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PCBN:一种新型超硬刀具切削材料
2011-04-26 14:42:23


CBN材料无论制作刀具或制作磨具,应用于高速切削或磨削,都可收到提高产品质量、提高加工效率、缩短加工周期和降低加工成本等显著效果。因此,在加工中,大力推广CBN刀(磨)具是提高制造技术的有力措施。但若普遍推广使用,尚有许多问题。 为了在生产中更好地推广使用CBN刀(磨)具,应做以下几方面的工作:
  发挥CBN刀(磨)具研究院(所)的主导作用
  实现三点一线联合开发,即CBN——工具制造——用户或CBN与工具制造——机床——用户共同开发CBN的应用
  积极开展CBN刀(磨)具制造与使用技术的研究
  用户需要提高产品质量意识,勇于提高制造技术
  目前国内CBN材料生产厂家很多,产量也不少,但高质量的不多,CBN刀(磨)具的稳定用户更少。究其原因主要是机械加工部门对价格昂贵的CBN刀(磨)具缺乏选择与使用的知识,采购来的CBN工具实效不多,在其经济紧缩的条件下,不敢轻易投资进行工艺试验。要想解决这个问题,只有CBN刀(磨)具研究院(所)主动深入机械制造的生产单位,选择生产效率与质量的薄弱环节,且已具有或易于创造CBN加工条件的点,与用户协商签订共同开发CBN应用合同。由工具研制单位负责免费提供试验用的CBN刀(磨)具,用户负责提供试验所需条件下组织生产试验。这就发挥了多方积极性,从CBN质量选择到工具制造,都会以最优、最快的速度进行,用户从准备试验条件到使用,见到了达到合同目标值的成果,不花试验费便解决了生产难题,很容易推广。而工具院(所)亦可在以后的供货中逐步回收利润,只要双方保持互惠、互利,协作关系便会更加巩固。该厂就是利用这种方式与多家研究院校开发了很多新技术。在机械加工中的许多加工难点,虽然可用CBN工具来解决,但就目前条件,不是国内哪家所能单独做到的,因为并非凡是CBN工具都有奇特的和万能的加工能力。我们也曾用过CBN刀片精镗硼缸套,其效果并不比新型陶瓷刀片好。其原因是多方面的,如CBN质量、含量、品牌规格及结合剂等是否适合硼铸铁的加工。至于CBN磨具影响的磨削效果的因素就更多了,除自身原材料的质量、配比和磨具制造技术外,还有使用条件与技术。如磨削速度(应用高速磨削速度)、磨床刚性好、无振动、有自动精细进给及修整补偿机构、适当的磨削参数和冷却液等,这些都是相辅相成的重要因素,靠有关方面共同努力,各自提高自家产品的质量,相互促进,才能使CBN工具与专用设备成功地用于生产。用户希望使用具有实效的CBN工具,为此,要求工具制造单位,除了尽快提高CBN工具的制造技术外,还应对产品的质量建立明确的鉴定标准与方法,分布某些性能参数,如刀具的CBN含量与品牌、磨具的硬度与CBN精度、浓度等,在此基础上进行生产使用试验,以便充分发挥用户的生产经验,对不同的切削参数与冷却液所取得的加工结果进行对比分析,使CBN工具得到质的提高。CBN工具的适用范围、使用条件和应用的技术配套(如设备和冷却液等),用户可正确选用和使用CBN工具。21世纪是高科技时代,产品必须是有高性能、高质量才有市场,企业才有生命力。为此,应尽快提高制造技术水平,而推广使用CBN工具提高制造技术是一种有力措施,这不仅需要有关主管部门的有力资助和支持,有组织、有计划地逐步推广CBN工具的技术配套与使用,同时也要求用户勇于接受新材料、新技术,改变过去陈旧的生产观念与管理方法,即刀(磨)具均消耗费用指标很低,只许占产品成本的1/100左右,而不是以提高生产效率和保证产品质量为准,这样会限制优质高效的刀(磨)具应用与先进设备生产能力的发挥。实践证明,CBN刀(磨)具的成效不仅可提高产品的加工质量,而且也可提高经济效益。
  PCBN刀具的制造工艺
  PCBN刀具的制造主要通过CBN粉末和结合剂经超高压高温烧结而成.大致步骤有;混合粉末--模压成型/与硬质合金底层组装成整体--超高压高温烧结--深加工.
  关键技术在于CBN与结合剂的选择与配比,超高压高温烧结工艺参数的确定.
