李小佳

摘 要：表面粗糙度是機(jī)械加工企業(yè)加工零件質(zhì)量好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。尤其是表面粗糙度要求特別高的零件，必須在磨床上加工才能保證質(zhì)量。這樣不但增加生產(chǎn)成本，而且降低加工效率，直接影響到產(chǎn)品的進(jìn)度，這是很多制造企業(yè)的一大心病。我們通過對(duì)問題的分析，采用普通車刀和滾光刀分別進(jìn)行車削加工，檢測(cè)零件的表面粗糙度，發(fā)現(xiàn)用滾光刀加工在零件表面粗糙度相對(duì)較高的情況下可以實(shí)現(xiàn)“以車代磨”的效果，提高了加工效率，挖掘滾光刀的優(yōu)點(diǎn)并加以推廣。

關(guān)鍵詞：滾光刀；材質(zhì)；表面粗糙度；優(yōu)勢(shì)

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

機(jī)器零件的機(jī)械加工質(zhì)量，除了加工精度之外，表面質(zhì)量也是極其重要而不容忽視的一個(gè)方面。產(chǎn)品的工作性能，尤其是它的可靠性、耐久性，在很大程度上取決于其主要零件的表面質(zhì)量，隨著產(chǎn)品性能的不斷提高，一些重要零件必須在高盈利、高速、高溫等條件下工作，由于表面上作用著最大的應(yīng)力并直接受到外界介質(zhì)的腐蝕，表面層的任何缺陷都可能引起應(yīng)力集中、應(yīng)力腐蝕等現(xiàn)象而導(dǎo)致零件的損壞，因而表面質(zhì)量問題變得更加突出和重要，而表面粗糙度是衡量零件表面質(zhì)量的重要因素。

在車間實(shí)際生產(chǎn)中，在數(shù)控車床上都是采用車刀加工外圓、內(nèi)孔、臺(tái)階面、端平面等。對(duì)于一些表面粗糙度要求高的零件，利用車刀車削后達(dá)不到所需的表面粗糙度要求。因此工藝安排上都會(huì)在車削加工后進(jìn)行磨削加工。但是磨削加工效率低，在遇到生產(chǎn)任務(wù)緊的情況下就會(huì)影響生產(chǎn)進(jìn)度。因此必須考慮其他辦法解決這個(gè)生產(chǎn)難題，從而發(fā)現(xiàn)了新型刀具滾光刀的應(yīng)用。

本文對(duì)普通車刀和滾光刀進(jìn)行了系統(tǒng)分析，采取實(shí)例驗(yàn)證的方法，使用車刀和滾光刀分別加工相同零件，利用測(cè)量?jī)x器檢測(cè)零件的表面粗糙度，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)滾光刀的優(yōu)勢(shì)，解決了實(shí)際生產(chǎn)難題，并在數(shù)控車床上大力推廣應(yīng)用。

1.普通車刀與滾光刀的區(qū)別

車刀是金屬切削加工中應(yīng)用最廣的一種刀具，它可以在車床上加工外圓、端平面、螺紋、內(nèi)孔，也可用于切槽和切斷等。車刀在結(jié)構(gòu)上可分為整體車刀、焊接裝配式車刀和機(jī)械夾固刀片的車刀。整體車刀常用高速鋼制造，焊接裝配式及機(jī)夾式刀片常用硬質(zhì)合金制造。機(jī)械夾固刀片的車刀又分為機(jī)夾車刀和可轉(zhuǎn)位車刀。機(jī)械夾固車刀的切削性能穩(wěn)定，工人不必磨刀，所以在現(xiàn)代生產(chǎn)中應(yīng)用得越來越多。

滾光加工是在常溫下通過滾動(dòng)元件對(duì)金屬表面進(jìn)行打磨和滾壓，使其局部產(chǎn)生微小塑性變形，將表面凸起部分碾壓到凹陷部分而進(jìn)行的超精加工。其擁有在切削加工中無法得到的特性，可同時(shí)達(dá)到光整加工和強(qiáng)化的目的。滾光加工是通過滾動(dòng)元件對(duì)金屬表面進(jìn)行碾壓和擠壓產(chǎn)生塑性變形的過程，是一種無切削的塑性加工方法，所以不會(huì)有料屑產(chǎn)生，也不會(huì)改變工件精度和公差。通過滾光加工，可使其工件面光滑如鏡面，具有卓越的滑動(dòng)性、密封性及結(jié)合性。滾光加工是一種經(jīng)濟(jì)，簡(jiǎn)便和可靠的加工制造方式。通過滾光加工，可以在得到最好的表面質(zhì)量的同時(shí)，提高工件的強(qiáng)度和硬度。

2.滾光刀的簡(jiǎn)單介紹

（1）滾光刀的優(yōu)點(diǎn)

我們所采用的是德國(guó)寶力士金剛石滾光刀，該刀具具有以下優(yōu)點(diǎn)：①使工件達(dá)到最高表面質(zhì)量，表面粗糙度值小于Rz1.0um（Ra0.13）；②工件硬度提高15%～30%；③工件耐磨性提高15%；④加工時(shí)間短，為磨削加工耗時(shí)的1/5～1/20；⑤無需專用設(shè)備，成本低；⑥操作簡(jiǎn)單；⑦可提高零件的抗腐蝕性。

（2）可以進(jìn)行滾光的材料

所有塑形變形的金屬都可以滾光，金剛石滾光刀最高加工硬度可達(dá)HRC60以上，材料的滾壓性能是通過材料的塑形變形能力來定義，具體指標(biāo)是材料斷裂伸長(zhǎng)率。一般而言，這個(gè)數(shù)值應(yīng)該超過5%，斷裂伸長(zhǎng)率越高，滾光效果越好。

