硬车技术

浅谈车削加工的新工艺——硬车技术

目录

一．什么是硬车技术‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥2

二、硬车技术的特点‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3

1、硬车削加工效率高‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 3

2、硬车削是洁净加工工艺‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 3

3、设备投资少，适合柔性生产要求‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3

4、硬车削可使零件获得良好的整体加工精度‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3

三、硬车削的技术要求‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥4

1、工件和刀具‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 4

2、机床和工艺系统‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 4

3、刀片‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 5

4、冷却液‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 5

5、加工工艺‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 6

6、白化层‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 6

7、镗孔‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 6

8、车螺纹‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥7

四、硬车削的应用‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥7

1、切削用量与切削条件‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥7

2、加工零件及工艺参数‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥7

五、硬车削的发展‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥8

参考文献‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥9

【摘要】车削加工是机械制造业中最基本、最广泛、最重要的一种工艺方法，它直接影响生产的质量、效率、成本、能源消耗和环境保护。由于现代科学技术的发展，各种高强度、高硬度的工程材料越来越多地被采用，传统的车削技术难以胜任或根本无法实现对某些高强度、高硬度材料的加工，而现代的硬车削技术使之成为可能，并在生产中取得明显效益。硬车削是指把淬硬钢的车削作为最终加工或精加工的工艺方法，从而更容易控制切削用量，增加切屑去除量，可同时进行内孔和外圆切削，完成复杂外形工件的加工。纵观工件加工过程，硬车技术削减了部分磨削工艺，而且在工件和刀具的安装上可节省340％时间，加工周期时间节省达575％。

【关键词】：硬车削新工艺高效

在车削加工领域，对于复杂零件的和难加工材料的车削，一直是车削加工中困扰的难题。随着高硬度切削材料和相关机床的发展，立方氮化硼刀具、陶瓷刀具及新型硬质合金刀具在新型车床或车削加工中心上的应用，对淬硬钢、高温合金的车削不再是难题，其加工质量可以达到精磨的水平。在发达国家硬车技术已被普遍应用于各种零件加工，大多数硬车技术的应用已成功替代了磨削。

一、什么是硬车技术

一般情况下，车削只是淬火前进行的粗加工。直到20世纪90年代前，淬火后的精加工还只能采用磨削工艺，而车削也只能加工硬度值低于55HRC的工件。

硬车技术，简称硬车削（即以车代磨）。通常所说的硬车削是指把悴硬钢的车削作为最终加工或精加工的工艺方法，以替代目前普遍采用的磨削技术。淬硬钢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。当淬硬钢的硬度 >55HRC时，其强度sb约为2100～2600N/mm2。利用多晶立方氮化硼(PCBN)刀具、陶瓷刀具或涂层硬质合金刀具等在车床或车削加工中心上采用硬车削对淬硬钢(55～65HRC)进行加工，其加工精度可达IT5，表面粗糙度Ra≤0.4μm。

二、硬车技术的特点

1、硬车削加工效率高

硬车削具有比磨削更高的加工效率，且其所消耗的能量是普通磨削加工的1/5 。硬车削往往采用大切削深度和较高的工件转速，其金属切除率通常是磨削加工的3～4倍。硬车削加工时一次装夹即可完成多种表面加工(如车外圆、车内孔、车槽等)，而磨削则需要多次装夹。因此，硬车削的辅助时间短，加工表面之间位置精度高。

2、硬车削是洁净加工工艺

大多数情况下，硬车削无须冷却液。事实上，使用冷却液会给刀具寿命和表面质量带来不利影响。因为，硬车削是通过使剪切部分的材料退火变软而实现切削的。而在使用冷却液的加工工艺过程中，若冷却率过高，就会减小由切削力而产生的这种效果，从而加快机械磨损，缩短刀具寿命。同时硬车削可省去相关的冷却液配套装置，从而降低生产成本，简化生产系统，形成的切屑干净清洁，易于回收处理容易。

3、设备投资少，适合柔性生产要求

在生产率相同时，车床投资是磨床的1/3～1/2，其辅助系统费用也低。对于小批量生产而言，硬车削不需特殊设备，而大批量加工高精度零件则需耍使用刚性好、定位精度和重复定位精度高的数控机床。

车床本身就是一种加工范围广的柔性加工方法，车削装夹快速，采用配有多种刀具转盘或刀库的现代CNC车床很容易实现两种不同工件之间的加工转换，硬车削尤其适合此类加工。因此，与磨削相比，硬车削能更好地适应柔性化生产要求。

4、硬车削可使零件获得良好的整体加工精度

硬车削过程中产生的大部分热量能被切屑带走，不会产生象磨削加工过程中出现的表面烧伤和裂纹，具有优良的表面加工质量，有精确的加工圆度，确保加工表面之间较高的位置精度。

三、硬车削的技术要求

硬车削的目标是随切屑带走至少80％的热量，以保持零件的热稳定性。合理的硬车削系统可以减少甚至省去磨削以及与之相关的高昂的刀具成本和较长的加工时间。采用合理的硬车削工艺可获得0.0028μm的表面光洁度、0.0002μm的圆度和±0.005μm的直径公差。要想这样的精度在对淬硬前工件进行“软车削”的相同机床上达到这样的精车，从而最大限度地提高设备利用率不是不可以实现的。但由于某些工厂错误地选用了刀片（确切地说是选用了廉价刀片），或不清楚所用机床是否具有足够的刚性以承受二倍于普通车削的压力，从而使得硬车削工艺没有充分地、完全地发挥出其高率。因此，硬车削时须注重以下8个方面：

1、工件和刀具

尽管45HRC硬度是硬车削的起始点，但硬车削经常在硬度高于60HRC以上硬度的工件上进行。硬车削材料通常包括工具钢、轴承钢、渗碳钢以及铬镍铁合金、耐蚀耐热镍基合金、钨铬钴合金等特殊材料。根据冶金学，在切深范围内硬度偏差小（小于2个HRC）的材料可显示出最好的过程可预测性。最适合于硬车削的零件具有较小的长径比（L/D），一般来说，无支撑工件的L/D之比不大于4:1，有支撑工件的L/D之比不大于8:1。尽管细长零件有尾架支撑，但是由于切削压力过大仍有可能引起刀振。

在传统刀具制造中，刀柄材料通常是45钢调质到HB210-240，而在硬车削工艺中采用的刀柄硬度应提高1.5倍。为了最大限度地增加硬车削的系统刚性，刀具伸出长度不得大于刀杆高度的1.5倍，工件在装夹时也应尽量减小悬伸长度。

2、机床和工艺系统

除选择合理的刀具外，机床刚度决定了硬车削的加工精度。近15～20年内制造的机床几乎都有很好的刚性，足以承受硬车削。若车床或车削中心刚度足够，且加工软的工件时能得到所要求的精度和表面粗糙度，即可用于淬硬钢的加工，精心维护的普通车床都可以用于硬车削。为了保证车削操作的平稳和连续，常用的方法是采用刚性夹紧装置和中等前角刀具。并保证工件在切削力作用下其定位、支承和旋转可以保持相当平稳。