新型滾光刀在數控車床上的推廣應用

李小佳

摘 要：表面粗糙度是機械加工企業加工零件質量好壞的一個重要指標。尤其是表面粗糙度要求特別高的零件，必須在磨床上加工才能保證質量。這樣不但增加生產成本，而且降低加工效率，直接影響到產品的進度，這是很多制造企業的一大心病。我們通過對問題的分析，采用普通車刀和滾光刀分別進行車削加工，檢測零件的表面粗糙度，發現用滾光刀加工在零件表面粗糙度相對較高的情況下可以實現“以車代磨”的效果，提高了加工效率，挖掘滾光刀的優點并加以推廣。

關鍵詞：滾光刀；材質；表面粗糙度；優勢

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A

機器零件的機械加工質量，除了加工精度之外，表面質量也是極其重要而不容忽視的一個方面。產品的工作性能，尤其是它的可靠性、耐久性，在很大程度上取決于其主要零件的表面質量，隨著產品性能的不斷提高，一些重要零件必須在高盈利、高速、高溫等條件下工作，由于表面上作用著最大的應力并直接受到外界介質的腐蝕，表面層的任何缺陷都可能引起應力集中、應力腐蝕等現象而導致零件的損壞，因而表面質量問題變得更加突出和重要，而表面粗糙度是衡量零件表面質量的重要因素。

在車間實際生產中，在數控車床上都是采用車刀加工外圓、內孔、臺階面、端平面等。對于一些表面粗糙度要求高的零件，利用車刀車削后達不到所需的表面粗糙度要求。因此工藝安排上都會在車削加工后進行磨削加工。但是磨削加工效率低，在遇到生產任務緊的情況下就會影響生產進度。因此必須考慮其他辦法解決這個生產難題，從而發現了新型刀具滾光刀的應用。

本文對普通車刀和滾光刀進行了系統分析，采取實例驗證的方法，使用車刀和滾光刀分別加工相同零件，利用測量儀器檢測零件的表面粗糙度，通過對比發現滾光刀的優勢，解決了實際生產難題，并在數控車床上大力推廣應用。

1.普通車刀與滾光刀的區別

車刀是金屬切削加工中應用最廣的一種刀具，它可以在車床上加工外圓、端平面、螺紋、內孔，也可用于切槽和切斷等。車刀在結構上可分為整體車刀、焊接裝配式車刀和機械夾固刀片的車刀。整體車刀常用高速鋼制造，焊接裝配式及機夾式刀片常用硬質合金制造。機械夾固刀片的車刀又分為機夾車刀和可轉位車刀。機械夾固車刀的切削性能穩定，工人不必磨刀，所以在現代生產中應用得越來越多。

滾光加工是在常溫下通過滾動元件對金屬表面進行打磨和滾壓，使其局部產生微小塑性變形，將表面凸起部分碾壓到凹陷部分而進行的超精加工。其擁有在切削加工中無法得到的特性，可同時達到光整加工和強化的目的。滾光加工是通過滾動元件對金屬表面進行碾壓和擠壓產生塑性變形的過程，是一種無切削的塑性加工方法，所以不會有料屑產生，也不會改變工件精度和公差。通過滾光加工，可使其工件面光滑如鏡面，具有卓越的滑動性、密封性及結合性。滾光加工是一種經濟，簡便和可靠的加工制造方式。通過滾光加工，可以在得到最好的表面質量的同時，提高工件的強度和硬度。

2.滾光刀的簡單介紹

（1）滾光刀的優點

我們所采用的是德國寶力士金剛石滾光刀，該刀具具有以下優點：①使工件達到最高表面質量，表面粗糙度值小于Rz1.0um（Ra0.13）；②工件硬度提高15%～30%；③工件耐磨性提高15%；④加工時間短，為磨削加工耗時的1/5～1/20；⑤無需專用設備，成本低；⑥操作簡單；⑦可提高零件的抗腐蝕性。

（2）可以進行滾光的材料

所有塑形變形的金屬都可以滾光，金剛石滾光刀最高加工硬度可達HRC60以上，材料的滾壓性能是通過材料的塑形變形能力來定義，具體指標是材料斷裂伸長率。一般而言，這個數值應該超過5%，斷裂伸長率越高，滾光效果越好。

