什么是硬切削(Hardturning)技術(shù)?

硬切削是指使用CBN實(shí)體刀具、CBN刀頭或陶瓷刀具來(lái)加工淬硬的工件。用硬切削這種新工藝可以切削淬硬的工件。用硬切削這種新工藝可以切削淬硬鋼、灰鑄鐵、球墨鑄鐵、粉末冶金和特殊材料。當(dāng)然，也有一些材料如青銅等不適合采用硬切削。用硬切削可進(jìn)行車削、表面加工、攻螺紋、銑削、開槽、靠模加工、車削錐面。據(jù)美國(guó)有關(guān)文章報(bào)導(dǎo)，硬切削使工件光潔度始終保持16μm。在正常條件下，光潔度能達(dá)到6～8μm。目前，硬切削這種新工藝正在許多工業(yè)部門采用，如汽車制造廠用這種方法對(duì)傳動(dòng)軸、各類軸傳動(dòng)鏈、發(fā)動(dòng)機(jī)、制動(dòng)盤和制動(dòng)轉(zhuǎn)子進(jìn)行半精加工和精加工；飛機(jī)制造廠用這種方法制造副翼齒輪和起落架，從油田到鋼廠到處可以看到硬切削方法的應(yīng)用。機(jī)床、工具、重型卡車、農(nóng)業(yè)機(jī)具、醫(yī)用設(shè)備、罐頭模具、汽車零件都把硬切削作為其生產(chǎn)過(guò)程的一個(gè)組成部份。

采用硬切削工藝的優(yōu)點(diǎn)：

硬切削成本低廉，一般僅為磨削的四分之一；

用硬切削不需用專用刀具、專用機(jī)械和夾具，而磨削則要求使用磨床，硬切削則可在現(xiàn)有的NC或CNC車削中心上進(jìn)行；

生產(chǎn)率高，因?yàn)镃BN刀具的切削速度可高達(dá)274m/min以上，使生產(chǎn)率大大提高，節(jié)省了大量時(shí)間。

由于CBN刀具的成本近年來(lái)已大大降低，從而為硬切削的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了條件。成本不僅指刀具成本，而是每只零件的制造成本，以較長(zhǎng)的刀具壽命和每個(gè)切削刀頭的低成本，CBN為硬加工提供了一條最經(jīng)濟(jì)的途徑。如美國(guó)有一家公司以前用粗磨來(lái)加工一種硬質(zhì)齒輪的端面，后改用硬切削作為粗加工，再進(jìn)行精磨，成本減少40%。如果把粗磨和精磨都改為硬切削，那么加工時(shí)間、夾具成本、刀具成本以及能耗都可下降，而生產(chǎn)率卻可提高，并使每只零件的成本下降55%。美國(guó)另一家生產(chǎn)壓力環(huán)的工廠，原工藝都是磨削，包括內(nèi)圓磨削、端面磨削、外圓磨削和球面磨削四道工序，改用硬切削后，只用VNMA332和CNMA432兩把刀具，使加工速度提高10倍。

此外，在廢物處理和環(huán)保方面，硬切削優(yōu)于磨削。磨削會(huì)產(chǎn)生磨屑和冷卻液的混合物，這是不能再利用的廢物，會(huì)污染環(huán)境。硬切削產(chǎn)生的廢屑則可再利用，這對(duì)重視環(huán)境保護(hù)的今天來(lái)講特別重要。近年來(lái)，工廠的空間備受重視，與CBN刀具相比，砂輪比較大而且笨重，因此難以貯存。CBN刀具很小，而且不必再增加新機(jī)床就可用于硬切削，從而節(jié)省了工廠的空間。

硬切削的迅速發(fā)展是建立在過(guò)去幾年CBN刀具技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)上，90年代初只能在少數(shù)幾種CBN刀具中選擇用于硬切削。目前，用戶的選擇多了10倍。再者，速度也大大提高，90年代初對(duì)鑄鐵的最大切削速度約為152m/min，現(xiàn)在最高切削速度達(dá)1524m/min，大多數(shù)連續(xù)的硬質(zhì)鋼切削速度在90～150m/min，進(jìn)給量0.05～0.2mm/r，切削深度達(dá)到0.1～0.5mm。CBN的適用性擴(kuò)大，過(guò)去不能用于脆性工件，現(xiàn)在對(duì)硬度不一的工件都能進(jìn)行加工。

