1、浅谈车削加工新工艺硬车技术目 录一什么是硬车技术 2二、硬车技术特点 31、硬车削加工效率高 32、硬车削是洁净加工工艺 33、设备投资少,适合柔性生产要求34、硬车削可使零件取得良好整体加工精度 3三、硬车削技术要求41、工件和刀具 42、机床和工艺系统 43、刀片 54、冷却液 55、加工工艺 66、白化层 67、镗孔 68、车螺纹 7四、硬车削应用71、切削用量和切削条件 72、加工零件及工艺参数 7五、硬车削发展8参考文件9【摘要】车削加工是机械制造业中最基础、最广泛、最关键一个工艺方法,它直接影响生产质量、效率、成本、能源消耗和环境保护。因为现代科学技术发展,多种高强度、高硬度工程材
2、料越来越多地被采取,传统车削技术难以胜任或根本无法实现对一些高强度、高硬度材料加工,而现代硬车削技术使之成为可能,并在生产中取得显著效益。硬车削是指把淬硬钢车削作为最终加工或精加工工艺方法,从而更轻易控制切削用量,增加切屑去除量,可同时进行内孔和外圆切削,完成复杂外形工件加工。纵观工件加工过程,硬车技术削减了部分磨削工艺,而且在工件和刀具安装上可节省340时间,加工周期时间节省达575。【关键词】: 硬车削 新工艺 高效在车削加工领域,对于复杂零件和难加工材料车削,一直是车削加工中困扰难题。伴随高硬度切削材料和相关机床发展, 立方氮化硼刀具、陶瓷刀具及新型硬质合金刀具在新型车床或车削加工中心上
3、应用,对淬硬钢、高温合金车削不再是难题,其加工质量能够达成精磨水平。在发达国家硬车技术已被普遍应用于多种零件加工,大多数硬车技术应用已成功替换了磨削。一、什么是硬车技术通常情况下,车削只是淬火前进行粗加工。直到20世纪90年代前,淬火后精加工还只能采取磨削工艺,而车削也只能加工硬度值低于55HRC工件。硬车技术,简称硬车削(即以车代磨)。通常所说硬车削是指把悴硬钢车削作为最终加工或精加工工艺方法,以替换现在普遍采取磨削技术。淬硬钢通常指淬火后含有马氏体组织,硬度高,强度也高,几乎没有塑性工件材料。当淬硬钢硬度 55HRC时,其强度sb约为21002600N/mm2。利用多晶立方氮化硼(PCBN
4、)刀具、陶瓷刀具或涂层硬质合金刀具等在车床或车削加工中心上采取硬车削对淬硬钢(5565HRC)进行加工,其加工精度可达IT5,表面粗糙度Ra0.4m。二、硬车技术特点1、硬车削加工效率高硬车削含有比磨削更高加工效率,且其所消耗能量是一般磨削加工1/5 。硬车削往往采取大切削深度和较高工件转速,其金属切除率通常是磨削加工34倍。硬车削加工时一次装夹即可完成多个表面加工(如车外圆、车内孔、车槽等),而磨削则需要数次装夹。所以,硬车削辅助时间短,加工表面之间位置精度高。2、硬车削是洁净加工工艺大多数情况下,硬车削无须冷却液。实际上,使用冷却液会给刀具寿命和表面质量带来不利影响。因为,硬车削是经过使剪
5、切部分材料退火变软而实现切削。而在使用冷却液加工工艺过程中,若冷却率过高,就会减小由切削力而产生这种效果,从而加紧机械磨损,缩短刀具寿命。同时硬车削可省去相关冷却液配套装置,从而降低生产成本,简化生产系统,形成切屑洁净清洁,易于回收处理轻易。3、设备投资少,适合柔性生产要求在生产率相同时,车床投资是磨床1/31/2,其辅助系统费用也低。对于小批量生产而言,硬车削不需特殊设备,而大批量加工高精度零件则需耍使用刚性好、定位精度和反复定位精度高数控机床。 车床本身就是一个加工范围广柔性加工方法,车削装夹快速,采取配有多个刀具转盘或刀库现代CNC车床很轻易实现两种不一样工件之间加工转换,硬车削尤其适合
6、这类加工。所以,和磨削相比,硬车削能愈加好地适应柔性化生产要求。4、硬车削可使零件取得良好整体加工精度硬车削过程中产生大部分热量能被切屑带走,不会产生象磨削加工过程中出现表面烧伤和裂纹,含有优良表面加工质量,有正确加工圆度,确保加工表面之间较高位置精度。 三、硬车削技术要求 硬车削目标是随切屑带走最少80热量,以保持零件热稳定性。合理硬车削系统能够降低甚至省去磨削和和之相关高昂刀具成本和较长加工时间。采取合理硬车削工艺可取得0.0028m表面光洁度、0.0002m圆度和0.005m直径公差。要想这么精度在对淬硬前工件进行“软车削”相同机床上达成这么精车,从而最大程度地提升设备利用率不是不能够实
