机械加工：钢件车削

为了提高自动化车间的加工工艺，开发了多种钢件车削的工具。

近年来，当大量报道都在关注硬态切削技术之际，非硬式铸铁技术正在悄悄低调进行。然而，尽管工具发展迅猛，但是在关键程序中提高生产力的技术需求仍然只增不减。
 
在一个典型的车辆里有数不尽的CNC(计算技数控)，从后驱传动轴、凸轮轴、边轴，到轴组件、等速接头、轴承箱、压力接头、流速喷嘴、齿轮毛坯、离合器、小齿轮、衬套、转向销等等。有些是从生的棒料机械加工的，而有些是把锻件或铸件加工而成的，尤其是更大更复杂的组件。
 
当然，大量的汽车零部件经过机械加工，完成从棒料到方钢的铸造，材料通常来自中低度碳钢、合金钢和韧钢。

 
提高工具寿命
像肯纳公司KT1120这样的车削刀片材质在业内广受好评。KT1120微晶粒结构，即一种Ticn陶瓷金属（金属基体里的陶瓷材料）材质，具有高韧性和耐热震性，从而可以提高工具寿命、表面抛光和应用多样化。
 
在有关AISI 1010碳钢汽车连接器组件的特色应用当中，KT 1120要比竞争者刀片表现突出，工具寿命延长到300%（每侧都能处理900个零部件），并达到12.5Rz表面抛光要求。两种刀片的切削用量都相同：200米/秒的切割速度；0.3毫米/转的进给速率；以及1.4毫米的切削深度。
 
同样来自肯纳公司，Beyond 是包含各种材质和几何图形的车削产品的整个平台，用于大量汽车应用中。Beyond具有一个涂层后表面处理，能提高切面韧性、可靠性和截切深度的切口阻力。它还能对刃口表面进行微抛光处理，以减少摩擦和切屑瘤(BUE)。肯纳公司称，具有微粒的氧化铝层，有利于应付潜在的高切割速度。
 
例如，用于钢铁粗加工的KCP40刀片，从测试中看出，在速度和切削深度方面比竞争者材质高10-20%，而用于精加工的Beyond KCP05刀片在进给方面提高30-40%。所有Beyond刀片都有CVD涂层，但是传统的CVD涂层的张应力较低，前面提及的专用涂层后处理可以保证减少摩擦力。
平衡磨耗
钢铁车削操作过程需要平衡许多因素，最重要的一点就是刀口的状况。一旦坏掉，就会迅速发生故障，导致零部件损毁，降低机械加工安全性，尤其是在后期的钢铁材料光谱分析阶段尤为困难。限制连续的可控的磨耗，消除间断（不可控磨耗）是钢件车削成功的关键。这就是为什么刀片制造商如此努力寻找机械处理方案，否则会导致过早报废，比如Sandvik Coromant的GC4325钢件车削的演化。

 Sandivk Coromant公司车削工具高级经理Mia Pålsson说，“有一个代表性例子，就是我们成功地将GC4325用于轴承，远远超过期待的结果。这对切削刃来说是个不小的挑战，经常会迅速产生凹坑磨损。考虑到这些，我们已经开发了刀片底层和涂层，以更好地抵挡高温下的导热扩散损耗，继而也降低在前刀面产生凹坑，这样我们也保证了GC4325能够在切削过程中保持理想的流体流动区。这就意味着，我们可以在更高的切削速度下，达到无人机械操作刀刃的安全要求。”
 
GC4325上装有Inveio，这是单向晶体取向上的技术突破。通常情况下，CVD氧化铝涂层上的晶体取向是任意的，但是Inveio Sandvik Coromant找到一种能控制晶体的方法，就是晶体都面向同一个方向 — 即面向顶面。这些坚硬的晶体对切削区域和切削形成一个强大的保护壁垒。
 
早期采用GC4325的是Bifrangi Spa，这是一个拥有430名员工的生产商，在意大利北部维琴察(Vicenza)附近的穆索伦泰(Mussolente)生产汽车工业用加工钢锻件。
 
