硬車技術在教學中的應用

硬車技術，簡稱硬車削（即以車代磨），是指用車刀對淬硬鋼（54－63HRC）進行的切削加工。這種加工通常是作為最終加工或精加工，實現以車代磨的目的。淬硬鋼通常指淬火后具有馬氏體組織，硬度高，強度也高，幾乎沒有塑性的工件材料。當淬硬鋼的硬度>55HRC時，其強度約為2100－2600N/mm2。利用多晶立方氮化硼（PCBN）刀具、陶瓷刀具或涂層硬質合金刀具等，在車床或車削加工中心上采用硬車削對淬硬鋼（55～65HRC）進行加工，其加工精度可達IT5，表面粗糙度Ra≤0.4μm。

一、硬車技術的特點

1.加工效率高

硬車削具有比磨削更高的加工效率。在硬車削中，往往采用大切削深度、高的工件轉速，其金屬切除率通常是磨削加工的3～4倍，所消耗的能量卻只有磨削的1/5。此外，在磨床加工中，砂輪的更換一般需要30分鐘或更長時間，而EMAG VL系列、VSC系列車床的換刀可在瞬間完成，且不需要修正砂輪切削輪廓。這樣，沒有更換、修正砂輪必需的生產時間的損失，機床的利用率要高，效率可快至磨削加工的3倍。

2.表面質量好

在相對較高的進給率下，磨削可得到良好的表面光潔度，但以車代磨技術可以更高的金屬切除率獲得同等或類似的表面光潔度。同時，在硬車削中，生產的大部分熱量都被切削帶走，不會產生像磨削加工的表面燒傷和裂紋，具有優良的加工表面質量和加工表面精度。硬車削加工時，一次裝夾即可完成多種表面加工，而磨削則需要多次裝夾。因此，加工表面位置精度高。

3.硬車削是綠色制造工藝

磨削加工產生的廢液和廢棄物越來越難以處理和清除，且對人體有害。硬車削無需加切削液，加工中所產生的大部分熱量被切屑帶走。硬車削時，切削區的高溫使工件材料退火變軟，切屑形成容易，工件加工表面沒有燒傷或裂紋。此時，若用切削液，反而使刀具受損和加工表面質量變壞。同時，硬車削技術可省去與切削液有關的裝置，降低生產成本，簡化生產系統，形成的切屑干凈清潔，回收處理也容易。

4.設備投資少，生產成本低

在生產率相同時，車床投資是磨床的1/3～1/2，其輔助系統費用也低。對于小批量生產而言，硬車削不需特殊設備，而大批量加工高精度零件則需耍使用剛性好、定位精度和重復定位精度高的數控機床。

車床是一種加工范圍廣的柔性加工方法，車削裝夾快速，采用配有多種刀具轉盤或刀庫的現代CNC車床很容易實現兩種不同工件之間的加工轉換，硬車削尤其適合該類加工。因此，與磨削相比，硬車削能更好地適應柔性化生產要求。

二、硬車削在崗位教學中的應用

硬車削是目前應用最廣、應用效果最好的干式切削加工方法。在實施教學時，要綜合應用以下幾種方法：

1.刀具材料的選用

通常情況下，CBN適合加工硬度大于HRC55的淬硬鋼工件，PCBN刀具適合硬度高于HRC60的工件加工。對于硬度小于HRC50的淬硬鋼工件，選用陶瓷刀具更為合適。陶瓷刀具材料的成本低于CBN，我國陶瓷刀具技術已較完善，刀片性能也較可靠。新型硬質合金及涂層硬質合金刀具材料的抗彎強度和沖擊韌性比CBN和陶瓷材料要高，價格又低，可用于加工硬度為HRC40－50的淬硬鋼工件。

2.加工機床的選用

車削淬硬鋼與車削非淬硬鋼相比，切削力將增加50%以上，切削所需功率增加2倍左右。所以，硬車削對機床提出了更高要求，如系統剛性、功率等。為了使表面質量與磨削的質量相媲美，主軸的徑向和軸向振動必須保持在2mm以內，還應具備數字線性測量系統和良好的溫度補償性能（m級補償），必須避免爬行。機床本身的主軸系統，除了要保證高強度以外，還應有高轉速，充分發揮PCBN或陶瓷刀具的性能優勢。

3.切削用量的選用

切削用量選擇是否合理，對硬車削影響很大，工件材料硬度越高，其切削速度應越小。硬車削精加工合適的切削速度為50～200m/min，常用范圍為100～150m/min。當采用大切深或斷續切削時，切速應保持在50～100m/min，通常切深為0.1～0.3mm；當加工表面粗糙度要求高時，可選小的切削深度，進給量通常選擇0.025～0.25mm/r，具體根據表面粗糙度數值和生產率要求而定。由于PCBN和陶瓷刀具材料的耐熱性和耐磨性好，可選用較高的切削速度和較大的切削深度以及較小的進給量。切削用量對硬質合金刀具磨損的影響比PCBN刀具要大些，所以，用硬質合金刀具就不宜選用較高的切削速度和切削深度。

（作者單位：湖南化工職業技術學院）