世界各地的制造商為保持競爭力正面臨挑戰(zhàn)村刨，零部件的精度水平不斷提高蛛惜，競爭朝著更高質(zhì)量拣九、更低價格和更小批次方向發(fā)展』菏客戶需要降低成本野疟，提高質(zhì)量，縮短交貨期乘步，要尋求新的技術(shù)解決方案廷碴，并希望能夠做到粗加工和精加工在同一臺機床上加工完成，其中一個可行的改善方案是采用硬車削技術(shù)榨降。

　　相對于傳統(tǒng)磨削方案就用，硬車方案不需要繁雜的輔助設(shè)備，較短的零件更換調(diào)整時間扇牢，較低的設(shè)備采購價格霉处，使產(chǎn)品有更短的交貨期。本文將介紹硬車工藝的特點以及加工條件中的各種影響因素椰陋，并探討硬車的經(jīng)濟(jì)性嫌松。

　　何謂“硬車”技術(shù)

　　硬車過程通常被定義為車削硬度超過45HRC以上的零件，典型零件硬度在58~68HRC范圍奕污。硬車的應(yīng)用場合很多萎羔，例如汽車、軸承碳默、船舶贾陷、模具、液壓嘱根、機床以及航空航天等代表行業(yè)髓废，當(dāng)然這些行業(yè)也在不斷地增加并且不斷地細(xì)分。硬車的材料也有很多種该抒，軸承鋼慌洪、齒輪鋼、表面硬化鋼凑保、鎳基合金以及鎢鈷類合金最為常見冈爹，現(xiàn)在高頻淬火、滲碳鋼等材料開始應(yīng)用于硬車愉适。

　　硬車技術(shù)可以在同一臺機床上完成產(chǎn)品的軟車和硬車寓蔼，可以節(jié)省場地和投資咱贪，并且硬車的金屬切除率是磨削的4~6倍韩艾，效率極具優(yōu)勢。硬車是單點切削价值，在復(fù)雜輪廓加工方面有著獨到的優(yōu)勢吭芯，不需要類似磨床的成型砂輪，對于外圓溪毕、端面和內(nèi)孔組合的加工換刀非常方便廊擦，減少了砂輪架回轉(zhuǎn)輔助時間穿汽。硬車可以達(dá)到非常高的精度觉浦，表面粗糙度通常可以做到Ra0.4以下院仿，切屑更加容易處理，并且相對各種材質(zhì)的砂輪庫存歹垫，車床刀具的庫存費用也是比較低廉的。

　　“硬車”加工的基礎(chǔ)

　　硬車所使用的刀具通常有一個很大的負(fù)前角排惨，在切削時能提供更大的剛性，同時也對機床的剛性提出了更苛刻的要求暮芭。動態(tài)剛性是現(xiàn)代機床行業(yè)的一個重要的指標(biāo)，作為經(jīng)驗蠢沿，硬車所需的切削剛性要比軟車大1.5?~2倍匾效，雖然應(yīng)用中可以采用小切深，但是小的切深不能減少對動態(tài)剛性的需求戈勾，更小的振動可以帶來更好的粗糙度和刀具使用壽命筹唠。

　　在靜態(tài)剛性達(dá)到一定的水平后户痒，改善動態(tài)剛性的唯一方式就是增加阻尼傀蒲，哈挺公司T系列機床提供了填充花崗巖聚合物的方式來提高振動阻尼，HARCRETE的阻尼是鑄鐵的8倍幢戳，具有和鑄鐵相同的熱穩(wěn)定性莫诲，不會受熱變形系數(shù)影響。機器動態(tài)剛度的提高外抓，減小了機床振動的幅度，同時保持靜態(tài)剛度糜曲，導(dǎo)致的可評價結(jié)果是刀具使用壽命的增加避诽，更好的表面質(zhì)量，增加零件的附加值茎用，并提升產(chǎn)品的整體質(zhì)量。

