設(shè)計(jì)和使用PCBN（聚晶立方氮化硼）和PCD（聚晶金剛石）切削刀具的最近進(jìn)展提供給不同的行業(yè)制造商強(qiáng)有力的提高生產(chǎn)率的新動(dòng)力。如汽車(chē)工業(yè)運(yùn)用新的大顆粒整體PCBN刀片使得高效切削難加工合金鑄鐵成為可能，原先它們只能由磨削完成。

        “在最新的整體PCBN材質(zhì)等級(jí)增加顆粒度已經(jīng)顯著改善性能搪柑，”底特律山高Carboloy先進(jìn)材料產(chǎn)品經(jīng)理David Huddle說(shuō)，“較大的PCBN顆粒大小改進(jìn)耐磨性和抗沖擊性索烹，這對(duì)于大量加工象鐵素體含量低于10%的鑄鐵材料很關(guān)鍵工碾。”Huddle解釋道百姓，粗加工這些零件時(shí)良好的抗沖擊韌性對(duì)承受裂紋渊额、砂眼和其它鑄造過(guò)程留下的缺陷來(lái)說(shuō)很重要。精加工時(shí)需要非常好的耐磨性垒拢，因?yàn)榱慵t量達(dá)28~30%而且硬度在洛氏68~72之間驶滚。

        最新的PCBN刀片還具有更好的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。刀片厚度從傳統(tǒng)的3.18毫米加厚到4.76毫米北拔，能安全地安裝在有刀墊座的標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金刀片刀桿上换秧。另外，整體式PCBN結(jié)構(gòu)在雙面提供多個(gè)切削刃以搏，從而降低分?jǐn)偟缴a(chǎn)每個(gè)零件的刀片成本辫航。

        除了這種新型的整體式厚刀片，如今的PCBN刀片還有“表面燒結(jié)”型和“鑲齒”型钉拯。表面燒結(jié)型是在硬質(zhì)合金基體上燒結(jié)一個(gè)完整的PCBN表面漓惕。目前使用最多的PCBN刀片是價(jià)格比較低廉的鑲齒型。這種型式的刀片是在硬質(zhì)合金刀片的一角鑲焊一小片PCBN屋包，一般提供一至兩個(gè)切削刃官孝。表面燒結(jié)型和鑲齒型都符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格努禽。和最新的整體式刀片一樣厌圈，它們可以安裝在標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金刀桿和銑刀盤(pán)的刀座上。

        切削條件和參數(shù)

        根據(jù)Carboloy的Huddle丸匀，用PCBN切削硬零件最適于合洛氏硬度值45以上的零件摩疑。“那是業(yè)內(nèi)大多數(shù)人認(rèn)可的實(shí)際操作中的下限畏铆，”他說(shuō)雷袋。“我們不去說(shuō)你不能用PCBN加工較低硬度的零件辞居，但在那些應(yīng)用里前刀面月牙洼磨損是個(gè)問(wèn)題楷怒。”

        PCBN粗加工時(shí)瓦灶，使用刀片的最大切深范圍是：白口鑄鐵和其它硬的高鉻鑄鐵約4.76毫米鸠删，不含鉻的“清潔”鑄鐵最多為6.35毫米抱完。精加工的線速度范圍從加工高鉻鑄鐵的每分鐘105~120米高到加工灰鑄鐵的每分鐘2100米。Huddle強(qiáng)調(diào)刃泡，對(duì)于所有的PCBN加工一定要有堅(jiān)固的配置巧娱。“通常包括刀具本身烘贴、工夾具禁添、機(jī)床主軸和機(jī)床本身∮狗”

        Huddle說(shuō)与笛，合適的PCBN精加工速度會(huì)依工件材料、材料硬度和零件尺寸形狀不同而有戲劇性地變化完簿∩陈荩“加工洛氏硬度范圍60~62的淬硬鋼時(shí)，在切深為0.5毫米條件下線速度可達(dá)每分鐘180米”他建議聚灸。在進(jìn)給量從每轉(zhuǎn)0.05到0.1毫米范圍時(shí)娇皇，通常能得到小于的0.3微米的很好的光潔度。在加工稍硬的材料時(shí)朱鹤，可以切得更快些呛仁，但即使那樣，上限大約是線速度每分鐘200米,高于這個(gè)速度磨損會(huì)加劇延杯。顯然捅没，加工普通鑄鐵時(shí)的切削速度能快很多。

