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行業(yè)新聞
硬車—經(jīng)濟的選擇
本文介紹了滿足硬車的技術(shù)條件，分析了硬車替換磨削的經(jīng)濟性原因，并根據(jù)實際使用情況闡述了硬車的切削參數(shù)與磨削工藝相比較的上風(fēng)所在
。硬車（以車代磨）是指用車削的工藝方法作為淬硬鋼的終極加工或精加工
。通常，車削只是淬火前進行的粗加工。直到20世紀(jì)90年代前
，淬火后的精加工還只能采用磨削工藝
，而車削也只能加工硬度不大于 HRC55的工件
。隨著高硬度切削材料和相關(guān)機床的發(fā)展
，如采用PCBN刀具、陶瓷刀具或新型硬質(zhì)合金刀具在新型車床或車削加工中心上對淬硬鋼進行車削
，其加工質(zhì)量可以達(dá)到精磨的水平
。大多數(shù)硬車的應(yīng)用是替換磨削，目前
，車削的硬度極限可達(dá)到HRC68
，在發(fā)達(dá)國家硬車技術(shù)已被普遍應(yīng)用，可加工各種零件
，是代替磨削的經(jīng)濟性加工工藝
。
硬車的關(guān)鍵技術(shù)
硬車加工時，由于材料硬度大
，切削力和切削溫度高
，影響刀具使用壽命。這就要求作為硬車削的刀具耐熱性和耐磨性要好
；同時機床系統(tǒng)必須有足夠的系統(tǒng)剛性和精度
。
刀具材料
涂層硬質(zhì)合金刀具是在硬質(zhì)合金刀具上涂覆一層或多層耐磨性好的TiN、TiCN
、TiAlN和Al2O3等
，涂層的厚度為2～18mm。涂層的作用能夠降低摩擦，減少切削熱的天生；熱傳導(dǎo)系數(shù)低，能減弱對刀具的熱作用。涂層硬質(zhì)合金刀具與硬質(zhì)合金刀具相比，無論在強度、硬度和耐磨性方面均有了很大的進步，例如：加工硬度在HRC45～55的工件時，涂層硬質(zhì)合金刀具可高速車削。
陶瓷刀具具有高硬度
、高強度、耐磨性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、摩擦系數(shù)低且價格低廉等特點，切削速度可比硬質(zhì)合金進步2～5倍，特別適合高硬度材料的加工、精加工以及高速加工，可加工硬度HRC60以下的各類淬硬鋼和硬化鑄鐵。常用的有氧化鋁基陶瓷、氮化硅基陶瓷、金屬陶瓷等。立方氮化硼（CBN）的硬度和耐磨性僅次于金剛石，具有極好的高溫硬度
。與陶瓷刀具相比
，其耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性稍差，但沖擊強度和抗破碎性能較好
，現(xiàn)普遍用于淬硬鋼（HRC50以上）
、珠光體灰鑄鐵及冷硬鑄鐵等的加工中。與硬質(zhì)合金刀具相比
，其切削速度可進步一個數(shù)目級
。聚晶立方氮化硼（PCBN）是由CBN微粉與少量粘結(jié)相（Co、Ni或TiC
、TiN
、Al2O3）在高溫高壓下燒結(jié)而成，具有硬度高、耐磨性好、抗壓強度高及耐沖擊韌性好，適用HRC60以上淬硬鋼的切削加工和高精度的加工。
通常
，CBN適合加工硬度大于HRC55的淬硬鋼工件，PCBN刀具適合工件硬度高于HRC60的加工，對于硬度小于HRC50的淬硬鋼工件選用陶瓷刀具更為合適。陶瓷刀具材料的本錢低于CBN，我國陶瓷刀具技術(shù)已較完善，刀片性能也較可靠。新型硬質(zhì)合金及涂層硬質(zhì)合金刀具材料的抗彎強度和沖擊韌性比CBN和陶瓷材料要高，價格又低，可用于加工硬度為HRC40～50的淬硬鋼工件。2.切削用量與切削條件
切削用量選擇是否公道，對硬車削影響很大
，工件材料硬度越高，其切削速度應(yīng)越小。硬車削精加工合適的切削速度為50～200m/min，常用范圍為100～150m/min。當(dāng)采用大切深或斷續(xù)切削時，切速應(yīng)保持在50～100m/min，通常切深為0.1～0.3mm；當(dāng)加工表面粗糙度要求高時，可選小的切削深度，進給量通常選擇0.025～0.25mm/r，具體根據(jù)表面粗糙度數(shù)值和生產(chǎn)率要求而定。由于PCBN和陶瓷刀具材料的耐熱性和耐磨性好，可選用較高的切削速度和較大的切削深度以及較小的進給量。而切削用量對硬質(zhì)合金刀具磨損的影響比PCBN刀具要大些，故用硬質(zhì)合金刀具就不宜選用較高的切削速度和切削深度。3.硬車削機床
