【锋锐&技术分享】如何提高淬硬零件车削速度和延长刀具使用寿命

当今，淬硬零件车削被广泛认为是淬硬钢零件磨削的一种经济有效的替代选择。淬硬零件车削可大大提高生产效率，同时降低机床投资成本、节约能耗和冷却液用量。其它好处包括排屑更容易，可回收切屑，从而附加收益高。

淬硬零件车削通常是一种成品或半成品工艺过程，其尺寸精确度高，表面质量要求严格。按照广义的定义，淬硬钢系指硬度在55 HRc及以上的材料，因此需要坚硬的切削刀具。

目前已知的世界上第二硬的材料立方氮化硼（CBN），自上世纪80年代作为切削刀具材料使用，现如今已经得到广泛应用。这主要是因为CBN刀片可承受较高的切削温度和切削力，仍能保持其切削刃不受损坏。经过实践证明，CBN可延长刀具使用寿命，并且始终保持一致，因此加工出来的零件表面质量优异。

前处理是关键

在开始淬硬零件车削前，必须精心处理软态（未淬硬）零件。

由于淬硬零件车削所使用的切削深度相对较小，所以软加工的尺寸公差带较窄，这是保证工艺过程一致性的关键，也是延长刀具使用寿命、提高零件质量的关键。此时，使用零件倒角和倒圆等特点，可优化进刀出刀，从而延长刀具使用寿命。

还应当考虑零件的夹紧。例如，使用宽卡爪并将零件尽量靠近主轴轴承，效果非常明显。作为一种通用指导原则，在只有一端装夹的情况下，工件推荐的长度直径比为2：1（可达4：1）。如果有附加尾座支撑，长径比可增加至8：1。关于刀片夹紧方面，CoroTurn® RC夹紧系统提供的安全性和稳定性比较适合CBN刀片。

干切（不使用冷却液）是淬硬零件车削的另一个关键优势。CBN刀片可承受1000°C (1800°F)以上的切削温度。一般来说，使用干态CBN，对刀具延长使用寿命有好处，特别是断续切削。

理解磨损机理

为了正确选择刀片，首先要理解与CBN刀具有关的常见的磨损类型——月牙洼磨损和后面磨损。当加工表面硬化钢时，主要出现月牙洼磨损，而且月牙洼磨损主要是工件与刀片之间接触点处的极端高温和作用力引起的。这类磨损的形成，可削弱切削刃，从而导致刀具使用寿命不一致。

在较低切削速度和加工磨性较大的材料（例如轴承或工具钢）时，后面磨损较为常见。此时的主要磨损机理是磨蚀。严重的后面磨损对表面完整性和尺寸精确度不利。

尽管磨损很复杂，但还是有办法控制，并保持加工工序的一致性和可靠性。例如，为了减小后面磨损的影响，应当增加切削速度和进刀量；如果需要减小月牙洼磨损，应当降低切削速度，增加进刀量。

槽型考虑因素

显然，刀片槽型和切削刃处理对淬硬零件车削极为重要，因为它们对刀具使用寿命和生产效率有重大影响。例如，标准刀尖半径产生的切削力较低，并且稳定性要求不严格，而山特维克可乐满的修光刃和Xcel槽型可同时提高生产效率和表面质量。

刀片刀尖半径是一个非常重要的性能参数。0.2-0.4 mm (0.008-0.016 inch)的小刀尖半径具有良好的断屑性能，而0.8-1.2 mm (0.03-0.05 inch)的大刀尖半径可产生更好的表面质量和更薄的切屑，从而降低了月牙洼磨损程度。

其它考虑因素包括选择适合应用的倒角和切削刃状况。此时，S型刃口处理是淬硬零件车削的选择。它比T型刃口更强劲，更能耐破碎和崩刃，因此刀具使用寿命更长。

研发突破

山特维克可乐满因综合考虑了这些因素，推出了两款新材质CB7105和CB7115，以巩固其在ISO H05～H15领域的地位。与现有的解决方案相比，前者的抗月牙洼磨损性较强；与当今可用的材质相比，后者的耐折断性更佳。这些优势分别对应于更高的速度和更好的刃线强度。

通过应用高性能的PCBN材质和TiN－PVD涂层，CB7105和CB7115可解决淬硬零件车削的难题。此外，负前角刀片和所有修光刃刀片的刃口处理已经更新，可保证刀具使用寿命和刃口线安全性之间的有效平衡。

用户利益

在作为高速加工战略的一部分时，CB7105可降低单个零件成本。它适合高速连续切削工序、更浅的切深和更小的负荷切屑。CB7015也可用于低速加工，从而延长刀具的使用寿命。

通过采用高速单切战略，CB7115可降低单个零件成本。这种材质更适合中高速连续到轻度断续切削或更大的切削负荷。

试用单位在换成CB7105和CB7115后，表面硬化的16MnCrS5 （HRc 57－62）汽车零件产量至少增加15％。实际上，CB7115加工超过了600个零件（按0.15分钟的切削时间计算），仍可达到预期的表面要求，降低Rz值。切削速度为170 m/min (557 ft/min)， 进给率为0.22 mm/转 （0.087 inch /转），切深为0.15 mm（0.059 inch）。