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PCBN刀具材料的发展及其在铣削加工中的应用 |
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1 引言切削刀具材料的不断进步在制造技术的发展中具有非常重要的作用。新材料带来刀具性能的提高和刀具寿命的增加，使得按照严格的尺寸精度和表面粗糙度要求确保大批量生产零件的互换性成为可能。 PCBN(聚晶立方氮化硼)是自然界中硬度仅次于金刚石的矿物质(显微硬度达HV8000～9000)。对加工黑色金属而言，PCBN材料制造的刀片是硬度最高的。PCBN系列刀片良好的热硬性(耐热性达1400～1500℃)、抗氧化性(在1200～1300℃也不与铁系材料发生化学反应)和抗断裂韧性使其在切削加工中表现出极其优秀的特性，目前已广泛地应用于超硬材料(HRC > 45)的加工中。此外，PCBN在许多需要提高加工效率的应用中也很受欢迎。 随着现代制造业尤其是汽车制造业的快速发展，对高速切削、硬态加工、高稳定性加工及干式切削等先进切削加工理念研究的不断深入，推动了CNC 加工技术的迅猛发展和数控机床的普遍使用，可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的超硬刀具的生产及应用也日渐普及。汽车行业大量柔性生产线(FMS)为PCBN刀具新牌号材料的应用提供了很好的契机。据统计，约60%的PCBN刀具用于汽车制造业，20%的PCBN刀具用于重型设备(轧辊等)的加工。 2 SECOMAX系列PCBN刀片的发展SECOMAX系列PCBN刀片的各项技术性能见表1。
表1 SECOMAX系列PCBN刀片的技术性能刀片种类CBN含量
(%)晶粒尺寸
(µm)粘结剂结构型式CBN10502TiC硬质合金基体CBN20806Ti&Al硬质合金基体CBN30908Al整体CBN100502TiC整体CBN150450.5TiN硬质合金基体CBN3009022Al整体从表1可见SECO公司PCBN刀片从钎焊式刀片(仅一个刃口)到整体式刀片(多至8个刃口)的发展过程：CBN100 刀片是CBN10 的改进，它是细颗粒的整体PCBN刀片，PCBN含量较低(50%)，其具有的低热传导特性可使切削热集中在切削区域，大大改善淬硬钢的精加工效果。CBN150 中的PCBN含量也较低(40%)，由于其结构是将PCBN材料焊接在硬质合金基体上，因此具有非常出色的抗冲击韧性，可用于切削状况比较恶劣甚至断续切削时对较高硬度工件的加工。CBN300 是一种纯CBN 烧结体，PCBN含量较高(达90%)，是在CBN30 基础上采用粗颗粒(22µm)粉末和特殊的烧结工艺得到的抗冲击牌号，具有很好的耐磨性、导热性和抗冲击韧性，可用于断续切削。与已有的PCBN产品相比，CBN300 是一种新的更成熟的PCBN产品。CBN300刀片可用于珠光体灰口铸铁的粗精加工、淬硬钢粗加工、冷硬铸铁的加工、锰钢的加工甚至硬质合金等材料的加工。由于其良好的抗冲击性，CBN300 不仅可用于车削加工，同时在铣削工件时也表现卓越，解决了超硬材料不能用于铣削加工的难题，实现了PCBN刀片从车削应用到铣削应用的飞跃。CBN300在铣削加工灰铸铁时的刀具寿命可达到普通PCBN刀片的4 倍；与陶瓷刀片比较，采用CBN300 刀片可以提高刀具寿命50 倍，切削速度可达2000m/min。
图1 端铣时的切削关系示意图 [1] [2] [3] [4] [5] 下一页 |
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