PCBN刀具及其在切削加工中的應(yīng)用

《PCBN刀具及其在切削加工中的應(yīng)用》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、鄭州華菱超硬材料有限公司2014.10PCBN刀具及其在切削加工中的應(yīng)用1．引言PCBN（聚晶立方氮化硼）刀具具有硬度高、韌性好、熱穩(wěn)定性好和化學(xué)惰性大等特點(diǎn)，并可用金剛石砂輪開刃修磨，在切削加工的各個(gè)方面都表現(xiàn)出了優(yōu)異的切削性能，特別適合加工各種淬硬鋼、冷硬鑄鐵等難加工材料。2．PCBN刀具材料的性能2.1PCBN的組成成分對(duì)刀具性能的影響（1）結(jié)合劑對(duì)PCBN刀具性能的影響PCBN是CBN（立方氮化硼）的燒結(jié)體，通常是不加粘結(jié)劑燒結(jié)直接由CBN原子間的結(jié)合而成的，也有加入不同的粘結(jié)劑，由粘結(jié)劑結(jié)合燒結(jié)而成的

2、。前者因CBN含量高，所以硬度高，但較脆；后者除所加粘結(jié)劑比例不同外，其種類還有金屬粘結(jié)劑和陶瓷粘結(jié)劑之分。常用的金屬粘結(jié)劑有Co、Ni、Ti、Ni-Al等金屬；陶瓷粘結(jié)劑有TiN、TiN-AlN、Al2O3等，也有同時(shí)加入金屬和陶瓷粘結(jié)劑的。一般加陶瓷粘結(jié)劑的PCBN刀具具有較高的耐高溫磨損能力和較強(qiáng)的抗粘結(jié)能力。（2）CBN含量對(duì)PCBN刀具性能的影響目前，CBN是人工合成的，硬度僅次于金剛石，其晶粒硬度可達(dá)8000～9000HV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于陶瓷和硬質(zhì)合金。PCBN復(fù)合片的硬度（通常為3000～5000HV）

3、主要取決于CBN的含量，一般CBN含量在40%～95%之間，隨著CBN含量的增高，PCBN的硬度增加；而耐磨性與CBN含量之間不是簡(jiǎn)單的關(guān)系，不同加工條件下有不同最佳值。加工模具鋼時(shí)，CBN含量為55%左右時(shí)，刀具最耐磨；加工Cr06合金工具鋼時(shí)，CBN含量越高越耐磨。（3）CBN晶粒尺寸對(duì)PCBN刀具性能的影響CBN晶粒的大小影響刀具的強(qiáng)度，細(xì)晶粒可使晶粒的晶界面積增加，提高燒結(jié)強(qiáng)度及抗裂紋擴(kuò)展能力，從而使PCBN刀具耐磨性增加，當(dāng)粒徑增加1倍時(shí)，刀具壽命要降低30%～50%。2.2PCBN復(fù)合片PCBN刀具

4、的制造分為PCBN復(fù)合片（PCBN/硬質(zhì)合金）制造（高溫高壓燒結(jié)體）和將復(fù)合片進(jìn)行切割、焊接、刃磨制成各種刀具。PCBN刀具由于能耐1200～1300℃的高溫，而且在1200℃以上也不與鐵系金屬產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，因此，目前華菱超硬知名于高硬度材料切削領(lǐng)域，致力于高硬度切削和高速切削領(lǐng)域完整的刀具產(chǎn)品及方案設(shè)計(jì)鄭州華菱超硬材料有限公司2014.10PCBN刀具多用于淬硬鋼、冷硬鑄鐵及表面熱噴涂材料的切削加工，而加工中等硬度的材料往往體現(xiàn)不出較好的切削性能，如加工中、低硬度的工件時(shí)，PCBN刀具壽命還沒有硬質(zhì)合金刀具壽

5、命高，只有在加工硬度為50HRC以上的工件時(shí)，刀具才發(fā)揮出其超硬性能，如加工硬度為60HRC左右的工件，其壽命要高出硬質(zhì)合金刀具10倍以上。因此，PCBN刀具用于加工高硬度材料才能發(fā)揮出其優(yōu)越的性能。2.3PCBN刀具的結(jié)構(gòu)常見PCBN刀具切削部分的結(jié)構(gòu)有以下4個(gè)種類。（1）將大顆粒PCBN燒結(jié)塊固定于刀頭之上，然后將此刀頭再通過機(jī)夾方式夾于刀桿之上。這種結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)的問題是當(dāng)切削時(shí)間較長(zhǎng)或選擇的切削用量較大時(shí)，切削溫度升高，刀頭材料軟化，并在切削力作用下容易將PCBN燒結(jié)塊頂入刀頭之中，造成打刀或脫落。另一個(gè)

6、問題是燒結(jié)塊大小有限，因此重磨次數(shù)少，且重磨時(shí)需磨3個(gè)刀面。（2）機(jī)夾可重磨式復(fù)合片刀頭，這種結(jié)構(gòu)具有一般機(jī)夾刀具的優(yōu)點(diǎn)，即刀頭部分可重磨，增加了刀具的使用壽命，刀桿又可重復(fù)使用不造成浪費(fèi)。但就刀具整體而言，刀頭部分占整個(gè)刀具成本的90%左右，刀桿成本占相當(dāng)小的比例。而這種結(jié)構(gòu)帶來一個(gè)缺點(diǎn)，即增加了一個(gè)連接部分，刀頭夾固不好時(shí)，產(chǎn)生微小竄動(dòng)也會(huì)造成打刀，刀具的可靠性有所降低。另一個(gè)弱點(diǎn)是刀尖部分PCBN復(fù)合片面積小，重磨次數(shù)非常有限，同時(shí)PCBN復(fù)合片與刀頭焊接面積小，當(dāng)切削溫度一高，焊接部分軟化，強(qiáng)度下降，整

7、個(gè)PCBN復(fù)合片脫落造成打刀。（3）在可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片一個(gè)角（也有兩個(gè)角或整個(gè)面都是PCBN復(fù)合片的）上焊有PCBN復(fù)合片。這種結(jié)構(gòu)同標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金刀片一樣可直接用于可轉(zhuǎn)位刀桿之上。這種結(jié)構(gòu)除了同上述（1）的結(jié)構(gòu)具有同樣缺點(diǎn)外，還不能重磨，因此刀具成本較高。這種結(jié)構(gòu)刀具目前主要用于自動(dòng)化程度較高的加工中心及數(shù)控機(jī)床上。（4）焊接式PCBN刀具結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是重磨次數(shù)多，且PCBN復(fù)合片與刀具連接可靠。但這種刀具要求PCBN復(fù)合片質(zhì)量要高，不然如產(chǎn)生大面積崩刀，則整個(gè)刀具報(bào)廢。3．PCBN刀具的應(yīng)用PCBN刀具經(jīng)過

8、20年的發(fā)展及推廣應(yīng)用，獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。華菱超硬知名于高硬度材料切削領(lǐng)域，致力于高硬度切削和高速切削領(lǐng)域完整的刀具產(chǎn)品及方案設(shè)計(jì)鄭州華菱超硬材料有限公司2014.10下面以精車淬硬鋼等舉例說明PCBN刀具在生產(chǎn)中的應(yīng)用特點(diǎn)。3.1用PCBN刀具精車淬硬鋼淬硬鋼工件常規(guī)的加工工藝是粗磨、精磨，現(xiàn)代切削加工與刀具材料技術(shù)的發(fā)展，可采用高精度的車削工藝代替磨削加工，為淬硬工件