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车削加工是机械制造业中最基本、最广泛、最重要的一种工艺方法，它直接影 响生产的效率、成本、能源消耗和环境保护。由于现代科学技术的发展，各种高强度、高硬度的工程材料越来越多地被采用，传统的车削技术难以胜任或根本无法实 现对某些高强度、高硬度材料的加工，而现代的硬车削技术使之成为可能，并在生产中取得明显效益。硬车削是指把淬硬钢的车削作为最终加工或精加工的工艺方 法，以避免目前普遍采用的磨削技术。

　　淬硬钢通常指淬火后具有组 织，硬度高，强度也高，几乎没有塑性的工件材料。当淬硬钢的硬度 >55HRC时，其强度sb约为2100～2600N/mm2。通常，工件在热处理淬硬之前就已完成粗加工工序，只有精加工在淬硬状态下进行。精磨 是精加工最常用的加工工艺，但其加工范围窄、投资大、生产效率低，易造成环境污染，一直困扰着淬硬钢的经济有效加工。随着加工技术的发展．硬车削代替磨削 已成为可能，并在生产中取得明显效益。目前采用多晶立方氮化硼 (PCBN)刀具、陶瓷刀具或涂层硬质合金刀具等在车床或车削加工中心上对淬硬钢(55～65HRC)进行切削加工，其加工精度可达5～10& micr0;m，表面粗糙度均方根值平均小于20&micr0;m。

硬车削的特点

加工效率高

　　硬车削具有比磨削更高的加工效率，且其所消耗的能量是普通磨削加工的1/5 。硬车削往往采用大切削深度、高的工件转速，其金属切除率通常是磨削加工的3～4倍。车削加工时一次装夹可完成多种表面加工(如车外圆、车内孔、车槽 等)，而磨削则需要多次安装，因此，其辅助时间短，加工表面之间位置精度高。

硬车削是洁净加工工艺

　　大多数情况下，硬车削无须冷却液。事实上，使用冷却液会给刀具寿命和表面质量带来不利影响。因为，硬车削是通过使剪切部分的材料退火 变软而形成切削的，若冷却率过高，就会减小由切削力而产生的这种效果，从而加大机械磨损，缩短刀具寿命。同时硬车削可省去与冷却液有关的装置，降低生产成 本，简化生产系统，形成的切屑干净清洁，回收处理容易。

设备投资少，适合柔性生产要求

　 　在生产率相同时，车床投资是磨床的1/3～1/2，其辅助系统费用也低。对于小批量生产而言，硬车削不需特殊设备，而大批量加工高精度零件则需耍刚性 好、定位精度和重复定位精度高的数控机床。

　　车床本身就是一种加工范围广的柔性加工方法，车削装夹快速，采用配有多种刀具转盘或刀库 的现代CNC车床很容易实现两种不同工件之问的加工转换，硬车削尤其适合此类加工。因此，与磨削相比，硬车削能更好地适应柔性化生产要求。

硬 车削可使零件获得良好的整体加工精度

　　硬车削中生产的大部分热量被切屑带走，不会产生像磨削加工的表面xx和裂纹， 具有优良的加工表面质量，有xx的加工圆度，能保证加工表面之间较高的位置精度。

硬车削的刀具材料及其选用

涂 层硬质合金

　　涂层硬质合金刀具是在韧性较好的硬质合金刀具上涂覆一层或多层耐磨性好的TiN、TiCN、TiAlN 和Al2O3等，涂层的厚度为 2～18?m，涂层通常起到以下两方面的作用：一方面，它具有比刀具基体和工件材料低得多的热传导系数，减弱了刀具基体的热作用；另一方面，它能够有效地 改善切削过程的摩擦和粘附作用，降低切削热的生成。涂层硬质合金刀具与硬质合金刀具相比，无论在强度、硬度和耐磨性方面均有了很大的提高。对干硬度在 HRC45～55HRC之间的工件的车削，低成本的涂层硬质合金可实现高速车削。近年来，一些厂家靠改进涂层材料与比例的方法，也使得的性能有极大的提高。如美国、日本一些 厂家采用瑞士AlTiN涂层材料和新涂层专利技术生产的刀片，硬度高达4500 ～4900HV ，在车削温度高达1500℃～1600℃时硬度仍然不降低，不氧化，刀片寿命为一般涂层刀片的4倍．而成本只为30% ，且附着力好。它可以在498.56m/min的速度下加工硬度达47～52HRC 的模具钢。