（3）滾光加工的幾何形狀

滾光加工可以應用在幾乎所有旋轉對稱工件的內外表面。

（4）滾光加工的效果

通過滾光加工，可使得零件的表面粗糙度大幅提升。具體見表1。滾壓增壓了輪廓材料比，在C值為0.2u～0.4u時可達70%以上。使得動態應變能力提高，經過滾光加工的材料抗震能力一般可提高20%～60%，某些情況下可超過100%。提高了表面硬度，鋼材料的硬度增加幅度可達HV20-HV60。

（5）滾光刀參數及加工參數

滾光刀的示意圖如圖1所示，其參數如下：

刀體角度：45° 刀柄：VKT25mm方柄

金剛石半徑R2.0mm 金剛石錐角：50°

工件余量：0.01～0.02mm 冷卻：乳化液或油持續冷卻

參考加工參數：

滾壓速度 Vc：50～150 m/min

進給速度 F：0.05～0.2 mm/rev

滾光壓入量：0.05～0.5 mm（從 0.05mm 開始測試，每次增加 0.05mm，最大不得超過 0.5mm）

3.實例驗證

（1）材料選擇

工件材料被切削加工的難易程度，稱為材料的切削加工性。材料可分為如下幾種：

①很容易切削材料，一般為有色金屬。如5-5-5銅鉛合金、9-4鋁銅合金、鋁鎂合金等。

②容易切削材料，一般為易切削鋼或較易切削鋼。如15Cr退火 、30鋼正火等。

③普通材料，一般為一般鋼與鑄鐵或稍難切削材料。如45鋼、灰鑄鐵、2Cr13調質、85鋼等。

④難切削材料。一般為較難切削材料、難切削材料或很難切削材料。如45Cr調質、65Mn調質、50CrV調質、1Cr18Ni9Ti、某些鈦合金、鎳基高溫合金等。

材料的切削加工性對生產率和表面質量有很大影響，因此在滿足零件使用要求的前提下，應盡量選用加工性較好的材料。

由于所有塑形變形的金屬都可以滾光，在進行驗證時選取了9-4鋁銅合金、45鋼、45Cr調質3種材料進行試驗加工。endprint

（2）零件加工

在小巨人馬扎克數控車床上加工零件軸（圖2），零件尺寸為￠18×25，零件分為粗加工和精加工。

粗加工時，應以提高生產率為主，同時還要保證規定的刀具壽命，因此，一般選取較大的背吃刀量和進給量，切削速度不能很高，即在機床功率足夠時，應盡可能選取較大的背吃刀量，最好以此進給將該工序的加工余量切完，只有在余量太大、機床功率不足、刀具強度不夠時，才分兩次或多次進給將余量切完。根據工件的材料和刀具的材料確定切削速度，粗加工的切削速度一般選用中等或更低的數值。

針對3種不同材料的毛坯進行粗車加工，每種材質加工兩件。

精加工時，應以保證零件的加工精度和表面質量為主，同時也要考慮刀具壽命和獲得較高的生產率。精加工往往采用逐漸減小背吃刀量的方法來逐步提高加工精度，進給量的大小主要依據表面粗糙度的要求來選取。選擇切削速度要避開積屑瘤產生的切削速度區域，硬質合金刀具多采用較高的切削速度，高速鋼刀具則采用較低的切削速度。一般情況下，精加工常選用較小的背吃刀量、進給量和較高的切削速度，這樣既可保證加工質量，又可提高生產效率。

每種材質的半成品分別采用伊斯卡車削刀片（圖3）和滾光刀（圖4）進行精車加工。滾光加工的車削加工參數根據廠家提供樣本確定，并進行優化如下：

滾壓速度 Vc：130 m/min

進給速度 F：0.079 mm/rev

滾光壓入量：0.07 mm

參數進行優化后進行車削加工，采用兩種刀具加工出最優零件表面質量。

（3）效果驗證

加工后的零件如圖5所示。

經檢測，采用滾光刀加工的零件表面粗糙度均在Ra0.4以下。零件的表面粗糙度具體數值見表2。

結語

通過試驗檢測數據證明，在數控車床上采用滾光刀加工零件，在零件表面粗糙度相對較高的情況下可以實現“以車代磨”的目標，解決了表面質量要求較高的零件必須在磨床上加工效率低的難題。在滿足零件表面質量的同時也大大地提高了加工效率，為企業節省了寶貴的加工時間。新型滾光刀的應用在生產中取得了不錯的效果，可以進行推廣應用。

參考文獻

[1]盧秉恒.機械制造技術基礎[M].北京：機械工業出版社，2007.endprint