PCBN刀具在活塞銷加工中“以車代磨”中的應(yīng)用

1、    PCBN刀具在活塞銷加工中“以車代磨”中的應(yīng)用日期: 2009-2-21 10:45:34瀏覽: 136來(lái)源: 學(xué)海網(wǎng)收集整理作者: 未知PCBN刀具在活塞銷加工中“以車代磨”中的應(yīng)用摘 要：在進(jìn)行280活塞銷的批量試制過(guò)程中，為了提高生產(chǎn)效率，我們調(diào)研選擇使用了PCBN刀具。經(jīng)過(guò)不斷的摸索，基本掌握了應(yīng)用PCBN刀具提高活塞銷加工效率所需的一些基本條件（如加工系統(tǒng)剛性、刀具幾何角度、切削參數(shù)等）以及一些特殊問(wèn)題的處理。 “以車代磨”，對(duì)加工高硬度淬火件具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，推廣應(yīng)用PCBN刀具，不僅能提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，增加效益，而且還能降低

2、工人勞動(dòng)強(qiáng)度。關(guān)鍵詞：PCBN刀具 以車代磨 硬質(zhì)零件 切削參數(shù) 280活塞銷 推廣使用一、問(wèn)題的提出一直以來(lái)，硬質(zhì)零件精加工主要是采用磨削加工方法。配件分廠在280活塞銷開(kāi)發(fā)試制過(guò)程中，加工活塞銷外圓和內(nèi)孔時(shí)，為了方便熱處理控制及降低熱處理變形帶來(lái)的影響，在精磨工序前增加半精加工是非常必要的。而此時(shí)活塞銷已經(jīng)進(jìn)行了淬火處理，外圓硬度達(dá)到HRC58以上，內(nèi)孔硬度也在HRC45左右，試制時(shí)采用外圓磨床及內(nèi)圓磨床分別對(duì)外圓、內(nèi)孔進(jìn)行粗磨加工。這種加工方式加工時(shí)間長(zhǎng)（達(dá)3小時(shí)），能源消耗大、工人勞動(dòng)強(qiáng)度高，因此工效低，尤其是磨削內(nèi)孔時(shí)更加費(fèi)時(shí)費(fèi)力。為提高活塞銷的加工效率，我們把目光轉(zhuǎn)向了PCBN刀具

3、。二、PCBN刀具的優(yōu)越性聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具具有優(yōu)良的性能，總體概括起來(lái)就是“加工范圍廣、性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)”。在刀具行業(yè)中，PCBN刀具的發(fā)展很快，形成了PCBN的專業(yè)化、系列化、規(guī)?；?，廣泛運(yùn)用于機(jī)械、化工、航天、船舶、電子等行業(yè)。PCBN刀具的出現(xiàn)，使車削加工代替磨削加工成為了可能。據(jù)資料顯示，采用PCBN刀具加工出來(lái)的零件甚至可以獲得采用最優(yōu)的磨削加工才能獲得的零件尺寸及外形精度。分廠在進(jìn)行280活塞銷小批量試制的時(shí)候，為了提高生產(chǎn)效率，積極聯(lián)系廠家購(gòu)買PCBN刀具，經(jīng)過(guò)實(shí)際的使用和摸索。終于讓我們對(duì)PCBN刀具有了初步的認(rèn)識(shí)。1、PCBN刀具的性能特點(diǎn)：1). 具有較高

4、的硬度和耐磨性：PCBN刀具的硬度略低于金剛石，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它高硬度材料，并且具有較高的耐磨性，特別適合加工高硬度材料，尤其是高硬淬火工件，在HRC4570的硬度范圍內(nèi)的工件它都可以進(jìn)行有效的切削加工。2). 具有很高的熱穩(wěn)定性：PCBN刀頭在800時(shí)的硬度還高于陶瓷和硬質(zhì)合金的常溫硬度，在高溫狀態(tài)下的切削性能十分穩(wěn)定，因此PCBN刀具可以用比硬質(zhì)合金刀具高35倍的速度來(lái)高速切削高溫合金和淬硬鋼，并保持切削性能基本不變。3). 具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性：PCBN刀具在高溫狀態(tài)下不與鐵系材料發(fā)生反應(yīng)，并對(duì)各種材料的粘結(jié)、擴(kuò)散作用比硬質(zhì)合金小得多，這一點(diǎn)使其應(yīng)用效果更加突出，尤其在加工過(guò)程中對(duì)提高、穩(wěn)

