研究PCBN刀具精密硬态切削淬硬轴承钢

用硬态切削取代磨削加工，其主要问题集中体现在如何保证获得理想的加工表面粗糙度、形状精度和加工表面状态。尤其当进给量和切削深度较小时，径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，淬硬轴承钢的延伸率小、塑性低，易形成良好粗糙度加工表面。如果机床和夹具具有足够的刚性，在合理切削条件下还可实现淬硬轴承钢的纳米切削。 

选取5种不同硬度的GCr15轴承钢进行切削加工时发现，工件硬度超过HRC50时，硬度越高其表面粗糙度越好。这是因为当工件硬度大于HRC50时，切削力和切削热都有所下降，使得切削过程中工件的热膨胀和金属软化效应的作用减小，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轴承钢时发现工件表层和亚表层的组织状态有所变化，其微观组织由白色的未回火层和黑色的过回火层组成，是超细晶粒结构的奥氏体和马氏体的混合组织，表面呈白色，也称做“白层”，而且由于氧化磨损、扩散磨损和磨料磨损等机理的作用使工件亚表层的元素含量也发生了变化。 

试验结果显示硬态切削后工件表面都为残余压应力，最大压应力位于工件表面以下50µm处，而磨削后工件的最大压应力主要集中在工件表面。残余应力与材料的成分、组织和缺陷一样，对工件的机械性能有较大影响，多数情况下必须控制残余应力的性质、大小及其分布规律。硬态切削过程中残余应力的产生被认为与切削热的形成及热源的移动速度、切削刃的几何形状、工件材料与刀具磨损等因素关系密切。目前关于残余应力和白层的形成尚未有明确的研究成果。 

美、德和英等国率先在精密航空轴承上采用了硬态切削工艺，其产品的供货周期由1年缩短为3个月，经济效益也是原来的5倍以上。例如荷兰Hembrug公司在Mikroturn CNC系列超精车床上采用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Sumitomo BN系列的PCBN刀具加工AISI M50钢(HRC62~64)、英国DeBeers工业金刚石公司M.A.Fleming 在Delta Turn40 车床上采用AMBORITE DBN45刀具车削EN31轴承钢等都实现了PCBN刀具加工淬硬钢的纳米切削。

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资料来源：东莞市弘超模具科技有限公司结构钢事业部
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