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以車代磨實現鏡麵加工

以車代磨原本是指用車削的工藝方法作為金屬表麵處理的最終加工或精加工,最終效果能達到磨床加工的表麵光潔度,從而替代磨這道工序。

通常車削隻是粗加工,之後還要進行精車、粗磨、精磨等等多種工序才能達到理想的表麵粗糙度。直到20世紀90年代前,淬火後的精加工還隻能采用磨削工藝,而車削也隻能加工硬度不大於 HRC55的工件。

隨著高硬度切削材料和相關機床的發展,如采用番茄社区app官网鏡麵加工設備、PCBN刀具、陶瓷刀具或新型硬質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,其加工質量可以達到精磨的水平。大多數以車代磨的應用是替代磨削,目前,車削的硬度極限可達到HRC68,在發達國家硬車技術已被普遍應用,可加工各種零件,是代替磨削的經濟性加工工藝。

以車代磨中的硬車技術

1.硬車的關鍵技術
  硬車加工時,由於材料硬度大,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;同時機床係統必須有足夠的係統剛性和精度。
  1.  刀具材料
  塗層硬質合金刀具是在硬質合金刀具上塗覆一層或多層耐磨性好的TiN、TiCN、TiAlN和Al2O3等,塗層的厚度為2~18mm。塗層的作用能夠降低摩擦,減少切削熱的生成;熱傳導係數低,能減弱對刀具的熱作用。塗層硬質合金刀具與硬質合金刀具相比,無論在強度、硬度和耐磨性方麵均有了很大的提高,例如:加工硬度在HRC45~55的工件時,塗層硬質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、化學穩定性好、摩擦係數低且價格低廉等特點,切削速度可比硬質合金提高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、氮化矽基陶瓷、金屬陶瓷等。
  立方氮化硼(CBN)的硬度和耐磨性僅次於金剛石,具有極好的高溫硬度。與陶瓷刀具相比,其耐熱性和化學穩定性稍差,但衝擊強度和抗破碎性能較好,現普遍用於淬硬鋼(HRC50以上)、珠光體灰鑄鐵及冷硬鑄鐵等的加工中。與硬質合金刀具相比,其切削速度可提高一個數量級。聚晶立方氮化硼(PCBN)是由CBN微粉與少量粘結相(Co、Ni或TiC、TiN、Al2O3)在高溫高壓下燒結而成,具有硬度高、耐磨性好、抗壓強度高及耐衝擊韌性好,適用HRC60以上淬硬鋼的切削加工和高精度的加工。
  通常,CBN適合加工硬度大於HRC55的淬硬鋼工件,PCBN刀具適合工件硬度高於HRC60的加工,對於硬度小於HRC50的淬硬鋼工件選用陶瓷刀具更為合適。陶瓷刀具材料的成本低於CBN,我國陶瓷刀具技術已較完善,刀片性能也較可靠。新型硬質合金及塗層硬質合金刀具材料的抗彎強度和衝擊韌性比CBN和陶瓷材料要高,價格又低,可用於加工硬度為HRC40~50的淬硬鋼工件。


2.  切削用量與切削條件
  切削用量選擇是否合理,對硬車削影響很大,工件材料硬度越高,其切削速度應越小。硬車削精加工合適的切削速度為50~200m/min,常用範圍為100~150m/min。當采用大切深或斷續切削時,切速應保持在50~100m/min,通常切深為0.1~0.3mm;當加工表麵粗糙度要求高時,可選小的切削深度,進給量通常選擇0.025~0.25mm/r,具體根據表麵粗糙度數值和生產率要求而定。由於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。而切削用量對硬質合金刀具磨損的影響比PCBN刀具要大些,故用硬質合金刀具就不宜選用較高的切削速度和切削深度。

 

硬車削的經濟性
  汽車製造業的大多數零件是在熱處理後進行最終精度或形狀的加工,硬車削正作為替代磨削的一種經濟性方法在普及。目前,國外越來越多的企業已認識硬車削的優點,而國內還是以磨削的方法為主,主要是由於刀具(如PCBN)的成本問題,使很多企業仍把它看作為一種昂貴的工藝。
  1. 加工效率高
  硬車削所用刀具(PCBN)的成本比傳統車刀一般高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;其所消耗的能量也隻有磨削的1/5,每個零件的刀具成本低於磨削。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鍾之內完成,並且不需要修正砂輪切削輪廓,沒有更換、修正砂輪必需的生產時間的損失,機床的利用率要高。
  2. 設備投資少,維護費用低,適合柔性生產要求
  在生產率相同時,車床的投資隻是磨床的1/3~1/10,其輔助係統費用也較低。車床本身就是一種加工範圍廣的柔性加工方法,對於多品種小批量生產而言,采用CNC車床,利用配備的多種刀具轉盤或刀庫,硬車削無需要其他特殊裝備,很容易實現多種不同工件之間的加工轉換,並且工件裝夾快速。另外與磨削相比,硬車削能更好地適應柔性化批量生產要求,采用車削加工時一次裝夾可完成多種表麵加工(如車外圓、車內孔、車槽及端麵等),因此其輔助時間短,加工表麵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。
  3. 硬車削可使零件獲得良好的表麵加工質量
  雖然磨削在相對較高的進給率下能夠得到良好的表麵光潔度,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麵光潔度。硬車削中生產的大部分熱量被切屑帶走,不會產生像磨削加工的表麵燒傷和裂紋,具有優良的加工表麵質量,有精確的加工圓度,能保證加工表麵精度。
  4. 硬車削是潔淨加工工藝
  硬車削是通過從工件上“剝”軟化的切屑來有效地去除金屬(見圖1 )。在大多數情況下,硬車削無須冷卻液,而使用冷卻液會給刀具壽命和表麵質量帶來不利影響。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,則會減小由切削力而產生的這種效果,從而加大機械磨損,縮短刀具壽命。這有助於消除使用冷卻液引起的破壞環境的問題,降低廢液的處理成本。同時,硬車削可省去與冷卻液有關的裝置,降低生產成本,簡化生產係統,形成的切屑幹淨清潔,比磨削容易回收處理。

以車代磨中的番茄社区app官网鏡麵加工

番茄社区app官网鏡麵加工工藝是一種新型的以車代磨工藝。由上圖可以看到,番茄社区app官网鏡麵加工設備主要分兩部分,一部分是安裝在機床上的執行器,一部分是用線纜連接的番茄社区app官网控製器。通過控製器控製執行器的能量輸出來實現以車代磨的加工。通常工序是在車完工件達到一定精度之後,利用番茄社区app官网執行器對工件表麵進行每秒三萬次以上的高頻能量衝擊,從而達到鏡麵加工和表麵改性的效果,表麵粗糙度可達Ra0.2或更低,效果達到或超過磨床的精度,實現以車代磨的效果。

而且這種加工方式相比磨床,更帶來表麵改性的極大好處,比如硬度提高,疲勞壽命提高幾十倍,耐磨度耐腐蝕度都有極大提升,是一種比硬車更具性價比的最新工藝。