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硬车齿轮以车代磨刀具工艺(PCBN刀片)

作者: 2393 次浏览 时间:2020-06-19

信息摘要:硬车(以车代磨)是指用车削的工艺方法作为淬硬钢的终加工或精加工。通常,车削只是淬火前进行的粗加工。直到20世纪90年代前,淬火后的精加工还只能采用磨削工艺,而车削也只能加工硬度不大于 HRC55的工件。随着高硬度切削材料和相关机床的发展,如采用PCBN刀具、陶瓷刀具或新型硬质合金......

硬车(以车代磨)是指用车削的工艺方法作为淬硬钢的终加工或精加工。通常,车削只是淬火前进行的粗加工。直到20世纪90年代前,淬火后的精加工还只能采用磨削工艺,而车削也只能加工硬度不大于 HRC55的工件。随着高硬度切削材料和相关机床的发展,如采用PCBN刀具、陶瓷刀具或新型硬质合金刀具在新型车床或车削加工中心上对淬硬钢进行车削,其加工质量可以达到精磨的水平。大多数硬车的应用是替代磨削,目前,车削的硬度极限可达到HRC68,在发达国家硬车技术已被普遍应用,可加工各种零件,是代替磨削的经济性加工工艺。

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硬车的关键技术 硬车加工时,由于材料硬度大,切削力和切削温度高,影响刀具使用寿命。这就要求作为硬车削的刀具耐热性和耐磨性要好;同时机床系统必须有足够的系统刚性和精度。

 1. 刀具材料 

涂层硬质合金刀具是在硬质合金刀具上涂覆一层或多层耐磨性好的TiN、TiCN、TiAlN和Al2O3等,涂层的厚度为2~18mm。涂层的作用能够降低摩擦,减少切削热的生成;热传导系数低,能减弱对刀具的热作用。涂层硬质合金刀具与硬质合金刀具相比,无论在强度、硬度和耐磨性方面均有了很大的提高,例如:加工硬度在HRC45~55的工件时,涂层硬质合金刀具可高速车削。 陶瓷刀具具有高硬度、高强度、耐磨性好、化学稳定性好、摩擦系数低且价格低廉等特点,切削速度可比硬质合金提高2~5倍,特别适合高硬度材料的加工、精加工以及高速加工,可加工硬度HRC60以下的各类淬硬钢和硬化铸铁。常用的有氧化铝基陶瓷、氮化硅基陶瓷、金属陶瓷等。 立方氮化硼(CBN)的硬度和耐磨性仅次于金刚石,具有极好的高温硬度。与陶瓷刀具相比,其耐热性和化学稳定性稍差,但冲击强度和抗破碎性能较好,现普遍用于淬硬钢(HRC50以上)、珠光体灰铸铁及冷硬铸铁等的加工中。与硬质合金刀具相比,其切削速度可提高一个数量级。

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聚晶立方氮化硼(PCBN)是由CBN微粉与少量粘结相(Co、Ni或TiC、TiN、Al2O3)在高温高压下烧结而成,具有硬度高、耐磨性好、抗压强度高及耐冲击韧性好,适用HRC60以上淬硬钢的切削加工和高精度的加工。 通常,CBN适合加工硬度大于HRC55的淬硬钢工件,PCBN刀具适合工件硬度高于HRC60的加工,对于硬度小于HRC50的淬硬钢工件选用陶瓷刀具更为合适。陶瓷刀具材料的成本低于CBN,我国陶瓷刀具技术已较完善,刀片性能也较可靠。新型硬质合金及涂层硬质合金刀具材料的抗弯强度和冲击韧性比CBN和陶瓷材料要高,价格又低,可用于加工硬度为HRC40~50的淬硬钢工件,通常采用KBN100或者KBN200。

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 2. 切削用量与切削条件 切削用量选择是否合理,对硬车削影响很大,工件材料硬度越高,其切削速度应越小。硬车削精加工合适的切削速度为50~200m/min,常用范围为100~150m/min。当采用大切深或断续切削时,切速应保持在50~100m/min,通常切深为0.1~0.3mm;当加工表面粗糙度要求高时,可选小的切削深度,进给量通常选择0.025~0.25mm/r,具体根据表面粗糙度数值和生产率要求而定。由于PCBN和陶瓷刀具材料的耐热性和耐磨性好,可选用较高的切削速度和较大的切削深度以及较小的进给量。而切削用量对硬质合金刀具磨损的影响比PCBN刀具要大些,故用硬质合金刀具就不宜选用较高的切削速度和切削深度。

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 3. 硬车削机床 车削淬硬钢与车削非淬硬钢相比,切削力将增加50%以上,切削所需功率增加2倍左右,所以硬车削对机床提出了更高要求,如系统刚性、功率等。为了使表面质量与磨削的质量相媲美,主轴的径向和轴向振动必须保持在2mm以内,还应具备数字线性测量系统和良好的温度补偿性能(m级补偿),必须避免爬行。机床本身的主轴系统除了要保证高强度以外,还应有高转速,充分发挥PCBN或陶瓷刀具的性能优势,这样才能保证连续生产的加工精度和高效率的要求。 硬车削的经济性 汽车制造业的大多数零件是在热处理后进行终精度或形状的加工,硬车削正作为替代磨削的一种经济性方法在普及。

硬车削的发展 在德国等发达国家的汽车工业中,多种轴类、套类零件大多采用硬车工艺,收到良好效果。因该项技术要求机床、刀具、工装及工艺应有佳组合,且对硬车效果的宣传推广不够等原因,我国硬态车削工艺的应用还不够广泛。目前,只有少数企业在CNC车床上对淬硬轴承环、齿轮内孔与端面以及量刃具等零件进行加工,并也达到了磨削效果,提高了加工效率。 现在大多数硬车削应用还都将重心放在用来替代磨削,随着技术的进步,将硬车削和磨削结合在一台机床中,如STUDER的车磨复合机床,将会越来越多。

未来,硬车削以其鲜明的经济性必将成为制造领域中重要的发展方向之一,而“车磨复合”也将是制造领域中重要的发展方向之一。