1 硬車削及其特點

　　硬車削的定義

　　通常所說的硬車削是指把悴硬鋼的車削作為最終加工或精加工的工藝方法魏宽，以避免目前普遍采用的磨削技術(shù)莲轮。淬硬鋼通常指淬火后具有馬氏體組織陈售，硬度高，強度也高接馏，幾乎沒有塑性的工件材料卷哟。當淬硬鋼的硬度 >55HRC時，其強度sb約為2100～2600N/mm2仪彪。通常原俘，工件在熱處理淬硬之前就已完成粗加工工序，只有精加工在淬硬狀態(tài)下進行蒲坐。精磨是精加工最常用的加工工藝竿刁，但其加工范圍窄、投資大搪缨、生產(chǎn)效率低食拜，易造成環(huán)境污染鸵熟，一直困擾著淬硬鋼的經(jīng)濟有效加工。隨著加工技術(shù)的發(fā)展．硬車削代替磨削已成為可能负甸，并在生產(chǎn)中取得明顯效益流强。目前采用多晶立方氮化硼(PCBN)刀具、陶瓷刀具或涂層硬質(zhì)合金刀具等在車床或車削加工中心上對淬硬
鋼(55～65HRC)進行切削加工呻待，其加工精度可達5～10&micr0;m打月，表面粗糙度均方根值平均小于20&micr0;m。

　　硬車刻的特點

　　加工效率高

　　硬車削具有比磨削更高的加工效率蚕捉，且其所消耗的能量是普通磨削加工的1/5 奏篙。硬車削往往采用大切削深度、高的工件轉(zhuǎn)速迫淹，其金屬切除率通常是磨削加工的3～4倍秘通。車削加工時一次裝夾可完成多種表面加工(如車外圓、車內(nèi)孔升筛、車槽等)振沾，而磨削則需要多次安裝，因此柳竟，其輔助時間短莽恩，加工表面之間位置精度高。

　　硬車削是潔凈加工工藝

　　大多數(shù)情況下陕券，硬車削無須冷卻液偏笋。事實上，使用冷卻液會給刀具壽命和表面質(zhì)量帶來不利影響欧舒。因為，硬車削是通過使剪切部分的材料退火變軟而形成切削的捉痰，若冷卻率過高阐拭，就會減小由切削力而產(chǎn)生的這種效果，從而加大機械磨損湖吭，縮短刀具壽命掺厦。同時硬車削可省去與冷卻液有關(guān)的裝置，降低生產(chǎn)成本碉渡，簡化生產(chǎn)系統(tǒng)聚谁，形成的切屑干凈清潔，回收處理容易滞诺。

　　設(shè)備投資少形导，適合柔性生產(chǎn)要求

　　在生產(chǎn)率相同時，車床投資是磨床的1/3～1/2习霹，其輔助系統(tǒng)費用也低朵耕。對于小批量生產(chǎn)而言炫隶，硬車削不需特殊設(shè)備，而大批量加工高精度零件則需耍剛性好阎曹、定位精度和重復(fù)定位精度高的數(shù)控機床伪阶。

　　車床本身就是一種加工范圍廣的柔性加工方法，車削裝夾快速处嫌，采用配有多種刀具轉(zhuǎn)盤或刀庫的現(xiàn)代CNC車床很容易實現(xiàn)兩種不同工件之問的加工轉(zhuǎn)換栅贴，硬車削尤其適合此類加工。因此熏迹，與磨削相比檐薯，硬車削能更好地適應(yīng)柔性化生產(chǎn)要求。

　　硬車削可使零件獲得良好的整體加工精度

　　硬車削中生產(chǎn)的大部分熱量被切屑帶走谊某，不會產(chǎn)生像磨削加工的表面燒傷和裂紋坷顽，具有優(yōu)良的加工表面質(zhì)量，有精確的加工圓度订岗，能保證加工表面之間較高的位置精度喇喂。

