超硬材料的车削和应用

2022年04月29日 来源:

超硬材料的车削和应用

随着制造业的不断发展,世界机床制造厂家一直在寻求用新技术来降低加工零件和成品的生产成本,使得超硬切削成为当前各制造商关注的新型加工工艺。预期在不久的将来,超硬切削技术将会发展得更加成熟,并被人们所广泛地使用。

超硬车削技术

超硬车削被定义为对HRC 45以上高硬材质工件单点切削的加工过程。通常工件材质硬度可达到HRC 58~68的范围,切削刀具材质基本上选用CBN。

超硬车削技术为那些不要求超高精密磨削的加工制造提供了一个新的选择。当然,对某些超高精密要求的工件、容易变形的工件和特殊要求的工件,磨削工艺还是比较适合的选择。虽然目前超硬车削还不能完全取代超高精密磨削,但已能取代相当一部分的精密磨削,从而减轻了磨削制造过程中昂贵的生产成本。目前,超硬切削的工件表面粗糙度一般可达Ra2.2~Ra2.4,圆度可达2.2225mm,尺寸精度可控制在2.223mm以内。经过切削比较发现超硬车削加工工艺比一般磨削加工工艺的生产效率要高4~6倍。

从图2可以清楚地看到,在不使用切削液冷却的情况下切削一个HRC 62的坚硬零件,会产生很多的热量。一般超硬切削时,切削点区域内的温度可高达926℃。事实上,局部高温热化可以帮助切削过程的完成,刀具切削点的高热预先对工件的切削层会产生退火和软化效应,使得工件比较容易切削。这一切削过程中,绝大部分的热是由切屑剥离而产生的。为了求得精美的表面加工质量,在最后一道切削时,应尽可能减少切削深度,一般控制在2.25 mm以内。

当前超硬车削已被广泛应用在汽车零部件制造中。上海汽车齿轮总厂已非常成功地将这一技术运用于大批量生产当中,他们在齿轮渗碳淬火后采用以车代磨,进行成品的最终精密加工,以达到零件设计的公差和表面粗糙度要求。被加工工件的表面粗糙度可达Ra2.2~Ra2.4,圆度可达2.2225 mm,2.223 mm的公差带Cpk值可达2.67。

连续加工的稳定性

对超硬材料进行车削的一个重要标志就是保证连续加工的稳定性。这与机床的整体动态刚性、切削刀具、工件的热处理状态有关。

采用聚合物对床身各主要部位进行充填以增加其阻尼系数,同时结合使用直线滚动导轨,将会对超硬材料的车削过程产生巨大的影响,并大大降低因切削引起的振动,加大快速回归静态刚性的时间。测试结果表明,对机床的改进有效地抑制了由机床振动带来地刀具崩刃,延长了刀具的使用寿命,大幅度提高了被加工工件的精度,缩小了公差带的离散度,提高了工件表面质量。

另一项机床的重要因素是各移动轴整合的性能和精度,包括机床的准确度、几何精度、电控功能、误差补偿以及一般调整和热变形效应。这是因为工件的最后一道加工成果完全是由机床的性能和精度来决定的。

展望未来,随着切削工艺和机床性能的不断研究改进,超硬车削这项新技术将逐步趋于完美,得到更加广泛的应用。

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