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立方氮化硼刀片,CBN刀片,陶瓷刀片
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高铬铸铁加工用刀具
发布单位:郑州华菱超硬材料有限公司. 所属类别: 应用案例 . 发布时间:2017/7/15. 点击查阅: 5848 次.

1 概述

高铬铸铁,耐磨合金铸铁,冷硬铸铁等难加工材料在电力、冶金、煤炭、建榜等行业,已被广泛应用。高铬白口铸铁就是经常被采用的材料,该材料属高合金铸铁类,铸件耐磨性好,硬度高;然而在刀具高速切削高铬白口铸铁时,要求有很高的切削率,相应切削温度也高,再加上刀具的塑性变形,很容易导致刀具断裂。

在以上行业的金属切削中,长期以来面临着以下问题:硬质合金刀片只能承受较低的切削速度,无法加工58HRC以上的铸件;陶瓷刀片在粗车中能承受10m/min左右的切削速度,但遇到夹渣、沙眼或在渣浆泵叶轮这样的断续车削的加工中,常出现刀片碎裂现象,刀片的磨损、破损、崩刃十分严重,切削效率极低。人们一直在寻找更适合的刀具,而新型整体聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具的开发和应用,很好地解决这些瓶颈问题。

随着立方氮化硼(CBN)纳米技术的开发和合成技术的创新,利用PCBN刀具加工高铬铸铁,白口铸铁已成为现实。与陶瓷刀具相比,PCBN刀具具有更高的硬度、耐磨性、冲击强度和抗破碎能力。PCBN刀片材料的主要合成类型包括聚晶片(由CBN与结合剂合成的刀片)和复合片(以硬质合金为基体的复合型CBN刀片)。大量事实表明:以聚晶立方氮化硼为材料制造的PCBN刀具,是实现铸铁和硬钢件(45HRC以上)高效率、高质量加工的首选刀具

高铬铸铁加工用刀具


2 整体PCBN刀具与陶瓷刀具切削性能比较

2.1 刀具结构及切削参数的选择

分别用整体PCBN刀具和氮化硅陶瓷刀具干式车削渣浆泵护套,所用刀杆的尺寸:150mm×30mm×35mm。刀片结构及切削参数见表2。

2.2 切削现象

PCBN刀具车削Cr26时,刚开始切屑呈崩碎屑,10~15min之后,刀刃有微量磨损,开始出现切屑拉长现象,同时,切屑的颜色由金黄色变成浅蓝色或深蓝色,刀片加工工件的过程由纯粹的切削转化为切削与挤削共存,这与陶瓷刀具的纯挤削现象不同。PCBN刀具加工时,声音清脆,没有陶瓷刀具加工时的刺耳噪声。PCBN刀具的后刀面没有出现明显的豁口,而陶瓷刀具后刀面出现豁口,而且很快扩大。PCBN刀具加工的表面粗糙度值前后一致,而陶瓷刀具加工的表面粗糙度值则随加工时间的增加而增加。图1是PCBN刀具和氮化硅陶瓷刀具切削Cr26时后刀面磨损(VB)情况,由图可知,PCBN刀具切削性能优于Si3N4陶瓷刀具。高速切削Cr26时,PCBN刀具的耐磨性是氮化硅陶瓷的25倍,抗冲击能力是氮化硅陶瓷的2000多倍,刀具寿命可以达到氮化硅陶瓷的22~30倍。高铬铸铁加工用刀具

2.3 刀片性能对比分析

与陶瓷刀片相比,整体PCBN刀片有许多优越性。首先,它的硬度高,一般在3500HV左右,是陶瓷刀片的2倍,是合金刀片的4倍。CBN耐热性可达1400~l500℃,PCBN在1000℃时的硬度还要高于陶瓷和硬质合金的常温硬度,如图2所示。因此PCBN刀具可用比硬质合金刀具高3~5倍的速度切削高温合金和淬硬钢,这也为PCBN刀具的高速切削创造了条件。

其次,耐磨性好,立方氮化硼为非金属硼化物,晶体结构属立方晶系,氮硼原子以共价键结合,彼此形成四配对的饱和结构,而且在超高压、高温下形成的PCBN烧结体含有氮化物、硼化物、氧化物,这些超硬混合物以强大的共价键结合,具有很低的标准自由能,构成十分稳定的体系,所以整体PCBN刀片在高温下硬度也不会降低。

另外,强度高,CBN的断裂韧性KIC值高于陶瓷,有些牌号的KIC甚至接近硬质合金。对于脆性刀具材料来说,其磨损机理属于脆性断裂,在磨损表面会产生晶界断裂,部分晶粒发生局部破碎,这时的抗磨损取决于材料的KIC值,KIC值越大越不易断裂。当粗车铸造零件时,由于切削量很大,要提高效率,必须增大切削深度。主切削力FZ=2000fap,若增大切削深度ap,势必会增大切削力FZ,这就要求刀具有更高强度;与陶瓷刀具相比,整体PCBN刀具更适合大切深的高速切削。

3 应用实例

3.1 整体PCBN刀具断续车削渣浆泵叶轮外圆

用整体PCBN刀具车削渣浆泵叶轮外圆,由于叶轮有5枚叶片,故为断续切削。HLCBN刀具切削参数为:vc=75m/min,ap=5mm,f=0.1mm/r。切削过程中,叶轮每转一周刀具要承受5次冲击,一次走刀一个刀刃要承受3000多次冲击。切削结果显示:HLCBN刀具切完一个工件后没有产生断裂破碎,一片刀片相当于25片陶瓷刀片,充分展现了其耐热抗冲击性能,不仅大大降低了刀具的使用成本,而且使生产效率提高了5倍。

3.2 整体PCBN刀具精车叶轮内孔

采用HLCBN圆形刀片精车内孔,孔深80mm,切削参数:vc=100m/min,ap=1mm,f=0.5mm/r。内孔一次精车完成,测得两端尺寸相同,无退刀现象。整体PCBN耐磨性好,加工零件尺寸的一致性得到保障;而陶瓷刀具精车需要3~4刀才能完成,并且切削时刀片刃部磨损较快,致使切削抗力增加,产生退刀现象,严重影响了加工表面的质量。高铬铸铁加工用刀具

4结束语

1)针对整体PCBN刀具高速切削渣浆泵过程中出现的问题,总结了一些切削参数和使用经验。实际中可选用的粗加工参数:vc=65~90m/min,ap=5~10mm,f=0.12~0.18mm/r;精加工参数:vc=80~120m/min,ap≤5mm,f=0.2~0.3mm/r。当被加工材料硬度高、机床刚性较差、断续切削较严重时,在以上的切削参数范围内,可选用较低的加工参数以延长刀具寿命。

2)整体PCBN刀具硬度高、耐磨性好、不易断裂,更适用于高硬度高耐磨材料的断续切削。

3)与陶瓷刀具相比,整体PCBN刀具可采取高切削速度,实现真正的高速切削。

4)整体PCBN刀具的应用不仅提高了产品的加工质量,而且大幅度提高生产效率,满足现代工业高质高效生产的需要,具有很好的推广价值。
    资料来源:华菱超硬
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