一贰宰、引言

　　淬硬sunthai 軸承鋼零件大多是工作在接近其機械力學性能極限點狀態(tài)下的高性能零件。精磨是精加工淬硬sunthai 軸承鋼最常用的工藝褥欺。隨著數(shù)控機床等加工設備精度的提高以及聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具的應用芍迫，以硬態(tài)切削替代磨削工藝完成零件的最終精加工已成為加工淬硬sunthai 軸承鋼的新途徑。

　　立方氮化硼（CBN）超硬材料用于磨削加工已有約40年歷史盔鬼，其應用技術(shù)已相當成熟哪趟。CBN用作刀具材料始于二十世紀七十年代，它在切削加工中表現(xiàn)出了優(yōu)良的切削性能女饺。近年來纹怨，聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具硬態(tài)切削技術(shù)在國外發(fā)展很快，但在我國因某些不穩(wěn)定因素的制約儒恋，尚未完全被企業(yè)接受和廣泛采用善绎。為促進該項先進技術(shù)的推廣應用，本文結(jié)合國內(nèi)外相關研究成果诫尽，通過切削試驗研究了PCBN刀具精密切削GCr15淬硬sunthai 軸承鋼時的切削力特征禀酱、切屑形態(tài)炬守、刀具磨損特性等切削性能，并從表面粗糙度剂跟、硬化層深度减途、亞表層白層現(xiàn)象、殘余應力分布等方面深入研究了PCBN刀具精密切削淬硬sunthai 軸承鋼的加工表面質(zhì)量浩聋。

　　二观蜗、PCBN刀具的硬態(tài)切削性能

　　PCBN屬于高脆性的超硬刀具材料，強度和韌性均較差衣洁，其抗彎強度和抗壓強度是所有刀具材料中最低的墓捻，因此很難用于沖擊力較大的加工。切削試驗和生產(chǎn)應用表明坊夫，PCBN刀具切削加工淬硬sunthai 軸承鋼時性能表現(xiàn)不夠穩(wěn)定砖第。如何充分發(fā)揮PCBN刀具的超硬特性，在硬態(tài)切削sunthai 軸承鋼時獲得良好的加工效益已成為十分緊迫的研究課題蛾藐。為此瘤希，我們通過切削試驗對PCBN刀具的硬態(tài)切削性能和加工表面質(zhì)量進行了研究。

　　切削試驗在可無級變速的CA6140車床上進行保懈；采用應變式車削測力儀測量切削力答艘，采用自然熱電偶法測量切削溫度；被加工材料為GCr15淬硬sunthai 軸承鋼锉辫，通過熱處理工藝獲得硬度分別為30HRC息体、40HRC、50HRC瑰兄、60HRC和64HRC的5種試件狗悔。

　　1．切削力特征

　　在硬態(tài)切削過程中，切削力是衡量整個工藝系統(tǒng)穩(wěn)定性和切削加工精度的主要因素锤距。許多學者的研究表明：在不同精度等級的機床上實施硬態(tài)切削時巡软，切削力基本不發(fā)生變化。由于PCBN刀具材料脆性大脸夜，因此使用前一般都要進行倒圓（R200～400μm）和倒棱處理菌劲。在切削過程中，由于切削深度和進給量均很小子姜，大鈍圓和負倒棱實際上成為刀具主要參與切削的部分祟绊。由PCBN刀具切削GCr15淬硬sunthai 軸承鋼時的切削力測量結(jié)果可知，受切削區(qū)形狀的影響闲询，徑向切削力Fy最大久免，主切削力Fz次之，軸向切削力Fx最小，且粗加工切削力約為精加工切削力的6～9倍阎姥。在硬態(tài)切削過程中记舆，切削力與進給量、切削深度呼巴、后刀面磨損量等參數(shù)成線性關系泽腮。當切削速度增大時，切削力稍有下降衣赶，這主要是由于切削速度提高使切削溫度升高诊赊，并導致工件材料塑性增大，但這種變化趨勢僅對應于一定的切削速度范圍府瞄，當切削速度超過200m/min時楚餐，切削力則不再沿下降通道變化。