2 硬車削加工的條件

　　硬車削的刀具材料及其選用

　　涂層硬質(zhì)合金

　　涂層硬質(zhì)合金刀具是在韌性較好的硬質(zhì)合金刀具上涂覆一層或多層耐磨性好的TiN、TiCN囊骆、TiAlN和Al2O3等雪奠，涂層的厚度為2～18μm，涂層通常起到以下兩方面的作用：一方面筏匪，它具有比刀具基體和工件材料低得多的熱傳導(dǎo)系數(shù)踪启，減弱了刀具基體的熱作用；另一方面慢俄，它能夠有效地改善切削過程的摩擦和粘附作用茧天，降低切削熱的生成。涂層硬質(zhì)合金刀具與硬質(zhì)合金刀具相比妄结，無論在強度磨夕、硬度和耐磨性方面均有了很大的提高。對干硬度在HRC45～55HRC之間的工件的車削蔓姚，低成本的涂層硬質(zhì)合金可實現(xiàn)高速車削捕虽。近年來，一些廠家靠改進涂層材料與比例的方法坡脐，也使得涂層刀具的性能有極大的提高泄私。如美國、日本一些廠家采用瑞士AlTiN涂層材料和新涂層專利技術(shù)生產(chǎn)的刀片备闲，硬度高達4500 ～4900HV 晌端，在車削溫度高達1500℃～1600℃時硬度仍然不降低，不氧化浅役，刀片壽命為一般涂層刀片的4倍．而成本只為30% 斩松，且附著力好伶唯。它可以在498.56m/min的速度下加工硬度達47～52HRC 的模具鋼。

　　陶瓷材料

　　陶瓷刀具具有高硬度(91～95HRA)惧盹、高強度(抗彎強度為750～1000 MPa)乳幸、耐磨性好、化學(xué)穩(wěn)定性好钧椰、良好的抗粘結(jié)性能粹断、摩擦系數(shù)低且價格低廉的特點。使用正常時刻吵，耐用度極高恼孩，車速可比硬質(zhì)合金提高2～5倍，特別適合高硬度材料加工苦突、精加工以及高速加工牙硫，可加工硬度為62HRC的各類淬硬鋼和硬化鑄鐵。常用的有氧化鋁基陶瓷街剂、氮化硅基陶瓷防徊、金屬陶瓷和晶須增韌陶瓷。近年來通過大量的研究绎弯、改進和采用新的制作工藝选芦，陶瓷材料的抗彎強度和韌性均有了很大的提高，如日本三菱金屬公司開發(fā)的新型金屬陶瓷NX2525及瑞典山特維克公司可樂滿開發(fā)的金屬陶瓷刀片新品CT系列和涂層金屬陶瓷刀片系列版逼，其晶粒組織的直徑細小至1μm以下赌列，抗彎強度和耐磨性均遠高于普通的金屬陶瓷，大大拓寬了陶瓷材料的應(yīng)用范圍钮隙。清華大學(xué)研制成功的氮化硅陶瓷材料刀具也達到了國際先進水平阅嘶。

　　CBN

　　CBN的硬度和耐磨性僅次于金剛石，有極好的高溫硬度载迄，與陶瓷刀具相比奈懒，其耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性稍差，但沖擊強度和抗破碎性能較好宪巨。它廣泛適用于淬硬鋼(50HRC以上)、珠光體灰鑄鐵溜畅、冷硬鑄鐵和高溫合金等的切削加工捏卓，與硬質(zhì)合金刀具相比，其切削速度甚至可提高一個數(shù)量級慈格。

　　CBN含量高的PCBN刀具怠晴，硬度高、耐磨性好浴捆、抗壓強度高及耐沖擊韌性好蒜田，其缺點是熱穩(wěn)定性差和化學(xué)惰性低稿械，適用于耐熱合金、鑄鐵和鐵系燒結(jié)金屬的切削加工冲粤。復(fù)合PCBN刀具中CBN顆粒含量較低寿宅，采用陶瓷作粘結(jié)劑，其硬度較低船遣，但彌補了前一種材料熱穩(wěn)定性差卫糙、化學(xué)惰性低的特點，適用于淬硬鋼的切削加工样呜。

