精密硬車終加工工藝試驗

謝華永，董漢杰，張玉玲

(洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039)

傳統機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、環保、節能的加工方式。其隨著高硬度切削材料和相關機床的發展而產生，如采用CBN刀具、陶瓷刀具或新型硬質合金刀具在新型車床或車削加工中心上對淬硬鋼進行車削，加工質量可以達到或接近磨削的水平，車削的硬度極限可達到68 HRC[3-5]。發達國家硬車技術已普遍應用，可加工各種零件，特別是采用高精密車床加工的產品加工精度可以達到幾微米，是代替磨削的經濟性加工工藝。

近年來，硬車加工工藝在國內軸承行業中的應用明顯增加，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用，即基本沒有精密硬車工藝的應用。這主要是受到機床精度的限制，國內軸承行業用于硬車削的機床還沒有達到高精密級，而要代替終磨達到微米級的加工精度采用一般的數控車床是難以實現的。

為了掌握精密硬車工藝技術，盡快在國內軸承加工中應用，對精密硬車的終加工進行了探索性的工藝試驗。

1 試驗產品選擇

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品或小批量的產品。因此，試驗選擇240/530CA/01，02(大型產品)和32972/04(小批量)為試驗對象，試驗產品外形尺寸分別為：

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技術要求 μm

表2 240/530CA/02技術要求 μm

表3 32972/04技術要求 μm

2 試驗條件

240/530CA/01，02工藝試驗選用德國Pittler公司的立式精密數控車床，機床型號為PV630VL，加工精度IT5級，加工范圍外徑≤800 mm，主軸轉速1 500 r/min。

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

工藝試驗選用具有良好切削性能的CBN刀具。套圈端面、外徑面、外滾道和內徑面加工用刀具型號為RNGN090300S-01525-LF CBN100，刀具為負前角、多刃口、25°負倒棱、后角為0°的圓形CBN標準機夾成形刀片；內外徑面、內滾道加工用刀具型號為DNGN110308E25 CBN100，刀具為負前角、刀尖半徑0.8 mm、刃口研磨25 μm、后角為0°的55°棱形CBN標準機夾成形刀片。

切削時采用了水基冷卻液，其中潤滑、防銹母液的比例為 5%～7%。

3 試驗方案

試驗切削加工面為端面、外徑面、滾道和內徑面，切削參數的選擇原則是加工后產品精度和表面粗糙度達到終磨要求，同時具有合理的加工效率。車削中，在主軸轉速確定的前提下，表面粗糙度主要受進給量的影響；背吃刀量過大會增加切削抗力，影響加工后產品精度的一致性和穩定性，同時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工藝試驗選擇的切削參數分別見表4和表5。

表4 240/530CA/01，02工藝試驗切削參數

表5 32972/04工藝試驗切削參數

4 試驗結果及分析

4.1 240/530CA/01，02工藝試驗分析

240/530CA/01，02工藝試驗后的主要精度檢測指標見表6。

表6 240/530CA/01，02精密硬車后的精度指標 μm

從檢測結果可知，精密硬車后產品的各項精度基本達到原工藝要求，部分項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，內徑1 μm，內滾道0.5 μm。硬車進給量影響加工面表面粗糙度(表7)，當進給量為0.15 mm時，內、外滾道表面粗糙度Ra將不能滿足工藝要求。

表7 240/530CA/01,02硬車進給量對表面粗糙度的影響

4.2 32972/04工藝試驗分析

32972/04工藝試驗后的主要精度檢測指標見表8。

表8 32972/04精密硬車后的主要精度

從檢測結果可知，精密硬車完全達到且優于產品的形位精度要求，表面粗糙度雖然與成品要求有差距，但已達到通常的磨削工藝水平。與磨削加工相同，硬車后需要進行光整(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 精密硬車加工時間對比

不同試件及表面的精密硬車加工時間與磨削的對比見表9。

表9 不同試件的精密硬車加工時間

5 結論

通過開展精密硬車終加工工藝試驗，可以初步得出以下結論：

(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到產品的終磨精度要求，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，如果需要更好的表面質量，仍需要對工作表面進行精研或超精加工。

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