　　影響設(shè)備加工能力和精度的因素很多轨功，包括聯(lián)動的軸、重復(fù)性古涧、控制功能、誤差補償羡滑、幾何能力、軸的剛度凳宙、軸的熱穩(wěn)定性以及機床整體的熱穩(wěn)定性等等轻调。

　　“硬車”的刀具選擇

　　硬車可供選擇的刀具通常有三種材質(zhì)：立方氮化硼（CBN），陶瓷和金屬陶瓷皮匪。刀具選擇應(yīng)與生產(chǎn)效率、經(jīng)營成本相匹配坑状。對尺寸和粗糙度更為苛刻的加工場合首選立方氮化硼。一般來說梳让，當(dāng)公差帶大于0.05mm的時候，陶瓷刀具或許是一個更具性價比的選擇估曾。眾所周知馆义，硬質(zhì)合金對加工不同的材料有各種相對應(yīng)的材質(zhì)和涂層胁塞，與此類似压语，CBN刀具也有各種不同的選擇啸罢，例如胎食，在斷續(xù)車削的時候需要采用高CBN含量的刀具，因為這樣的刀片有足夠的韌性抵抗斷削沖擊厕怜，一般來說，在斷續(xù)車削中高CBN含量的刀具比低CBN含量的刀具由于有更好的韌性可以提供更好的刀具壽命琅捏。

　　由于CBN材質(zhì)相當(dāng)昂貴递雀，相對于整體的CBN刀具，焊接的CBN刀片是最常見的選擇缀程。操作員和技術(shù)員都有這樣的認(rèn)識，當(dāng)系統(tǒng)的振動較大時乒踢，采用CBN刀具加工并不經(jīng)濟(jì)殃秽，而機械振動較低的設(shè)備卻可以更好地利用CBN切削材料的能力。哈挺的試驗證明澄璃，采用高精度的主軸及花崗巖聚合物填充的機床可以確保更長的刀具壽命，因此在這種情況下岖疲，CBN刀片在很多場合比使用硬質(zhì)合金刀片更經(jīng)濟(jì)握饼。

　　“硬車”的干切與濕切

　　硬車通常采用干式切削，刀尖的表面溫度非常高诡泌，會在切削過程中退火并軟化工件表面啄枕，經(jīng)檢測切屑的硬度可下降到50%以下族沃，這也解釋了為何更快的切削速度可以減少工件退火的風(fēng)險。值得注意的是脆淹，絕大部分的熱量是被切屑帶走的，典型的干式切削過程中漓糙，應(yīng)盡可能的減少切刀次數(shù)和余量烘嘱，使得零件不 處于高溫狀態(tài)，尤其在加工較小的零件時蝇庭，需要考慮以下4個因素：首先需要考慮減少工件余量；其次可以考慮采用高壓冷卻液切削臭膊；第三可以采用高溫的刀片膊编，這個需要刀具供應(yīng)商的配合；最后選擇更適合的刀具夾具和工件材料尸钢。

　　當(dāng)前的機床冷卻技術(shù)使客戶可以選擇干式或者濕式硬車熔厌，在濕式硬車的過程中，有幾個問題必須確認(rèn)：第一誉煎，不要采用切削油，避免火災(zāi)的隱患挺久，這點非常重要；第二乳规，必須采用較高壓力確保刀尖的冷卻合呐。切屑經(jīng)常會阻撓冷卻液對刀尖的冷卻笙以，因此冷卻液必須有足夠的壓力吹斷切屑冻辩，減少刀片因受到熱沖擊而尖端退化。高壓冷卻70kg的冷卻壓力可以使得刀具的耐用度更好微猖；第三缘屹，冷卻液的清潔度、濃度和PH值也對冷卻效果有影響犁珠。在濕式硬車的加工過程中祷骂，不可忽略因冷卻液中斷所造成的影響。在邏輯上藤习，冷卻液的忽然中斷將對刀尖的熱沖擊非常大，要極力避免這樣的情況匹羹。在采用陶瓷刀片硬車加工的時候协颅，冷卻液的熱沖擊會使得刀片破碎，故在陶瓷刀片加工的時候不能采用普通壓力的冷卻液切削方式簇娩，70kg高壓冷卻是必選項。哈挺公司已經(jīng)在T系列機床上開始提供70kg的高壓冷卻系統(tǒng)例吹，相較于常見的干式硬車景图，刀具壽命延長了3倍以上。

