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硬車的關鍵技術
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;同時機床系統必須有足夠的系統剛性和精度。
1. 刀具材料
涂層硬質合金刀具是在硬質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;熱傳導系數低,能減弱對刀具的熱作用。涂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、摩擦系數低且價格低廉等特點,切削速度可比硬質合金進步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,其耐熱性和化學穩定性稍差,但沖擊強度和抗破碎性能較好,現普遍用于淬硬鋼(HRC50以上)、珠光體灰鑄鐵及冷硬鑄鐵等的加工中。與硬質合金刀具相比,其切削速度可進步一個數目級。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,我國陶瓷刀具技術已較完善,刀片性能也較可靠。新型硬質合金及涂層硬質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,具體根據表面粗糙度數值和生產率要求而定。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。
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,如系統剛性、功率等。為了使表面質量與磨削的質量相媲美,主軸的徑向和軸向振動必須保持在2mm以內,還應具備數字線性丈量系統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除了要保證高強度以外,還應有高轉速,充分發揮PCBN或陶瓷刀具的性能上風,這樣才能保證連續生產的加工精度和高效率的要求。