山特維克可樂滿 道格·埃文斯

采用傳統(tǒng)加工方式，材料硬度達(dá)到或超過45HRC的零件，需要采用專用的磨削設(shè)備和工藝加工。隨著機(jī)床和切削刀具技術(shù)的發(fā)展，為零件制造商提供了更多的新工藝方法，越來越多的制造商在探索適合他們的新加工方案。

相對(duì)于磨削加工，硬零件車削具有幾方面的優(yōu)點(diǎn)：一般來說，車削中心的成本低于精密磨床，并可在同一機(jī)床上加工零件的多部位，大大提高了操作的靈活性；減少了刀具庫存，而且車削中心比磨床更容易與自動(dòng)化系統(tǒng)集成。此外，車削過程產(chǎn)生的切屑是可以被再利用的，而磨削產(chǎn)生的細(xì)切屑必須處理。磨削雖然可以達(dá)到±0.005mm以內(nèi)的尺寸精度，但已經(jīng)證明，硬零件車削有著廣泛的適用范圍。當(dāng)制造商決定從硬零件車削中獲益時(shí)，應(yīng)重視以下幾個(gè)關(guān)鍵方面。

一、機(jī)床設(shè)計(jì)

要想成功進(jìn)行零件的硬車削，機(jī)床至關(guān)重要。目前，大多數(shù)機(jī)床制造商都提供了為實(shí)現(xiàn)最佳加工性能而專門設(shè)計(jì)的機(jī)床模塊。無論考慮新的投資機(jī)床還是改造機(jī)床，均需要考慮以下幾個(gè)因素：

首先，機(jī)床底座會(huì)對(duì)加工剛度的影響很大，鑄鐵或者鑄鐵加強(qiáng)型底座可以提供最佳的穩(wěn)定性。

其次，機(jī)床轉(zhuǎn)塔結(jié)構(gòu)也會(huì)影響零件硬車削。制造商會(huì)關(guān)注轉(zhuǎn)塔的剛性和集成模塊化刀柄系統(tǒng)，這有助于通過縮短刀具懸伸來減少振動(dòng)。為了優(yōu)化其性能，集成模塊化刀柄系統(tǒng)應(yīng)該是圓周各向夾緊，而不是僅靠?jī)蓚€(gè)螺釘來夾緊。

最后，根據(jù)所加工零件的規(guī)格，需要考慮帶尾座的機(jī)床。因?yàn)榱慵疑斐^四倍直徑時(shí)（從卡盤處算起），一般必須使用尾座，以獲得一致性和穩(wěn)定性。

二、“軟狀態(tài)”準(zhǔn)備

在考慮應(yīng)用零件硬車削時(shí)，零件的 “軟狀態(tài)準(zhǔn)備”對(duì)總體加工的成功有著巨大影響。要想獲得一致的 “輸出”，需要使用一致的 “輸入”。在淬硬前，零件余量要均勻。各加工廠往往只注重最終成品的質(zhì)量，而忽視了這一關(guān)鍵因素。結(jié)果，由于切削深度的變化使刀具受到不同切削條件的影響，從而直接影響到切削質(zhì)量、刀具壽命和生產(chǎn)效率。在零件硬車削中，去除0.02mm或0.03mm的材料都會(huì)對(duì)刀具施加很大的外力，從而損害整體的加工穩(wěn)定性。這同樣適用于材料的硬度。58HRC與62HRC零件的加工要求是不同的。雖然對(duì)于成品零件這些變量是可以接受的，但是出于對(duì)加工效率和效用的考慮，還是應(yīng)盡量避免這些情況。

除了確保各零件的材料和尺寸的一致性外，制造商還應(yīng)尋找更好的設(shè)計(jì)方法來準(zhǔn)備要硬化的零件。如果可能的話，任何孔、鍵槽和溝槽都應(yīng)進(jìn)行倒角加工。這樣就可以在斷續(xù)切削時(shí)，通過平穩(wěn)的進(jìn)入和退出刀具，來減少加工過程中對(duì)刀具的沖擊應(yīng)力。

三、刀片的選擇

刀片是零件硬車削配刀時(shí)首先考慮的因素之一。硬質(zhì)合金刀片可以加工硬度為40～50HRC的材料并具有很好的性能，是低硬度范圍材料的不錯(cuò)選擇。

常見的硬度范圍在50～55HRC的材料包括含碳量較低的低碳鋼。這類材料一般都是表面淬硬，因此，要求刀具具有很高的抗月牙洼磨損性。陶瓷刀片是這類應(yīng)用的最佳選擇。

硬度超過55HRC的材料包括表面硬化鋼和大多數(shù)整體淬火鋼。這類材料都需要特別的抗后刀面磨損性。CBN（立方氮化硼）在這類型材料的粗加工和精加工方面表現(xiàn)突出。人類已知的第二大最硬材料——立方氮化硼具有優(yōu)異的耐磨損性，并且能夠應(yīng)對(duì)高切削溫度所產(chǎn)生的不利影響。

對(duì)于硬度高于55HRC的材料，確定采用碳含量多少的CBN非常重要。含碳量高的材料磨蝕性就很強(qiáng)，那么刀片的材料成分應(yīng)該是立方氮化硼含量更高，陶瓷粘合料含量較低，這可以最大限度地減少刀片的后刀面磨損，但需要采用約12m/min以下較低的切削速度，以避免產(chǎn)生月牙洼磨損。相反，對(duì)碳含量低的材料而言，后刀面磨損不是大問題，可以考慮使用陶瓷粘結(jié)劑高抗月牙洼磨損更好的CBN刀片，其速度范圍通常為18m/min。