7、现。但因为一些工厂错误地选择了刀片(确切地说是选择了廉价刀片),或不清楚所用机床是否含有足够刚性以承受二倍于一般车削压力,从而使得硬车削工艺没有充足地、完全地发挥出其高率。所以,硬车削时须重视以下8个方面:1、工件和刀具尽管45HRC硬度是硬车削起始点,但硬车削常常在硬度高于60HRC以上硬度工件上进行。硬车削材料通常包含工具钢、轴承钢、渗碳钢和铬镍铁合金、耐蚀耐热镍基合金、钨铬钴合金等特殊材料。依据冶金学,在切深范围内硬度偏差小(小于2个HRC)材料可显示出最好过程可估计性。最适合于硬车削零件含有较小长径比(L/D),通常来说,无支撑工件L/D之比小于4:1,有支撑工件L/D之比小于8:1。
8、尽管细长零件有尾架支撑,不过因为切削压力过大仍有可能引发刀振。 在传统刀具制造中,刀柄材料通常是45钢调质到HB210-240,而在硬车削工艺中采取刀柄硬度应提升1.5倍。为了最大程度地增加硬车削系统刚性,刀具伸出长度不得大于刀杆高度1.5倍,工件在装夹时也应尽可能减小悬伸长度。2、机床和工艺系统除选择合理刀具外,机床刚度决定了硬车削加工精度。近1520年内制造机床几乎全部有很好刚性,足以承受硬车削。若车床或车削中心刚度足够,且加工软工件时能得到所要求精度和表面粗糙度,即可用于淬硬钢加工,精心维护一般车床全部能够用于硬车削。为了确保车削操作平稳和连续,常见方法是采取刚性夹紧装置和中等前角刀具。
9、并确保工件在切削力作用下其定位、支承和旋转能够保持相当平稳。系统刚性最大化意味着尽可能降低悬空、刀具延伸和零件伸出,并取消调隙片和垫圈,其目标是保持全部零部件尽可能地靠近转塔刀架。3、刀片尽管立方氮化硼(CBN)刀片价格昂贵,但CBN刀片最适合于硬车削。CBN刀片能够在断续切削过程中保持定位不变,在连续切削过程中提供安全刀具磨损率。当采取合理硬车削工艺时,CBN刀片除了在控制直径公差方面比不上磨削以外,其它性能全部是首屈一指。陶瓷不如CBN耐磨,所以通常不用于公差要求小于0.025mm加工。陶瓷不适合于断续切削,而且不能加冷却液,因为冷热冲击可能造成刀片破裂。刀片钝缘几何形状是陶瓷材料固有特点
10、,这一特点使切削力增大而工件表面光洁度下降。另外,陶瓷刀片刃口断裂可能是灾难性,它可能造成全部切削刃均不能使用。金属陶瓷(立方碳化钛)对连续切削渗碳硬化材料很有效,尽管它不含有CBN那样耐磨性,但这类刀片在大多数情况下会成百分比地磨损而不停裂。正前角刀片因为其切削力较小,通常见在刚性不高机床上进行硬车削。相关刀片最合理应用,提议和刀具供给商亲密合作,尤其是在最初阶段,以快速达成最好切削速度。4、冷却液其最大问题是用还是不用冷却液。对于齿轮之类断续切削零件来说,最好采取“干车削”,不然进刀和退刀时热冲击很可能引发刀片破裂。至于连续切削,刀头在干车削过程中产生高温足以韧化(软化)预切削区域,从而降
11、低材料硬度使之易于剪切。这个现象说明了干切削时增大速度是有益。同时,无冷却液切削方法含有显著成本优势。在连续切削中,冷却液可能有利于延长刀具寿命和提升表面光洁度。问题关键是要使冷却液能够抵达刀头,高压喷吸冷却法是处理这个问题最好措施,因为它不轻易在高温下蒸发。另外,高压能够降低切屑堆积,从而降低因为切屑阻塞对冷却液流至刀头影响。另一个措施是将冷却液同时喷压到刀片顶部和底部,以确保冷却液连续抵达刀头。 假如使用冷却液,其成份必需是水基。在完全匹配硬车削过程中形成切屑能够带走8090热量(切削区域最高温度可达1700F)。如此炽热切屑一旦接触低燃点冷却油,整个工序将有可能遭到根本破坏。假如在敞开式
