硬車削(以車代磨)——淬火鋼的切削加工

?作者:傘齒輪 ???|???? ?2019-10-09 04:19

  以車代磨是近幾年慢慢流行起來的新技術,硬車削是指把淬硬鋼的車削作為最終加工或精加工的工藝方法。淬火鋼是指金屬經過淬火后,組織為馬氏體,硬度大于HRC50的鋼。

  隨著我國工業飛速發展,對機械零件的性能要求越來越高。為了提高機械零件的耐磨性,延長其使用壽命,很多結構鋼零件常常采用淬火處理。但淬火后的零件強度和硬度較高,塑性較差,這就給切削加工帶來了難題。

硬車削(以車代磨)——淬火鋼的切削加工

  硬車削

  一、淬火鋼的加工特點:

 ?。?)硬度高、強度高,幾乎沒有塑性:這是淬火鋼的主要切削特點。當淬火鋼的硬度達到HRC50~60時,其強度可達σb=2100~2600MPa,按照被加工材料加工性分級規定,淬火鋼的硬度和強度均為9a級,屬于最難切削的材料。

 ?。?)切削力大、切削溫度高:要從高硬度和高強度的工件上切下切屑,其單位切削力可達4500MPa。為了改善切削條件,增大散熱面積,刀具選擇較小的主偏角和副偏角。這時會引起振動,要求要有較好的工藝系統剛性。

 ?。?)不易產生積屑瘤:淬火鋼的硬度高、脆性大,切削時不易產生積屑瘤,被加工表面可以獲得較低的表面粗糙度。

 ?。?)刀刃易崩碎、磨損:由于淬火鋼的脆性大,切削時切屑與刀刃接觸短,切削力和切削熱集中在刀具刃口附近,易使刀刃崩碎和磨損。

 ?。?)導熱系數低:一般淬火鋼的導熱系數為7.12W\(m·K),約為45號鋼的1\7。材料的切削加工性等級是9a級,屬于很難切削的材料。由于淬火鋼的導熱系數低,切削熱很難通過切屑帶走,切削溫度很高,加快了刀具磨損。

  二、淬火鋼的熱處理工藝:

  淬火鋼之所以具有良好的使用性能,熱處理是不可避免的工序,淬火鋼常見的熱處理工藝包括退火、淬火、回火。退火是在在切削加工之前,目的是降低金屬材料的硬度,提高塑性,以利切削加工或壓力加工,減少殘余應力。

  淬火、回火是一起的,淬火后直接回火,在精加工之前進行,淬火的目的:使鋼件獲得所需的馬氏體組織,提高工件的硬度,強度和耐磨性,為后道熱處理作好準備等?;鼗鸬哪康模褐饕窍摷诖慊饡r所產生的應力,使鋼件具有高的硬度和耐磨性外,并具有所需要的塑性和韌性等。

硬車削(以車代磨)——淬火鋼的切削加工

  淬火鋼熱處理

  經過熱處理之后,工件的硬度一般在HRC45以上,有的甚至達到HRC60以上,不同的工件,工作性質不同,故熱處理后的硬度也不同,如汽車變速箱齒輪熱處理后的硬度一般在HRC58-63之間,回轉支承軸承熱處理后的硬度在HRC47-55之間,滾珠絲杠熱處理后的硬度一般在HRC60-62之間。

  三、淬火鋼的機械加工工藝:

  淬火鋼經過熱處理之后需精加工,保證圖紙要求的尺寸和表面粗糙度,但熱處理后的淬火鋼件硬度高難加工,部分工件需要斷續切削或表面精度要求高,以前常采用磨削方式來提高工件精度,下面就簡單介紹幾種淬火鋼的機械加工工藝。

  齒輪的加工工藝:下料—鍛造—正火—粗車—調質熱處理(淬火+高溫回火)—精車—齒面磨削加工--檢驗入庫。

  滾珠絲杠的加工工藝:下料—鍛造—退火—切削加工—熱處理—磨削加工—檢驗入庫。

  汽車半軸的加工工藝:下料—鍛造—正火—車削加工—拉花鍵—熱處理—磨削加工。

硬車削(以車代磨)——淬火鋼的切削加工

  淬火鋼切削加工

  從加工工藝來看,以上幾種淬火鋼件均需要磨削加工來保證圖紙的尺寸和粗糙度要求,齒輪是由于帶斷續切削,車刀無法加工;而滾珠絲杠和汽車半軸就屬于表面精度高,采用磨削方式來達到表面光潔度。

