以車代磨加工柱塞噴涂層的工藝性能研究

何寶義,王學中,李小英

（寶雞航天動力泵業有限公司,陜西寶雞,72100）

0 引言

柱塞是往復泵產品中最主要的功能件之一，柱塞工作面性能的好壞對整泵的工作性能有很重要的影響，噴涂柱塞是在柱塞母體材料上噴焊合金層Ni60A用來提高其表面硬度及耐磨蝕性的一種有效手段，也是為了提高柱塞質量，延長使用壽命降低柱塞成本的一種很好工藝方法。該噴焊層Ni60A經噴焊重熔后涂層致密無孔隙、無裂紋，粘結性極好，其硬度高達HRC60~63，耐磨蝕性能均很理想。就我們公司近幾年生產狀況來說，隨著公司的發展，公司產品數量、隨機備件等銷售量大增，導致噴涂柱塞需求量特別大，若按原工藝方法粗（精）磨削加工已無法滿足生產需要。經對原噴涂柱塞加工工藝分析，認為原噴涂重熔后柱塞加工的粗磨削工序是影響柱塞生產效率的主要原因（粗磨削量大1.2~1.8mm），粗磨削加工的低效率已滿足不了柱塞生產的需求，影響到正常生產和供貨，所以，噴涂柱塞的加工已成為生產中的瓶頸問題，必須盡快解決。

1 以車代磨的可行性研究

1.1 針對以上存在的問題，我們設想是否可以用以車代磨的方法來解決這一問題，因為隨著高硬度切削材料的發展，立方氮化硼刀具、陶瓷刀具以及涂層硬質合金刀具都在加工中得到了應用，硬車削作為半精加工和精加工的方法已完全可以替代目前采用的磨削加工，近幾年已有利用多晶立方氮化硼PCBN刀具、陶瓷刀具及涂層硬質合金刀具等在車床上對淬硬鋼（HRC55~65）進行了有效加工，其加工精度可達IT5級，表面粗糙度Rc≤0.4。所以有理由說，噴涂柱塞的加工也可參考淬硬鋼的加工方法，但必須注意車削淬硬鋼和車噴涂層還是有些不同的，因為噴涂層外圓有不規則性（不圓度可達0.7mm），還有粘結強度以及其耐磨性對刀具磨損的影響等問題，所以說科學選用車削參數和刀具類型是實現以車代磨的關鍵所在，必須認真對待。

1.2 通過查閱相關以車代磨的硬車削技術資料分析普遍認為，以車代磨成本低廉，僅為磨削的三分之一，生產效率高，因為立方氮化硼刀具PCBN本身的硬度很高（HV8000~9000），僅次于金鋼石，耐熱性高（1400~1500℃），在使用中允許以高于硬質合金5~10倍的切削速度切削淬火鋼，而其耐用度又是硬質合金的幾十倍，所以可使生產效率大大提高，節省大量時間，起到節能降耗提高效率的作用，該工藝方法應該適合噴涂柱塞噴涂層的硬車削加工。

2 以車代磨的實施及效果

2.1 首先通過相關資料的了解，硬車削是一種硬碰硬的車削方式，刀具與工件之間的壓力非常大，也是讓刀、振動問題發生的根本原因，刀片微觀的刀口處理至關重要，它不但影響以車代磨的光潔度，而且影響CBNB刀片的使用壽命，所以決定在強度、穩定性都很好的C6163B車床上加工車削柱塞噴涂層。

2.2 根據柱塞噴涂層材料的硬度，我們最初選用的是立方氮化硼PBCN復合可轉換刀片，因為該刀片價格較低，并可轉向使用，刀桿用TCLNRXXXXXX。加工φ170以下的噴涂柱塞層，經過多次車削試驗最終選取切削參數分別是：切削線速度V=80m/min進給量f=0.10mm/r切削深度ap=0.70mm，通過加冷卻液試車，粗糙度孌化較大，刀片磨損也快，再采用干車削方法加工，效果明顯較好，分析認為硬車削加工中產生的大部分熱量能被切屑帶走，不會產生磨削加工中出現的表面燒傷和裂紋，具有良好的表面加工性，加冷卻液反到不好會影響表面光潔度。

2.3 通過試車發現，對于小直徑圓度較好的柱塞，車后效果明顯，但對于外元不規則，涂層加工量大的就需要分兩次加工，因為吃刀量大，鑲在刀片上的立方氮化硼塊因受力過大而易損壞，所以后期將刀片改為整體刀片，吃刀深度可達1.5mm，一次車削加工就可達到精磨前工藝尺寸，并且尺寸精度和表面精度都能達到要求。

2.4 以車代磨效果對比(如圖1)(φ160柱塞)

圖1 以車代磨效果對比(φ160柱塞)

3 注意事項

通過以車代磨這種新工藝在噴涂柱塞加工中的實施及經驗積累，需要在以下幾方面特別注意，只有這樣才能發揮出硬車削的最佳效果。

3.1 在選擇切削用量三要素時，應考慮工件材料的力學性能、工件形狀、工藝系統剛性和加工余量來確定，應首先考慮選擇合理的切削速度，其次是切削深度，再其次是進給量等。

3.2 立方氮化硼車削硬度范圍一般在HRC53~65，切削速度在50m~120m/min，每分鐘進給量Vf=70~160mm/min，應特別注意車削工件硬度越高時，切削線速度應取低值，否則反之，這樣可避免過早出現白化層影響質量，也有利于延長刀具的使用壽命。

3.3 在硬車削過程中避免使用冷卻液，因為它會給刀具壽命和表面質量帶來不利影響，因為硬車削是通過使剪切部分的材料退火變軟而實現切削的，而在使用冷卻液的加工中，就會減小由切削力而產生的這種效果，從而加快機械磨損縮短刀具壽命，需且影響切屑干凈清潔，不利于回收。

4 結語

通過以車代磨這種新工藝方法在噴涂柱塞加工中的實施，較好的解決了因粗磨削柱塞噴涂層效率低下的問題，使噴涂柱塞的生產效率得到了成倍的提高，滿足了生產需要，同時也降低了生產成本，免去了砂輪、切削液的費用，提高了硬車削噴涂層粉未的回收效益，同時在火焰噴涂和超音速噴涂硬質合金層的后期加工中有很好的示范和推廣的應用價值。

參考文獻

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