硬車削知識

硬車削知識

硬車削知識

硬車削是指把淬硬鋼的車削作為最終加工或精加工的工藝方法,以避免目前普遍採用的磨削技術。車削加工是機械製造業中最基本、最廣泛、最重要的一種工藝方法。

工藝方法

淬硬鋼通常指淬火後具有馬氏體組織,硬度高,強度也高,幾乎沒有塑性的工件材料。當淬硬鋼的硬度 >55HRC時,其強度sb約為2100~2600N/mm2。通常,工件在熱處理淬硬之前就已完成粗加工工序,只有精加工在淬硬狀態下進行。精磨是精加工最常用的加工工藝,但其加工範圍窄、投資大、生產效率低,易造成環境汙染,一直困擾著淬硬鋼的經濟有效加工。隨著加工技術的發展.硬車削代替磨削已成為可能,並在生產中取得明顯效益。目前採用多晶立方氮化硼 (PCBN)刀具、陶瓷刀具或塗層硬質合金刀具等在車床或車削加工中心上對淬硬鋼(55~65HRC)進行切削加工,其加工精度可達5~10& micr0;m,表面粗糙度均方根值平均小於20&micr0。

塗層硬質合金

塗層硬質合金刀具是在韌性較好的硬質合金刀具上塗覆一層或多層耐磨性好的TiN、TiCN、TiAlN和Al2O3等,塗層的厚度為2~18µm,塗層通常起到以下兩方面的作用:一方面,它具有比刀具基體和工件材料低得多的熱傳導係數,減弱了刀具基體的熱作用;另一方面,它能夠有效地改善切削過程的摩擦和粘附作用,降低切削熱的生成。塗層硬質合金刀具與硬質合金刀具相比,無論在強度、硬度和耐磨性方面均有了很大的提高。對乾硬度在HRC45~55HRC之間的工件的車削,低成本的塗層硬質合金可實現高速車削。近年來,一些廠家靠改進塗層材料與比例的方法,也使得塗層刀具的性能有極大的提高。如美國、日本一些廠家採用瑞士AlTiN塗層材料和新塗層專利技術生產的刀片,硬度高達4500 ~4900HV ,在車削溫度高達1500℃~1600℃時硬度仍然不降低,不氧化,刀片壽命為一般塗層刀片的4倍.而成本只為30% ,且附著力好。它可以在498.56m/min的速度下加工硬度達47~52HRC 的模具鋼。

陶瓷材料

陶瓷刀具具有高硬度(91~95HRA)、高強度(抗彎強度為750~1000 MPa)、耐磨性好、化學穩定性好、良好的抗粘結性能、摩擦係數低且價格低廉的特點。使用正常時,耐用度極高,車速可比硬質合金提高2~5倍,特別適合高硬度材料加工、精加工以及高速加工,可加工硬度為62HRC的各類淬硬鋼和硬化鑄鐵。常用的有氧化鋁基陶瓷、氮化硅基陶瓷、金屬陶瓷和晶須增韌陶瓷。近年來通過大量的研究、改進和採用新的製作工藝,陶瓷材料的抗彎強度和韌性均有了很大的提高,如日本三菱金屬公司開發的新型金屬陶瓷NX2525及瑞典山特維克公司可樂滿開發的金屬陶瓷刀片新品CT系列和塗層金屬陶瓷刀片系列,其晶粒組織的直徑細小至1µm以下,抗彎強度和耐磨性均遠高於普通的金屬陶瓷,大大拓寬了陶瓷材料的應用範圍。清華大學研製成功的氮化硅陶瓷材料刀具也達到了國際先進水平。

CBN

CBN的硬度和耐磨性僅次於金剛石,有極好的高溫硬度,與陶瓷刀具相比,其耐熱性和化學穩定性稍差,但衝擊強度和抗破碎性能較好。它廣泛適用於淬硬鋼(50HRC以上)、珠光體灰鑄鐵、冷硬鑄鐵和高溫合金等的切削加工,與硬質合金刀具相比,其切削速度甚至可提高一個數量級。

CBN含量高的PCBN刀具,硬度高、耐磨性好、抗壓強度高及耐衝擊韌性好,其缺點是熱穩定性差和化學惰性低,適用於耐熱合金、鑄鐵和鐵系燒結金屬的切削加工。複合PCBN刀具中CBN 顆粒含量較低,採用陶瓷作粘結劑,其硬度較低,但彌補了前一種材料熱穩定性差、化學惰性低的特點,適用於淬硬鋼的切削加工。

在切削灰鑄鐵和淬硬鋼的應用領域,陶瓷刀具和CBN刀具是可同時選擇的,因此進行成本效益和加工質量分析非常必要,以確定哪一種材料更經濟。PCBN刀具材料切削性能優於Al2O3,和Si3N4淬硬鋼的乾式切削加工時,Al2O3陶瓷的成本低於PCBN材料,陶瓷刀具具有良好的熱化學穩定性,但卻不及PCBN刀具的韌性和硬度。在切削硬度低於6OHRC以下和小進給量情況下的工件時,陶瓷刀具是較好的選擇。PCBN刀具適合於工件硬度高於60HRC情況,尤其是對於自動化加工和高精度加工時更為重要。除此之外,在相同後刀面磨損情況下,PCBN刀具切削後的工件表面殘餘應力也比陶瓷刀具相對穩定。

切削參數的選擇

工件材料硬度越高,其切削速度應越小。硬車削精加工的適宜切削速度為80~200m/min,常用範圍為10~150m/min ,採用大切深或強烈斷續功削高硬度材料,切速應保持在80~100m/min。一般情況下,切深為0.1~0.3mm。加工表面粗糙度要求高時可選小的切削探度,但不能太小,要適宜。進給量通常可以選擇0.05~0.25mm/r,具休數值視表面粗糙度數值和生產率要求而定。當表面粗糙度為Ra0.3~0.6µm時,硬車削比磨削經濟的多。


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