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硬切削新工艺VS传统磨削方法

国际金属加工网 2014年04月18日

  近年来,国外兴起一种称之为硬切削(Hard turning)的新工艺,对传统的磨削方法提出挑战并产生一定冲击,同时还引发了一场硬切削是否会取代磨削的争议。磨削加工的前景如何?下个世纪是否有新的发展?对我们生产磨床的厂家而言,对这一发展动向肯定是感兴趣的,因为它关系到我们今后的发展与生存。

  硬切削(Hard turning)的概念是什么?

  硬切削是指使用CBN实体刀具、CBN刀头或陶瓷刀具来加工淬硬的工件。用硬切削这种新工艺可以切削淬硬的工件。用硬切削这种新工艺可以切削淬硬钢、灰铸铁、球墨铸铁、粉末冶金和特殊材料。当然,也有一些材料如青铜等不适合采用硬切削。用硬切削可进行车削、表面加工、攻螺纹、铣削、开槽、靠模加工、车削锥面。据美国有关文章报导,硬切削使工件光洁度始终保持16μm。在正常条件下,光洁度能达到6~8μm。目前,硬切削这种新工艺正在许多工业部门采用,如汽车制造厂用这种方法对传动轴、各类轴传动链、发动机、制动盘和制动转子进行半精加工和精加工;飞机制造厂用这种方法制造副翼齿轮和起落架,从油田到钢厂到处可以看到硬切削方法的应用。机床、工具、重型卡车、农业机具、医用设备、罐头模具、汽车零件都把硬切削作为其生产过程的一个组成部份。

  采用硬切削工艺的优点:

  硬切削成本低廉,一般仅为磨削的四分之一;

  用硬切削不需用专用刀具、专用机械和夹具,而磨削则要求使用磨床,硬切削则可在现有的NC或CNC车削中心上进行;

  生产率高,因为CBN刀具的切削速度可高达274m/min以上,使生产率大大提高,节省了大量时间。

  由于CBN刀具的成本近年来已大大降低,从而为硬切削的推广应用创造了条件。成本不仅指刀具成本,而是每只零件的制造成本,以较长的刀具寿命和每个切削刀头的低成本,CBN为硬加工提供了一条最经济的途径。如美国有一家公司以前用粗磨来加工一种硬质齿轮的端面,后改用硬切削作为粗加工,再进行精磨,成本减少40%。如果把粗磨和精磨都改为硬切削,那么加工时间、夹具成本、刀具成本以及能耗都可下降,而生产率却可提高,并使每只零件的成本下降55%。美国另一家生产压力环的工厂,原工艺都是磨削,包括内圆磨削、端面磨削、外圆磨削和球面磨削四道工序,改用硬切削后,只用VNMA332和CNMA432两把刀具,使加工速度提高10倍。

  此外,在废物处理和环保方面,硬切削优于磨削。磨削会产生磨屑和冷却液的混合物,这是不能再利用的废物,会污染环境。硬切削产生的废屑则可再利用,这对重视环境保护的今天来讲特别重要。

  近年来,工厂的空间备受重视,与CBN刀具相比,砂轮比较大而且笨重,因此难以贮存。CBN刀具很小,而且不必再增加新机床就可用于硬切削,从而节省了工厂的空间。

  硬切削的迅速发展是建立在过去几年CBN刀具技术进步的基础上,90年代初只能在少数几种CBN刀具中选择用于硬切削。目前,用户的选择多了10倍。再者,速度也大大提高,90年代初对铸铁的最大切削速度约为152m/min,现在最高切削速度达1524m/min,大多数连续的硬质钢切削速度在90~150m/min,进给量0.05~0.2mm/r,切削深度达到0.1~0.5mm。CBN的适用性扩大,过去不能用于脆性工件,现在对硬度不一的工件都能进行加工。左旋肉碱有用吗隔离霜时尚论坛防晒好用去眼袋眼霜推荐不错精华哪个好眼线什么牌子去角质好

  鉴于硬切削有上述许多优点,国外有关专家认为这项新技术代表了今天,也预示着明天。有的还发出了"你为何还采用磨削"的问题。

  但是,高速机械加工和硬切削真的会取代磨削吗?磨削专家认为不会,因为磨床具有自身的一些优势,磨削精度较高,对公差要求较严的加工非磨削莫属。磨削时可以加上在线测量,在加工时间可闭合循环,这种方法在其它机床上难以实现。而最重要的一点,近几年新材料层出不穷。替代了许多传统的材料。实践证明,磨削是加工这类新型材料的好方法。因此,今后磨削加工仍是不可缺少的。诚然,对一般材料而言,磨削可能会遇到铣削、铰削、车削等方法强有力的竞争。但对诸如陶瓷、金属陶瓷复合材料、晶须加强材料以及高温超级合金之类的新一代材料而言,硬切削决不是磨削的对手,而且必须用磨削进行加工。例如,磨削是加工在喷气飞机发动机中使用的超级合金工件的唯一方法,也是加工用陶瓷合金、陶瓷和玻璃制成的汽车和光学元件的唯一方法。新型材料一般都具有硬脆、耐磨、耐热等特点,聚合型材料都是晶须加强材料,对这些材料来讲,磨削是绝对需要的加工手段。对耐热和耐磨损的陶瓷涂料而言,面临更为复杂的问题,即要同时磨削陶瓷和金属。

  随着生产发展和技术进步,对磨床提出了许多新的要求,如美国磨削协会提出如下要求:

  主轴转速要达到25000r/min,可以9144m/min(152.4m/s)甚至更高的速度进行磨削;磨头主轴设计刚性好,机床体积较小,轻便,加工区体积328cm2,可加工各种形状的工件,范围广的和精密控制的拖板定位系统,采用模块化设计和较多的标准件,与CNC相连的修整系统,可跟踪砂轮尺寸,修整器位置以及砂轮对工件的位置;具有能监控机床状态,机床动平衡、主轴和电动机状态以及砂轮状态的传感器,监控修整时金刚石与CBN砂轮间的接触,监督CBN砂轮与工件之间的接触,以提高效率。该协会还希望具有对小工件进行缓进给成形磨削的能力,希望用平面磨床替代平面铣床。 该协会还对21世纪的磨削提出展望,21世纪的磨床将采用磁性悬浮主轴,在15kW功率范围内,转速达到40000r/min,而占地面积很小,水基静压轴承可以使用水基切削液,能进行连续修整的高感应大气孔陶瓷结合剂砂轮,用于加工陶瓷的金属结合剂金刚砂轮可进行电解修整。一些公司对高速磨削作了许多试验,目前CBN砂轮的线速已达150~250m/s,并以声速作了试验,下个世纪,高速磨削将更广泛地得到应用。CNC控制将更完善,比如能处理在缓进给磨削陶瓷时的摆线磨削,恒定的常用进给量磨削使砂轮最优化,能减少磨削时间的切入式和纵向进给磨削,在平面磨床上作外圆磨削,以及一个坐标轴或几个坐标轴的进给量补偿,以便使磨削循环最佳化。


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