車削淬硬鋼與車削非淬硬鋼相比
，切削力將增加50%以上，切削所需功率增加2倍左右，所以硬車削對機床提出了更高要求，如系統(tǒng)剛性、功率等。為了使表面質(zhì)量與磨削的質(zhì)量相媲美
，主軸的徑向和軸向振動必須保持在2mm以內(nèi)，還應(yīng)具備數(shù)字線性丈量系統(tǒng)和良好的溫度補償性能（m級補償）
，必須避免爬行
。機床本身的主軸系統(tǒng)除了要保證高強度以外，還應(yīng)有高轉(zhuǎn)速
，充分發(fā)揮PCBN或陶瓷刀具的性能上風(fēng)
，這樣才能保證連續(xù)生產(chǎn)的加工精度和高效率的要求。
硬車削的經(jīng)濟性
汽車制造業(yè)的大多數(shù)零件是在熱處理后進行終極精度或外形的加工，硬車削正作為替換磨削的一種經(jīng)濟性方法在普及
。目前，國外越來越多的企業(yè)已熟悉硬車削的優(yōu)點，而國內(nèi)還是以磨削的方法為主，主要是由于刀具（如PCBN）的本錢題目，使很多企業(yè)仍把它看作為一種昂貴的工藝。加工效率高
硬車削所用刀具（PCBN）的本錢比傳統(tǒng)車刀一般高10～20倍
，但與磨削相比，硬車削比磨削具有更高的加工效率。硬車削往往采用大切削深度、高的工件轉(zhuǎn)速，其金屬切除率通常是磨削加工的3～4倍；其所消耗的能量也只有磨削的1/5，每個零件的刀具本錢低于磨削。另外更換砂輪一般需要30min或更長時間，硬車削換刀能在兩分鐘之內(nèi)完成，并且不需要修正砂輪切削輪廓，沒有更換、修正砂輪必須的生產(chǎn)時間的損失，機床的利用率要高。2.設(shè)備投資少，維護用度低
，適合柔性生產(chǎn)要求
在生產(chǎn)率相同時
，車床的投資只是磨床的1/3～1/10，其輔助系統(tǒng)用度也較低。車床本身就是一種加工范圍廣的柔性加工方法，對于多品種小批量生產(chǎn)而言，采用現(xiàn)代CNC車床
，利用配備的多種刀具轉(zhuǎn)盤或刀庫
，硬車削無需要其他特殊裝備，很輕易實現(xiàn)多種不同工件之間的加工轉(zhuǎn)換
，并且工件裝夾快速
。另外與磨削相比，硬車削能更好地適應(yīng)柔性化批量生產(chǎn)要求
，采用車削加工時一次裝夾可完成多種表面加工（如車外圓
、車內(nèi)孔、車槽及端面等）
，因此其輔助時間短
，加工表面之間的相對位置精度高。相比之下
，磨削則需要多次安裝或多工序生產(chǎn)
。
3.硬車削可使零件獲得良好的表面加工質(zhì)量
固然磨削在相對較高的進給率下能夠得到良好的表面光潔度，但用PCBN刀片硬車削能以明顯更高的金屬切除率獲得同等或更好的表面光潔度
。硬車削中生產(chǎn)的大部分熱量被切屑帶走
，不會產(chǎn)生像磨削加工的表面燒傷和裂紋，具有優(yōu)良的加工表面質(zhì)量
，有精確的加工圓度
，能保證加工表面精度。
4.硬車削是潔凈加工工藝
硬車削是通過從工件上“剝”軟化的切屑來有效地往除金屬（見圖1 ）
。在大多數(shù)情況下
，硬車削無須冷卻液，而使用冷卻液會給刀具壽命和表面質(zhì)量帶來不利影響
。因硬車削是通過使剪切部分的材料退火變軟而形成切削的
，若冷卻率過高
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，則會減小由切削力而產(chǎn)生的這種效果，從而加大機械磨損
，縮短刀具壽命。這有助于消除使用冷卻液引起的破壞環(huán)境的題目，降低廢液的處理本錢。同時，硬車削可省往與冷卻液有關(guān)的裝置，降低生產(chǎn)本錢
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