　　“硬車”以車代磨的優(yōu)勢

　　哈挺公司的中端的70萬的車床由于主軸跳動小于1μm症歇，帶來了極小的振動，使得刀具耐用度大幅度提高到16km宛蚓，按上面的例子，同樣零件加工數(shù)量提高到16000/104.7=153件凄吏，硬車刀具單件成本縮減為1.63元。要注意图柏，更長的刀具壽命還會直接關(guān)系到停機時間任连。同樣加工20萬件，將消耗CBN刀片32.7萬元划疟，一年硬車刀具節(jié)省的費用就超過了設(shè)備的差價，并且尺寸穩(wěn)定性票虎、圓度筝踢、粗糙度也非普通機床可以媲美的，若用哈挺采用花崗巖聚合物床身的高端的車床通過提升零件的附加值能帶來更大的效益数辱，這也就是哈挺為何力挺將中高精度機床作為硬車基礎(chǔ)機床的原因题晌。

　　考慮到加工的效率，機床投資成本儡皮，場地占用，人工費用綜合考慮丰包，硬車有相對優(yōu)勢的邑彪。倘若該零件還需要同時鏜一個Φ25深20mm的孔及加工端面的話，用磨床需要三個砂輪工位加工寄症，需要高端的帶砂輪架回轉(zhuǎn)的磨床加工，磨削時間需要超過5min释漆，若用硬車加工僅?需更換三個刀位，硬車時間不超過100s男图，硬車優(yōu)勢更加明顯。

　　與其他設(shè)備相比較源快，哈挺高端的T系列機床提供了極高的尺寸穩(wěn)定性和圓度俯重，在相同的走刀速度下，零件可以獲得更長穩(wěn)定的粗糙度及圓度缸舱。在哈挺的機床上骗早，通過提高刀具使用壽命、提高零件附加值及更高效幾個方面為硬車的性價比成為可能绿捶，滿足客戶以車代磨的需求网燃。

　　“硬車”的適用范圍

　　由于硬車的刀具成本較高，故在目前的條件下沈条，批量生產(chǎn)場合里適合硬車的零件主要是小零件的加工。大零件的硬車和磨床相比不具有成本優(yōu)勢蜡歹，除非是高溫合金等不易磨削的材料涕烧。而帶有復(fù)雜輪廓的零件的精加工，零件批量不大父款，附加值高瞻凤，交貨期緊的工件更加適合采用硬車工藝。典型的應(yīng)用行業(yè)有：汽車中的高精度乘用車零件阀参、液壓泵閥零件、模具行業(yè)零件和軍工行業(yè)零件等沙涎。

　　硬車也是一種磨削替代方案，常用于不需要高端磨床加工的場合碘淘，或者替代粗磨加工，并不能完全替代磨床款腥，尤其是涉及易變形的難加工材料惰采，及超高精度零件综翠，磨床還是必不可少的涤墙。硬車并不是取代磨床，而是提供更經(jīng)濟(jì)高效的工藝解決手段惯缚，在典型的加工領(lǐng)域，若是粗糙度需要批量做到Ra0.3屋群，圓度小于0.25μm，以及公差帶小于0.005mm時候邪乍，高端磨床的精度優(yōu)勢還是非常明顯的。

　　“硬車”應(yīng)用技術(shù)的展望

　　這里還有個因素會影響硬車應(yīng)用对竣，美國哈挺的試驗表明：當(dāng)材料的洛式硬度變化超過兩度時庇楞，加工尺寸有0.004mm的變化，而硬度的變化也同時影響到零件的表面粗糙度柏肪。國內(nèi)現(xiàn)在的情況是姐刁，很多廠家由于熱處理設(shè)備原因做到零件硬度恒定非常困難，常見的淬火硬度范圍為58~62烦味，偏差超過洛式硬度4度聂使，而實際情況是國內(nèi)很多客戶雖然難以保證所有零件的硬度一致性，事實上卻能夠做到同一爐淬火零件的硬度一致性谬俄，故在加工現(xiàn)場只要不混淆兩批次熱處理的零件，高尺寸精度的硬車同樣可以實現(xiàn)挂蹦。