（3）滾光加工的幾何形狀

滾光加工可以應(yīng)用在幾乎所有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱工件的內(nèi)外表面。

（4）滾光加工的效果

通過滾光加工，可使得零件的表面粗糙度大幅提升。具體見表1。滾壓增壓了輪廓材料比，在C值為0.2u～0.4u時(shí)可達(dá)70%以上。使得動(dòng)態(tài)應(yīng)變能力提高，經(jīng)過滾光加工的材料抗震能力一般可提高20%～60%，某些情況下可超過100%。提高了表面硬度，鋼材料的硬度增加幅度可達(dá)HV20-HV60。

（5）滾光刀參數(shù)及加工參數(shù)

滾光刀的示意圖如圖1所示，其參數(shù)如下：

刀體角度：45° 刀柄：VKT25mm方柄

金剛石半徑R2.0mm 金剛石錐角：50°

工件余量：0.01～0.02mm 冷卻：乳化液或油持續(xù)冷卻

參考加工參數(shù)：

滾壓速度 Vc：50～150 m/min

進(jìn)給速度 F：0.05～0.2 mm/rev

滾光壓入量：0.05～0.5 mm（從 0.05mm 開始測(cè)試，每次增加 0.05mm，最大不得超過 0.5mm）

3.實(shí)例驗(yàn)證

（1）材料選擇

工件材料被切削加工的難易程度，稱為材料的切削加工性。材料可分為如下幾種：

①很容易切削材料，一般為有色金屬。如5-5-5銅鉛合金、9-4鋁銅合金、鋁鎂合金等。

②容易切削材料，一般為易切削鋼或較易切削鋼。如15Cr退火 、30鋼正火等。

③普通材料，一般為一般鋼與鑄鐵或稍難切削材料。如45鋼、灰鑄鐵、2Cr13調(diào)質(zhì)、85鋼等。

④難切削材料。一般為較難切削材料、難切削材料或很難切削材料。如45Cr調(diào)質(zhì)、65Mn調(diào)質(zhì)、50CrV調(diào)質(zhì)、1Cr18Ni9Ti、某些鈦合金、鎳基高溫合金等。

材料的切削加工性對(duì)生產(chǎn)率和表面質(zhì)量有很大影響，因此在滿足零件使用要求的前提下，應(yīng)盡量選用加工性較好的材料。

由于所有塑形變形的金屬都可以滾光，在進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)選取了9-4鋁銅合金、45鋼、45Cr調(diào)質(zhì)3種材料進(jìn)行試驗(yàn)加工。endprint

（2）零件加工

在小巨人馬扎克數(shù)控車床上加工零件軸（圖2），零件尺寸為￠18×25，零件分為粗加工和精加工。

粗加工時(shí)，應(yīng)以提高生產(chǎn)率為主，同時(shí)還要保證規(guī)定的刀具壽命，因此，一般選取較大的背吃刀量和進(jìn)給量，切削速度不能很高，即在機(jī)床功率足夠時(shí)，應(yīng)盡可能選取較大的背吃刀量，最好以此進(jìn)給將該工序的加工余量切完，只有在余量太大、機(jī)床功率不足、刀具強(qiáng)度不夠時(shí)，才分兩次或多次進(jìn)給將余量切完。根據(jù)工件的材料和刀具的材料確定切削速度，粗加工的切削速度一般選用中等或更低的數(shù)值。

針對(duì)3種不同材料的毛坯進(jìn)行粗車加工，每種材質(zhì)加工兩件。

精加工時(shí)，應(yīng)以保證零件的加工精度和表面質(zhì)量為主，同時(shí)也要考慮刀具壽命和獲得較高的生產(chǎn)率。精加工往往采用逐漸減小背吃刀量的方法來逐步提高加工精度，進(jìn)給量的大小主要依據(jù)表面粗糙度的要求來選取。選擇切削速度要避開積屑瘤產(chǎn)生的切削速度區(qū)域，硬質(zhì)合金刀具多采用較高的切削速度，高速鋼刀具則采用較低的切削速度。一般情況下，精加工常選用較小的背吃刀量、進(jìn)給量和較高的切削速度，這樣既可保證加工質(zhì)量，又可提高生產(chǎn)效率。

每種材質(zhì)的半成品分別采用伊斯卡車削刀片（圖3）和滾光刀（圖4）進(jìn)行精車加工。滾光加工的車削加工參數(shù)根據(jù)廠家提供樣本確定，并進(jìn)行優(yōu)化如下：

滾壓速度 Vc：130 m/min

進(jìn)給速度 F：0.079 mm/rev

滾光壓入量：0.07 mm

參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后進(jìn)行車削加工，采用兩種刀具加工出最優(yōu)零件表面質(zhì)量。

（3）效果驗(yàn)證

加工后的零件如圖5所示。

經(jīng)檢測(cè)，采用滾光刀加工的零件表面粗糙度均在Ra0.4以下。零件的表面粗糙度具體數(shù)值見表2。

結(jié)語

通過試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)證明，在數(shù)控車床上采用滾光刀加工零件，在零件表面粗糙度相對(duì)較高的情況下可以實(shí)現(xiàn)“以車代磨”的目標(biāo)，解決了表面質(zhì)量要求較高的零件必須在磨床上加工效率低的難題。在滿足零件表面質(zhì)量的同時(shí)也大大地提高了加工效率，為企業(yè)節(jié)省了寶貴的加工時(shí)間。新型滾光刀的應(yīng)用在生產(chǎn)中取得了不錯(cuò)的效果，可以進(jìn)行推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]盧秉恒.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.endprint