精密硬車終加工工藝試驗(yàn)

謝華永，董漢杰，張玉玲

(洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039)

傳統(tǒng)機(jī)械車削加工只是用于淬火前工件的加工，加工硬度不大于55 HRC，在20世紀(jì)90年代之前，對淬火后零件的加工還只能采用磨削工藝[1-2]。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，是一種低碳、環(huán)保、節(jié)能的加工方式。其隨著高硬度切削材料和相關(guān)機(jī)床的發(fā)展而產(chǎn)生，如采用CBN刀具、陶瓷刀具或新型硬質(zhì)合金刀具在新型車床或車削加工中心上對淬硬鋼進(jìn)行車削，加工質(zhì)量可以達(dá)到或接近磨削的水平，車削的硬度極限可達(dá)到68 HRC[3-5]。發(fā)達(dá)國家硬車技術(shù)已普遍應(yīng)用，可加工各種零件，特別是采用高精密車床加工的產(chǎn)品加工精度可以達(dá)到幾微米，是代替磨削的經(jīng)濟(jì)性加工工藝。

近年來，硬車加工工藝在國內(nèi)軸承行業(yè)中的應(yīng)用明顯增加，但還基本限于代替粗磨工序的加工，在要求精度更高的終磨工序幾乎沒有應(yīng)用，即基本沒有精密硬車工藝的應(yīng)用。這主要是受到機(jī)床精度的限制，國內(nèi)軸承行業(yè)用于硬車削的機(jī)床還沒有達(dá)到高精密級，而要代替終磨達(dá)到微米級的加工精度采用一般的數(shù)控車床是難以實(shí)現(xiàn)的。

為了掌握精密硬車工藝技術(shù)，盡快在國內(nèi)軸承加工中應(yīng)用，對精密硬車的終加工進(jìn)行了探索性的工藝試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)產(chǎn)品選擇

從加工效率和加工成本考慮，軸承硬車削適用于留量較大的大型產(chǎn)品或小批量的產(chǎn)品。因此，試驗(yàn)選擇240/530CA/01，02(大型產(chǎn)品)和32972/04(小批量)為試驗(yàn)對象，試驗(yàn)產(chǎn)品外形尺寸分別為：

240/530CA/01,Ф780 mm×250 mm×Ф733 mm；

240/530CA/02,Ф622 mm×250 mm×Ф530 mm；

32972/04，Ф28.602 mm×55.098 mm。

各成品零件幾何精度和表面粗糙度Ra要求分別見表1～表3。

表1 240/530CA/01技術(shù)要求 μm

表2 240/530CA/02技術(shù)要求 μm

表3 32972/04技術(shù)要求 μm

2 試驗(yàn)條件

240/530CA/01，02工藝試驗(yàn)選用德國Pittler公司的立式精密數(shù)控車床，機(jī)床型號為PV630VL，加工精度IT5級，加工范圍外徑≤800 mm，主軸轉(zhuǎn)速1 500 r/min。

32972/04工藝試驗(yàn)選用荷蘭Hembrug公司的臥式高精密數(shù)控車床，機(jī)床型號為Mikroturn 300CNC，主軸跳動(徑向/軸向)0.2 μm/0.1 μm，定位精度1 μm(150 mm)，重復(fù)定位精度0.2 μm(150 mm)，加工范圍外徑≤310 mm。

工藝試驗(yàn)選用具有良好切削性能的CBN刀具。套圈端面、外徑面、外滾道和內(nèi)徑面加工用刀具型號為RNGN090300S-01525-LF CBN100，刀具為負(fù)前角、多刃口、25°負(fù)倒棱、后角為0°的圓形CBN標(biāo)準(zhǔn)機(jī)夾成形刀片；內(nèi)外徑面、內(nèi)滾道加工用刀具型號為DNGN110308E25 CBN100，刀具為負(fù)前角、刀尖半徑0.8 mm、刃口研磨25 μm、后角為0°的55°棱形CBN標(biāo)準(zhǔn)機(jī)夾成形刀片。

切削時(shí)采用了水基冷卻液，其中潤滑、防銹母液的比例為 5%～7%。

3 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)切削加工面為端面、外徑面、滾道和內(nèi)徑面，切削參數(shù)的選擇原則是加工后產(chǎn)品精度和表面粗糙度達(dá)到終磨要求，同時(shí)具有合理的加工效率。車削中，在主軸轉(zhuǎn)速確定的前提下，表面粗糙度主要受進(jìn)給量的影響；背吃刀量過大會增加切削抗力，影響加工后產(chǎn)品精度的一致性和穩(wěn)定性，同時(shí)對刀具的使用壽命有較大影響；切削速度是影響加工效率的主要因素。

240/530CA/01，02和32972/04工藝試驗(yàn)選擇的切削參數(shù)分別見表4和表5。

表4 240/530CA/01，02工藝試驗(yàn)切削參數(shù)

表5 32972/04工藝試驗(yàn)切削參數(shù)

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 240/530CA/01，02工藝試驗(yàn)分析

240/530CA/01，02工藝試驗(yàn)后的主要精度檢測指標(biāo)見表6。

表6 240/530CA/01，02精密硬車后的精度指標(biāo) μm

從檢測結(jié)果可知，精密硬車后產(chǎn)品的各項(xiàng)精度基本達(dá)到原工藝要求，部分項(xiàng)目還具有較高的精度儲備，如Vdsp，Vdip，Ki等。

240/530CA/01，02精密硬車后表面粗糙度Ra的工藝要求為：端面1.25 μm，外徑1 μm，外滾道0.5 μm，內(nèi)徑1 μm，內(nèi)滾道0.5 μm。硬車進(jìn)給量影響加工面表面粗糙度(表7)，當(dāng)進(jìn)給量為0.15 mm時(shí)，內(nèi)、外滾道表面粗糙度Ra將不能滿足工藝要求。

表7 240/530CA/01,02硬車進(jìn)給量對表面粗糙度的影響

4.2 32972/04工藝試驗(yàn)分析

32972/04工藝試驗(yàn)后的主要精度檢測指標(biāo)見表8。

表8 32972/04精密硬車后的主要精度

從檢測結(jié)果可知，精密硬車完全達(dá)到且優(yōu)于產(chǎn)品的形位精度要求，表面粗糙度雖然與成品要求有差距，但已達(dá)到通常的磨削工藝水平。與磨削加工相同，硬車后需要進(jìn)行光整(精研或超精)加工才能最終滿足成品工作面的表面粗糙度要求。

4.3 精密硬車加工時(shí)間對比

不同試件及表面的精密硬車加工時(shí)間與磨削的對比見表9。

表9 不同試件的精密硬車加工時(shí)間

5 結(jié)論

通過開展精密硬車終加工工藝試驗(yàn)，可以初步得出以下結(jié)論：

(1)采用精密硬車工藝，通過合理選擇切削用量，可以使零件的幾何精度和表面粗糙度基本達(dá)到產(chǎn)品的終磨精度要求，即精密硬車工藝在加工精度上可以代替終磨工藝。

(2)精密硬車加工工件的表面粗糙度與切削用量的選擇有關(guān)，如果需要更好的表面質(zhì)量，仍需要對工作表面進(jìn)行精研或超精加工。

(3)精密硬車可以在1臺機(jī)床上一次裝夾完成內(nèi)、外表面的加工，減少了上下料、調(diào)整的時(shí)間，能夠提高加工效率，亦可以減小原工藝中多次裝夾調(diào)整及采用不同的加工基準(zhǔn)對加工精度的影響。