采用以車代磨工藝硬車削齒輪的難題與切削刀具的發(fā)展
2014-4-3 來源：數(shù)控機(jī)床市場網(wǎng) 作者：
在齒輪和齒輪軸行業(yè)，隨著切削技術(shù)的進(jìn)步和節(jié)能提效的要求，以車代磨工藝被廣泛應(yīng)用，由于企業(yè)對以車代磨工藝和刀具等認(rèn)識不清，在工藝實(shí)施中也存在諸多問題，特別是淬硬鋼的大余量粗加工，斷續(xù)切削加工，切槽加工，以車代磨的光潔度和形位公差問題。我們根據(jù)齒輪行業(yè)為例，淺析以車代磨工藝中遇到的問題，并重點(diǎn)論述硬車削工藝的關(guān)鍵--CBN刀具。
淬硬鋼齒輪的大余量切削和斷續(xù)切削用刀具牌號BN-S20
42CrMo和20CrMnTi等材質(zhì)的齒輪或齒圈淬火變形可以在一定程度上加以控制和減小,但是不能夠完全避免.對于滲碳淬火后的變形校正不再贅述，下面是淺談滲碳淬火后車削加工及刀具的可行性。
對于滲碳淬火齒圈齒輪的外圓和內(nèi)孔變形量的修正，車削是最簡單的辦法，以前任何刀具包括國外CBN刀具都不能解決強(qiáng)斷續(xù)切削淬火后齒輪外圓，華菱超硬受邀對此進(jìn)行刀具研發(fā)，“間斷切削加工淬硬鋼一直是個(gè)難題，何況是動(dòng)輒HRC60左右的淬硬鋼，而且變形余量大，在高速車削淬硬鋼時(shí)，如果工件有間斷切削，刀具在間斷切削淬硬鋼時(shí)會以每分鐘100次以上的沖擊來完成加工，對刀具的抗沖擊性能是個(gè)很大的挑戰(zhàn)。”中國刀協(xié)專家如是說。華菱超硬經(jīng)過長達(dá)一年之久的反復(fù)試驗(yàn)，推出強(qiáng)斷續(xù)車削淬硬鋼的CBN刀具牌號BN-S20牌號；并在滲碳淬火后的齒輪外圓進(jìn)行車削實(shí)驗(yàn)。
刀具試驗(yàn)結(jié)果：BN-S20牌號CBN刀片比原來用的進(jìn)口氮化硅陶瓷刀具抗沖擊，在吃刀深度增大三倍的情況下（單邊背吃刀量ap=2.5mm），壽命是氮化硅陶瓷刀具的6倍！切削效率整整提高3倍（原來是三次走刀，現(xiàn)在是一次走刀完成4mm的淬火變形余量的切除）。最難能可貴的是刀具的最終失效形式并不是讓人擔(dān)心的崩刀刃，而是正常的后刀面磨損。此次斷續(xù)車削淬火齒輪外圓實(shí)驗(yàn)，打破了業(yè)內(nèi)CBN刀具不能用于強(qiáng)斷續(xù)車削淬硬鋼的神話，在刀具學(xué)術(shù)界引起很大的轟動(dòng)！
連續(xù)切削淬硬齒輪的以車代磨刀具牌號BN-H10
以斷續(xù)切削帶油槽的齒輪內(nèi)孔為例：試切刀具壽命達(dá)到8000米以上，光潔度Ra0.8以內(nèi)；如果使用帶修光刃CBN刀具，淬硬鋼車削光潔度達(dá)到Ra0.4左右并能取得很好的刀具壽命。
齒輪熱后硬車端面時(shí)，能有效代替磨削加工，作為“以車代磨”的典型應(yīng)用，連續(xù)切削用刀具牌號BN-H10已經(jīng)很普及的應(yīng)用在齒輪端面熱后硬車的生產(chǎn)實(shí)踐中，硬車削與磨削加工相比，確實(shí)大大提高了工作效率。 在切削硬度為HRC55～65的材料時(shí)，BN-H10牌號CBN刀片的切削速度應(yīng)在120～180m／min。銑削時(shí)的Vc=100～160m/min，每分鐘進(jìn)給量Vf=70～160mm/min；鉸削時(shí)Vc= 60～130m/min，ap=0.1～0.2mm，f=0.07～0.2mm/r。需注意用立方氮化硼刀具精車淬硬鋼，其工件硬度高于45HRC，效果最好，工件硬度越高，切削線速度宜取低值，如車硬度為70HRC的工件，其切削速度宜選用60-80m/min;當(dāng)精車的切深在0.1～0.3mm，進(jìn)給量在0.05～0.025mm/r，精車后的工件表面粗糙度為Ra0.3～0.6μm，尺寸精度可達(dá)0.013mm。若能采用剛性好的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控車床加工，刀具的剛性好和刃口鋒利，則精車后的工件表面粗糙度可達(dá)Ra0.3μm，尺寸精度可達(dá)0.01mm，可達(dá)到用數(shù)控磨床加工的水平。
以車代磨工藝成本與風(fēng)險(xiǎn)
由于CBN刀具的硬度高(HV8000～9000)，耐熱性高(1400℃～1500℃)，在使用時(shí)能允許以高于硬質(zhì)合金幾倍的切削速度切削淬火鋼，而耐用度是硬度合金的幾倍到幾十倍。CBN刀具作為以車代磨最理想的刀具，與磨削相比，華菱BN-S20立方氮化硼刀具可采用大切深間斷切削實(shí)現(xiàn)以車代磨或以車代粗磨提高加工效率，避免大余量磨削燒傷問題；而且在連續(xù)切削中，BN-H10牌號的金屬切除率通常是磨削加工的3～4 倍，所消耗的電能及人工，物料耗材卻只有磨削的1/5。（更多資料見：www.hlcbn.com）
以車代磨風(fēng)險(xiǎn)因素：硬車所用機(jī)床間隙和剛性決定了震刀、讓刀問題的發(fā)生幾率，亦會影響加工工件的尺寸精度和表面粗糙度，所以以車代磨工藝的成功除了選擇針對性的具體CBN刀具牌號外，根據(jù)零件的形位公差要求和加工工況選擇適合的硬車削機(jī)床也是關(guān)鍵。以車代磨加工淬火鋼的切削參數(shù)，主要根據(jù)刀具材料、工件材料的物理力學(xué)性能、工件形狀、工藝系統(tǒng)剛性和加工余量來選擇，在選擇切削用量三要素時(shí)，首先考慮選擇合理的切削速度，其次是切削深度，再其次是進(jìn)給量。以車代磨工藝除了在齒輪行業(yè)廣泛應(yīng)用外，隨著“華菱超硬”等國產(chǎn)CBN刀具品牌的發(fā)展，以車代磨用刀具成本也越來越被企業(yè)所接收，目前廣泛應(yīng)用在模具加工，軸承行業(yè)，汽車零部件行業(yè)。
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