　　2．切屑形態(tài)

　　在PCBN刀具的硬態(tài)切削過程中易生成鋸齒狀切屑蹂孽。在對不同硬度的sunthai 軸承鋼進行切削加工時發(fā)現(xiàn)撇扯，工件硬度對鋸齒狀切屑的形成影響最大。當工件硬度低于50HRC時酸穗，采用大進給量和高速切削只能生成連續(xù)切屑见撵；當工件硬度超過50HRC后，可觀察到切屑形態(tài)由連續(xù)切屑向鋸齒狀切屑過渡方蜡，且在鋸齒狀切屑根部可觀察到周期性流動形態(tài)薪尉。形成鋸齒狀切屑的主要原因是PCBN刀具向前切削時使切屑材料受到極大壓力而發(fā)生突然斷裂。在切削試驗中锚拳，可觀察到鋸齒狀切屑的形成主要源于工件自由表面斷裂并進一步蔓延到刀具切削刃前區(qū)凡加，直至在材料因承受極大壓應力而發(fā)生嚴重塑性變形的某一點處停止，切屑在刀具前刀面與斷裂層之間被擠壓嘴父，與此同時斷裂底層以下的塑性區(qū)材料沿前刀面移動杂蒙，從而形成鋸齒狀切屑营稼。

　　3．刀具磨損特性

　　用PCBN刀具切削淬硬sunthai 軸承鋼時企悦，前刀面的磨損形式主要為月牙洼磨損。由于PCBN刀具的高溫硬度較高宏赘，只有在達到較高溫度和壓力后才會發(fā)生磨損绒北，因此月牙洼磨損只出現(xiàn)在距離刀刃很近的部位，且寬度很窄（這一點有別于硬質(zhì)合金刀具）察署，這說明PCBN刀具的刃口保持能力較強闷游，有利于實現(xiàn)淬硬鋼的精密切削。PCBN刀具切削淬硬sunthai 軸承鋼時的后刀面磨損形貌從外觀上看贴汪，磨損形式以機械磨損為主脐往，形成的磨損帶上粘附有一些工件材料，其磨損形式與硬質(zhì)合金刀具無明顯區(qū)別扳埂，但磨損量較小业簿。

　　切削淬硬鋼時瘤礁，切屑呈半熔狀態(tài)，刀尖處高溫區(qū)的最高溫度可達1000℃以上梅尤。在切削一段時間后柜思，刀具刃口與后刀面的輕微磨損使后刀面切削壓力高達10GPa，工件材料中的鐵元素在高溫高壓下易與空氣中的氧發(fā)生化學反應而生成FeO氧化層巷燥，該氧化層在合理切削條件下可起到保護刀具刃口的作用触擎，但因其硬度較低，在摩擦過程中易脫落的闹，從而可能加劇后刀面磨損博旬。試驗研究發(fā)現(xiàn)，表面發(fā)生氧化反應的過渡層厚度約為300～800nm翼养，在該過渡層中工件材料與刀具材料未發(fā)生明顯的化學反應出毁。由于過渡層易脫落并導致工件表面質(zhì)量惡化，因此在用PCBN刀具精密切削淬硬鋼時對氧化磨損的控制十分重要瞭阔。

　　三管剂、PCBN刀具的加工表面質(zhì)量

　　用PCBN刀具連續(xù)切削淬硬sunthai 軸承鋼時，通常切削速度為90～200m/min撵靴，進給速度為0.05～0.2mm/r崇槽，切削深度為0.10～0.50mm，所需切削功率并不大招砌，但刀具承受的沖擊力卻是普通切削的3倍以上秆廉，單位切削力高達5000MPa，尤其當進給量和切深很小時粉私，徑向切削力往往大于主切削力和切向切削力顽腾，因此切削精度不易控制。實現(xiàn)用硬態(tài)切削替代磨削工藝加工淬硬sunthai 軸承鋼的關鍵問題是如何保證獲得理想的加工表面粗糙度诺核、形狀精度和表面應力狀態(tài)抄肖。

