PCBN刀具精密硬態(tài)切削淬硬軸承鋼的試驗(yàn)研究

4 已加工表面完整性

用硬態(tài)切削取代磨削加工，其主要問題集中體現(xiàn)在如何保證獲得理想的加工表面粗糙度、形狀精度和加工表面狀態(tài)。尤其當(dāng)進(jìn)給量和切削深度較小時(shí)，徑向力往往大于主切削力和切向力，切削精度不易控制。
切削研究表明，淬硬軸承鋼的延伸率小、塑性低，易形成良好粗糙度加工表面。如果機(jī)床和夾具具有足夠的剛性，在合理切削條件下還可實(shí)現(xiàn)淬硬軸承鋼的納米切削。
選取5種不同硬度的GCr15軸承鋼進(jìn)行切削加工時(shí)發(fā)現(xiàn)，工件硬度超過HRC50時(shí)，硬度越高其表面粗糙度越好。這是因?yàn)楫?dāng)工件硬度大于HRC50時(shí)，切削力和切削熱都有所下降，使得切削過程中工件的熱膨脹和金屬軟化效應(yīng)的作用減小，有利于提高切削表面粗糙度和加工精度。
采用PCBN刀具切削淬硬GCr15軸承鋼時(shí)發(fā)現(xiàn)工件表層和亞表層的組織狀態(tài)有所變化，其微觀組織由白色的未回火層和黑色的過回火層組成，是超細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)的奧氏體和馬氏體的混合組織，表面呈白色，也稱做“白層”，而且由于氧化磨損、擴(kuò)散磨損和磨料磨損等機(jī)理的作用使工件亞表層的元素含量也發(fā)生了變化。
試驗(yàn)結(jié)果顯示硬態(tài)切削后工件表面都為殘余壓應(yīng)力，最大壓應(yīng)力位于工件表面以下50µm處，而磨削后工件的最大壓應(yīng)力主要集中在工件表面。殘余應(yīng)力與材料的成分、組織和缺陷一樣，對工件的機(jī)械性能有較大影響，多數(shù)情況下必須控制殘余應(yīng)力的性質(zhì)、大小及其分布規(guī)律。硬態(tài)切削過程中殘余應(yīng)力的產(chǎn)生被認(rèn)為與切削熱的形成及熱源的移動(dòng)速度、切削刃的幾何形狀、工件材料與刀具磨損等因素關(guān)系密切。目前關(guān)于殘余應(yīng)力和白層的形成尚未有明確的研究成果。

5 結(jié)論

1) PCBN刀具切削淬硬GCr15軸承鋼時(shí)徑向力Fy最大，其次是主切削力Fz和軸向力Fx，粗加工切削力大致為精加工的6~9倍。
2) 硬態(tài)切削過程易形成鋸齒形切屑，其作用機(jī)理為工件材料在巨大的壓應(yīng)力作用下宏觀和微觀斷裂，生成鋸齒形切屑的臨界硬度為HRC50。
3) PCBN刀具的前刀面和后刀面磨損形式顯示出刀具保持刃口的能力很強(qiáng)，這有利于PCBN刀具在切削淬硬鋼時(shí)實(shí)現(xiàn)以車代磨。
4) 硬態(tài)切削后已加工表面為殘余壓應(yīng)力，這對提高工件的壽命是有利的。硬態(tài)切削表面粗糙度可達(dá)到粗磨的精度，采用超硬材料PCBN刀具對淬硬軸承鋼的精密切削加工是可行的