鑒于硬切削有上述許多優(yōu)點(diǎn)，國(guó)外有關(guān)專家認(rèn)為這項(xiàng)新技術(shù)代表了今天，也預(yù)示著明天。有的還發(fā)出了"你為何還采用磨削"的問(wèn)題。

       但是，高速機(jī)械加工和硬切削真的會(huì)取代磨削嗎?磨削專家認(rèn)為不會(huì)，因?yàn)槟ゴ簿哂凶陨淼囊恍﹥?yōu)勢(shì)，磨削精度較高，對(duì)公差要求較嚴(yán)的加工非磨削莫屬。磨削時(shí)可以加上在線測(cè)量，在加工時(shí)間可閉合循環(huán)，這種方法在其它機(jī)床上難以實(shí)現(xiàn)。而最重要的一點(diǎn)，近幾年新材料層出不窮。替代了許多傳統(tǒng)的材料。實(shí)踐證明，磨削是加工這類新型材料的好方法。因此，今后磨削加工仍是不可缺少的。誠(chéng)然，對(duì)一般材料而言，磨削可能會(huì)遇到銑削、鉸削、車削等方法強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)。但對(duì)諸如陶瓷、金屬陶瓷復(fù)合材料、晶須加強(qiáng)材料以及高溫超級(jí)合金之類的新一代材料而言，硬切削決不是磨削的對(duì)手，而且必須用磨削進(jìn)行加工。例如，磨削是加工在噴氣飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的超級(jí)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車和光學(xué)元件的唯一方法。新型材料一般都具有硬脆、耐磨、耐熱等特點(diǎn)，聚合型材料都是晶須加強(qiáng)材料，對(duì)這些材料來(lái)講，磨削是絕對(duì)需要的加工手段。對(duì)耐熱和耐磨損的陶瓷涂料而言，面臨更為復(fù)雜的問(wèn)題，即要同時(shí)磨削陶瓷和金屬。

隨著生產(chǎn)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，對(duì)磨床提出了許多新的要求，如美國(guó)磨削協(xié)會(huì)提出如下要求：

主軸轉(zhuǎn)速要達(dá)到25000r/min，可以9144m/min(152.4m/s)甚至更高的速度進(jìn)行磨削；磨頭主軸設(shè)計(jì)剛性好，機(jī)床體積較小，輕便，加工區(qū)體積328cm2，可加工各種形狀的工件，范圍廣的和精密控制的拖板定位系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計(jì)和較多的標(biāo)準(zhǔn)件，與CNC相連的修整系統(tǒng)，可跟蹤砂輪尺寸，修整器位置以及砂輪對(duì)工件的位置；具有能監(jiān)控機(jī)床狀態(tài)，機(jī)床動(dòng)平衡、主軸和電動(dòng)機(jī)狀態(tài)以及砂輪狀態(tài)的傳感器，監(jiān)控修整時(shí)金剛石與CBN砂輪間的接觸，監(jiān)督CBN砂輪與工件之間的接觸，以提高效率。該協(xié)會(huì)還希望具有對(duì)小工件進(jìn)行緩進(jìn)給成形磨削的能力，希望用平面磨床替代平面銑床。

該協(xié)會(huì)還對(duì)21世紀(jì)的磨削提出展望，21世紀(jì)的磨床將采用磁性懸浮主軸，在15kW功率范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速達(dá)到40000r/min，而占地面積很小，水基靜壓軸承可以使用水基切削液，能進(jìn)行連續(xù)修整的高感應(yīng)大氣孔陶瓷結(jié)合劑砂輪，用于加工陶瓷的金屬結(jié)合劑金剛砂輪可進(jìn)行電解修整。一些公司對(duì)高速磨削作了許多試驗(yàn)，目前CBN砂輪的線速已達(dá)150～250m/s，并以聲速作了試驗(yàn)，下個(gè)世紀(jì)，高速磨削將更廣泛地得到應(yīng)用。CNC控制將更完善，比如能處理在緩進(jìn)給磨削陶瓷時(shí)的擺線磨削，恒定的常用進(jìn)給量磨削使砂輪最優(yōu)化，能減少磨削時(shí)間的切入式和縱向進(jìn)給磨削，在平面磨床上作外圓磨削，以及一個(gè)坐標(biāo)軸或幾個(gè)坐標(biāo)軸的進(jìn)給量補(bǔ)償，以便使磨削循環(huán)最佳化。