除了材料的碳含量外，零件設(shè)計(jì)也會(huì)影響到CBN刀片的選擇。對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)切削的零件加工場(chǎng)合，通常使用CBN含量約40%左右的刀片。對(duì)于斷續(xù)切削不嚴(yán)重的加工場(chǎng)合，如已經(jīng)做了倒角的孔或鍵槽，CBN含量50%～60%的材料可以將韌性提高到所需的水平，同時(shí)仍具有很好的耐磨性。對(duì)于斷續(xù)切削很嚴(yán)重的加工場(chǎng)合，須采用CBN含量70%～75%的刀片，以達(dá)到所需的刀刃韌性要求，從而滿足加工應(yīng)用的需要。

刃口處理也會(huì)影響到硬零件車削的加工工藝。不同工況下，刀片需要的刃口處理的角度就不同。不同的角度和刃帶寬度帶來不同的刃口處理。T-形刃口是最常見的，使用圓角來分散刃口處集中切削力。S-形刃口與T-形刃口相似，但刀刃經(jīng)過磨削，在此處刃帶角和刀片表面可以接觸，從而提高了耐磨性。使用E-land槽型，無需進(jìn)行磨削，但刀片是有15～20 μm研磨刃帶，保護(hù)刀片不會(huì)崩刃。

最后，采用Wiper（修光刃）槽形的刀片可大大提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。一般而言，Wiper（修光刃）槽形和標(biāo)準(zhǔn)的刀尖半徑相比，Wiper可以在兩倍進(jìn)給率下獲得同樣的表面粗糙度。相反，使用Wiper修光刃槽形并保持相同的進(jìn)給率可達(dá)到更高的表面粗糙度。這是因?yàn)閃iper（修光刃）槽形作用在刀片上的切削力分布比較大。

四、編程考慮因素

外圓車削時(shí)，中心高至關(guān)重要，尤其是較小的零件。保持中心高在0.005mm以內(nèi)，再大就會(huì)極大地影響加工質(zhì)量。內(nèi)圓鏜削時(shí)，其定位取決于刀具懸伸量。鏜桿設(shè)置略高于其中心會(huì)有利于加工，這樣切削力靠近中心，而不是將其推離最佳位置。

如果可能的話，最好將刀具正面朝上固定在機(jī)床上。這將使切削壓力回到機(jī)床上，從而在加工過程中減少振動(dòng)和增加剛性，實(shí)現(xiàn)更好的加工質(zhì)量。

編程員必須考慮：零件硬車削是采取1次切削還是2次切削策略。在高品質(zhì)的機(jī)床和正確的配刀情況下，通常1次切削即可完成合格的加工形狀和表面質(zhì)量。當(dāng)發(fā)生最常見的異常情況時(shí)，不管是硬度還是形狀，熱處理過程都會(huì)使零件變形。在此情況下，很可能需要采取2次切削策略，以確保高質(zhì)量的加工結(jié)果。

五、監(jiān)控刀具磨損

所有刀片最終都會(huì)出現(xiàn)不同形式的磨損，因此，注意觀察這些磨損形式可以了解如何優(yōu)化切削過程。當(dāng)采用陶瓷或CBN刀片進(jìn)行硬零件車削時(shí)，容易發(fā)生月牙洼磨損，如果磨損過快，就可能需要降低切削速度，或換成CBN含量較低且更耐磨的刀片。在硬零件車削中，后刀面磨 損也是常見的問題，通常表明需要降低切削速度。如果刀片出現(xiàn)溝槽磨損，通常會(huì)發(fā)生在切深處，改變主偏角可以減少影響，而且能使切屑更薄。

六、使用瑞士縱切機(jī)床進(jìn)行硬零件切削

迄今為止，零件硬車削已廣泛應(yīng)用于汽車業(yè)和通用機(jī)械的零件加工，但越來越多的工廠使用瑞士縱切機(jī)床來加工醫(yī)療產(chǎn)品零件。制造商面對(duì)前述所有因素挑戰(zhàn)時(shí)應(yīng)做更多的考慮。雖然CBN刀片在這類應(yīng)用中具有良好的精加工表現(xiàn)，但刀具壽命在很大程度上取決于所用的切削液的類型。大多數(shù)瑞士縱切機(jī)床配有油基的冷卻液系統(tǒng)，致使大量熱量被滯留在切削區(qū)。由于硬零件車削中會(huì)產(chǎn)生高溫，水溶性冷卻液系統(tǒng)具有更優(yōu)異的冷卻效果，并可提高刀具壽命和生產(chǎn)效率。

七、專家知識(shí)的價(jià)值

零件硬車削為今天的制造商提供了非常明顯的優(yōu)勢(shì)，無需安裝專業(yè)化的機(jī)器設(shè)備，大大提高了加工靈活性并實(shí)現(xiàn)了最大的生產(chǎn)效率。文中前述的各種問題是涉足該領(lǐng)域的制造商們都要面對(duì)的最常見的問題。但是，專家知識(shí)是無可取代的。機(jī)床制造商和刀具供應(yīng)商都擁有龐大的工程師團(tuán)隊(duì)，針對(duì)各種零件的加工工藝進(jìn)行優(yōu)化攻關(guān)。不管是第一次進(jìn)行零件硬車削，還是僅僅希望從現(xiàn)有工藝中獲得更多改進(jìn)，向?qū)＜覀冏稍兛倳?huì)讓您獲益頗豐。