硬态切削是指采用超硬刀具对大于HRC50的淬硬钢进行精密切削的加工工艺,该工艺能精确地将毛坯直接加工成工件。与磨削相比,硬态切削具有很好的工艺柔性、经济性和环保性能。因此,用硬态切削来代替磨削在当今的机械加工中得到了越来越广泛的应用,并且在一定的条件下,硬态切削可以成为代替磨削的首选工艺。所以在汽车制造行业和其他领域中,如淬硬钢、高硬度铸铁、高温合金等高硬材料的加工中,耗时和高成本的磨削和抛光的加工工艺越来越多地被硬态切削取代。但是硬态切削工艺以及该工艺中的一些不稳定因素还没有被完全理解和掌握。本文通讨论硬态切削应用现状、加工机理和硬态切削加工的表面特性,以期促进硬态切削技术在生产实际中有更广泛的应用。
硬态切削技术发展及应用现状
由于硬态切削工艺具有广阔的发展前景,各国都投入大量人力物力来研究。
美国就硬态切削工艺的研究投入了1000万美元来扩大该工艺的应用。国外硬态切削技术的研究较国内达到了相对成熟的阶段。在结合试验、计算机模拟和有限元仿真的基础上,使得硬态切削技术取得了长足的发展。使其广泛应用于汽车制造、轴承工业以及各种难加工材料的加工等领域,并创造了巨大的经济效益。例如荷兰的Hembrug公司在Mikroturn CNC系列的超精车床上采用PCBN刀具精车淬硬后的EN21轴承钢(HRC62)、美国国家标准工艺研究院Y.Kevin Chou和Chris J. Evans采用SumitomoBN系列的PCBN刀具加工AISI M50钢都实现了PCBN刀具加工淬硬钢的纳米切削[1]。Chmalkalden公司在普通CNC机床上可获得加工表面的粗糙度为Ra=3μm,稳定地达到了磨削加工的表面质量水平[2]。