陶瓷材料

　　陶瓷刀具具有高硬度(91～95HRA)、高强度(抗弯强度为750～1000 MPa)、耐磨性好、化学稳定性好、良好的抗粘结性能、摩擦系数低且价格低廉的特点。使用正常时，耐用度极高，车速可比硬质合金提高2～5倍，特别适合高 硬度材料加工、精加工以及高速加工，可加工硬度为62HRC的各类淬硬钢和硬化铸铁。常用的有氧化铝基陶瓷、氮化硅基陶瓷、金属陶瓷和晶须增韧陶瓷。近年 来通过大量的研究、改进和采用新的制作工艺，陶瓷材料的抗弯强度和韧性均有了很大的提高，如日本三菱金属公司开发的新型金属陶瓷NX2525及瑞典山特维 克公司可乐满开发的金属陶瓷刀片新品CT系列和涂层金属陶瓷刀片系列，其晶粒组织的直径细小至1?m以下，抗弯强度和耐磨性均远高于普通的金属陶瓷，大大 拓宽了陶瓷材料的应用范围。清华大学研制成功的氮化硅陶瓷材料刀具也达到了国际先进水平。

CBN

　 　CBN的硬度和耐磨性仅次于金刚石，有极好的高温硬度，与陶瓷刀具相比，其耐热性和化学稳定性稍差，但冲击强度和抗破碎性能较好。它广泛适用于淬硬钢 (50HRC以上)、珠光体灰铸铁、冷硬铸铁和高温合金等的切削加工，与硬质合金刀具相比，其切削速度甚至可提高一个数量级。

　　 CBN含量高的PCBN刀具，硬度高、耐磨性好、抗压强度高及耐冲击韧性好，其缺点是热稳定性差和化学惰性低，适用于耐热合金、铸铁和铁系烧结金属的切削 加工。复合PCBN刀具中CBN 颗粒含量较低，采用陶瓷作粘结剂，其硬度较低，但弥补了前一种材料热稳定性差、化学惰性低的特点，适用于淬硬钢的切削加工。

　　在切削 灰铸铁和淬硬钢的应用领域，陶瓷刀具和CBN刀具是可同时选择的，因此进行成本效益和加工质量分析非常必要，以确定哪一种材料更经济。 PCBN刀具材料切削性能优于Al2O3，和Si3N4淬硬钢的干式切削加工时，Al2O3陶瓷的成本低于PCBN材料，陶瓷刀具具有良好的热化学稳定 性，但却不及PCBN刀具的韧性和硬度。在切削硬度低于6OHRC以下和小进给量情况下的工件时，陶瓷刀具是较好的选择。PCBN刀具适合于工件硬度高于 60HRC情况，尤其是对于自动化加工和高精度加工时更为重要。除此之外，在相同后刀面磨损情况下，PCBN刀具切削后的工件表面残余应力也比陶瓷刀具相 对稳定。

　　使用PCBN刀具干式切削淬硬钢还应遵循以下原则：在机床刚性允许条件下尽可能选择大切深，这样切削区生成的热量使得刃前 区金属局部软化，能有效降低 PCBN刀具的磨损。此外，在小切探时也应尽可能采用PCBN刀具，因PcBN 刀具导热性差而使得切削区热量来不及扩散，剪切区也能产生明显的金属软化效应，减小切削刃的磨损。

刀片结构及几何参教 确定

　　刀片形状及几何参数的合理确定对充分发挥刀具切削性能是至关重要的。按刀具强度来说，各种刀片形状的刀尖强度 从高往低依次为：圆形、1 00°菱形、正方形、80°菱形、三角形、55°菱形、35°菱形。刀片材料选定后，应尽可能选用强度高的刀片形状。硬车削刀片也应选择尽可能大的刀尖圆 弧半径，用圆形及大半径刀片粗加工，精加工时的刀尖半径约为0.8～1.2?m 。

　　淬硬钢切屑为红而酥软的锻带状，脆性大，易折 断，不粘结，一般在切削表面不产生积屑瘤，加工的表面质量高，但淬硬钢切削力比较大，特别是径向切削力比主切削力还要大，所以刀具宜采用负前角(go≥- 5°)和较大的后角(ao=10°～15°)，主偏角取决于机床刚性，一般取45°～60°，以减少工件和刀具颤振。

切 削参数的选择

　　工件材料硬度越高，其切削速度应越小。硬车削精加工的适宜切削速度为80～200m/min，常用范 围为10～150m/min ，采用大切深或强烈断续功削高硬度材料，切速应保持在80～100m/min。一般情况下，切深为0.1～0.3mm。加工表面粗糙度要求高时可选小的切 削探度，但不能太小，要适宜。进给量通常可以选择0.05～0.25mm/r，具休数值视表面粗糙度数值和生产率要求而定。当表面粗糙度为 Ra0.3～0.6?m时，硬车削比磨削经济的多。

对工艺系统的要求

　　除选择合 理的刀具外，硬车削对车床或车削中心并无特殊要求，若车床或车削中心刚度足够，且加工软的工件时能得到所要求的精度和表面粗糙度，即可用于淬硬钢的加工。 为了保证车削操作的平稳和连续，常用的方法是采用刚性夹紧装置和中等前角刀具。不过人们普遍认为，硬车削需要高刚性的车床，即硬车削的关键是机床具有足够 的刚性，同时刀具、工件、夹紧装置结构紧凑目具有同等的刚性。若工件在切削力作用下其定位、支承和旋转可以保持相当平稳，现有的设备就可以用于硬车削。

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