　　在切削灰鑄鐵和淬硬鋼的應(yīng)用領(lǐng)域欺靠，陶瓷刀具和CBN刀具是可同時選擇的，因此進行成本效益和加工質(zhì)量分析非常必要覆珍，以確定哪一種材料更經(jīng)濟肾寡。圖1為Al2O3、Si3N4和CBN刀具加工灰鑄鐵后刀面磨損VB情況纱轨，PCBN刀具材料切削性能優(yōu)于Al2O3耿愈，和Si3N4淬硬鋼的干式切削加工時，Al2O3陶瓷的成本低于PCBN材料假刘，陶瓷刀具具有良好的熱化學(xué)穩(wěn)定性纪尊，但卻不及PCBN刀具的韌性和硬度。在切削硬度低于6OHRC以下和小進給量情況下的工件時判哥，陶瓷刀具是較好的選擇献雅。PCBN刀具適合于工件硬度高于60HRC情況，尤其是對于自動化加工和高精度加工時更為重要塌计。除此之外挺身，在相同后刀面磨損情況下，PCBN刀具切削后的工件表面殘余應(yīng)力也比陶瓷刀具相對穩(wěn)定锌仅。

　　使用PCBN刀具干式切削淬硬鋼還應(yīng)遵循以下原則：在機床剛性允許條件下盡可能選擇大切深章钾，這樣切削區(qū)生成的熱量使得刃前區(qū)金屬局部軟化，能有效降低PCBN刀具的磨損热芹。此外贱傀，在小切探時也應(yīng)盡可能采用PCBN刀具，因PcBN 刀具導(dǎo)熱性差而使得切削區(qū)熱量來不及擴散伊脓，剪切區(qū)也能產(chǎn)生明顯的金屬軟化效應(yīng)府寒，減小切削刃的磨損。

　　刀片結(jié)構(gòu)及幾何參教確定

　　刀片形狀及幾何參數(shù)的合理確定對充分發(fā)揮刀具切削性能是至關(guān)重要的报腔。按刀具強度來說株搔，各種刀片形狀的刀尖強度從高往低依次為：圓形、1 00°菱形、正方形肌辑、80°菱形足渔、三角形、55°菱形刹造、35°菱形丹碑。刀片材料選定后，應(yīng)盡可能選用強度高的刀片形狀赂相。硬車削刀片也應(yīng)選擇盡可能大的刀尖圓弧半徑寓鳄，用圓形及大半徑刀片粗加工，精加工時的刀尖半徑約為0.8～1.2μm 晋挑。

　　淬硬鋼切屑為紅而酥軟的鍛帶狀跛孕，脆性大，易折斷肄寻，不粘結(jié)舟鲁，一般在切削表面不產(chǎn)生積屑瘤，加工的表面質(zhì)量高串锁，但淬硬鋼切削力比較大坡沿，特別是徑向切削力比主切削力還要大，所以刀具宜采用負前角(go≥-5°)和較大的后角(ao=10°～15°)钾埂，主偏角取決于機床剛性河闰，一般取45°～60°，以減少工件和刀具顫振褥紫。

　　切削參數(shù)的選擇

　　工件材料硬度越高姜性，其切削速度應(yīng)越小。硬車削精加工的適宜切削速度為80～200m/min髓考，常用范圍為10～150m/min 部念，采用大切深或強烈斷續(xù)功削高硬度材料，切速應(yīng)保持在80～100m/min氨菇。一般情況下儡炼，切深為0.1～0.3mm。加工表面粗糙度要求高時可選小的切削探度查蓉，但不能太小乌询，要適宜。進給量通惩阊校可以選擇0.05～0.25mm/r楣责，具休數(shù)值視表面粗糙度數(shù)值和生產(chǎn)率要求而定。當表面粗糙度為Ra0.3～0.6μm時宋泊，硬車削比磨削經(jīng)濟的多。

　　對工藝系統(tǒng)的要求

　　除選擇合理的刀具外，硬車削對車床或車削中心并無特殊要求湃改，若車床或車削中心剛度足夠级闭，且加工軟的工件時能得到所要求的精度和表面粗糙度，即可用于淬硬鋼的加工丧足。為了保證車削操作的平穩(wěn)和連續(xù)本洁，常用的方法是采用剛性夾緊裝置和中等前角刀具。不過人們普遍認為蜗胖，硬車削需要高剛性的車床搔片，即硬車削的關(guān)鍵是機床具有足夠的剛性具藐，同時刀具绎谦、工件苫纤、夾緊裝置結(jié)構(gòu)緊湊目具有同等的剛性渴肿。若工件在切削力作用下其定位六敬、支承和旋轉(zhuǎn)可以保持相當平穩(wěn)榨咐，現(xiàn)有的設(shè)備就可以用于硬車削稚补。

