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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。- U) L3 T' [& P4 E# \8 b& q3 r
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  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:
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  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。
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  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。 ) Y: C9 P) c9 ^6 z& `
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  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。+ {* x4 p( f# \5 T. q; N

7 I9 S' j4 o5 J( f. L! e& c- S  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 M- {' K( ^. N; b
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  对功率和刚度的要求
6 I% c: S, O) w1 @( H) c. p$ i  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。7 G: Y7 B% X. O, \  _

) }" k. ~9 J  e8 i  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。 - l+ _3 Z( |; d" C/ w- t; B" v5 I

: }0 p- }, T4 m) ]  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。 ! x& c3 x) F, s( q! B" b

) p: H- P6 Y( H' @' I9 L1 `/ b  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。
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/ p. W5 {, r" P1 D* U9 m. H6 L. ?  新品种刀具 ) ^! C! f3 J/ u9 i) `" K, ^$ r
  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。 5 n# Z* b9 D7 l! W; u0 X: l) S

4 P$ _% R/ Z" _  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。 ' v# N4 q5 o8 K/ C: b9 C) ~" Z
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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。
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: U& K7 D* d/ j# M/ j, A" x' p  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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7 r; X  b0 E! z" i  选择正确的作业方法 7 O. f4 e( V- t3 v$ g& O
  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。
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  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。 ( r1 @0 d* N' W2 R: [- f
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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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+ y/ c/ Y% l+ X' ^3 M( L  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。  
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来源:世界制造技术与装备市场 。

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