CBN刀具是現代機械加工行業中的一種超硬刀具,在難加工材料領域有著廣泛的應用,針對灰鑄鐵、耐磨鑄鐵、淬火鋼、高錳鋼等材料的高速切削和精密加工,起著其他刀具所不能替代的作用。
從使用角度來判斷,優質的立方氮化硼(CBN)刀具有兩大特點:
(1)抗沖擊性能好,特別是粗加工領域,使用時不崩刃,不碎裂,這是立方氮化硼(CBN)刀具使用安全性的最基本保證。
(2)耐磨性能好,高效加工的同時,能夠低成本的代替硬質合金刀具和陶瓷刀片,這是立方氮化硼(CBN)刀具使用經濟型的保證。
從制造角度來講立方氮化硼(CBN)刀具的優劣:
(1)高純度、高凈化率的原材料,可靠規范的胚體合成工藝,這兩項直接決定立方氮化硼(CBN)刀具的性能。當然,這也是市場上立方氮化硼(CBN)刀具價格參差不齊的最大原因。
(2)磨加工,由于立方氮化硼(CBN)刀具不像硬質合金刀片具備復雜槽型和涂層,性能主要取決于刀具胚體性能,而磨加工的工藝和精度直接決定切削時的微觀性能。所以采用周邊磨床,刀具成本雖然提高不少,但是立方氮化硼(CBN)刀具的質量和耐用度都會上一個檔次。
(3)嚴格檢驗手段:除了尺寸精度和表面質量外,立方氮化硼(CBN)刀具生產過程中,最容易產生廢品的是電鏡檢測下的微觀缺陷。刃口處肉眼看不到的微觀缺陷是立方氮化硼(CBN)刀具使用過程中崩刃口的導火索,容易造成使用時出現刀具扎刀問題。
一、CBN刀具的性能優勢
(1)具有很高的硬度和耐磨性
CBN單晶的顯微硬度為HV8000~9000,是目前已知的第二高硬度的物質,CBN復合片的硬度一般為HV3000~5000。
(2)具有很高的熱穩定性和高溫硬度
CBN的耐熱性可達1400~1500℃,在800℃時的硬度為Al2O3/TiC陶瓷的常溫硬度。
(3)具有較高的化學穩定性
CBN具有很高的抗氧化能力,在1000℃時也不產生氧化現象,與鐵系材料在1200~1300℃時也不發生化學反應。
(4)具有良好的導熱性和較低的摩擦系數
二、CBN刀具的優勢應用材質
(1)高硬度鑄鐵(硬度HSD75以上):如高鉻鑄鐵、合金鑄鐵、鎳硬鑄鐵、白口鑄鐵均屬于高硬度鑄鐵,典型零部件有軋輥、工業泵等。針對高硬度鑄鐵的BN-K1和BN-K10材質,CBN刀具的優勢顯著。
(2)高硬度鋼件(硬度HRC45-68):如高錳鋼、高速鋼、淬火鋼等,典型零部件包括軋臼壁、高速鋼軋輥、淬硬齒輪/齒輪軸、軸承、滾珠絲杠、模具等。針對高硬度鋼件的BN-S10、BN-S20、BN-S200、BN-H10、BN-H21材質優勢明顯。
(3)普通灰鑄鐵(HT150/200/250/300):如發動機缸體/缸蓋、剎車盤、制動鼓、皮帶輪、離合器壓盤等均屬于灰鑄鐵件。BN-S300和BNK30牌號CBN刀具可實現高速加工。
(4)其他難加工材料:如粉末冶金、高溫合金材料,及鎳基、鐵基、鈷基等高硬度堆焊/噴焊/激光熔覆/熱噴涂材料工件。BN-S300、BN-S200、BDN80等材質加工應用優勢明顯。
三、CBN刀具的切削參數
粗加工時,應盡量保證較高的金屬切除率和必要的刀具耐用度,故一般優先選擇盡可能大的切削深度ap,其次選擇較大的進給量f,最后根據刀具耐用度要求,確定合適的切削速度。精加工時,首先應保證工件的加工精度 和表面質量要求,故一般選用較小的進給量f和切削深度ap,而盡可能選用較高的切削速度Vc。
四、車削加工的計算公式
切削速度:Vc=πdn/1000(m/min)
【π:3.14(圓周率);d:工件直徑;n:主軸轉速】
進給量: Fr=I/n(mm/r)
【 I:每分鐘切削長度;n:主軸轉速】
切削時間:Te=Im/I(min)
【Im:工件長度;I:每分鐘的切削長度】
理論表面粗粗糙度:h=f2/8Re*1000(μm)
【f:每轉進給量;Re:刀尖圓弧半徑】
五、銑削加工的計算公式
切削速度: Vc=πD1n/1000(m/min)
【π:3.14(圓周率);D1:銑刀直徑;n:主軸轉速】
進給量: Fz=vf/z*n
【vf:每分鐘工作臺進給速度;z:銑刀刃數;n:主軸轉速(每轉進給量fr=z*fz)】
工作臺進給速度:vf=fz*z*n(mm/min)
【fz:每刃進給量(mm/min);z:銑刀刃數;n:主軸轉速】
加工時間: Tc=L/vf(min)
【vf:每分鐘工作臺進給速度;L:工作臺總進給長度(工件長度l*銑刀直徑:D1)】