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立方氮化硼刀具在切削加工中的应用实例
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立方氮化硼刀具在切削加工中的应用实例

作者:admin 时间:2019.04.10

1.用PCBN刀片精车淬硬钢

  采用PCBN刀片精车硬度高于45HRC的淬硬钢工件,可取得很好的加工效果。精车时的切削速度一般为80~120m/min,若工件的硬度较高时宜取低值;如车削硬度为70HRC的工件(如粉末高速钢)时其车削速度一般取60~80m/min。精车时选择切深为0.10~0.30mm,进给量为0.05~0.025mm/r,精车后的表面粗糙度可达Ra0.3~0.6μm,尺寸精度可达0.013mm。由于PCBN刀具的刚性好且刀口锋利,若能在刚性好的标准数控车床或车削加工中心上使用,则精车后工件表面的粗糙度可达Ra0.3μm以下,尺寸精度可达0.01mm,达到数控磨床的加工水平。

  精车时一般不用冷却液,因为在较高的切削速度下,大量的切削热被切屑带走。精车刀片宜选用强度和韧性高的80°菱形刀片,刀尖半径为0.8~1.2mm,为保护刀具刀口,提高刀具耐用度,使用前应用细油石倒棱。

  2. 用PCBN刀具加工铸铁

  在现代切削加工中,灰铸铁由于其内部结构的特性原因,一直是切削加工中的难题。如果切削刀具选用不当,切削工艺不正确,不但切削费用高,原材料浪费大,且生产效率低,产品质量差。针对这种情况,美国通用电气公司(GE)经过多次实验和应用实践,证明PCBN刀具是加工灰铸铁的理想精密工具。

  采用PCBN刀具车削灰铸铁时,许多可变因素如切削参数、刀具几何形状、机床性能及工件材料都会影响车削加工的效果。以下仅举车削参数为例。

  PCBN车刀在加工灰铸铁时,其切削用量的正确选择是加工中非常重要的一环,实践证明,其切削速度选择在600~1200m/min范围内,进给量应在1.52~10.16mm之间,吃刀量(DOC)应在0.12~2.54mm区间。如果偏离这个范围加工,则会出现刀具使用寿命缩短,加工精度降低和表面质量差等问题。在切削速度、进给量和切刀量三个因素中,切削速度是最主要的因素。GE公司的经验表明,按照推荐的参数进行车削时,刀具的磨损量是随着切削速度的增加而降低,也就是说切削速度的快慢直接影响刀具的磨损程度。

  为了解决PCBN刀具在切削中的磨损问题,GE公司在试验中发现,刀具的氧化磨损与切削时间和切削温度有关,只有将切削温度和切屑接触区降至最低程度,才能消除或降低刀具氧化磨损问题。

  3.用PCBN刀具精密切削GCr15淬硬钢

  按照传统工艺,精磨往往是淬硬轴承钢常用机械加工方法,随着数控机床等加工设备精度的提高及PCBN刀具的成功应用,以车代磨完成精加工已成为加工淬硬轴承钢的新途径。

  由于PCBN刀具材料脆性大,因此使用前一般都要进行倒圆(R200~400μm)和倒棱处理。在切削过程中,由于切削深度和进给量均很小,大钝圆和负倒棱实际上成为刀具主要参与切削的部分。

  用PCBN刀具连续切削淬硬轴承钢时,常用切削速度为90~200m/min,进给量为0.05~0.20mm/r,切削深度为0.10~0.50mm,所需的切削功率并不大,但刀具所承受的冲击力却是普通切削的3倍以上[3],单位切削力高达5000MPa。

  4 .机夹PCBN可转位刀片面铣刀端铣加工Cr12MoV钢模具

  Cr12MoV钢模具经淬火回火后硬度为60~62HRC,机夹PCBN可转位刀片端面铣刀切削参数为:主轴转速110m/min,进给量0.40mm/r,铣深0.2~0.3mm,铣削表面粗糙度Ra0.4~0.8μm,实现了以铣代磨,工效提高5倍以上。

  展望

  CBN是继人工合成金刚石之后出现的利用超高压高温技术获得的第二种无机超硬刀具材料。在数控技术和刀具技术的共同推动下,切削加工技术已进入了高速切削的阶段,近20年切削速度提高了5~10倍。现在CBN等超硬刀具已开始用于汽车、航空、航天和模具等行业各种材料的高速切削加工,效果卓着。

  在现代加工中刀具费用占制造成本的3%~4%,但它对总制造成本的影响却要大得多。加工效率提高20%,加工成本可降低15%,而刀具价格下降20%,加工成本只能降低0.6%,刀具寿命延长1倍加工成本也只能降低1.5%。不少企业化巨额引进高效率的机床,却使用低性能的焊接刀具,好马未有配好鞍,难以发挥引进设备的作用反而造成更大的浪费。加大数控刀具投入应着眼于高速切削,只有切削速度加快了,才是提高效率和降低成本的有效途径。这是近年来切削理论的一大进步,切削加工也因此进了高速切削的时代。

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