　　模具行業(yè)開始利用目前最新的材料技術(shù)嚣历。在幾個方面進(jìn)行研究了解并嘗試了解表面硬化白亮層。該層實際是一個附著在材料表面的一層金相結(jié)構(gòu)么酪，名義上厚度小于1mm，很難觀察出來长尼，通常需要通過破壞性的切片金相檢驗才能確定它的存在目尘。由于淬火方式及高應(yīng)力的加工方式诺秒，在零件表面形成的晶粒結(jié)構(gòu)造成特有的機械性能良风，這里需要注意的是白亮層在磨削及車削過程中谊迄，無論干式還是濕式加工都會出現(xiàn)烟央，目前的超精加工技術(shù)如絎磨白亮層可以被切除疑俭，在某些應(yīng)用領(lǐng)域钞艇，特別是那些高接觸應(yīng)力的地方不希望出現(xiàn)白亮層哩照，如軸承座圈懒浮，若接觸表面出現(xiàn)高應(yīng)力的白亮層將會造成表面疲勞壽命降低删广。白亮層還沒有被完全了解，但有一點已經(jīng)確認(rèn)朽擒，相對鋒利的刀具，鈍化的刀具由于切削溫度和壓力更高更容易產(chǎn)生白亮層柱称。有趣的是阎揪，白亮層不僅在車削中出現(xiàn)，同樣也可能出現(xiàn)在磨削中蛛最。由于觀察到白亮層的形成是由于鈍化的工具產(chǎn)生海庆，研究人員已經(jīng)采用越來越多的有效途徑檢測工裝夾具及優(yōu)化的刀具壽命，以確定相應(yīng)的參數(shù)設(shè)定伟叛，防止白亮層的形成统刮。并且一個自動化的工具狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)正在研究中侥蒙，將會發(fā)揮這方面的作用鞭衩。

　　對于未來的硬車技術(shù)论衍，哈挺首先更多考慮的是薄壁零件的裝夾聚磺，還將考慮采用主動提高振動阻尼技術(shù)的夾具系統(tǒng)圾峭，最大限度地減少失圓和提高機床轉(zhuǎn)速废徙。同樣紧贪，需要探索加強在高品質(zhì)的螺紋切削領(lǐng)域的硬車解決方案。在材料領(lǐng)域可以預(yù)料將繼續(xù)推出新的適合硬車的材料爵孔，或許會造成戲劇性的工藝技術(shù)效果藤该。

　　硬車是一種具有一定的經(jīng)濟(jì)和質(zhì)量效益的工藝手段。成功的硬車取決于整個加工系統(tǒng)神阔，而不是某些單一元素里状，以下元素都會影響成功硬車：具有很高的動態(tài)剛度和更為苛刻圓度和輪廓控制能力的機床；高效穩(wěn)定的夾緊裝置吩捞；選擇正確的CBN刀具材料類型鳞编；高品質(zhì)的切削刃；具有高剛性的刀具安裝方式渐扮；適當(dāng)?shù)募庸?shù)论悴；零件的裝夾剛性；加工工藝和冷卻系統(tǒng)墓律。

　　盡管已經(jīng)有許多用戶開始嘗試并采用了硬車工藝膀估，成功運用硬車的業(yè)務(wù)相對還是較少。所以針對在硬車領(lǐng)域廣泛持續(xù)的研究并廣泛推廣這種工藝方案顯得尤為必要耻讽，無論是工藝還是機床領(lǐng)域察纯，哈挺將進(jìn)一步研究與強化這一工藝過程，并期待取得更高的競爭力针肥。

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