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        立方氮化硼刀片在回转支承和风电转盘轴承行业的应用

        回转支承/风电转盘轴承套圈淬火后表面硬度达到HRC55~62,淬硬层一般为3~5mm,50Mn或42CrMo材质,回转支承、风电转盘轴承套 圈以车代磨常用立车进行干式切削加工。回转支承环硬车削工序因为加工余量大而且滚道和轴承面在淬火后加工(硬车)时加工精度要求严格,对硬车刀片的韧性和 耐磨性提出了很大的挑战。CBN硬车刀片的性能平衡成为回转支承、风电转盘轴承以车代磨工艺的关键步骤。立方氮化硼刀片是目前黑色金属加工用刀具中最硬的 刀具材质,作为热后硬车刀片已经广为熟知,由于CBN刀具韧性较差的限制,一般限于淬火后小余量以车代磨使用;根据回转支承、风电转盘轴承行业硬车加工余 量大的特性,CBN刀具在这一领域的加工中将大展拳脚。

        回转支承、风电转盘轴承硬车加工对刀具性能的要求

        回转支承、风电转盘轴承的热后硬车工序的加工余量是根据此前的热处理工艺及淬火变形量预留的,一般回转支承、风电转盘轴承淬火后硬车余量为2— 6mm;硬车刀片在大余量加工淬火后的回转支承、风电转盘轴承内外圈时需要优异抗冲击韧性,同时为了保证加工精度,又要求优异的耐磨性,可见回转支承内外 环淬火后硬车难点在立方氮化硼刀片韧性要求高,而回转支承滚道热后精车光洁度要求及尺寸稳定性要求立方氮化硼刀片耐磨性能和热稳定性优异。所以回转支承转 盘轴承行业要么抱怨立方氮化硼刀片硬度低不耐磨造成加工光洁度差,要么是刀片太脆易崩刀,特别是断续面切削部位。

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        针对回转支承、风电转盘轴承硬车加工对立方氮化硼刀片的性能要求,需要开发一种耐磨性及韧性平衡性能很好的CBN刀具产品,非金属(陶瓷基)结合剂 成为较为理想的CBN聚晶结合剂选择,陶瓷结合剂的使用保证了立方氮化硼刀具韧性,同时,避免了因加入金属结合剂而导致CBN刀具受热后金属结合剂过早软 化造成的刀片寿命降低,磨损失效。经过对比测试,非金属(陶瓷基)结合剂相比传统金属、陶瓷基结合剂,此类聚晶产品适合对大型淬火后高硬度工件进行中高速 半精车及精车,CBN聚晶本身硬度可达HV3400;可加工热处理后硬度范围:HRC45–HRC79,适合长时间大余量硬态车削或以车代磨。

        以车代磨工艺在回转支承/风电转盘轴承行业的可行性及新牌号CBN刀具的使用案例:

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        案例一:以非金属(陶瓷基)CBN刀片加工风电转盘轴承套圈为例,淬火后精车余量5mm;线速度90-150m/min,淬火后精车粗糙度在沟道表 面可达到Ra0.3μm,满足以车代磨工艺要求;热后硬车双桃形沟道的沟底跳动全部<0.005mm,从加工效率和成本考虑,以车代磨优势明显,以 轴承行业加工风电1.5MW机组用变浆轴承内外圈(尺寸:外径φ1900mm,厚130mm)为例,如果淬火后加工余量全部采用磨削加工,磨时间是18小 时以上,采用以车代磨工艺,时间只需4.5小时。在同样加工精度的要求下,采用车削加工,其效率是磨加工的4倍;从刀具耐用度来讲,非金属(陶瓷基)立方 氮化硼刀片车削1900风电变浆轴承套圈为例,可精车30多件套圈;所消耗的电能及人工,物料耗材却只有磨削的1/5;刀具耐用度高,使用成本更低。

        案例二:淬火后硬车50Mn材质大型回转支承外环,热处理后硬度HRC55,单边加工余量2.5mm。因50Mn环件淬火后的变形,内孔呈不规整圆 形,传统金属陶瓷基CBN刀片经常出现崩刃现象,为了降低刀具的崩损损耗,只能采用多次走刀加工完成,导致加工效率低,设备占用率高,电费、辅助材料费用 等综合加工成本增加。采用非金属(陶瓷基)结合剂CBN刀片,切削深度2.5mm左右,不规整处达到3mm;采用一次走刀加工完成,减少走刀次数加工效率 提高3倍,刀片并不出现令人担心的崩刀、碎裂等现象;且因非金属粘合剂热导率高,在相同转速下,比原常见金属粘合剂整体CBN刀片寿命高出50%。非金属 (陶瓷基)材质CBN刀片相比传统金属陶瓷CBN刀片,制造成本只增加了10%,但换来的是3倍的加工作效率提升和1.5倍的刀具寿命提升,用户的刀具使 用成本大幅度降低。

        用以车代磨工艺对热后回转支承、风电转盘轴承内外圈硬车加工时,与磨削相比,避免了磨削烧伤,而且,硬车削大型轴承可选择干式切削方式,经济环保;相比磨削加工,硬车削下来的铁屑可以很方便处理,作为资源回收利用成本低,减少对环境污染。

        以车代磨工艺的风险及控制

        硬车所用机床间隙和刚性决定了震刀、让刀问题的发生机率,亦会影响加工工件的尺寸精度和表面粗糙度,所以需要根据自身工件的要求及现用设备状况针对性的选择刀片的几何形状包括立方氮化硼刀片刃口的微观处理,以最大程度降低以车代磨工艺风险。

        针对回转支承、风电转盘轴承行业以车代磨,常用刀片几何尺寸型号根据转盘轴承型号和工艺选择;一般内外圈部位加工常用立方氮化硼刀片材质宜非金属 (陶瓷基)CBN刀具;它不但适合大直径回转支承和风电转盘轴承,也适合非标轴承以车代磨,直径500mm以下整体淬火硬度HRC60以上轴承套圈的大余 量一次走刀加工,代替粗磨工序;对于淬火后加工余量小于0.3mm的小尺寸轴承套圈可选用传统金属陶瓷结合剂立方氮化硼刀具。

        需要注意的是对淬火后轴承套圈硬车削余量较大或有断续加工时刀片需刃口处理(0.2*20度负倒棱及其它),且配套车刀杆设计出装卡负前角6-7度 为佳;小余量热后精车时刀片刃口处理一般取0.1mm负倒棱;刀片刀尖圆弧半径根据轴承套圈车加工所用工装夹具进行选择,以确保整个以车代磨加工过程不振 刀,不让刀。

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