硬态车削工艺及关键技术

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硬态车削也称“以车代磨”，是指把淬硬钢的车削作为最终精加工工序的工艺方法。一般情况下，淬硬钢工件的粗加工是在淬火前进行的，淬火后进行磨削精加工。但磨削加工成本高、效率低。随着高硬刀具材料和相关技术的发展，可以采用PCBN刀具、陶瓷刀具或新型硬质合金刀具在车床或车削加工中心对淬硬钢进行车削，其加工质量也可以达到精磨的水平。

1 硬态车削的特点

与磨削相比，硬态车削有如下特点：

1. 加工效率高、经济效益好 去除相同体积的金属时，硬态车削往往可以采用较大的切削深度和较高的转速，而磨削则只能采用小切深，否则容易产生磨削烧伤，径向分力大引起变形，硬态车削的金属去除率可为磨削的3～4倍，能耗仅为磨削的1/5；车削一次装夹可完成多表面的加工(如外圆、内孔、端面、台阶、沟槽等)，磨削则不能；在加工效率相同的情况下，车床投资仅为磨床的1/3～1/2，占地面积小、辅助系统费用低。
2. 是一种洁净的加工工艺 硬态车削所用的刀具，基本可不使用切削液，这样就节省了相关的切削液传输装置和处理装置，大大节省了投资费用；切削液中一般都含有毒有害物质，会对环境造成污染，也损害了操作者的健康。不使用切削液的硬态车削是一种洁净的加工工艺。
3. 可获得良好的整体加工质量 工件安装次数的减少，可使工件得到较高的位置精度和圆度，车削不会引起表面烧伤和微裂纹。目前硬态车削的加工精度可达IT5级，表面粗糙度Ra可达0.8～0.2µm。

2 硬态车削的关键技术

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实施硬态车削工艺时，切削力大(特别是径向力比主切削力还大)、切削温度高、刀具使用寿命短，这就要求作为硬态车削的刀具耐热性和耐磨性应更好，机床工艺系统也要有足够的刚度。

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1. 刀具材料与几何参数 能够作为硬态车削的刀具材料有立方氮化硼(CBN)，陶瓷和新型硬质合金。CBN具有很高的硬度和耐磨性，适合加工硬度大于HRC55的淬硬钢工件。陶瓷刀具材料的成本低于CBN，且具有良好的化学热稳定性，但硬度和耐磨性不如CBN，对于硬度小于HRC50的淬硬钢工件选用陶瓷刀具更为合适。我国陶瓷刀具技术已较完善，刀片性能也较可靠，国产Al₂O₃,陶瓷刀片已有近20个品种。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。刀片形状及刀具几何参数的选择合理与否，对充分发挥刀具的切削性能至关重要。对于各种材料的刀片来说，均应选择强度高、散热条件好的刀片形状和尽可能大的刀尖圆弧半径。刀具几何参数的主要特点是选择较大的负前角或预磨出负倒棱。 2 w" r# _- ?3 N& {' l0 x' O
2. 切削用量与切削条件 切削用量选择得合理与否，对硬态车削效果影响很大。由于CBN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CBN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。一般情况下硬态车削不用切削液.但有时对工件的加工精度和表面质量和刀具寿命有特殊要求时，也可使用水基切削液并采用连续均匀的冷却方式，避免刀片产生微裂纹。 ' @8 L1 e1 {1 y/ T3 u
3. 硬态车削机床 硬态车削与非淬硬钢车削相比，切削力增加30%～100%，切削所需功率增加1.5～2倍，所以对硬态车削对机床提出了更高要求，如高刚度、大功率等。机床本身的主轴系统除了要保证高刚度以外，还应具有高转速，以保证充分发挥CBN或陶瓷刀具的性能优势。但主轴的高转速，往往容易引起振动，为防止和消除振动包括夹具在内的整个主轴系统必须经过良好平衡，主轴的径向跳动和端面跳动都不得大于3µm。机床导轨的精度要高、直线性要好、间隙要小，特别不能有爬行现象。此外，机床要有良好的热稳定性，机床热变形量要在一定范围内，这样才能保证连续生产的加工精度要求。

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3 硬态车削的应用与展望

实践证明，硬态车削比磨削可降低成本40%～60%。在德国、美国的汽车工业中，加工曲轴、凸轮轴等零件均采用硬态车削工艺，收到良好效果。我国也有少数工厂在CNC车床上对淬硬薄壁套、轴承环、齿轮内孔与端面以及量刃具等零件，用硬态车削也达到了磨削效果，并提高了加工效率。目前硬态车削工艺的应用还不够广泛，主要原因有：该项技术要求机床、刀具、夹具及工艺应有最佳组合；工件硬度和余量应均匀，对硬态车削机理研究不够；硬态车削加工成功实例的实际指导作用不强；对硬态车削效果的宣传推广不够等。尽管如此，硬态车削以其鲜明的特点和优势必将成为切削加工领域中重要的发展方向之一。

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