PCBN刀具材料应用知识 - 文章

PCBN刀具材料应用知识

作者：山高中文

制造商总是指望提升切削速度，但他们的工作通常因新材料的发展趋势而变得复杂起来。例如工厂刚对加工片状石墨铸铁感到满意的时候，工件材料就被换成高强度球墨铸铁。当这些韧性好的材料替换某种传统金属，通常工厂不得不采取折衷手段来维持软材料加工的速度--要么通过降低切削在何来使得刀具寿命最大化，要么通过降低刀具寿命来维持软材料的切削速度。

这种进退两难的窘境推动如立方氮化硼（PCBN）那样的先进切削刀具材料的持续发展。但是如果工厂要将使用这种不断发展的合成物效益最大化，懂得何时及如何使用PCBN是至关重要的。

用PCBN刀片车削代替是用陶瓷刀片然后磨削通常能节约机加工时间和资金

用PCBN铣削

因为PCBN在很高的温度下维持高硬度，在切削区产生的热量使得有效铣削硬且耐磨的工件材料成为可能。但是既然铣削是一种断续切削加工，必须遵循某种规则来保持热量集中在切削区。最明显的就是当用PCBN铣刀进行铣削时不应该加冷却液。更敏感的规则之一是同调节切削速度相关。

在铣削过程中，铣刀每转一圈其切削刃至少有50%的时间不切削。为了补偿PCBN的不切削时间，和连续切削的车削相比其速度应该增加50%。如果工厂按照连续车削推荐的较低的切削速度用PCBN进行铣削，热量将会从切削区消散并因此侵蚀PCBN的效益。

可是这个规则存在一个例外--它就是在铣削灰铸铁时。材料相对较软可是耐磨，而因此在切削区存在的热量就不太重要了。其结果时，铣削推荐的切削速度同连续车削的相似。

PCBN铣削切屑形成是当加工硬钢和硬铸铁时要考虑的另外一个重要因素。使用一种允许切削载荷缓慢上升的技术是重要的，而这种技术之一是逆铣或叫做向上铣削。其理由再一次赫在切削区生成的热量相关。

当刀片第一次开始切削时，它是冷的而且因此产生不充分的切削作用。随着刀片的进一步切入，热量产生并且切削作用变得更充分。当切削区还没有上升到一个充分的工作温度时逆铣技术可使得切削载荷小。一旦到了那个温度，切削载荷增加，而其结果是产生充分的切削作用，使刀具寿命最大化。

这和PCBN铣削使用顺铣或向下铣削完全相反，顺铣将降低刀具寿命。当切削区低于有效的工作温度时，顺铣在刚开始切入时产生最大的切削载荷。

另外一个关于PCBN的重要建议是使用经倒角和珩磨的刀片结合最强的几何形状（尽可能用圆刀片）以增加刀具寿命。如果加工特别困难，将铣刀偏置来减小刀片接触角到小于20°也是有好处的。

用PCBN车削

PCBN刀片通常在硬材料和软而耐磨材料的车削加工里替代磨削和陶瓷刀片。和磨削相比，现在的PCBN刀片费用更负担得起并且PCBN在工艺柔性更大、切出率更快、切屑控制更容易的前提下提供相等的精度。当用PCBN替代陶瓷时，用户还将注意到PCBN优异的刃口韧性、刀具寿命增加和其他优点。

现在涂层PCBN刀片在车削硬材料时表现出更大的进步。有关涂层PCBN刀片最初的研发工作是为了让其切削刃磨损容易分辨。本性上，PCBN在颜色上是暗灰色、黑色或棕色，这使得用肉眼难以分辨切削刃的磨损并增加用早已磨损得切削刃加工或在充分使用完之前丢弃刀片的可能性。

涂层PCBN刀片改变了颜色，通常是金黄色，这使得磨损得切削刃容易分辨。新工艺的研发让刀具制造商将耐用持久的涂层用于PCBN，它不仅显示磨损得切削刃而且还让一些车削应用提高刀具寿命。

这些新涂层被设计用于保证涂层和PCBN基体结合面之间极佳的黏着性能。山高已经为Secomax PCBN刀片眼发了一种像这样的PVD涂层。它由总厚度2到4µm的Ti(C,N)+(Ti,Al)N+TiN组成，适用于加工珠光体灰铸铁和硬钢、硬铸铁的粗精加工。在一次试验里，在硬车HRC62的轴承钢精加工里Secomax CBN100刀片对峙Secomax CBN100 PVD涂层刀片。在切削速度130m/min时刀具寿命从不涂层刀片的24min跳到涂层刀片的33min，在更高的速度下观察到相似的增加。

用PCBN精加工

添加断屑槽到整体PCBN刀片是切削刀具舞台上的新发展。这些有断屑槽的刀片增加了切削刃前角并改善切屑在刀片上的流出，降低切削力并因此减少传递能量的水平。其结果是温度水平和切削区的载荷更低、对切削刃的化学冲击减少，从而刀具寿命延长。较低的切削力还提高刀具的精度并且优化切屑的流出，使得表面粗糙度更好。

PCBN的断屑槽对精加工珠光体灰铸铁来说是一种理想的刀片，尤其是在镗孔加工时。珠光体灰铸铁相对较软；不管怎样，它也是耐磨的。这两种特性都作用于刀具材料的切削刃上，但是有断屑槽的PCBN刀片由于其极好的耐磨性和硬度故而能承受得起。

因为PCBN的制造方法，在合成材料时内置断屑槽既不实际也不经济。山高通过使用一种特殊研发的技术来给它的CBN300刀片制造出一个带断屑槽的切削刃，解决了这个问题。这种刀片的配置把经济性好的多切削刃整体PCBN刀片和切削刃剪切角增大的优点结合起来。用带断屑槽的Secomax CBN300刀片进行汽车发动机缸体镗孔加工的试验显示刀具寿命比同等的负前角刀片增加50%。 (end)

(投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (2004-12-1，阅读1627次)

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