克服淬硬材料加工的难点

以低投资将硬度高达50HRC~68HRC的钢件快速加工到5微米尺寸公差的想法并非高不可攀

　　与传统观念不同，利用正确的机床和正确的刀具，将淬硬的工件加工到0.005μm并不困难。目前，刀具供应商已开发出能够承受这种加工条件的刀具，机床制造者也已生产出能满足这些新型刀具所需刚度的CNC车床。因此，硬质材料车削就可以从以下诸方面来促进生产：

　　节约时间 对淬硬材料进行车削比磨削至最终尺寸所需工时要少，这是因为车削的金属切除速经高于磨削，而且，一次装夹中可进行多道工序的加工。操作者只需一次装卸，就能完成全部加工，从而实现了及时（just in time）生产。

　　降低成本 节约时间就是节约金钱。再说，使用车床来代替磨床，意味着机床的投资费用有较大的下降。

　　质量较好 淬硬材料的车削在保证尺寸精度和表面粗糙度方面，比磨削要好得多。您可以将大多数硬质材料车削时的总公差带控制在0.005mm以内，表面粗糙度控制在Ra0.4μm以内。当然，这样精密的表面粗糙度需要特殊的措施，但要取得Ra0.4μm~0.8μm则是轻而易举的。

　　工序较少 淬火硬材料车削可免去许多形式的磨削工序，以及抛光和其他精加工工序。尤其是对复杂型面的加工，车削可以连续走轨迹，不仅省下加工费用，更有意义的是，可以把许多外协加工的活拿回来自己做。

　　浪费较小 淬硬材料车削的废品极少。因为使用的冷却液与正常车削的相同，不必另选冷却液而造成不必要的浪费。更有甚者，可以选择在不加冷却液状态下进行干车削。使您避免了冷却液和废品工件的浪费。淬硬材料车削 还可以免除费工又费钱的废渣回收与处理问题。

　　对功率和刚度的要求

　　为了使淬硬材料车削能获得最大效果，机床和刀具的正确结合是很重要的。例如，我们在一次粗车作业中，当利用陶瓷刀，并采用0.28mm/r的走刀量，和1.9mm的吃刀量时，就需要使15kW电机输出65%的负载。该车床将淬火硬度62HRC、直径50mm钢件的一端车到25mm左右，同时还车削出锥面、圆弧半径以及其他复杂形状。

　　虽然需要具备高功率进行大吃刀量切削，但很多用户发现，多数情况下并非如此。因为大多数淬硬材料的加工都是精加工。一般可以先在普通车床上粗车，留出0.25mm~0.38mm的余量，然后于热处理后再利用硬质材料车削技术完成精加工。

　　对淬硬材料车削的另一要求是刚度：包括机床、刀具和工件。机床安装中的任何环节若缺乏刚度，就会引起震颤。为了能够获得能与磨削相比的精度和尺寸公差，机床从床身起就必须具备特别高的刚度。传统的铸铁床身与花岗岩聚合物相比，是不适合进行硬材料车削的。聚合物床身的抗振动能力比铸铁高20倍，使主轴上的振动只有装在铸铁床身上主轴的三分之一以下。

　　尽量减小悬伸量是减小振动的另一武器。从理论上讲，工件夹持装置应该使所夹工件尽可能靠近主轴前轴承，刀具则应尽可能靠近刀塔本体，而不出现悬臂状态。为此，主轴内能够直接装夹弹簧夹头的车床。夹头座使工件远离主轴前轴承，不但夹持力小，尤其会增加振动的机会。

　　新品种刀具

　　用陶瓷刀和立方氮化硼（CBN）刀具加工淬硬材料都很好。这些刀具在短短的时间里得到了飞速发展，有些刀具制造商声称：只要机床使用正确，他们的刀具比磨削可以缩短时间300%，并能提高切削精度。

　　这些供应商推荐的陶瓷刀具有负前角和较大的T-倒棱，该倒棱只在刀具-工件介面上增加压力。与此相反，CBN按照工件的具体情况，可以有也可以没有这种不利的T-倒棱。例如，用CBN进行断续切削时，就需要较大的T-倒棱来承受振动。

　　陶瓷刀具的使用会比CBN越来越普遍，这只由于它的成本较低，也因为它们的切削刃较多的缘故。然而，它们极易受热胀裂，此外，如果刀刃修磨不当时，不宜进行断续切削。CBN虽然比陶瓷贵得多，但它的切削性能好得多，加工光洁度高，使用寿命也长些。

　　在些两种刀具材料之间进行选择，乃是如何使工件材质、几何形状以及切削速度和进给量与其相适应的工作。有些用户通常并不拘泥于逐条地比较，而是以各种刀具对同样的作业所构成的成本，以及能产生多大效益为选择原则。这些用户用价格较低的陶瓷刀粗车热处理经常残留的锈皮和铁鳞等，然后，用更好些的CBN刀具进行精加工。一般而言，如果硬化深度大于欲车去的材料深度，最好选用CBN。

　　选择正确的作业方法

　　从实用的立场考虑，淬硬材料车削是一个与工件特性密切相关的过程。它特别适合切削具有错综圆弧、角度、以及半径等几何形状十分复杂的工件。您可以采用单刀尖编程车削的方法，快速又经济地完成作业，而不必为磨床去购买成形砂轮了。根据经验，大多数硬质材料车削是以91-150m/min的切削速度和0.05-0.13mm/r的进给速度进行的。精切吃刀深度一般为0.08-0.5mm。

　　因此，如何控制好材质的纯度，以及车削以前的热处理、粗车和成形工序，便成为本作业所能达到的精度大小的决定因素了。如果工件硬度波动只有三个洛氏硬度值（举例说），刀具的切削压力就会变化到足以使您保证不了0.005mm的尺寸精度。不稳定的硬度和不均匀的吃刀深度，都会损坏这种加工。因此，应该使用合格的材料，保持恒定的切削力，并保证热处理硬度在±1HRC~2HRC以内。

　　工件的长径比也会影响机床保持公差精度的能力。典型的固定床头式车床一般不用尾座，对长径比为5：1至6：1的软质工件加工时，能达到相当严格的精度。由于工件的硬度、刀具的负前角和切削硬质材料所必需的T-倒棱，使得刀具压力相当大，因而，当工件无尾座支承时，必须将工件的长径比限制在3：1至4：1。当然，此限制要随作业的不同而变??也就是说，随工件的材质、硬度以及对光洁度和精度要求而主。

　　尾座能起一定作用，但它并非解决所有问题的灵丹妙药。例如，顶尖不以防止直径25mm、长300mm的工件的震颤。对这种工件，您只能采用磨削的办法。要保证比0.005mm更严格的公差精度，采用磨削工艺也比较好。虽然说淬硬材料车削不能完全取代磨削，但它可以取代相当大一部分，尤其是工件的长径比较小、形状较复杂时，硬车削不愧为是以车代磨的一种好工艺。