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硬态车削工艺难点与应用前景

2020-01-16 21:19:11来源:励志吧0次阅读

硬态车削工艺难点与应用前景

硬态车削是用来完成加工各种部件,如轴承、零件、制动鼓、转子、气缸套、齿轮、小齿轮和花键或在磨削前半精加工的组件等。如果选择合适的工艺,可以完成在微米精度下测量的加工。在许多情况下,硬态车削比外圆磨削的加工效率更高,经济效益更好。

目前,针对硬态车削工艺定义有不同观点。一些工业届专家认为,这是指硬度为HRC淬火钢单刃切削工艺。而其他人认为硬态车削应该从45HRC开始,工件材料不仅仅是淬火钢,还包括硬铸铁和高温合金。然而,所有学者一致认为该工艺具有一定的难度。若刀具、机床和工艺参数都选择恰当,那么该工艺也可以被很好应用。

山高刀具公司的教育和技术服务经理Don Graham指出,如果机床装置具有足够好的刚性,则可以获得良好的切削参数,可转位PCBN刀具一般是硬态车削的最佳选择。

切削速度为600ft/min时,对于PCBN刀具是很好的起始切削速度。在可能的情况下,建议选择双刃圆刀片,在刀具磨损时可以小心地转动刀片。根据切削深度的不同,每个刀刃可以有种用途。然而,一些工厂并不能接受这些刀片的高价格。在此情况下,推荐使用镶嵌式PCBN刀片或山高超硬硬质合金牌号。

硬质合金在某些加工中不易崩刃。TH牌号的硬质合金可以成功切削硬度高达65HRC的材料,并适当变换几何形状和断屑结构。当加工表面硬化的轴类零件时,若采用PCBN刀具切削较柔软的材料,会导致切削刃迅速崩刃,进而局限了PCBN刀具的应用。

起初,硬质合金相对便宜。然而Graham指出PCBN具有成本上的优势,PCBN材料刀具可能会比硬质合金贵倍,但是其刀具寿命是硬质合金的倍。所以PCBN刀具的大量生产势在必行。

Greenleaf公司的应用工程师Jack Kohler认为可转位陶瓷刀具也是一种选择。他指出陶瓷刀具的价格在PCBN和硬质合金之间,能够提供相同的性能或在某些应用上能提供更好的性能。陶瓷刀具在工件硬度HRC范围内有相当好的切削性能,切削速度堪比PCBN,比如切削洛氏硬度55的A-2工具钢的切削速度达到700ft/min时,刀具只有轻微的磨损。

切削高温合金中陶瓷刀具的使用比例在增加,比如Inconel 718和哈氏合金。但最好不要切削钛合金,因为钛合金切屑结合陶瓷刀具在高速切削中会面临突然燃烧的风险。不论切削什么金属,陶瓷刀具通常会在切削刃通过倒圆、倒棱或者两者的组合来防止崩刃以及增加强度。

Kohler指出,陶瓷刀具在切削硬化材料时应处于干燥的环境中。他推荐绿叶公司的WG-600陶瓷刀具和CVD涂层的晶须增韧陶瓷刀片(牌号WG-300),可以切削大多数的淬火钢。该公司的新产品XSYTIN-1也具有坚韧的陶瓷性能,被用于特殊工况的高效粗加工和断续切削。

内圆、外圆切削的选择

有人会对硬态内圆切削(镗削)和外圆切削的区别感兴趣。大多数人认为不论金属硬度有多大,镗削通常会比车外圆要困难。这是因为钻杆刚度会比车刀小,杆的颤动以及刀具挠度都会产生问题。由于镗刀和孔内壁紧密连在一起,排屑会是一个挑战,切屑堆积会导致切削液匮乏以及擦伤工件。此外,加工小零件形状(孔)时达到足够的表面切削速度变得日益困难,而PCBN刀具和粘结陶瓷刀具都需要较高的切削速度。

专家们认为,在刀具特征方面,解决方法是应用尽可能短的刀具长度,长度直径比最好不大于 4:1。镗杆应安装在工作台中心。允许偏移工作台中心以上十分之几的距离(0.003“)。在可能的情况下可以使用嵌有0°螺旋角的镗刀,因此切削力的方向为切削方向的反向。

美国田纳西州的地区销售经理Mike Csizmar表示,经常被忽视的识别工作是计算车削时产生的轴向、径向和切向切削力。在车削工艺之外的需求也是真实的,但由于镗刀长度直径比的增加,切削力变得更加明显,影响工件维度质量。如果需要控制切削力,Z向切削力是首选。经验法则是切深应大于或等于刀具圆弧半径,从而产生更大的轴向力。

提高精度

Hardinge公司应用工程经理Tom Sheehy表示,可以在任何车床上进行硬态车削。硬态车削技术需要较低的机器投资,减少了安装步骤和刀具库存量,缩短了加工周期,提高了车削过程的灵活性。然而,许多厂商只能在磨削前使用半精加工,主要是因为大多数的数控车床无法达到外圆磨床所产生的极差和形状精度。

数控磨床通常要求生产零件的圆度高于1μm(0.00004”),并保持±2.5μm (0.0001“) 的直径公差,而且表面粗糙度需达到 8 rms 或更高精度。Sheehy表示只有从开始就发展硬态车削技术,数控车床才能有竞争力。

哈挺超精密车床的编程分辨率可以达到0.1μm,轴向误差以电子方式映射和补偿。机器内的直线导轨和滚珠丝杠尺寸过大,所有接合面都由手工刮削完成,机器底座上用复合聚合物来达到减振效果。这不仅可以达到了取代磨削操作的精确度和刚度,而且在硬态车削过程中刀具寿命也可以提高30%。

尽管有这些功能,但一些零件并不适合硬态车削。例如,轴承密封件表面要求磨光,通过单刃车削所产生的微观线宽通道基本上消除了润滑油漏出的可能性。在车削过程中,当材料软化并随后重新固化(研磨程度较小)时产生的”白色区域“可能导致零件过早的产生故障。可以通过选择正确的刀具以及对工艺流程进行调整,进而使这两种情况出现的可能性最小。

组合技术

包括哈挺在内的一些车床和磨床的机械制造商,对于给定的工件加工工艺,提出最合适的磨削或者车削建议非常重要。埃马克公司也提供磨削机床和硬态车削机床。公司销售总监Kirk Stewart指出,硬态车削技术能提高生产率和零件质量,合适的机器设计是成功的关键。

Kirk Stewart认为,投资资本的减少是从磨削技术转向硬态车削技术的有益成果。在某些情况下,当多个功能同时进行时,磨削加工效率更高,更适合大批量加工。因此,在需要大量加工的情况下,当只有一个或两个工序需要精加工完成时,硬态车削可能是更好的方式。

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