一般来说硬车削不仅可用于淬火硬料零件的精加工,如硬车轴承、齿轮、滚珠丝杠、同步器等等,也可用于这些零件磨削前的半精加工。如果选择的刀具材质、切削参数、机床等配合合理,硬车轴承、齿轮、滚珠丝杠等也可达到微米级的精度,实现以车代磨工艺。而且在很多应用案例中,硬车削工艺比磨削工艺的效率更高、成本更低。那么车削硬材料选择超硬材料专用刀具有哪些注意点?
虽然对硬车的定义没有达成统一的意见,比如一些行业专家认为,车削淬火后HRC58-68度的淬硬钢为硬车;另一些专家则认为,车削淬火后HRC45以上的材料(包括硬铁和超合金)为硬车。但人们一致认为,只要使用正确的刀具、机床和工艺参数,硬车削硬材料所面临的困难就可迎刃而解。
硬车削硬材料的PCBN刀具选择
超硬材料公司的工程师指出,如果工艺系统的刚性足够,并且使用正确的切削参数,可转位PCBN刀具通常是硬车削淬火硬材料的最佳选择。
BN-H10牌号PCBN刀片可切削硬度达65HRC的材料,与一般CBN不同的是,该牌号PCBN刀片可提供众多的刀片型号,还可设计断屑槽型,硬度高、韧性好不易断裂,在一些微断续硬车削应用场合更适合使用。比如车削表面硬化的轴类零件或带有键槽的内孔端面时,耐冲击不崩刃。
尽管刚开始看起来硬质合金刀头更便宜,但PCBN刀片的每刃口价格更具优势。超硬刀具工程师指出,PCBN刀片的价格可能比硬质合金刀片贵10-25倍,但PCBN刀片的切削寿命是硬质合金刀片的50-100倍。除此之外,PCBN刀片还带来了更高的生产效率,干式切削也符合绿色环保的发展趋势,因此,PCBN刀片才是硬车削硬材料的优先选择。
可转位陶瓷刀片是硬车削硬材料的另一选择,绿叶公司的应用工程师JackKohler指出,陶瓷刀具的价格已经降到PCBN刀具和硬质合金刀具价格之间。在一些应用场合,陶瓷刀片可提供与PCBN相同或更好的切削性能。诚然,陶瓷刀具切削HRC50-65的材料时表现十分良好,切削速度可与PCBN刀具相媲美。例如切削HRC55的A-2工具钢时,线速度可达700sfm,只是刀具寿命略低。
Kohler还指出,陶瓷刀具加工高温合金如Inconel 718和Hastelloy的使用量正在日益增加。但陶瓷刀具不能用于断续切削工况,如果热处理后变形量大,余量不均,造成断续切削工况,或者带有油孔或键槽的间断切削,因为陶瓷材质脆性大,易崩刃,所以一般只用于小余量、连续切削的精加工。
硬材料镗孔和外圆车削
硬车削内圆和外圆一般认为是不同的,共识是不论材料硬度如何,镗孔比外圆车削更困难。相比外圆车刀,镗刀到杆刚性更差,易造成振动和刀具弯曲。而且因为内孔空间狭小,排屑困难,还会导致内部冷却不充分和工件擦伤。此外,对于车削小尺寸零件内孔(如沉孔)时,要达到PCBN和陶瓷刀具要求的高切削速度也会更加困难。
刀具工程师提出新的解决方法,对于10mm以下的淬火硬材料镗孔,采用钨钢合金材质镗刀,在切削刃口处焊接PCBN材质,钨钢刀杆保证了刀杆的刚性,避免振动,PCBN切削刃又能高效的硬车削硬材料,所以是解决硬材料镗孔的优先选择。不过在实际运用中尽量选用长径比(L:D)不超过4:1的镗杆,镗刀应位于孔的中心线上或略高一点(0.0003"),以抵消镗刀杆的变形。尽可能采用主偏角为90的刀具,使切削力方向与切削方向相反。
Horn USA公司的区域销售Mike Csizmar指出,内圆车削时常被忽略的因素是车削时的轴向、径向和切向分力;外圆车削时也是如此,镗孔时随着镗杆长径比L:D的增加,这些分力会更加明显地影响尺寸精度。如果可能,优选轴向(Z轴)分力切削。通过实践可知,切深应等于或大于刀尖半径,可有效地控制振动和尺寸精度,充分发挥刀具的切削效果。