
　　白化層
　　“白化層(熱影響區(qū))”可能令人討厭地顯露在硬車削和磨削操作中，即在材料表面形成一層肉眼看不見的非常薄(通常1微米)的硬殼。在硬車削過程中形成白化層，一般是因?yàn)榈镀�鈍化引起過多的熱量傳遞到零件內(nèi)。白化層經(jīng)常在軸承鋼上形成，而且對(duì)于軸承圈之類需要承受高接觸壓力的零件是非常有害的，隨著時(shí)間的推移，白化層可能剝離并導(dǎo)致軸承失效。
　　軸承制造商幾乎都自備試驗(yàn)手段， 以便在這個(gè)方面處于領(lǐng)先地位。至于剛剛開始從事硬車削的工廠，建議在開始生產(chǎn)的頭幾周內(nèi)進(jìn)行隨機(jī)抽查，以確定每個(gè)刀片能夠車削多少零件而不形成白化層。冶金公司有能力進(jìn)行這些試驗(yàn)。即使一個(gè)刀片以能加工400個(gè)零件為標(biāo)準(zhǔn)，它也可能在加工300件后就變鈍并且開始使零件產(chǎn)生白化層了。
　　鏜孔
　　鏜削淬硬材料需要很大的切削壓力，因此往往會(huì)成倍地增加鏜桿承受的扭力和切向力。采用正前角式35°或55°銳角、小刀尖半徑刀片可以減小切削壓力。在增加切削速度的同時(shí)減小切深和進(jìn)刀速度，也是減小切削壓力的辦法。
　　鏜孔時(shí)，刀具必須與零件同心或略高于零件中心，因?yàn)榍邢饕�起的撓曲變形使�?shí)際中心線的位置降低了。最好的夾緊形式是全長度對(duì)開套筒，其次是彈簧夾頭和單點(diǎn)螺絲夾頭。
　　車螺紋
　　采用合適的刀片幾何形狀是在淬硬材料上車削螺紋的關(guān)鍵，最好的螺紋刀片之一是類似于鏜桿上安裝的三角形刀片。 在正確的過程參數(shù)下，60°螺紋夾角和小刀尖半徑是非常有效的。
　　在淬硬材料上車削螺紋時(shí)，為了控制切削壓力和延長刀片壽命，有必要增加走刀次數(shù)并減小切深。另一種選擇是采用交替式側(cè)面切入方式，可改變切削力承受位置并導(dǎo)致較長的刀具壽命。