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数控车床硬态切削技术
日期:2009年11月06 来源:沈阳第一机床厂 关键字:数控车床
硬恋切削技术
淬硬钢是——类较难加工的材料,硬度通常高达50~65HRC,主要包括普通淬火钢、淬火态模具钢、轴承钢、轧辊钢及高速钢等。由于其典型的耐磨特点,淬硬钢被广泛用于制造各种数控车床要求高硬度和高耐磨性的基础零部件。随着陶瓷刀具,特别是超硬刀具CBN性能的不断提高和稳定,解决了淬硬零件传统制造工艺与快速发展的市场需求之间的矛盾,使得更经济地切削加工淬硬钢成为可能。
硬态切削是指采用陶瓷或超硬CBN/J具对硬度大于50HRC的淬硬钢进行精密切削的加工工艺。与磨削相比,硬态切削具有良好的加工柔性、经济性和环保性能。然而,目前硬态切削加工技术仍然末完全被企业所广泛采用,其主要原因不仅由于企业对硬态切削加工机理及刀具的使用技术未完全理解和掌握,同时也因为硬态切削工艺中一些不稳定的因素制约了它的推广和应用。
⑴硬态切削的优点
与磨削加工相比,硬态切削有如下优点:
①加工效率高、经济效益好。旨先,去除相同体积的数控车床金属时,硬态切削常常可以采用较大的切削深度和较高的主轴转速;而辟削则只能采用小切深,否则容易引起磨削烧伤,或因径向分力大而引起变形。因此,硬态切削的金属去除率为磨削的3—4倍,能耗仅为磨削的1/5。另外,在硬态车削时, —次装夹可完成多表面的加工(如外圆、内孔、端面、台阶、沟槽等),而磨削则不易实现。硬态切削经济效益奸还体现在设备投入上,在加工效率相同的情况下,车床投资仅为磨床的1/3—1/2,且占地面积小,辅助系统费用低。
②清洁的加工工艺。硬态切削所用的刀具,基本可不使用切削液,节省了相关的切削液供给装置和处理装置,大大节省了投资费用。另外,一般切削液中大多含有毒和有害物质,会对环境造成污染,也危害操作者的健康。
③良好的整体加工质量。以硬态车削为例,数控车床工件安装次数的减少,可使工件各几何要素获得较高的位置精度,工件表面也不会引起烧伤或微裂纹。目前硬志车削的加工精度可达IT5级,表面粗糙度An为Os—O.2Pnl。
(2)硬态切削的关键技术
实施硬态切削工艺时,切削力大、切削温度高、刀具使用寿命短,这就要求作为硬态切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。硬恋曰削的关键技术表现在以F几个方面:
①刀具材料引L何参数。CBN具有很高的硬度和耐磨性,适合加工硬度大于HRC55的淬硬铆J:[件,是目前最理想的硬态切削刀具材料。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较为合适。我国数控车床陶瓷刀具拄术己较完善,刀片性能也较稳定、可靠。对于硬度为HRC40—50的淬硬钥千件,也司选择抗弯瞩度和冲击韧性更高的高性能硬质合金及涂层硬质合金刀具材料。刀片形状及刀具几何参数的选择合理与否,对充分发挥JJ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人的负前角或预磨出负倒棱,以提高刀具的抗冲击能力。
②回切削用量与切削条件。切削用量选择得合理‘j否,对硬态切削效果影响很大。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及较小的进给量:而硬质合金刀具则不宜选用较高的切削速度和印削深度。一般情况下硬态切削刁;使用切削液,但有时对工件的加工精度和表面质量及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。
③对己加工表面完整性的深入研究。由于切数控车床削加工过程巾切削热的产生和佶导、高速摩擦和磨损等因素都会对已加工表面造成‘定程度的破坏,所以,用硬态切削取代磨削加工,需对工件的表面性能进行长期和深入的研究。硬态叨削已加7:表面的完整性主要包括:表层组织形态及硬度、表面粗糙度、残余应力的性质与分布、白层的状况等。
④硬态切削机床。以车削加:l寸例,淬硬钢的硬态车削与非淬硬钢车削相比,切削力增加30%~100%,切削所需功串增加]5—2倍。所以,硬态切削对数控车床提出了更高的要求,主要是高刚度和大功率。此外,机床本身的主轴系统还应具有高转速,以保证充分发挥CBN或陶瓷刀具的性能优势。为防止主轴高转速引起的振动,包括夹具在内的整个主轴系统必须经过良好的平衡,主轴的径向跳动和端向跳动都不得大于3gm。机床导轨的精度要高,担杠反向间隙要小,特别是不能有爬行现象发生。机床良好的热稳定性,对保证连续生产的加丁精度也非常重要。
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