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[新技术] 克服淬硬材料加工的难点

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发表于 2007-8-27 11:35:53 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 中国广东深圳

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 以低投资将硬度高达50HRC~68HRC的钢件快速加工到5微米尺寸公差的想法并非高不可攀。
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: k3 q& F9 i1 L5 k  与传统观念不同,利用正确的机床和正确的刀具,将淬硬的工件加工到0.005μm并不困难。目前,刀具供应商已开发出能够承受这种加工条件的刀具,机床制造者也已生产出能满足这些新型刀具所需刚度的CNC车床。因此,硬质材料车削就可以从以下诸方面来促进生产: $ l5 M% z) f% I

7 B* h' C) Y! ~  @( B9 U4 L  节约时间 对淬硬材料进行车削比磨削至最终尺寸所需工时要少,这是因为车削的金属切除速经高于磨削,而且,一次装夹中可进行多道工序的加工。操作者只需一次装卸,就能完成全部加工,从而实现了及时(just in time)生产。
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  降低成本 节约时间就是节约金钱。再说,使用车床来代替磨床,意味着机床的投资费用有较大的下降。 7 n: y* f) y% n+ `

% B4 \' m" v) N5 L- z1 Z' b  质量较好 淬硬材料的车削在保证尺寸精度和表面粗糙度方面,比磨削要好得多。您可以将大多数硬质材料车削时的总公差带控制在0.005mm以内,表面粗糙度控制在Ra0.4μm以内。当然,这样精密的表面粗糙度需要特殊的措施,但要取得Ra0.4μm~0.8μm则是轻而易举的。 / _2 A6 C4 q7 T/ K* r7 V

6 F" _6 D  u4 H$ s  n  工序较少 淬火硬材料车削可免去许多形式的磨削工序,以及抛光和其他精加工工序。尤其是对复杂型面的加工,车削可以连续走轨迹,不仅省下加工费用,更有意义的是,可以把许多外协加工的活拿回来自己做。8 x# p% e. w* ~

5 R* m; f8 _; O3 I  浪费较小 淬硬材料车削的废品极少。因为使用的冷却液与正常车削的相同,不必另选冷却液而造成不必要的浪费。更有甚者,可以选择在不加冷却液状态下进行干车削。使您避免了冷却液和废品工件的浪费。淬硬材料车削 还可以免除费工又费钱的废渣回收与处理问题。 0 [  u/ B2 I3 j
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  对功率和刚度的要求
7 P# K3 |2 G( _( H# l! X% k) h  为了使淬硬材料车削能获得最大效果,机床和刀具的正确结合是很重要的。例如,我们在一次粗车作业中,当利用陶瓷刀,并采用0.28mm/r的走刀量,和1.9mm的吃刀量时,就需要使15kW电机输出65%的负载。该车床将淬火硬度62HRC、直径50mm钢件的一端车到25mm左右,同时还车削出锥面、圆弧半径以及其他复杂形状。% D7 g0 ^' L  n# \5 V
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  虽然需要具备高功率进行大吃刀量切削,但很多用户发现,多数情况下并非如此。因为大多数淬硬材料的加工都是精加工。一般可以先在普通车床上粗车,留出0.25mm~0.38mm的余量,然后于热处理后再利用硬质材料车削技术完成精加工。 1 s6 w+ I* M( k+ M3 j( f0 U. M
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  对淬硬材料车削的另一要求是刚度:包括机床、刀具和工件。机床安装中的任何环节若缺乏刚度,就会引起震颤。为了能够获得能与磨削相比的精度和尺寸公差,机床从床身起就必须具备特别高的刚度。传统的铸铁床身与花岗岩聚合物相比,是不适合进行硬材料车削的。聚合物床身的抗振动能力比铸铁高20倍,使主轴上的振动只有装在铸铁床身上主轴的三分之一以下。 & K, K% s! f- |7 |

