替代磨削：经济性好的硬车刀具和技术（一）

魔神

    

　　用在汽车工业的大多数硬零件是在淬硬后加工到最终几何形状的。目前，磨削是用于这些零件的主要的方法，这些零件包括轴承、齿轮、轴和小齿轮。但是，感谢机床刚性的改善和聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具的发展，硬车削正作为一种替代磨削的经济性好的方法在普及。

　　使用各种镶刃或整体车刀片完成硬度在洛氏45到68范围材料的硬车削。自从它在80年代中期推出以来，这种工艺的普及程度已戏剧性地增加，并且PCBN刀具的销售现在每年超过25亿美圆。很明显，越来越多的制造商正在认识硬车削的优点。但是归因于PCBN刀具的成本，很多人仍然把它看作是一个昂贵的工艺。

　　用PCBN进行硬车削真的更贵？

　　当PCBN刀具的成本比传统刀具高10到20倍时，研究表明它们在综合生产率和刀具寿命方面效率要高10到300倍。在某种程度上，这些发现是基于每个零件分摊的刀具成本分析。为了更好地了解硬车削的经济效益，考虑一些有时被会计部门忽视的因素是有帮助的。这些因素包括刀具换刀时间、调整时间、加工时间、机床维护、零件质量和机床原始成本。

　　硬车削的经济性好可能部分归功于机床本身。磨床比CNC车床的投资大得多，CNC车床通常是磨床成本的三分之一到二分之一。还有，在加工能力方面CNC车床柔性更大。换刀能在两分钟之内完成，没有对于更换砂轮必须的生产时间的损失。这些柔性允许小批量零件的快速、经济性好的生产。

　　低的维护也是一个好处，作为磨损的PCBN刀具能被快速地拿走并更换新的刀片，而且不需要修正或修正来维持切削轮廓。CNC车床和磨床相比还占据更少的空间，不需要液槽系统，而且在很多硬车削应用里甚至不需要冷却液。

　　因为硬车削通过从工件上‘剥’软化的切屑来有效地去除金属，通常不推荐冷却液。这有助于在消除有使用冷却液引起的环境伤害的同时降低成本。干加工还减少花在政府管制的切屑处理和回收处理上的时间和金钱。

　　在较少的加工时间下获得良好的表面光洁度

　　虽然已经知道磨削在相对较高的进给率下得到良好的表面光洁度，但用PCBN刀片硬车削能以明显更高的金属切除率获得同等或更好的表面光洁度。虽然工艺有小切深小进给组成，对于传统硬车削加工时间的减少估计高达60%，而对于最新的插车(plunge turning)技术高达90%。

　　研究表明通过使用正确的刀尖圆弧半径、进给率或新的修光刀片技术组合，硬车削能获得比磨削更好的表面光洁度。实际上硬车削能以比磨削调节简单的装卡下被完成也能获得高精度。但是，仍有很多围绕硬车零件综合表面完整性的争论。

　　硬车削通过产生残余应力模式和也叫做白化层的过硬表面区域来影响表面微观结构。这些薄的再硬化层通常是紧跟在白化层下面的过度回火区。归因于材料的微观结构的改造，再硬化层在光学显微镜下看是白的，而且回火区表现为暗色。

　　研究已确认在硬车和磨削表面都有白化层的存在。虽然它们通常和表面残余拉应力相关联，但白化层也可能预示残余压应力。不管怎么说，白化层的成因和它们对已加工工件没有全部了解。

　　一些研究建议使用切削液有助于消除白化层，而其它的显示冷却液没有效果。还有一些证据表明刀具工况影响白化层的形成。总的来说，新刀具更倾向于产生无损表面，白化层的增加随着刀具磨损的增加而增加。这可能由刀具和工件之间的摩擦产生的热量造成后刀面磨损增加引起，或者通过摩擦增加引起更高的塑性变形。