探析高速切削中硬态切削技术的应用

摘要：高速切削工艺以高效、精密和柔性为基本特征，被视为现代制造技术领域的一个里程碑。本文介绍了高速切削的发展情况并通过研究其中硬态切削技术的应用从而分析高速切削具备一系列显著优势，使制造业整体切削加工效率有显著的提高。

关键词：高速切削，硬切削，加工工艺，硬车技术

中图分类号： TG711 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（b）-0000-00

1 引言

切削加工作为制造技术的主要基础工艺，随着制造技术的发展，在20世纪末也取得了很大的进步，进入了以发展高速切削、开发新的切削工艺和加工方法、提供成套技术为特征的发展新阶段。它是制造业中重要工业部门，如汽车工业、航空航天工业、能源工业、军事工业和新兴的模具工业、电子工业等部门主要的加工技术，也是这些工业部门迅速发展的重要因素。因此，在制造业发达的美、德、日等国家保持着快速发展的势头。发展高速切削等新的切削工艺促进制造技术的发展是现代切削技术面临的新任务。当前以高速切削为代表的硬切削、干切削等新的切削工艺已经显示很多的优点和强大的生命力，成为制造技术提高加工效率和质量、降低成本的主要途径。

2 高速切削技术介绍

高速切削技术是建立在高速主轴与快速进给系统，高性能控制技术，高性刀具材质及刀具制造系，高速切削机理等制造技术制造技术全面发展的基础上综合而成的，高速切削技术在切削原理上是对常规切削的重大突破，在切削加工工艺安排、切削用量选择及刀具应用等方面有较大的特殊性，普通切削工艺及传统刀具不能满足高速切削技术要求。它需要刀具材料性能显著改善，以及新型刀具材料和涂层工艺的开发和推广应用，性能更耐磨、更可靠，价格相对低廉的刀具材料成为发展高速切削的可靠保证。该技术也要求数控机床的主机结构和数控系统具备了更高的刚性、更快的运动速度和精度。

3 硬态切削技术应用研究

硬态切削是高速切削技术的一个应用领域，它是指用车床使用单刃或多刃刀具来加工淬硬材料（54-63HRC）零件的一种加工方法。，这种加工通常是作为最终加工或精加工，它比传统的磨削加工有效率高、柔性好、工艺简单、投资少等优点，已在一些应用领域产生较好的效果。在汽车业，用CBN刀具加工20CrMo5淬硬齿轮（60HRC）内孔，代替磨削，表面粗糙度可达0 .22μm，已成为国内外汽车行业推广的新工艺。

淬硬钢是一类较难加工的材料，它通常指淬火后具有马氏体组织，硬度高，强度也高，几乎没有塑性的工件材料。其硬度可高达50-65HRC，主要包括普通淬火钢、淬火态模具钢、轴承钢、轧辊钢及高速钢等。由于其典型的耐磨结构，淬硬钢被广泛用于制造各种要求高硬度和高耐磨性的基础零部件，淬硬钢工件的表面也比较光亮，能达到磨削加工的效果。随着超硬刀具材料——陶瓷和PCBN性能的提高和价格的调整，解决了淬硬零件传统制造工艺与快速发展的市场需求之间的矛盾，使得更经济地切削加工淬硬钢成为可能。在德国等发达国家的汽车工业中，多种轴类、套类零件大多采用硬车工艺代替磨削，收到了良好效果，因此在发达国家硬车技术已率先被普遍应用。

硬车技术是硬态切削技术的典型应用，和普通车削相比在相同条件下，硬车的切削力会增加70%以上，切削所需功率也相应增加。硬车出现较大的切削力，这就要求机床本身具备较高的刚性。切削用量选择是否合理，对切削影响很大，工件材料硬度越高，其切削速度应越小。硬车过程中精加工合适的切削速度为70-150m/min，常用范围为 125m/min。当采用大切深或断续切削时，切速应保持在60-120m/min，通常切深为0.1-0.25mm；当加工表面粗糙度要求高时，可选小的切削深度，进给量通常选择0.04-0.14mm/r，具体根据表面粗糙度数值和生产率要求而定。

4 硬态车削技术优势分析

在硬态切削加工技术的采用与推广过程中，与磨削技术相比具有良好加工柔性、经济性和环保性能。以硬态车削为例，在加工淬硬钢精磨工序中采用硬态车削替代磨削，分析比较其中优势：

[1].避免工件灼伤，磨削时的瞬时高温使工件表层局部组织发生变化，并在工件表面的某些部分出现氧化变色的现象。磨削烧伤会降低材料的耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度，烧伤严重时还会出现裂纹。零件的磨削会对工件造成回火烧伤与淬火烧伤。而硬切加工时，大量的热会被铁屑带走，不会对工件造成烧伤和裂纹。另外硬切一次装夹，可同时加工多个部分，如外圆，端面，内孔等，避免了多次装夹造成的累计误差，所以它的同轴度，垂直度的位置精度就很高。

[2].加工表面质量较高，局部的高温可以软化切削层，便于切削。刀具硬度高，能起到挤压的效果。一般车床的加工精度极限是Ra1.6，而硬车可以达到0.7-0.8，甚至更好，也就实现了以车代磨的功能。

[3].低成本，较低的加工费用，因为车床加工相对于钻床、镗床、铣床、磨床来说是最经济的。高效率，车削装夹快速，一次装夹可以完成多个表面的加工，加工时间可缩短70-80%，因此硬车的加工效率为磨削的3-5倍，而且CNC车床辅助时间短，一般硬车的综合效率为磨削的3-5倍。CNC车床投资通常是磨床成本的一半以内，设备成本低、适合柔性生产，更好地适应柔性化生产要求；

[4].降低维护费用，节能环保，CNC车床和磨床相比占据更少的空间，在CNC车床上，磨损的CBN刀片可快速更换；硬车削里不需要冷却液，污染排放量大大减小。

5 结语

硬态切削是高速切削技术的主要发展方向之一，随着CNC技术，新材料等基础技术的发展，使得硬态切削成为当前关注的新型加工工艺，它已经引起制造业界和科研机构的高度重视和极大兴趣。但是我们也应客观的对其进行分析，认识到该技术自身也存在着一些有待深入研究的问题，如高硬材料的切削机理研究，建立高速切削的数据库，开发适用于高速加工状态的监控技术等，除了加强研究以外，还应积极推广，使这种高效率，绿色的加工工艺更好的应用于生产实际。随着加工技术的不断发展，硬态切削技术将会发展的加成熟，并被广泛应用。

参考文献：

[1] 艾兴等编著 高速切削加工技术.国防工业出版社.2003.10

[2]陈日曙等编著 金属切削原理.北京：机械工业出版社，2002

[3]杨立民，刘民 超硬切削刀具的应用.[J] 机械制造，2002