机械加工中使用的超硬材料刀具介绍

2013-05-24

超硬材料刀具目前主要有单晶金刚石刀具,聚晶金刚石(PCD)刀具,化学气相沉积(CVD)的金刚石刀具,聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具等.

超硬材料刀具目前主要有单晶金刚石刀具，聚晶金刚石(PCD)刀具，化学气相沉积(CVD)的金刚石刀具，聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具等。它不仅是加工高硬度材料的理想刀具，而且用超硬材料刀具替换普通刀具进行切削，可以实现铸、锻毛坯件的高速、高效加工和/或一次性完成粗、精加工。超硬材料刀具是完全合用于高速、精密和自动化加工的。尤其是在以车代磨、以铣代磨方面，它合用于成形、仿形及定尺寸的精密磨削，并使磨削质量显着进步、磨削效率得到数倍乃至数十倍的进步。它不但能防止工件表面烧伤、微裂纹、缺口、变质层过深等缺陷，而且能进步工效、降低消耗和磨削本钱。它具有高效、低耗、适应性强、制造周期短等长处。目前已在汽车、摩托车、航空、矿山、电子、玻璃等行业机械加工中得到广泛应用。

1、在机械加工中的的应用

1.1 在车削加工中的的应用

1.1.1 车削钢件

加工淬硬钢时，超硬材料刀具能以车代磨。因为切削的深度比磨削高十几倍，可进步效率4倍以上，加工本钱下降到原来的1/5。

用 PCBN刀具精车硬度高于45HRC的淬硬钢效果最好，切削速度一般为80～120M/MIN。高硬度工件切削速度宜取低值，如硬度为70HRC的工件，切削速度宜选60～80M/MIN。精车的切削深度在0.1～0.3MM，进给量在0.05～0.025MM/R，加工表面粗拙度为 RA0.3～0.6μM，尺寸精度可达0.013MM。若采用刚性好的尺度数控车床，且PCBN刀具的刚性好、刃口锋利，则精车表面粗拙度可达 RA0.3μM，尺寸精度0.01MM，可达到数控磨床加工的水平。

某厂原采用磨削工艺加工小齿轮，一班仅能加工100个;现采用PCBN刀具车削，切削参数采用：V=60～120MM/MIN，F≤0.12MM/R，AP≤0.1MM，一班能加工400个小齿轮。此外，分摊到每个齿轮的加工本钱也有所下降。

如用PCBN刀具加工渗碳淬火的20CRMNTI汽车变速箱同步器套拨叉(HRC58～62)，切削速度V=150MM/MIN，进给量?=0.1MM/R，AP=0.2～0.3MM，刀具切削行程达到9.58KM。以车代磨后，效率进步4倍以上，加工本钱降低为原来磨削工艺的 1/3～1/2。

荷兰HEMBRUG公司在MIKROTURNCNC系列超精车床上采用PCBN刀具精车淬硬EN21轴承钢(HRC62)、美国国家尺度工艺研究院Y。KEVINCHOU和CHRISJ。EVANS采用SUMITOMOBN系列PCBN刀具加工AISIM50 钢(HRC62～64)、英国DEBEERS产业金刚石公司M。A。FLEMING在DELTATURN40车床上采用AMBORITEDBN45刀具车削EN31轴承钢等，都实现了纳米切削。

超硬材料刀具加工钢件的例子还有使用长城机床厂的CK7820数控车床加工重型汽车变速器中的二轴的20CRMNTIHA3多档花键沉割槽(HRC58～63)、使用1A616机床加工矿山机械的45号钢Φ48H6传动轴(HRC42～45)、在可无级变速的CA6140车床上使用PCBN刀具精密车削GCR15淬硬轴承钢工件(分别为30HRC、40HRC、 50HRC、60HRC和64HRC)等。

将经由特殊磨削的PCBN刀具用于超精密车床上，在切削深度为15～20?M、进给量为0.608?M/R转的前提下，切削加工表面光洁度可达RMAX=0.0254?M。在一般精密数控车床上切削不锈钢，可获得RMAX=0.2?M以内的表面粗拙度。

1.1.2 车削铸铁件

加工硬铸铁时，只要硬度达到中等硬度水平(HRC45)，采用超硬材料刀具刀具就会取得良好的加工效果，非常适合于大批量出产线上高速加工，在汽车行业得到广泛应用。

发念头缸盖上的排气阀座，采用铜、钼高铬合金铸铁(HRC44)材料，其加工方法一般有铣、车两种工艺，大多在自动线上，与拉铰导管孔一道加工，V=71.6M/MIN，?=26.5MM/MIN，AP=1.0MM，采用PCBN整体刀片加工，均匀耐费用为1，200个阀座，加工表面粗拙度 RA0.4μM，锥面摆差≤0.05MM，刀具寿命高，质量不乱。

在汽车发念头出产线上，灰铸铁缸体的缸孔精加工要求缸孔加工尺寸精度高、表面粗拙度小、不乱性好;因为出产线加工节拍快，要求切削速度高(通常V≥500M/MIN)，刀具寿命长(加工孔数 ≥1000)，且倒角、止口、粗精镗等多个工位的刀片寿命均应知足耐费用要求。采用PCBN刀具即可实现发念头缸孔的高速切削及高不乱性加工;其典型切削参数为：V=500M/MIN，F=0.2～0.4MM/R，AP=0.2～0.7MM;加工表面粗拙度RA≤1.6μM，刀具寿命》1，000件。

采用PCBN刀具加工含硼铸铁缸套，切削参数：V=200M/MIN，F=0.1MM/R，AP=0.2～1MM，加工表面粗拙度RA≤1.6μM，精度 IT6，两次刃磨之间，刀具寿命》100件，可实现“以车代磨”。因为采用干式切削，避免了切削液及砂轮灰尘对环境的污染，切屑也可回收再利用，符合清洁化出产要求。

用PCBN刀具车削灰铸铁刹车盘，切削速度一般700～2，000M/MIN，如上海通用汽车公司采用SECO刀具公司PCBN300型刀片，切削速度可以达到2，000M/MIN。

1.1.3 车削合金工件

采用PCD刀具车削铝合金轮毂，切削速度可为V=500～1000M/MIN，?推荐0.05～0.5MM/R，AP一般为0.5MM～3MM。

PCBN刀具车削高钴铬钼耐蚀耐热合金，切削速度达160M/MIN