CBN刀片硬車削GCr15軸承鋼表面粗糙度的切削參數(shù)優(yōu)化

劉培培

摘 要：與圓柱磨削工藝相比，硬車削已發(fā)展成為一種加工硬化零件的經(jīng)濟(jì)方法。通過硬車削工藝獲得的表面粗糙度，尺寸和幾何精度與通過磨削工藝獲得的相似。立方氮化硼（CBN）通常在硬車削中用作切削工具。軸承襯套是使用硬度為60HRC的非常堅(jiān)硬的材料制造的，這需要非常高的表面光潔度和精度。表面粗糙度在軸承應(yīng)用中起著至關(guān)重要的作用，硬車削可用于實(shí)現(xiàn)所需的高表面光潔度并保持緊密的公差和精度。本文使用硬車床并選用CBN刀具在干燥條件下對淬硬的GCr15鋼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以研究切削參數(shù)對表面粗糙度的影響，并通過田口矩陣方法獲得了使表面粗糙度最小的最佳切削參數(shù)分析。在最佳條件下獲得的最小表面粗糙度為0.1492 mm，與磨削軸承襯套進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)硬車削軸承襯套的表面粗糙度要比磨削軸承襯套更好。

關(guān)鍵詞：硬車削;軸承襯套;切削參數(shù);表面粗糙度

使用CBN刀片可以輕松地完成硬度高達(dá)60-62HRC的工件材料的車削，并且在某些特定應(yīng)用中，比磨削可以獲得更好的表面光潔度。硬車削在某些應(yīng)用中被認(rèn)為是替代選擇，因?yàn)橥ㄟ^硬車削完成零件的生產(chǎn)步驟更少，并且能夠去除材料至指定的公差，獲得所需的表面光潔度。CBN的硬度僅次于金剛石，是陶瓷的兩倍，耐磨性幾乎與金剛石相同，因?yàn)樗忍沾珊?至5倍，比碳化物好5至10倍。因此，CBN可用于淬硬鋼，各種鈷、鎳和鐵基硬質(zhì)合金的機(jī)械加工和精加工。在硬車削中，大多數(shù)工件都可以輕松地加工完成，這是硬車削的主要優(yōu)勢之一。切削參數(shù)取決于許多變量，例如材料類型，硬度，公差，表面光潔度要求和切削刀具幾何形狀。在大多數(shù)情況下，取決于上述參數(shù)，可能有必要進(jìn)行試驗(yàn)測試以找出給定應(yīng)用的最佳條件。田口法是找出改善表面質(zhì)量的最佳參數(shù)的最佳方法。

實(shí)驗(yàn)中使用三個(gè)切削參數(shù)，分別是切削速度，進(jìn)給量和三個(gè)切削深度。通過使用田口矩陣方法選定切削條件實(shí)驗(yàn)，以獲得最佳切削參數(shù)，實(shí)現(xiàn)軸承襯套組件上的最小表面粗糙度。

實(shí)驗(yàn)使用硬車床進(jìn)行，該機(jī)床主要用于加工硬度范圍從40HRC到70HRC的非常硬的材料。硬車床是專門用于加工非常硬的材料，由線性導(dǎo)軌和強(qiáng)大的主軸組成，具有很高的動(dòng)態(tài)剛度，床身由復(fù)合材料制成，具有很高的減振效果。用于實(shí)驗(yàn)的工件材料是GCr15鋼，該鋼主要用于軸承鋼應(yīng)用。使用機(jī)床將直徑為50mm的GCr15棒料粗加工成直徑為43mm，熱處理至硬度為60HRC。根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備9個(gè)工件，車刀選用CBN（立方氮化硼）刀片，刀尖半徑0.8mm。對所有9個(gè)硬車削實(shí)驗(yàn)的組合進(jìn)行比較。

通過使用表面粗糙度測試儀，測量9種硬車削軸承套表面粗糙度。在軸承鋼硬車削之前和之后測量軸承襯套組件的表面粗糙度。硬車削前的表面粗糙度值為1.02mm，硬車削實(shí)驗(yàn)后得到的最小表面粗糙度值為0.153mm。

對于所有實(shí)驗(yàn)，均獲得了使用表面粗糙度測量儀得到的表面粗糙度值，以及通過田口實(shí)驗(yàn)分析獲得了S/N比率值。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，切削速度V=200mm/min，進(jìn)給量F=0.04mm/re和切削深度D=0.2mm（S/N比）時(shí)，切削參數(shù)組合的最小表面粗糙度值為0.153mm，信噪比值為16.3062。

從數(shù)據(jù)中可以清楚地看出，進(jìn)給（9.156），其次是深度（2.3560）和切削速度（0.461）的信噪比（S/N）最大值和最小值平均值之間的差異更大。因此，進(jìn)給是決定表面粗糙度的重要參數(shù)。

通過田口分析得出的表面粗糙度預(yù)測值V=100m/min，F(xiàn)=0.04mm/rev和D=0.2mm為0.1489mm。使用CBN刀片在干式加工條件下V=100m/min，F(xiàn)=0.04mm/rev和D=0.2mm。將最佳條件0.1492mm的結(jié)果與田口方法的預(yù)測值0.1489進(jìn)行比較，結(jié)果非常接近預(yù)測值，并且小于4號實(shí)驗(yàn)的切削條件，即0.153mm。將該結(jié)果與研磨工件的表面粗糙度進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)硬車削工件比研磨工件產(chǎn)生的表面粗糙度最小。

結(jié)論

①結(jié)果表明，對于所有不同的切削速度和切削深度值，GCr15鋼的表面粗糙度都隨著進(jìn)給量的增加而增加。因此，進(jìn)給量是改善表面粗糙度最有影響力和最主要的參數(shù)。②從田口矩陣和主效應(yīng)圖獲得了用于實(shí)現(xiàn)最小表面粗糙度的最佳切削參數(shù)，它們是V=100m/min，F(xiàn)=0.04mm/rev和D=0.2mm。③進(jìn)行確認(rèn)測試以驗(yàn)證最佳和預(yù)測的切削參數(shù)，并且獲得的結(jié)果幾乎等于預(yù)測值。在最佳條件V=100m/min，F(xiàn)=0.04mm/rev和D=0.2mm的條件下，可獲得更好的表面粗糙度為0.1492mm。④將硬車削軸承套的表面粗糙度與磨削的軸承套進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)硬車削軸承套的表面粗糙度比磨削的軸承套的小。

參考文獻(xiàn)

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