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  • 金屬加工技術

    淺談以車帶磨/車削加工軸承用PCBN立方氮化硼刀具磨損試驗

    轉載 :  zaoche168.com   2022年04月28日


        最早前加工軸承淬火鋼工件常采用的是磨削工藝,磨削雖能得到高精度與低表面粗糙度,但該工藝存在生產率低,加工成本高,表面加工質量不穩定等重大問題。尤其是對加工軸承廠家對軸承內、外圈粗磨時,由于熱處理后的變形量較大,或當操作工人切削用量(尤其是進給量)增大時,可明顯提高生產效率,但同時也造成了工件的局部退火燒傷,致使生產出的軸承質量明顯下降。隨著新型刀具材料的不斷出現和發展,淬火鋼可用CBN刀具進行切削加工,從而為解決難加工材料——GCr15軸承淬火鋼的硬態精車削,開辟了一條新的涂層——以車帶磨。
        最早前加工軸承淬火鋼工件常采用的是磨削工藝,磨削雖能得到高精度與低表面粗糙度,但該工藝存在生產率低,加工成本高,
    說到加工就不可不說加工中的重要“成員”——刀具,在加工淬火鋼刀具時,隨著國內超硬材料的蓬勃發展,PCBN刀具已成為公認的淬火鋼軸承最合適的加工刀具選擇。
        加工軸承常用刀片幾何尺寸型號根據軸承型號和加工工藝來選擇。隨著CBN刀具行業的不斷創新和研發,BN-S20,BN-H11,BN-H200,BN-H20材質廣泛用于軸承的車削工序。BN-S20材質屬于整體聚晶CBN刀片,不僅克服了焊接式PCBN刀片由于尺寸小所帶給切削深度的限制,而且有效規避了由焊接點失效引起的CBN刀片失效的風險,大大提高軸承的生產效率。BN-H11材質屬于鑲嵌式CBN刀片,刃口多更經濟,而且在加工冶金軸承時表現出優異的耐磨性和耐熱性,并保證尺寸精度和表面光潔度達到Ra0.4的要求。同時還可提供涂層CBN刀具,延長刀具壽命,如BN-H10 C25材質車削汽車輪轂軸承單元相比未涂層的CBN刀具,壽命提高45%。
        
    隨著高精度數控機床的發展和PCBN刀具技術的提高,以車帶磨已成為新的工藝發展。PCBN刀具切削淬硬鋼時,刀具的磨損是衡量PCBN刀具穩定性的重要指標之一。下面通過分析已有試驗得出PCBN刀具磨損結論。
        
    車削精加工淬火軸承鋼磨損形式多樣,主要表現形式為:前刀面磨損、后刀面磨損、微崩刃、剝落以及破損等。不同的磨損形態是由不同的因素引起的。下面為前刀面和后刀面磨損規律及影響因素。

    前刀面磨損
        
    前刀面磨損主要為月牙洼磨損,如下圖左所示,由于PCBN刀具擁有極高的硬度和耐磨性,只有加工時溫度和壓力達到很高的情況下才會發生磨損。磨損區域主要出現在切削刃附近,且寬度很窄。這說明PCBN刀具的刃口保持能力強,有利于實現GCr15淬硬軸承鋼的精密車削。


    后刀面磨損
        
    后刀面磨損主要是機械磨損,如上圖右所示,形成的磨損帶上粘有一些工件材料,磨損量較小。主要是因為PCBN刀具硬態車削GCr15淬火軸承鋼時,PCBN刀具高溫區域接近切削刃,并且切削壓力高達10GPa,工件材料中的鐵元素在高溫高壓下,易與空氣中的氧發生氧化反應生成一層氧化鐵質層,該氧化層在合理的切削條件下可以保護刀具刃口,但在車削過程中不太穩定容易脫落。

    工件硬度對PCBN刀具磨損的影響規律
        
    硬態車削GCr15淬火軸承鋼時,其磨損狀況與工件的硬度有關,關系曲線如下圖。我們通過該試驗可發現PCBN刀具加工硬度為HRC40時刀具的磨損最為嚴重,超過或低于這個硬度時,刀具的磨損都不大。造成該情況是因為PCBN立方氮化硼材料高溫下硬度損失小,工件硬度很高時,由于切削熱作用使切削區域金屬軟化從而使切削加工便于進行,因此PCBN刀具更適合車削加工高硬度淬火軸承鋼。


    切削速度對PCBN刀具磨損的影響規律
        
    切削用量選擇:進給量Fr=0.05mm/r,切削深度α=0.05mm。在不同速度下PCBN刀具后刀面的磨損與切削距離的關系如下圖所示,可以看出切削速度超過一定限度后,切削速度越高,刀具的磨損反而降低,因此PCBN刀具適合車削加工GCr15材質軸承鋼。

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