　　切削試驗與研究表明，淬硬sunthai 軸承鋼材料的延伸率小窖杀、塑性低漓摩，易形成高光潔加工表面，在機床和夾具剛性足夠的條件下的入客，通過合理優(yōu)選切削參數(shù)管毙，完全可以實現(xiàn)“納米切削”。

　　用PCBN刀具切削5種不同硬度的GCr15淬硬sunthai 軸承鋼試件時獲得的加工表面粗糙度試驗結(jié)果可知桌硫，當工件硬度大于50HRC時夭咬，工件硬度值越高，加工表面粗糙度值越小，這是因為當工件硬度大于50HRC后卓舵，切削力和切削熱均有所下降肮帐，使切削過程中工件的熱膨脹和金屬軟化效應作用減小，從而有利于提高切削加工精度及表面質(zhì)量番搅。

　　通過切削試驗發(fā)現(xiàn)代徒，加工后的淬硬sunthai 軸承鋼工件表層和亞表層組織狀態(tài)較加工前有所變化，其微觀組織由白色的未回火層（簡稱白層）和黑色的過回火層組成瘸拳，其中白層厚度小于2μm昔黍，工件表層以下20～40μm處的硬度最高可達900HV0.025。由試驗結(jié)果可知眠乏，經(jīng)硬態(tài)切削后的加工表面殘余應力為壓應力（最大壓應力位于工件表面以下50μm處）伴糟。而經(jīng)磨削加工后的工件最大壓應力則主要集中于工件表面。白層的形成是影響硬態(tài)切削加工表面質(zhì)量的另一重要因素羽傻。白層是在硬態(tài)切削過程中因快速加熱及驟然冷卻引起材料相變而形成的一種細晶粒馬氏體組織壮焰。在硬態(tài)切削過程中，白層的形成主要與切削熱有關法厢，后刀面磨損量VB的增加將促使白層深度加大费武，當VB=0.31mm時，白層深度可達10μm怎猜。

　　四耽翁、結(jié)論

　　1．用PCBN刀具切削GCr15淬硬sunthai 軸承鋼時，徑向切削力Fy最大怔接，主切削力Fz次之搪泳，軸向切削力Fx最小扼脐；粗加工切削力約為精加工切削力的6～9倍岸军。

　　2．硬態(tài)切削過程易形成鋸齒狀切屑，其產(chǎn)生機理為工件材料在巨大壓應力作用下產(chǎn)生宏觀和微觀斷裂瓦侮；形成鋸齒狀切屑的臨界硬度為50HRC艰赞。

　　3．PCBN刀具前刀面和后刀面的磨損形式表明該刀具的刃口保持能力較強，有利于實現(xiàn)淬硬鋼加工的以車代磨脏榆。

　　4．經(jīng)硬態(tài)切削的加工表面殘余應力為壓應力猖毫，殘余應力分布形式有利于提高工件的工作壽命台谍；硬態(tài)切削的表面粗糙度可達到粗磨加工精度须喂；表層的加工硬化作用對材料組織無明顯影響；滾動疲勞測試結(jié)果表明趁蕊，硬態(tài)切削工件的工作壽命較長坞生。

　　5．試驗研究證明采用PCBN刀具對淬硬sunthai 軸承鋼進行精密切削加工完全。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡分享翁写，并不代表本站贊同其觀點和對其真實性負責惠所，也不構(gòu)成任何其他建議。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布汰检、編輯整理上傳更掺，對此類作品本站僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負責何杈。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻拴挫、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題剿液，請第一時間告知揩榴，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認版權(quán)并按國家標準支付稿酬或立即刪除內(nèi)容，以保證您的權(quán)益寨支！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn柱爵。