5、定加工面的質(zhì)量尤為重要，甚至能夠達(dá)到磨削加工的表面粗糙度。4). 具有較好的導(dǎo)熱性，因此PCBN刀具比較適合精加工。5). 具有較低的摩擦系數(shù)，隨著切削速度的提高，摩擦系數(shù)是減少的，因此PCBN刀具適合高速切削加工。6). PCBN刀具切削淬硬鋼時(shí)的金屬軟化效應(yīng)，由于高溫高速切削產(chǎn)生的熱量使切削層金屬軟化、硬度降低而易于切削加工，實(shí)驗(yàn)證明，產(chǎn)生金屬軟化效應(yīng)的條件是工件的硬度大于HRC50。三、PCBN刀具在實(shí)際應(yīng)用中的經(jīng)驗(yàn)從以上幾點(diǎn)可以看出PCBN刀具與一般的普通刀具相比具有許多的優(yōu)越性，很適合于活塞銷的加工，對(duì)提高加工效率有很大的助益。因此，在280活塞銷批量試制階段，我們就決定應(yīng)用PCBN

6、刀具。下面談?wù)勗搼?yīng)用過(guò)程中的一些經(jīng)驗(yàn)。1.應(yīng)用PCBN刀具進(jìn)行加工，首先要保證加工系統(tǒng)有足夠的剛性。由于PCBN刀具適合于高速切削，因此系統(tǒng)剛性不足會(huì)極大影響加工質(zhì)量和加工效率，甚至可能取得適得其反的結(jié)果。在加工280活塞銷內(nèi)孔時(shí)，我們選擇了CA6140車床，以利用其裝用的380卡盤能夠?qū)⒐ぜA持更多，同時(shí)輔以中心架，較好的增加了加工系統(tǒng)剛性。最初，采用總長(zhǎng)300mm的刀桿（伸出長(zhǎng)度230mm），以圖一次將40×220長(zhǎng)的內(nèi)孔一次裝夾完成加工，但是應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)由于刀桿太長(zhǎng)，剛性不足，導(dǎo)致內(nèi)孔加工質(zhì)量不盡人意，而且PCBN刀具磨損較為嚴(yán)重。后來(lái)改為總長(zhǎng)246mm（伸出長(zhǎng)度128mm）的短

7、刀桿，采用兩頭接平車的方式加工，很好的解決了上述問(wèn)題。雖然兩頭車并接平，增加了裝夾次數(shù)，還有壓表找正、接平，這些都降低了一些效率，但是能更好保證加工質(zhì)量，而且相對(duì)于磨內(nèi)孔（也是兩頭接平）來(lái)說(shuō)，其加工效率數(shù)倍提高。從以上過(guò)程可以看出，在應(yīng)用PCBN刀具進(jìn)行加工時(shí)，對(duì)加工系統(tǒng)的剛性進(jìn)行優(yōu)化是非常必要的，可以說(shuō)也是成功應(yīng)用PCBN刀具的一個(gè)前提條件。2.優(yōu)化裝夾方式，盡量減少精加工余量由于我們應(yīng)用PCBN刀具主要目的在于取代280活塞銷粗磨外圓工序，為精磨外圓做準(zhǔn)備，因此“以車代磨”所加工出來(lái)的外圓尺寸、形狀對(duì)精磨有很大影響。如果“以車代磨”加工出來(lái)的工件形狀（主要是兩端錐度）較差，則精磨外圓時(shí)難以