  四、淬火鋼的加工難點:

 ?。?)淬火鋼的粗加工:車削加工熱處理過的齒輪、齒圈的生產過程中,一些齒輪、齒圈淬火或滲碳淬火后,硬度一般在HRC55以上,有的硬度達到HRC60甚至HRC65左右。有的齒輪熱處理后變形嚴重,特別是滲碳淬火后的大齒圈、大齒輪(如高鐵齒輪、工程機械大齒圈、重工行業用大齒圈等),這些大型齒輪齒圈淬火后變形量非常大,這就涉及到淬火鋼粗加工。

 ?。?)淬火鋼的斷續加工:斷續切削加工一直是個難題,何況是動輒HRC60左右的高硬度淬火鋼。特別是在高速車削淬火鋼時,如果工件有斷續切削,刀具在斷續切削淬火鋼時會受到每分鐘100次以上的沖擊來完成加工,對刀具的抗沖擊性能是個很大的挑戰。以汽車齒輪加工為例,淬硬齒輪以車代磨已經成為一種趨勢,據了解,作為齒輪產業的三大市場之一,車輛齒輪占據了齒輪市場總額的62%,其中汽車齒輪又占據了車輛齒輪市場份額的62%。也就是說,汽車所用齒輪占有了整個齒輪市場近40%的比重,可見齒輪對于汽車產業的重要性。雖然淬火鋼的以車代磨和硬車削已經很普及,但汽車淬硬齒輪加工過程中仍然遇到很多問題,如一些汽車齒輪內孔有油孔,刀具在高速運轉時期遇到油孔容易崩刀、齒輪的位置公差難以保證等等。

硬車削(以車代磨)——淬火鋼的切削加工

  切削工況:連續-斷續-強斷續

 ?。?)淬火鋼的切槽加工:如同步器滑套嚙合槽淬火后的硬車削加工,雖然刀具制造商開發出了同步器滑套專用切槽刀具,但刀具的壽命仍然不盡如人意。

 ?。?)淬火鋼車削的光潔度問題:如軸承鋼淬火后車削加工一般要求很好的表面光潔度,Gcr15鋼是常用軸承鋼,淬火后硬度一般在HRC62左右,在生產加工過稱中,由于軸承的精度和光潔度要求非常高,如果設計調整好刀具的刃口,使用CBN刀具加工淬火鋼時車削光潔度可達到Ra0.4。

  五、淬火鋼切削加工案例(典型零部件——齒輪)

 ?。?)齒輪的連續切削工況:

  加工材質:20CrMnTi齒輪,硬度HRC58-62,選用優質CBN刀具材質BN-H05,刀片CNGA120408,切削參數:ap=0.1mm,Fr=0.1mm\r,Vc=180m\min,干切;加工工件的表面粗糙度≦Ra0.8,BN-H05材質刀具壽命>800件,比普通CBN材質刀具壽命提升45%。

硬車削(以車代磨)——淬火鋼的切削加工

  齒輪的連續切削工況

 ?。?)齒輪的中等斷續切削工況:

  加工材料:20CrMnTi齒輪,硬度HRC58-62,選用國產CBN刀具材質BN-H10,刀片CCGW09T304,切削參數:ap=0.25mm,Fr=0.08mm\r,Vc=135m\min,干切;BN-H10材質刀具的切削速度和壽命相比進口PCBN刀具均有提升,加工效率提升22%。

硬車削(以車代磨)——淬火鋼的切削加工

  齒輪的中等斷續切削工況

 ?。?)齒輪的強斷續切削工況:

  加工材料:20CrMnTi齒輪,硬度HRC58-62,由于強斷續工況,使用普通CBN刀具崩刀嚴重,而選用強斷續優勢CBN刀具材質BN-H21,刀片WNGA080404,切削參數:ap=0.15mm,Fr=0.1mm\r,Vc=117m\min,干切,刀具壽命提升6倍,正常磨損。

硬車削(以車代磨)——淬火鋼的切削加工

  齒輪的強斷續切削工況

  隨著現代技術的不斷發展,越來越多的淬火鋼件出現在機械加工車間,機械制造商一直在尋找高效率低成本的車削刀具,這對于刀具行業來說,只有不斷研發出高性能高質量的刀具材料或刀具材質,才能占領刀具市場,并進一步推動中國制造業的發展。圖文轉至網絡,若內容涉嫌侵權,請告知我們刪除!