3 硬車削技術(shù)的應(yīng)用

　　硬車削技術(shù)經(jīng)過十年的發(fā)展及推廣應(yīng)用楔绞，獲得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益蛇耀。下面舉例說明硬車削技術(shù)在軋輥加工等行業(yè)生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用情況辩诞。

　　軋棍加工行業(yè)

　　國內(nèi)十兒家大型軋輥企業(yè)已使用硬車削技術(shù)對冷硬鑄鐵、淬硬鋼等各類軋輥進行荒車纺涤、粗車和精車等切削加工译暂，均取得了良好的效益。平均提高加工效率2～6倍撩炊，節(jié)約加工工時和電力50%～80%外永。如在武漢鋼鐵公司軋輥廠，對硬度為60～80HS的冷硬鑄鐵軋輥粗車衰抑、半精車時．切削速度提高了3倍象迎，每車一根軋輥，節(jié)約電力呛踊、工時費400多元砾淌，節(jié)約刀具費近100元，取得了巨大的經(jīng)濟效益谭网。如我校機電實驗中心．用FD22金屬陶瓷刀具車削HRC58～63的86CrMoV7淬硬鋼軋輥時(v=60m/min汪厨，f=0.2mm/r，ap=0.8mm)單刃連續(xù)切削軋輥路徑達15000m(VCmax=0.2mm) 卡宛，滿足了以精車代磨削的要求蛙檐。

　　工業(yè)泵加工行業(yè)

　　目前國內(nèi)碴漿泵生產(chǎn)廠的70%～80%已采用硬車削技術(shù)。碴漿泵廣泛應(yīng)用于礦山胚闲、電力等行業(yè)贪犁，是國內(nèi)外急需的產(chǎn)品，其護套、護板是63～67HRC的Cr15Mo3高硬鑄鐵件檀氏。過去由于各種刀具難以車削它．所以只得采用退火軟化后粗加工退厕，然后再悴火加工的工藝。采用硬車削技術(shù)以后纳帽，順利解決了一次硬化加工問題寸颇，免除了退火再淬火兩道工序，節(jié)約了大量工時和電力挣呛。

　　汽車加工行業(yè)

　　在汽車础健、拖拉機等大批量生產(chǎn)行業(yè)中的曲軸、凸輪軸及傳動軸舰绘、刀量具行業(yè)及設(shè)備維修中經(jīng)常會碰到淬硬件的加工難題蹂喻。如我國某機車車輛廠，在設(shè)備維修中需要對軸承內(nèi)圈進行加工除盏，軸承內(nèi)圈(材料Gcr15)的硬度為60HRC叉橱，內(nèi)圈直徑為285mm ，采用磨削工藝者蠕，磨削余量不均勻窃祝，需2h才能磨好；而采用硬車削加工踱侣，僅用45min就加工好一個內(nèi)圈粪小。

4 結(jié)束語

　　經(jīng)過多年的研究和探索，我國硬車削技術(shù)取得了很大的進展抡句，但是探膊，硬車削技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用還不廣泛。原因主要有以下幾個方面：(1)生產(chǎn)企業(yè)待榔、操作者對硬車削的效果了解不夠逞壁，普遍認為硬材料只能磨削；(2)認為刀具成本太高锐锣。硬車削最初的刀具成本是比普通硬質(zhì)合金昂貴(如CBN比普通硬質(zhì)合金貴10多倍)债轰，但其分攤在每個零件上的成本比磨削低，日缕翁，帶來的效果比普通硬質(zhì)合金要好得多丐闲；(3)對硬車削加工機理研究不夠；(4)硬車削加工的規(guī)范不足以指導(dǎo)生產(chǎn)實踐叠凸。因此索官，除了對硬車削機理進行深人研究外，必須加強硬車削加工知識的培訓(xùn)滨鼠、成功經(jīng)驗演示及嚴格操作規(guī)范势瘤，使這種高效乐标、潔凈的加工方法更多地應(yīng)用于生產(chǎn)實際。在目前接吠，如果將硬車削與精磨結(jié)合起來宜裂，則加工一個一般零件所花的成本將比磨床上完成粗加工和精加工所花成本降低40%～60%。

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