( L; q) m2 |. X/ w8 N/ n) V- ?  尽量减小悬伸量是减小振动的另一武器。从理论上讲,工件夹持装置应该使所夹工件尽可能靠近主轴前轴承,刀具则应尽可能靠近刀塔本体,而不出现悬臂状态。为此,主轴内能够直接装夹弹簧夹头的车床。夹头座使工件远离主轴前轴承,不但夹持力小,尤其会增加振动的机会。 $ m7 [+ u# _% W
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  新品种刀具
: o* U- F$ O4 k  用陶瓷刀和立方氮化硼(CBN)刀具加工淬硬材料都很好。这些刀具在短短的时间里得到了飞速发展,有些刀具制造商声称:只要机床使用正确,他们的刀具比磨削可以缩短时间300%,并能提高切削精度。 7 v% i# a; [8 T
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  这些供应商推荐的陶瓷刀具有负前角和较大的T-倒棱,该倒棱只在刀具-工件介面上增加压力。与此相反,CBN按照工件的具体情况,可以有也可以没有这种不利的T-倒棱。例如,用CBN进行断续切削时,就需要较大的T-倒棱来承受振动。 / @. B7 ~5 `7 ?' e9 w
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  陶瓷刀具的使用会比CBN越来越普遍,这只由于它的成本较低,也因为它们的切削刃较多的缘故。然而,它们极易受热胀裂,此外,如果刀刃修磨不当时,不宜进行断续切削。CBN虽然比陶瓷贵得多,但它的切削性能好得多,加工光洁度高,使用寿命也长些。 6 B, P: U7 {( h, X
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  在些两种刀具材料之间进行选择,乃是如何使工件材质、几何形状以及切削速度和进给量与其相适应的工作。有些用户通常并不拘泥于逐条地比较,而是以各种刀具对同样的作业所构成的成本,以及能产生多大效益为选择原则。这些用户用价格较低的陶瓷刀粗车热处理经常残留的锈皮和铁鳞等,然后,用更好些的CBN刀具进行精加工。一般而言,如果硬化深度大于欲车去的材料深度,最好选用CBN。
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  选择正确的作业方法 9 ~  Y; ~6 K) y
  从实用的立场考虑,淬硬材料车削是一个与工件特性密切相关的过程。它特别适合切削具有错综圆弧、角度、以及半径等几何形状十分复杂的工件。您可以采用单刀尖编程车削的方法,快速又经济地完成作业,而不必为磨床去购买成形砂轮了。根据经验,大多数硬质材料车削是以91-150m/min的切削速度和0.05-0.13mm/r的进给速度进行的。精切吃刀深度一般为0.08-0.5mm。 ) ^" u" t7 [; @  _, J2 z2 J
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9 R2 Z! J) P) Z4 z$ C  因此,如何控制好材质的纯度,以及车削以前的热处理、粗车和成形工序,便成为本作业所能达到的精度大小的决定因素了。如果工件硬度波动只有三个洛氏硬度值(举例说),刀具的切削压力就会变化到足以使您保证不了0.005mm的尺寸精度。不稳定的硬度和不均匀的吃刀深度,都会损坏这种加工。因此,应该使用合格的材料,保持恒定的切削力,并保证热处理硬度在±1HRC~2HRC以内。 ( y2 w3 _. r7 |9 P& I) m2 A
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  工件的长径比也会影响机床保持公差精度的能力。典型的固定床头式车床一般不用尾座,对长径比为5:1至6:1的软质工件加工时,能达到相当严格的精度。由于工件的硬度、刀具的负前角和切削硬质材料所必需的T-倒棱,使得刀具压力相当大,因而,当工件无尾座支承时,必须将工件的长径比限制在3:1至4:1。当然,此限制要随作业的不同而变??也就是说,随工件的材质、硬度以及对光洁度和精度要求而主。
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" {/ [5 t) K( U2 s" X+ G; r  尾座能起一定作用,但它并非解决所有问题的灵丹妙药。例如,顶尖不以防止直径25mm、长300mm的工件的震颤。对这种工件,您只能采用磨削的办法。要保证比0.005mm更严格的公差精度,采用磨削工艺也比较好。虽然说淬硬材料车削不能完全取代磨削,但它可以取代相当大一部分,尤其是工件的长径比较小、形状较复杂时,硬车削不愧为是以车代磨的一种好工艺。  2 ]3 @5 `  P: u2 D9 F

( n5 w) g: y% d. A来源:世界制造技术与装备市场 。

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