两制造商改变可转位刀片类型 效率提高116%和322%

　　【编者按】最近，两家制造商对淬硬零件加工的生产效率有了显著提高，分别提高116%和322%。究其原因，他们既没有更换设备，也没有引入新的加工方法，只是在数控车床上执行车削工序时，改变可转位刀片的类型即实现了生产效率的大幅提升。与之前相比，这种新型的刀片使刀具的进给速度提高了三倍，从而节约加工时间，降低了生产成本。使生产效率获得如此大幅提升的刀片就是山特维克可乐满的Xcel刀片，在保证更高进给速度的同时还能够保持较低的表面粗糙度值，这种切削刃技术的创新对硬零件车削产生了深刻的影响。

　　硬零件车削要求

　　硬零件车削在切削力方面有其独特的要求，并且在正常工况下，刀具上受到的压力也比加工其他材料更大。此外，硬工件材料具有磨蚀性，因此刀具更易磨损且会产生更多热量。立方氮化硼（CBN）刀具的硬度仅次于金刚石，非常适合于该加工领域。如今，一系列主要成分为CBN颗粒的高性能刀片材质都可用于硬零件车削。

    Xcel刀片概念将硬零件车削的性能整整提升了一个等级。对于精车工序，只要满足表面粗糙度要求，Xcel刀片的优越性就会得到充分展示。并且，对于粗加工工序，其进给能力也相当不错。当正常稳定性得到保证时，只要沿着台肩有足够的间隙，便可采用Xcel刀片获得最高0.5mm/r的进给速度。如果配合进给速度两倍于普通刀具的Wiper（修光刃）刀片，用户可以确保稳定的工序和可预测的加工结果。

　　针对硬零件车削，如果用车床替换磨床，最佳的解决方案是粗加工时采用Xcel刀片，随后的精加工工序采用具有WG槽形的Wiper刀片。

　　Xcel刀片特点

　　理想情况下，Xcel刀片的进给速度为0.3～0.5mm/r。采用Xcel刀片时，推荐最大切削深度为0.25mm。采用CNGX刀片加工到台肩时，由于刀片形状特殊而必须作出规定：除非台肩处有退刀槽设计，否则至少避让2.7mm。切削速度最高能达到300m/min，但推荐值通常介于150～200m/min。切削时，首先应确定进给速度以获得更高的加工率，然后确定切削速度以优化生产效率。

　　硬车削理想的零件为大直径轴、套筒和齿轮，涉及到纵向车削和端面加工，并且稳定性良好。工件材料通常为淬硬钢或表面硬化钢，包括16MnCr5（硬度>60HRC）或17CrNiMo6。尤其加工齿轮时存在硬－软切削，其中外径处的材料硬度为62HRC，而中心处的材料硬度则会降至30HRC。硬度低于45HRC的工件材料不推荐使用CBN，但在应用和材质均合适的情况下，可以将CBN与硬质合金刀具一起组合使用。

　　切削可以为连续或断续切削，就如齿轮轮齿或轴特性一样，通过选择合适的刀片材质可以对此类切削进行最佳优化。表面粗糙度值通常可达到Rz=1μm或Ra=0.25μm，尺寸公差保持在0.01mm以内。采用高进给可获得良好的表面质量：进给速度为0.3mm/r时，表面粗糙度Ra=0.3μm；进给速度为0.4mm/r时，表面粗糙度Ra＝0.5μm；进给速度为0.5mm/r时，表面粗糙度Ra＝0.8μm。

　　在半精加工能力方面，Xcel刀片的加工效率极高。

　　硬零件车削是淬硬零件磨削的替代选择，两种加工方法可互为补充。现代CBN材质意味着可提供更多坚固耐用的刀具，目前的刀片技术也促成了生产效率和精加工能力均大幅提升的切削刃。

　　将最大切屑厚度作为进给速度的基础时，相比标准圆角刀尖刀片，Xcel提供了更高的进给能力。主偏角较小时，直刃所生成的薄切屑可提供更大的生产效率，提升空间。

　　机械锁定的CBN刀片圆角可提供多刃口刀片所需的强度和安全性，既经济实用又优化了可靠性。Safe–Lok多圆角技术具有安全焊接的CBN圆角，这使其能够远离硬零件车削时所形成的热切削区。

   Xcel刀片稳定性

　　稳定性是所有CBN材质刀片应用的成功要素，为确保Xcel刀片在加工时获得最佳效果，工件长径比应保持在4∶1以内。

　　标准的圆头刀片可产生最低的切削力，但进给速度严格受限于刀尖半径与表面粗糙度之间的关系。具有WH槽形的Wiper刀片在较高的进给速度下仍然能够获得良好的表面质量，并且对稳定性要求较低；而在很高的进给速度下可获得更为理想的表面质量，但需要更高的稳定性。当使用Xcel刀片时，在高进给速度下可获得较高的表面质量，但对稳定性的要求也越高；即使在较低的进给速度下，Xcel刀片也能够生成很好的表面质量。关注的焦点是尽可能减少切削时间时，则应注重进给速度与表面粗糙度之间的关系。

　　当刀片使用非常小的主偏角（10°）时，在硬零件车削时切削深度总是被限制。采用传统圆头刀片时，切屑厚度沿着切削刃而变化，但使用Xcel刀片时，切屑厚度薄且均匀，这样就能提供高进给的加工能力。

　　刀具寿命

　　对于标准的圆头刀片，切削刃上的沟槽磨损非常广泛，这大大限制了其寿命，而采用Xcel刀片，切削刃磨损呈均匀分布，使刀具寿命得以提高。采用Xcel刀片对刀具进行改进，在一定程度上是由于更短的切削接触时间会产生更低的温度，并且沿着更长的直刃扩散。因此，即使大幅提升进给速度， Xcel刀片也能加工出更多的零件。

　　Xcel刀片有两种基于立方氮化硼（CBN）的材质。这种刀具材料具有非常高的热硬度，能够抵抗塑性变形，在加工淬硬材料时允许应用较高的进给和切削速度组合。目前所使用的材质也具有良好的韧性、较高的强度、耐热冲击性和抗磨料磨损性。此类材质CBN含量为40%～65%，并且含陶瓷黏结剂，在高温下具有更高的抗化学腐蚀性。此外，也有CBN含量更高的材质，其中添加了金属黏结剂，韧性更高。

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