硬车削的突出吸引力是消除了使用磨削操作的可能性,然而,有些工厂依然对重复车削45 rc以上零件并达到磨削级别精度的工艺不太乐观。
采用完全和谐的硬车削工艺可获得0.00011英寸的表面光洁度、0.000009英寸圆度和±0.0002英寸直径公差,这样的精度在对淬硬前工件进行“软车削”的相同机床上同样可以达到,从而最大限度地提高设备利用率。然而有些工厂最初失策地选用不合适的(确切地说是比较便宜的)刀片,另一些工厂也许对他们的机床是否具有很高的刚性、足以承受二倍于普通车削的压力没有把握。哈挺公司(hardinge)的应用工程师tom sheehy讲述了该公司对于硬车削的一些建议和理解。以下是工厂认真评估硬车削时必须牢记的8个重要的过程因素。
工件
尽管45rc材料是硬车削的起始点,但是硬车削经常在60 rc以上硬度的工件上进行。硬车削材料通常包括工具钢、轴承钢、渗碳钢以及铬镍铁合金、耐蚀耐热镍基合金、钨铬钴合金等特殊材料。根据冶金学的观点,在切深范围内硬度偏差小(小于2个rc)的材料显示出最好的过程可预测性。有时,工件的尺寸或几何特征完全不适合于硬车削,最适合于硬车削的零件具有较小的长度/直径(l/d)比;一般说来,无支撑工件l/d之比不大于4:1,支撑工件l/d之比不大于8:1。尽管细长零件有尾架支撑着,但是切削压力过大仍有可能引起刀振。
机床
机床刚度决定硬车削的加工精度,最近15~20年内制造的机床几乎都有很好的刚性,足以对付某些硬车削用途。在许多情况下,机床的总体状况在更大程度上比使用年限更重要,维护精良的手动老车床甚至可以成为硬车削的候选对象。无论如何,由于对零件公差和表面光洁度要求越来越严格,机床刚度将不再是一个简单的问题。为了给硬车削用途增加刚性和阻尼特性,哈挺将许多特征纳入了车削中心,其中包括聚合物复合材料增强机座、带弹簧夹头(使主轴支撑靠近工件)的直接配合式主轴和静压导轨。系统刚性最大化意味着尽量减少一切悬空、刀具延伸和零件伸出,并取消调隙片和垫圈,其目标是保持一切物件尽可能地接近转塔刀架。
刀片
有些工厂最初对立方氮化硼(cbn)刀片的高昂价格望而却步,尽管cbn刀片是最适合于硬车削。cbn刀片能够在断续切削过程中保持定位不变,在连续切削过程中提供安全的刀具磨损率。当采用合适的硬车削工艺时,cbn刀片除了在控制直径公差方面比不上磨削以外,其它性能都是首屈一指的。
陶瓷不如cbn耐磨,因此一般不用于公差小于±0.001英寸的操作。陶瓷不适合于断续切削,而且不应加冷却液,因为热冲击可能造成刀片破裂。刀片的钝缘几何形状是陶瓷材料的固有特点,这一特点转化为切削力增大而工件表面光洁度下降。另外,陶瓷刀片刃口断裂可能是灾难性的,它可能会使所有切削刃无一可用。
金属陶瓷(立方碳化钛)对连续切削渗碳硬化材料很有效,尽管它不具备cbn那样的的耐磨性,好在刀片在大多数情况下会成比例地磨损而不断裂。
负前角刀片通常由于其结实的切削刃而得到利用。与之相反,正前角刀片由于其切削力比较小,才有可能用在刚性不高的机床上进行硬车削。
关于刀片的最好建议是与刀具供应商密切合作,特别是在最初阶段,以迅速达到最佳切削速度。
冷却液
关于冷却液的最大问题是究竟用不用冷却液。对于齿轮之类的断续切削零件来说,最好是“干运行”,否则进刀和退刀时的热冲击很可能引起刀片破裂。至于连续切削,刀头在干运行过程中产生的高温足以韧化(弄软)预切削区域,从而降低材料硬度使之易于剪切。这个现象说明了干切削时增大速度是有益的。同时,无冷却液切削式具有明显的成本优势。
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