        選用正確的刀片類(lèi)型

        Huddle說(shuō)玫斋，PCBN加工的另外一個(gè)重要事項(xiàng)是關(guān)于整體式舀黄、表面燒結(jié)式、鑲齒式刀片的正確選擇蚯涮≈巫ǎ“PCBN鑲齒刀片在很寬范圍的粗精加工應(yīng)用中既經(jīng)濟(jì)又可靠，但有一些應(yīng)用領(lǐng)域肯定用整體式或表面燒結(jié)式更好遭顶≌欧澹”

        Huddle說(shuō)，粗鏜中間部位有鑄造飛邊的汽缸套就是一個(gè)例子棒旗〈“如果在這里使用鑲齒刀片，即使切削深度完全正確铣揉，飛邊很可能不可避免偏離PCBN部分饶深。而采用更結(jié)實(shí)的整體式或表面燒結(jié)式PCBN刀片一般不會(huì)發(fā)生這樣的事。”整體式和表面燒結(jié)式刀片還有可重磨的好處敌厘，延續(xù)的使用能抵消最初投資的高成本凸主。

        Huddle強(qiáng)調(diào)，整體式或表面燒結(jié)PCBN刀片都能很好用于帶飛邊的汽缸套加工额湘，并增加防止誤解的說(shuō)明卿吐，“整體式刀片的初始成本較高。為了經(jīng)濟(jì)有效地使用忘哼，你要確保應(yīng)用場(chǎng)合允許你使用兩面切削刃疏悯。”

        目前PCBN刀片應(yīng)用增長(zhǎng)最大的是硬車(chē)削锨穷，尤其是諸如硬度在洛氏60~65之間的齒輪歉冷、軸、軸承等合金鋼材料的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)零件精車(chē)岗憨∪楹螅“這些零件傳統(tǒng)磨削加工到很高的尺寸精度和很高的光潔度，”Huddle注釋道〉鄄玻現(xiàn)在可以用CNC車(chē)床達(dá)到相同的效果确奄，而CNC車(chē)床的成本大概只有CNC磨床的一半，維護(hù)費(fèi)用也遠(yuǎn)低于CNC磨床僻跳。

        價(jià)格較低的PCBN鑲齒刀片能用于這些硬車(chē)削加工闪铸，因?yàn)榍邢魃疃容^淺，在0.3到0.38毫米之間茶月。Carboloy自己用鑲齒刀片試驗(yàn)時(shí)需五，洛氏硬度60~62之間的淬硬鋼零件加工出的表面光潔度一致保持在0.3微米或更低。

        優(yōu)化PCBN應(yīng)用

        通常講轧坎，PCBN加工應(yīng)該干切削宏邮。“PCBN材料硬到足夠抵抗加工產(chǎn)生熱量引起的變形缸血，但它也脆到冷卻液的熱沖擊就產(chǎn)生裂紋蜜氨，”Huddle說(shuō)∈舭伲“尤其是在斷續(xù)切削的場(chǎng)合记劝。有斷續(xù)切削的PCBN加工決不能使用冷卻液变姨∽迦牛”

        刀片刃口修磨是另一個(gè)強(qiáng)烈影響到PCBN加工成功與否的加工條件。Huddle解釋道：“記住PCBN刀片是一小片硬且很脆的將用于加工工件材料洛氏硬度可能達(dá)到62的切削材料定欧∮婧牵”

        為了達(dá)到理想的刀具壽命，PCBN刀片的切削刃必須通過(guò)正確的刃口修磨得到加強(qiáng)。對(duì)于精加工鑄鐵只需很小的珩磨扩氢，對(duì)于白口鑄鐵的重載粗加工要有15度角的寬3.8毫米的負(fù)倒棱耕驰。也可能會(huì)用到負(fù)倒棱和珩磨的組合∽翟＃“通過(guò)刀片上增加負(fù)倒棱言丧，切削刃得到增加和強(qiáng)化，”Huddle解釋道皿进≡拢“譬如，刀尖角的起始值90度加上20度的負(fù)倒棱臊瞬，現(xiàn)在刀尖角變?yōu)?10度误扯。刀尖角越大，切削刃將越強(qiáng)银景『撸”

