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圖1 在漢布雷格MikroTurn 100車床上車削加工硬質合金拉伸模

在模具行業硬質合金材料經常用于沖壓、拉伸和擠出模具。由于硬質合金材料具有極強的耐磨性，且這些模具具有復雜的輪廓，需滿足極高的輪廓精度和表面光潔度，因此傳統上采用磨削工藝，由專用的金剛石砂輪磨削完成。然而，制造商不斷面臨降低成本、提高質量和提高效率等多方面的挑戰。事實證明，高精度硬車削（以車代磨）有助于實現這些目標。

什么是以車代磨

高精度車削是一種非常柔性的工藝。它設置簡單/換型容易，可以在一次裝夾中完成內孔和外圓的車削加工，有利于減少累計誤差提高零件精度。同時車削加工具備更高的金屬去除率，也就意味著可以提高效率。然而，它最大的優勢是可以便捷的加工復雜的零件輪廓，不同的零件輪廓形狀可以通過 CNC程序，使用多軸插補的方法，由超精密機床精確生成。而在磨削的情況下，通常需要多次設置才能加工完成復雜形狀的工件，對于需要特定砂輪形狀進行加工的每個輪廓都需要更換砂輪。因此就小批量加工而言，這會顯著影響加工效率。

現在，通過具有極佳動態剛性和超高精度的車床以及新型金剛石刀片，可以實現硬質合金零件（以車代磨）的柔性制造工藝。

全靜壓技術的超高精度硬車床

為了實現這種柔性制造工藝，一臺超高精度硬車床是必須的。最佳的機床和創新的刀具是成功將硬質合金車削到與磨削相同精度的關鍵。通常，硬質合金材料的硬度值可達80 HRC, 而淬火鋼的硬度范圍一般為58-65 HRC。

圖2 最新設計的第三代全靜壓Hembrug MikroTurn? 100超精車床

加工更高硬度的硬質合金需要遠高于淬硬鋼的切削力。較高的切削力會導致機床導軌和主軸軸承承受巨大的回推壓力。由于有限的減震特性，在傳統精密車床上這樣的力會導致嚴重的震動，同時會導致導軌過早磨損，這會引起一系列的問題，諸如尺寸保持能力、輪廓精度、表面粗糙度，且會加快刀具磨損。

走近漢布雷格

荷蘭制造商漢布雷格機床公司 （Hembrug Machine Tools）為西班牙達諾巴特（Danobat Group）機床集團成員之一，專門從事高精度硬車床的開發和制造。此外，他們還擁有車削亞微米級精度要求硬質合金工件的豐富經驗。50多年前，公司擺脫了傳統車床的生產，開發了以靜壓技術為核心的，包括靜壓主軸和靜壓導軌的超精密車床，以滿足客戶日益提高的質量要求。

Hembrug Mikroturn?系列機床的主軸和導軌均采用這種“內部”開發的靜壓技術。事實證明，它優于當今市場上的所有其他類型的主軸和導軌系統。它提供了卓越的阻尼特性以及高動態剛度，與速度無關，這對于最小化刀尖的振動是絕對必要的，而減少震動對于表面粗糙度和延長刀具壽命至關重要。同時由于導軌副之間或主軸軸承之間沒有金屬與金屬的接觸，因此無磨損，可以降低維護運營成本并長久保持機床的精度。 

圖3 天然花崗巖主軸箱體

與傳統的精密車床相比，這種以靜壓技術為核心，以天然花崗巖為床身的機床，無疑投資成本更高。但是由于其固有的穩定性，我們得以持續穩定地獲得滿足精度要求的零件，與此同時刀具壽命更長，調整時間更短。最重要的是，工件質量與磨削相當。

如何選用刀具

除了這些對機床的基本要求外，還必須使用合適的刀具。近年來，這一領域有了許多進展，從而改善了硬質合金的可加工性。只有最堅硬和最耐磨的刀具才能加工硬質合金，目前金剛石類刀具具備這個能力。現在有許多不同類型的金剛石刀具，我們建議使用最新開發的無粘結劑PCD刀片。它們比單晶金剛石型更耐磨，更堅韌。新型PCD刀具壽命顯著延長、表面粗糙度更好，從而增強了尺寸精度控制能力。這些刀具的出現使硬車削成為一種更加可行的加工工藝。

硬車與超精技術的結合

硬質合金的粘合劑含量、硬度、耐磨性、粒度等等，都對其可加工性產生影響。合金晶粒尺寸越細，可獲得的表面粗糙度精度越高。對于粗晶粒而又需要高表面粗糙度精度的產品，Hembrug提供可以集成磨削主軸或超精絎磨的方案。通過這種組合，粗車和半精車削之后，通過磨削或珩磨完成工件的加工。Hemburg獨家提供的“Kombifin超精磨削選件”， 零件表面粗糙度可達Ra0.02 μm。在一臺機床上結合硬車加工和超精加工，顯著提高了精度和靈活性。通過這種方式，無論晶粒大小如何，用戶都可以在表面粗糙度和表面質量方面獲得更加出色的結果。 

在全球范圍內有許多Hemburg Mikroturn?機床用于硬質合金成型工具的精加工。在最近的一次應用中，Hembrug再次證明了硬車削工藝的威力，這是一個含有12%鈷粘結劑的直徑150 mm拉伸模具。我們的工程師能夠以0.2毫米切削深度加工該模具，總循環時間為30分鐘。而同一零件的如果采用磨削的方式，則需要8小時。

圖4 拉伸模加工精度相同的情況下，硬車30分鐘內完成，而傳統的磨削工藝需要8小時才能完成。

該客戶正在尋找一種在不犧牲零件質量的前提下更高效的加工方法。使用CVD金剛石刀片，刀具壽命長達2.5公里，而使用PCD刀片，刀具壽命甚至可以達到4公里。表面光潔度為Ra0.2。

盡管硬車削可以采用干式加工，但使用冷卻液（空氣或切削液）通常是有益的。有了冷卻液，排屑更順滑，從而最大限度地減少進入工件的熱量。冷卻液的使用還有助于提高工藝的穩定性。

擁有一種靈活的加工方法，如以車代磨加工，能夠生產出高質量的硬質合金模具，并達到磨削質量。尤其在小批量生產中，以車代磨工藝，輪廓復雜的零件更易生產，換型時間快，調整時間短，這意味著成本更低，錯誤更少，交付周期更短。無論生產什么樣的工件，都會帶來巨大的競爭優勢。