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浅谈以车带磨/车削加工轴承用PCBN立方氮化硼刀具磨损试验
转载 :  zaoche168.com   2022年04月28日


最早前加工轴承淬火钢工件常采用的是磨削工艺,磨削虽能得到高精度与低表面粗糙度,但该工艺存在生产率低,加工成本高,表面加工质量不稳定等重大问题。尤其是对加工轴承厂家对轴承内、外圈粗磨时,由于热处理后的变形量较大,或当操作工人切削用量(尤其是进给量)增大时,可明显提高生产效率,但同时也造成了工件的局部退火烧伤,致使生产出的轴承质量明显下降。随着新型刀具材料的不断出现和发展,淬火钢可用CBN刀具进行切削加工,从而为解决难加工材料——GCr15轴承淬火钢的硬态精车削,开辟了一条新的涂层——以车带磨。
最早前加工轴承淬火钢工件常采用的是磨削工艺,磨削虽能得到高精度与低表面粗糙度,但该工艺存在生产率低,加工成本高,
说到加工就不可不说加工中的重要“成员”——刀具,在加工淬火钢刀具时,随着国内超硬材料的蓬勃发展,PCBN刀具已成为公认的淬火钢轴承最合适的加工刀具选择。
加工轴承常用刀片几何尺寸型号根据轴承型号和加工工艺来选择。随着CBN刀具行业的不断创新和研发,BN-S20,BN-H11,BN-H200,BN-H20材质广泛用于轴承的车削工序。BN-S20材质属于整体聚晶CBN刀片,不仅克服了焊接式PCBN刀片由于尺寸小所带给切削深度的限制,而且有效规避了由焊接点失效引起的CBN刀片失效的风险,大大提高轴承的生产效率。BN-H11材质属于镶嵌式CBN刀片,刃口多更经济,而且在加工冶金轴承时表现出优异的耐磨性和耐热性,并保证尺寸精度和表面光洁度达到Ra0.4的要求。同时还可提供涂层CBN刀具,延长刀具寿命,如BN-H10 C25材质车削汽车轮毂轴承单元相比未涂层的CBN刀具,寿命提高45%。
随着高精度数控机床的发展和PCBN刀具技术的提高,以车带磨已成为新的工艺发展。PCBN刀具切削淬硬钢时,刀具的磨损是衡量PCBN刀具稳定性的重要指标之一。下面通过分析已有试验得出PCBN刀具磨损结论。
车削精加工淬火轴承钢磨损形式多样,主要表现形式为:前刀面磨损、后刀面磨损、微崩刃、剥落以及破损等。不同的磨损形态是由不同的因素引起的。下面为前刀面和后刀面磨损规律及影响因素。

前刀面磨损
前刀面磨损主要为月牙洼磨损,如下图左所示,由于PCBN刀具拥有极高的硬度和耐磨性,只有加工时温度和压力达到很高的情况下才会发生磨损。磨损区域主要出现在切削刃附近,且宽度很窄。这说明PCBN刀具的刃口保持能力强,有利于实现GCr15淬硬轴承钢的精密车削。


后刀面磨损
后刀面磨损主要是机械磨损,如上图右所示,形成的磨损带上粘有一些工件材料,磨损量较小。主要是因为PCBN刀具硬态车削GCr15淬火轴承钢时,PCBN刀具高温区域接近切削刃,并且切削压力高达10GPa,工件材料中的铁元素在高温高压下,易与空气中的氧发生氧化反应生成一层氧化铁质层,该氧化层在合理的切削条件下可以保护刀具刃口,但在车削过程中不太稳定容易脱落。

工件硬度对PCBN刀具磨损的影响规律
硬态车削GCr15淬火轴承钢时,其磨损状况与工件的硬度有关,关系曲线如下图。我们通过该试验可发现PCBN刀具加工硬度为HRC40时刀具的磨损最为严重,超过或低于这个硬度时,刀具的磨损都不大。造成该情况是因为PCBN立方氮化硼材料高温下硬度损失小,工件硬度很高时,由于切削热作用使切削区域金属软化从而使切削加工便于进行,因此PCBN刀具更适合车削加工高硬度淬火轴承钢。


切削速度对PCBN刀具磨损的影响规律
切削用量选择:进给量Fr=0.05mm/r,切削深度α=0.05mm。在不同速度下PCBN刀具后刀面的磨损与切削距离的关系如下图所示,可以看出切削速度超过一定限度后,切削速度越高,刀具的磨损反而降低,因此PCBN刀具适合车削加工GCr15材质轴承钢。

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