  PCBN 刀具的合理使用
  由于 PCBN 刀具材料具有优良的切削性能,所以特别适合加工其硬度在 HRC45 以上的淬火钢、耐磨铸铁、 HRC35 以上的耐热合金以及 HRC30 以下而其它刀片很难加工的珠光体灰口铸铁。
  为了充分发挥 PCBN 刀片的优越性,取得满意的加工效果,在实际使用时,除参照表 1 所推荐的 PCBN 刀片选用的切削用量外,还应根据机床、工件及其它有关条件的具体情况全面考虑,合理选择。
  1. 硬态切削时,径向力很大,这就要求机床功率要大,机床系统刚性要好,这既可保护 PCBN 刀具,又可获得满意的加工效果。装夹 PCBN 刀具时,刀具的悬伸长度要尽量短,以防止刀杆颤振和变形,使 PCBN 刀具保持良好的加工状态。
  表 1 PCBN 刀片常用切削用量
  工件材料 切削速度 (m/min) 进给量 (mm/r) 切削深度 (mm)
  灰铸铁 180 ~ 230HB 400 ~ 1000 0.15 ~ 0.5 0.12 ~ 2.0
  硬铸铁 400HB 70 ~ 150 0.15 ~ 0.5 0.12 ~ 2.0
  淬火钢 45HRC 60 ~ 140 0.15 ~ 0.5 0.2 ~ 2.5
  耐热合金 35HRC 100 ~ 240 0.05 ~ 0.3 0.1 ~ 2.5
  2.PCBN 刀具的强度比硬质合金刀具低,因此在硬态切削加工时,一般都采用负前角、较大的后角和负倒棱,这不仅有利于对切削刃进行补强,而且具有很好的耐磨性。通常负倒棱尺寸取 (0.1 ~ 0.5)× ( 10° ~ 30° )为宜。若切削进行适当的钝化处理,效果会更好。此外,在可能的情况下,尽量采用小主偏角和大的刀尖圆弧半径,这有助于保护刀刃,延长刀具的使用寿命。
  3. 为很好地使用 PCBN 刀具,稳定地控制工件质量,准确判断 PCBN 刀具的耐用度至关重要。如果一直使用磨损已很严重的刀具,那么切削力及切削温度增加、切削不畅,就难以控制工件尺寸及表面完整性,甚至使 PCBN 刀具无法继续修磨而报废。为保证刀具的正常使用,建议 PCBN 刀具后刀面磨损量达 0.3 ~ 0.6mm( 精车时取小值 ) 时应进行重磨。但重磨需要一定的设备和技巧,多数工厂的机床不具备适合的条件,一般 PCBN 刀具的重磨都应由专业厂来完成。
  4. 对于硬度高和不规则的工件,由于 PCBN 刀片较脆、怕冲击。从工件端面切入、切出,尤其在表面有夹渣、砂眼、凹凸不平的时候,最易发生冲击,使刃口破裂,造成耐用度降低。所以在使用 PCBN 刀具前,最好先将冷硬层粗车一次,并在工件切入切出端先倒角,以减小 PCBN 刀具冲击力。
  5.PCBN 刀具不适于加工较软的黑色金属材料。
  6. 确定切削速度、进给量及切削深度要综合考虑生产效率和加工成本。一般来讲,其切削速度可比硬质合金刀具高 2 倍左右,高的切削速度产生大的切削热量,使被加工材料的塑性增大,有利于控制切屑和降低切削力。
  7. 使用 PCBN 刀具时,可加冷却液,也可不加,使用冷却液时则一定要充分冷却。
  有关使用 PCBN 刀具常见的磨损,磨损原因及预防措施见表 2 。
  表 2 PCBN 刀片的磨损形式、原因及预防措施
  磨损形式 主要原因 预防措施
  月牙洼磨损 工件硬度太软;切速太快;产生化学和扩散磨损 改用硬质合金刀具或陶瓷刀具;降低切速 使用冷却液
  压力面磨损 切削速度太快;进给量太大;刀具后角太小 增大切速和进给量;增大后角
  边界磨损 主偏角太大;进给量太大;切速太小 减小主偏角;减小进给量;增大切速
  断裂磨损 系统刚性差;刀尖角太小;进给量与切速太大;刀具刃口脆 提高系统刚性,增大刀尖角;降低进给量和切速并采用负倒棱刀具
  PCBN 层破裂 系统刚性差;工件冲击太大; PCBN 层太薄,刀具刃口过脆 提高工艺系统刚性;工件表面预加工和倒角;采用厚的 PCBN 层;采用负倒棱刀具

 

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