硬车削技术及其可硬车工件

  随着现代技术的不断发展，越来越多的制造企业在寻找降低机械零部件及其产品成本的方法，以提高自身的竞争力。虽然产品质量足以满足市场需求，但其质量仍在不断提高，在市场和买方市场的压力下，零部件的成本也在不断增加。为了应对高质量、高成本的挑战，机械制造业只能寻求新的技术解决方案，以提高企业的竞争力。

  20世纪90年代以前，车削仅用于淬火前的粗车削，淬火后的精加工仍采用磨削。传统的加工工艺是粗车-热处理（淬火）-磨削。随着机械制造业的不断发展，材料加工难度越来越大，复杂材料出现，传统的车削加工已经无法胜任，或者根本无法实现高强度、高硬度材料的加工。但现代的硬车削（硬车）使之成为可能，并在生产中取得了很好的效益。

  一、硬车削（硬车削）的特点

  所谓硬车削是指将淬硬钢（淬硬钢）车削为最终加工或精加工的过程，相当一部分的方式是代替磨削工件，也称为“以车代磨”。

  硬车削的特点：

  （1）生产效率高：与磨削方法相比，缩短了加工时间；

  （2）硬车削属于清洁加工技术。在大多数情况下，硬车削不需要添加冷却液，减少了冷却设备，降低了加工成本，切屑易于回收；

  （3）硬切削不需要专用工具、专用机械和夹具，但需要磨床，硬切削可在现有普通车床或数控车床上进行：

  （4）硬切削可使零件获得良好的整体加工精度：硬切削产生的热量大部分被切屑带走，不会产生磨削等表面烧伤和裂纹，具有优良的加工表面质量。

  二、硬车削技术要求

  1. 硬车工件

  一般来说，硬车工件的硬度高于hrc45，而hrc45是硬车的起点。如果工件硬度越高，硬切削的价值就越大，硬车削的材料通常包括淬火钢（工具钢）。模具钢、渗碳钢、齿轮钢、轴承钢等）、高合金铸铁（如高铬铸铁、高镍铬铸铁、高锰钢等）、粉末冶金高温合金等特殊材料。

  2. 硬车削机床的选择

  机床的刚度也决定了硬车削工件的精度。如普通车床或数控车床的刚度足够，加工软材料工件时能保证工件表面粗糙度，则可加工淬硬钢（淬火钢）。

  3. 硬车刀片

  目前，用于硬车削的车刀主要有涂层硬质合金刀具、陶瓷刀具和CBN刀具。只有选择合适的刀具，才能更好地实现硬车削和高速切削。

  1） 涂层硬质合金刀具：在硬质合金刀具上涂覆一层或多层耐磨性良好的Tin、TiCN、TiAlN和Al2O3。涂层厚度为2-18mm。具有综合性和良好的综合性能。与硬质合金刀具相比的优势：

  ① 它具有高硬度、耐磨性和耐高温性。与未涂层刀具（刀片）相比，涂层刀具可以采用更高的切削速度，从而提高切削效率；或在相同切削速度下提高刀具寿命；

  ② 由于涂层材料与被加工材料之间的摩擦系数较小，涂层刀具（刀片）的切削力小于未涂层刀具（刀片）；

  ③ 采用涂层刀具（刀片）进行加工时，零件的加工表面质量较好。例如：硬车削工件的硬度在hrc45-55之间，可以高速车削。然而，在加工大型工件时，由于涂层硬质合金刀具表面涂层薄，加工后一层耐磨材料的表面性能与硬质合金刀具相同，磨损加剧。

  2） 陶瓷工具：陶瓷刀具的硬度高于硬质合金刀具，能承受2000度的高温，具有高硬度、高强度、耐热性、高温化学稳定性，陶瓷刀具的原材料丰富，可以说是取之不尽，用之不竭。对于硬度在hrc45-55之间的淬火件，陶瓷刀具最大的缺点是脆性大，不能间断切削，主要用于精加工过程。

  3） CBN工具：CBN刀具的硬度高于硬质合金刀具和陶瓷刀具。立方氮化硼刀具具有硬度高、耐磨性好、抗破碎性好等优点，但最大的缺点是与陶瓷刀具一样易碎。开发的立方氮化硼刀具只能用小进给量切削。之后，经过人们的不断研究和试验，我国终于研制出一种非金属结合剂CBN刀具（CBN刀具）。以陶瓷为结合剂，提高了CBN刀具的韧性，避免了断续切削，产生了大量的硬质车削工件。广泛应用于淬火钢、珠光体灰铸铁、高球墨铸铁、高硬度铸铁和高温合金的硬车削加工。

  3、 超硬刀具（CBN刀具）硬车削工件

  （1） 超硬工具可使硬化钢变硬：例如齿轮钢、轴承钢、模具钢、工具钢等零件热处理后硬度一般在HRC50以上。对于上述零件的超硬，有相应的刀具和切削参数。下表是超硬加工典型零件的刀具和切削参数。

  其中，KBS800，KBN100，KBN150和KBN200是焊接CBN刀具，只能用于精加工。KBN700是整体式CBN刀具，但它只能用于粗加工淬火钢。具有优异的耐磨性和抗冲击性。

  （2） 超硬工具可用于加工高硬度铸铁/钢，如高铬铸铁、白口铸铁、镍硬铸铁、耐热耐磨钢、高速钢等零件的硬车削，硬度一般在HRC60以上，对于上述零件有合适的刀具和切削参数。

  淬硬钢件：硬车刀、轴承、滚珠丝杠、同步器、模具钢等，维克刀具推荐KBS00、KBN100等品牌CBN刀片精加工，切削参数推荐Ap=0.1~2，Fr=0.1~0.5，Vc=90~200m/min，粗加工工艺推荐kbn700品牌PCBN刀片。

  对于工业泵、高速钢轧辊、破碎机等零件、高镍铬合金铸铁轧辊等高硬度铸铁件的加工，维氏工具推荐采用kbn600和kbn700品牌的整片CBN刀片，最大切削深度为ap=7-8mm，Fr=0.2-3mm，Vc=50-180m/min。

  （3） 超硬工具可加工灰铸铁和高球墨铸铁

  灰口铸铁主要是珠光体灰口铸铁，如HT200、HT250、HT300等。球墨铸铁可加工qt500、QT600、QT700等。灰口铸铁常用的典型零件有制动盘、制动鼓等。制动盘、制动鼓是汽车工业的主要零件之一，对精度要求较高。超硬刀具KBN700粗车和半精车制动盘的切削参数为：Ap=2.5mm，Fr=0.45mm/r，Vc=350m/min；精车制动盘采用KBN600和KBS900组合刀具，切削参数为：Ap=0.25mm，Fr=0.2mm/，Vc=800m/min，可获得较高的加工精度精确。

  四、总结

  随着现代机械制造业的不断发展，难加工材料越来越多，复杂材料出现，传统的车削已经无法胜任，或者根本无法实现高强度、高硬度材料的加工。这也是工具行业的一个机会。只要准确把握市场需求，工具企业不仅可以获得良好的经济效益，而且可以促进机械制造业的发展。