使用Famar数控立式车床，可以使Coromant Capto C4耦合，GC4325第一个任务就是粗加工一个200毫米直径的汽车插孔。外部轴车削和削平面操作，需要在一个锻钢(CMC code 02.1)工件上完成。每个零部件的切削需要26秒中，Bifrangi使用GC4225材质之后，在需要更换刀片之前完成116个组件。但是，以同样的方式（CNMG正方型刀片上配有PR破屑器）使用新的材质，公司现在可以完成160个组件，这就可以延长38%的工具寿命。切削参数完全相同：切速200米/分钟；轴速318rpm；进给0.36毫米/rev；切削深度2毫米。
 

挑战软钢
很多人认为，所谓软钢的车削应该相当简单。但事实上，像低碳钢这种材质的柔韧性，会造成更大、不一致的切削，影响结果。因此，好的切削才是保持这些材质高生产力的保障。
 
切削深度和刀片刀尖半径之间的关系，对断屑水平的影响极大。在这方面，机械车间最好应该努力让切削深度大于、或者至少接近刀尖半径值。如果无法达到这个水平，那最好改成具有小刀尖半径的刮光刀片。如果可以的话，要保持进给量。
 
当制造低碳加压材质时，进给速率对断屑的影响也不小。较低的进给速率会形成薄的切屑，就不容易断。低进给速率加上小切削深度，会造成切屑无法达到断屑器。为了解决这个难题，就要达到较高的进给速率，同时考虑工件的稳定性、工具、钳位，以及表面抛光要求。
 
最好的切屑，就是选择一个切削方向，提供一个尽可能接近90度的有效咬入角 — 应该避免后车削，因为这会产生非常小的有效咬入角。工件的切削方向偏下，可以形成更好的切屑，同时也把振动风险降至最低。
 
当然，许多汽车供应链车间都会接到许多不同材质的车削任务，不仅是钢铁。为了减少存货，Walter开发了Tinger.tec Silver刀片系列。在这里，更新、更薄的CVD涂层应用于WMP20S上。这是一种普遍的耐磨刀片，拥有锋利的切削几何形状，作为普遍的机械加工等级，即用于不锈钢ISO M，也用于碳钢ISO P材质。
 
Walter说，直到现在，专用锐边刀片还应用于ISO M组的不锈钢上，而厚边工具则应用于ISO P钢上。WMP20则结合了两者的有点，从而降低了库存成本。
 
CVD涂层只有传统CVD的一半厚度 —这是Tiger.tec Silver 后续技术（在CVD涂层之后进行冷却）— 材质的抗拉强度转变为抗缩应力，反过来能产生一种特殊剩余应力，从而增加切削速度，并延长工具寿命。
 

情况好转
钢件车削领域的最近发展中，Kyocera已经公开CA5系列4种材质，据说提高了耐磨性和抗断裂性。Kyocera称，与之前的材质相比，新的CVD涂层能以1.4倍的高粘着力，附在碳化物基底上。

AP2420是另一种新的钢件车削材质，来自Arno。据说，这种材质拥有基底和涂层机构，和原来的CVD多涂层非常不同。公司说，单层之间更容易连接，切削刃会很结实，并能耐住切削。
 
Widia公司最新Victory TN7100系列是一个全新系列涂碳刀片，主要是为了完成中型生产，以及各种型号的合金和非合金钢的粗加工。刀片集耐磨性和韧性与一体，上面涂层的构成以及涂层后处理都是微工程设计的，具有涂层粘着力和抗切屑瘤性能。
 
最后，WNT系列的HCR1135刀片可以在不稳定、较困难的设备状态下进行钢件车削。在ISO P35系列中操作时，HCR1135刀片设计是为了用于间断或较困难机器表面组件的，比如具有粗糙表面的锻件和铸钢组件，或者是切口中断严重的组件。