8、保證0.004mm的圓柱度，要保證就得增加精磨前留量，這又與盡量減少精磨留量、提高精磨效率的期望相悖。有鑒于此，外圓“以車代磨”就不能象加工內(nèi)孔那樣兩頭車的方式，必需一次裝夾完成加工。經(jīng)過(guò)分析，我們?cè)凇耙攒嚧ァ奔庸せ钊N外圓時(shí)采用和磨床磨外圓時(shí)同樣的工裝，即磨削芯軸，以芯軸兩端中心孔定位。加工時(shí)，首件仔細(xì)找正，控制兩頭錐度即可（當(dāng)然，車床本身的徑向跳動(dòng)要小）。這樣裝夾，系統(tǒng)剛性仍然很好，而且能夠較好的控制形狀和尺寸，盡可能的減少精磨余量，較好的實(shí)現(xiàn)了“以車代磨”的期望。3.根據(jù)工件來(lái)選擇合理的切削參數(shù)應(yīng)用PCBN刀具，就要充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，但是有時(shí)候工件的實(shí)際結(jié)構(gòu)又限制了這種發(fā)揮。280活塞銷

9、的加工就存在這一矛盾，問(wèn)題顯得比較特殊。這是因?yàn)?80活塞銷在外圓到內(nèi)孔的徑向上有三個(gè)截面內(nèi)各均布有3×10的油孔，這總計(jì)為9個(gè)的油孔使得外圓、內(nèi)孔的圓柱面不再是連續(xù)的，在PCBN刀具切入和切出油孔邊緣部位時(shí)要受到較大的沖擊力作用。這種情況下，首先受到影響的就是PCBN刀具的刃磨角度和切削時(shí)選用的轉(zhuǎn)速，如果刀具角度不合適、一味追求高速加工，就會(huì)造成PCBN刀具的崩刃。因而，摸索其中的平衡范圍，既要保證一定的加工效率，又要保證刀具有較好的使用壽命。在多次試驗(yàn)后，我們選取了以下參數(shù)：1）為使切削輕快而又有一定的抗沖擊性能，PCBN刀具刃磨的幾何參數(shù)選擇為：前角0 =-5°，后角

10、0 =6°，主偏角r=45°，刃傾角s=-3°，刃口倒圓R=0.1mm。其中刃口倒圓極為重要，對(duì)降低刀具磨損和提高刀具抗沖擊性能都有較大影響。2）經(jīng)試驗(yàn)，獲得較理想加工效果的切削參數(shù)是：主軸轉(zhuǎn)速n=120r/min，進(jìn)給量f=0.080.12mm，切削深度ap =0.060.10mm。4.切削冷卻：在加工中保持PCBN刀頭部位能夠充分散熱也是非常必要的，需要注意刀頭部位切屑的清理，不要堆積過(guò)多不利于散熱。但是，決不能進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，否則將PCBN刀頭將會(huì)發(fā)生崩裂。四、結(jié)束語(yǔ)綜合而言，由于280活塞銷結(jié)構(gòu)上的特殊性，在上述應(yīng)用過(guò)程中尚不能完全發(fā)揮PCBN刀具的所有優(yōu)勢(shì)

11、，尤其在高速切削上受到限制較為明顯。但是280活塞銷加工中應(yīng)用PCBN技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“以車代磨”的期望基本實(shí)現(xiàn)，也取得了非常明顯的效果。經(jīng)初步計(jì)算，在應(yīng)用PCBN刀具加工前，粗磨外圓需90min/件，磨內(nèi)孔90min/件。在應(yīng)用PCBN刀具實(shí)現(xiàn)“以車代磨”后，外圓只需40min/件，車內(nèi)孔只需40min/件，單件節(jié)約工時(shí)100min。我車間現(xiàn)在280活塞銷月產(chǎn)量基本穩(wěn)定在200件，使用PCBN刀具“以車代磨”年節(jié)約價(jià)值為：18元/小時(shí)×200×12×100/60=72000元，其經(jīng)濟(jì)效益也是非常明顯得。目前，我分廠正在開(kāi)發(fā)240活塞銷，該型活塞銷外圓沒(méi)有徑向分布的油孔結(jié)構(gòu)，將可以進(jìn)一步提高切削速度和加工效率，使PCBN刀具的優(yōu)良性能得到更大的發(fā)揮。綜合而言，PCBN刀具的應(yīng)用潛力是巨大的，它為企業(yè)改進(jìn)老化的生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率提供了切實(shí)可行的方案。如果能很好的利用PCBN這種新型技術(shù)，大力推廣使用PCBN刀具，勢(shì)必會(huì)帶來(lái)很高的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。而對(duì)于我們加工工藝師來(lái)