12、机床上进行硬车削,必需增加合适保护装置,避免操作人员被切屑烫伤。 5、加工工艺因为硬车削产生热量大部分由切屑带走,加工前后对切屑进行检验能够发觉整个过程是否协调。连续切削时,切屑应该呈炽燃橙黄色,并象一根缎带似地飘逸而出。假如切屑冷却后用手一压基础断裂,表明切屑带走热量是正常。6、白化层令人讨厌“白化层(热影响区)”可能出现在硬车削和磨削操作中,即在材料表面形成一层肉眼看不见很薄(通常1m)硬壳。在硬车削过程中形成白化层,通常是因为刀片钝化造成过多热量传输到零件内部。白化层常常在轴承钢上形成,而且对于轴承圈之类需要承受高接触压力零件是很有害,伴随时间推移,白化层可能剥离并造成轴承失效。 对于刚
13、开始从事硬车削工厂,提议在生产头几周内进行随机抽查,以确定每个刀片能够车削多少零件而不形成白化层。另外,一个刀片即使可加工400个零件,也有可能在加工300件后就变钝而且开始使零件表面产生白化层。 7、镗孔 镗削淬硬材料需要很大切削压力,所以往往需成倍增加镗杆承受扭力和切向力。采取正前角(35或55)、小刀尖半径刀片能够减小切削压力。在增加切削速度同时减小切深和进刀速度,也是减小切削压力措施。 镗孔时,刀具必需和零件同心或略高于零件中心,因为切削引发挠曲变形会降低实际中心线位置降低了。最好夹紧形式是全长度对开套筒。在镗削淬硬材料时,全长度对开套筒夹头可提供最高刀夹刚度。其次是弹簧夹头和单点螺丝
14、夹头。 8、车螺纹采取适宜刀片几何形状是在淬硬材料上车螺纹关键,最好螺纹刀片是类似于镗杆上安装三角形刀片。在淬硬材料上车螺纹时,为了控制切削压力和延长刀片寿命,有必需增加走刀次数并减小切深。另一个选择是采取交替式侧面切入方法,可改变切削力承受位置并延长刀具寿命。四、硬车削应用 1、切削用量和切削条件 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。硬车削精加工适宜切削速度为50200m/min,常见范围为100150m/min。当采取大切深或断续切削时,切速应保持在50100m/min,通常切深为0.10.3mm;当加工表面粗糙度要求高时,可选小切削深度,进给量通常
15、选择0.0250.25mm/r,视具体依据表面粗糙度数值和生产率要求而定。因为PCBN和陶瓷刀具材料耐热性和耐磨性好,可选择较高切削速度和较大切削深度和较小进给量。而切削用量对硬质合金刀具磨损影响比对PCBN刀具影响要大,故用硬质合金刀具就不宜选择较高切削速度和切削深度。 2、加工零件及工艺参数 示例中企业加工零件为一件轴承套,原来最终工序全部是采取磨削方法进行,由下图可见此零件需要加工中孔和端面。工艺为:机加工热处理磨削。采取磨削时,先粗、精磨中孔和再粗、精磨端面,以此来确保精度要求。假如一台经济型磨床价格约为20万元左右,占地面积为4.4m5.4m,成本也是可想而知。轴承套零件示意图Kum
16、mer Freres企业K250车床到货后,采取PCBN超硬刀具“以车代磨”加工工艺为:粗加工热处理精加工(硬车)。PCBN刀具含有极高硬度及红硬性,可使被加工高硬度零件取得良好表面粗糙度。这类零件材料为GCr15,淬火后硬度为HRC6062,孔精度为IT4,表面粗糙度Ra0.1mm。新工艺可大幅度提升加工效率,降低加工成本:原采取磨削工艺,节拍为65s/件;现采取PCBN刀具车削(切削参数V=60 m/min,f=0.025mm/r,ap=0.1mm),节拍为35s/件,另外,分摊到每个零件加工成本也有下降。 可见,硬车在设备投资、占地面积及加工效率等方面全部比磨削更含有优势。 五、硬车削发
17、展 在德国等发达国家汽车工业中,多个轴类、套类零件大多采取硬车工艺,收到良好效果。因该项技术要求机床、刀具、工装及工艺应有最好组合,且对硬车效果宣传推广不够等原因,中国硬态车削工艺应用还不够广泛。现在,只有少数企业在CNC车床上对淬硬轴承环、齿轮内孔和端面和量刃具等零件进行加工,并也达成了磨削效果,提升了加工效率。 现在大多数硬车削应用还全部将重心放在用来替换磨削,伴随技术进步,将硬车削和磨削结合在一台机床中,如STUDER车磨复合机床,将会越来越多。未来,硬车削以其鲜明经济性必将成为制造领域中关键发展方向之一,而“车磨复合”也将是制造领域中关键发展方向之一。【参考文件】1. 哈挺企业新产品手册2. 中国机床商务杂志