1.引言 淬硬鋼是一類較難加工的材料，硬度高達50～65HRC，主要包括普通淬火鋼、淬火態模具鋼、軸承鋼、軋輥鋼及高速鋼等。由於其典型的耐磨結構，淬硬鋼被廣泛用於製造各種要求高硬度和高耐磨性的基礎零部件。隨著超硬刀具材料——陶瓷和PCBN性能的提高和價格的調整，解決了淬硬零件傳統製造工藝與快速發展的市場需求之間的矛盾，使得更經濟地切削加工淬硬鋼成為可能。 硬態切削是指採用超硬刀具對硬度大於50HRC的淬硬鋼進行精密切削的加工工藝。與磨削相比，硬態切削具有良好的加工柔性、經濟性和環保性能，在精磨工序中採用硬態切削是加工淬硬鋼的最佳選擇。然而，目前硬態切削加工技術仍然未完全被企業所廣泛採用，其主要原因不僅由於企業對硬態切削加工機理及刀具的使用技術未完全理解和掌握，同時也因為硬態切削工藝中一些不穩定的因素制約了它的推廣應用。本文通過綜合國內外大量文獻，對硬態切削過程中切削力的特徵、切屑的形成機理、硬態切削力與金屬軟化效應的作用、冷卻潤滑技術和已加工表面質量等進行了討論，以期促進硬態切削工藝的推廣應用。 2.硬態切削力特徵 影響硬態切削力的因素主要包括切削速度、進給量、切削深度、后刀面磨損量和工件硬度等。國內外學者的研究表明，在不同精度等級的機床上實施硬態切削時，切削力並不發生變化。 巴西Abrao Mendes博士分別選用陶瓷刀具、低CBN含量和高CBN含量的PCBN刀具切削AISI52100軸承鋼(硬度62HRC)時發現：徑向切削力最大，其次是主切削力和軸向切削力；粗加工時切削力約為精加工時的6～9倍；切削力與進給量、切削深度和后刀面磨損量成近似線性關係；當切削速度增大時，切削力稍有下降。德國阿亨工業大學w.Konig教授通過用陶瓷刀具和PCBN刀具切削100Cr6淬硬軸承鋼的切削力對比實驗，研究了切削速度、切削深度和進給量對切削力的影響趨勢。研究表明：主切削力和軸向力的變化與切深呈線性增長趨勢，而徑向力增長緩慢；不同的進給量對切削力的變化影響趨勢一致，軸向力的增長速率稍低於主切削力和徑向力，而當進給量很小時，會出現徑向力大於主切削力的現象。日本中山一雄教授認為，提高切削速度使切削力有所下降的主要原因是切削溫度升高使工件塑性增強(即金屬的硬度因切削溫度的作用而降低)。不過這種性質的變化僅限於一定的切削速度範圍，當切削速度超過20Om/min時，切削力並不沿下降通道變化。這與W.Konig教授的研究結果一致。中山一雄教授認為，儘管淬硬材料的硬度較高，但切削力較小，其原因一是由於斷裂的產生使塑性變形十分小，二是因為刀一屑接觸面積小，使摩擦力減小。哈爾濱理工大學劉獻禮教授採用正交試驗對切削力的各影響因素進行設計，得出了切削速度、切削深度、進給量和工件硬度對應切削力的三維曲面，在試驗條件下得出了主切削力變化規律基本符合傳統金屬切削理論的結論。 英國伯明翰大學E.G.Ng博士對PCBN刀具切削AISI HI3淬硬鋼時的切削溫度和切削力進行了有限元模擬求解，其最大誤差達25%，精度分散性大。同時有限元計算量也很大。張弘?|教授運用擠壓和軋制理論，根據能量原理對倒棱刀具的切削機理進行了深入闡述，提出了倒棱刀具的三區模型(第一變形區、金屬死區、第二變形區)，並能對剪切角和切削力進行預報和模擬；根據金相分析和快速落刀裝置，發現金屬死區的存在並不依賴於切削速度、前角和倒稜角度；在同樣的切削條件下，倒棱刀具的剪切角小於單尖刀具剪切角約2°～3°。台灣學者K.Fuh利用最小能量原理修正了臼井英治的切削模型，依據切削麵積和考慮后刀面作用力，對切削力進行模擬，其綜合精度較高。由於引入的經驗係數較多，對於不同的刀具和工件材料這些係數往往是變化的，因此其實用性受到一定限制。 | |