        合理修磨PCBN刀片的一般原則是保持負(fù)倒棱的角度同工件材料的硬度成比例，因?yàn)榍邢魅械募訌?qiáng)會(huì)使切削力改變方向诽粪。因此庶咨，在加工鑄鐵時(shí)輕微的珩磨對(duì)精加工是合適的，20度角寬0.02毫米的負(fù)倒棱對(duì)粗加工是恰當(dāng)?shù)木?duì)加工硬度高到洛氏65度的鋼件民轴，合理的負(fù)倒棱范圍是0.01~0.02毫米寬X20度。

        用PCD粗精加工鋁

        同PCBN的情況一樣球订，PCD（聚晶金剛石）刀片的應(yīng)用也在增長(zhǎng)--雖然不是因?yàn)榍邢鞑牧媳旧淼陌l(fā)展后裸。“人們已經(jīng)超越了5到10年前粘屑的困擾冒滩，”Huddle說(shuō)微驶。“今天开睡，他們期望PCD刀片和硬質(zhì)合金相比在經(jīng)濟(jì)性方面勝出因苹，因?yàn)樗麄冎肋@些刀片在大多數(shù)有色金屬應(yīng)用場(chǎng)合戲劇性地超過(guò)硬質(zhì)合金的表現(xiàn)∑悖”

        今天使用的大部分PCD刀片是“鑲齒”型的扶檐，它的意思指它們包含一小塊焊接在硬質(zhì)合金刀片一角的聚晶金剛石。鑲齒刀片符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格胁艰，所以它們可以安裝在標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金刀桿和銑刀盤(pán)的刀座上款筑。但是不象硬質(zhì)合金刀片，鑲齒PCD刀片是不可轉(zhuǎn)位的腾么。它們只提供一個(gè)切削刃浩出。

        PCD刀片也有標(biāo)準(zhǔn)化的“表面燒結(jié)”型，它是將一個(gè)整面的聚晶金剛石燒結(jié)到硬質(zhì)合金基體上。表面燒結(jié)型的初期成本更高扶蜻，但單面上可轉(zhuǎn)位巷同，提供多個(gè)切削刃。通常買(mǎi)到的這種刀片是圓形的以求得最多的有效切削刃搔绿，并且主要用于特殊場(chǎng)合豁箱。

        Huddle說(shuō)，使用PCD刀片的一個(gè)重要進(jìn)展是更安全的刀片保持性--尤其對(duì)回轉(zhuǎn)刀具法顺。今天陷克，你有提高刀片保持性的楔塊和螺釘?shù)慕M合--即使是錐度的刀片和楔塊。你也可得到傳統(tǒng)螺釘或夾緊設(shè)計(jì)瓤鬓，或者PCD小片直接焊接在卡座體上的直接安裝卡座式刀盤(pán)版幕。剛性更好的工夾具配備給用戶(hù)使用PCD更可靠的結(jié)果，也幫助他們充分利用PCD帶來(lái)的生產(chǎn)率潛力四乱。

        Huddle說(shuō)衔甲，更安全的零件夾持和更好的機(jī)床及主軸剛性有相近的作用，注意到如今的CNC車(chē)床和加工中心能提供成功應(yīng)用PCD或PCBN切削刀具所有的剛性需求宣吱。他進(jìn)一步指出窃这，隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，新機(jī)床的數(shù)量增長(zhǎng)迅速征候，為使用高性能的PCD和PCBN切削刀具提供更友好的環(huán)境杭攻。

        當(dāng)今PCD應(yīng)用中的一個(gè)有趣的例子是精銑鋁合金汽車(chē)進(jìn)氣管。據(jù)Huddle講疤坝，在這些應(yīng)用里刀盤(pán)通常組合PCD鑲齒刀片和普通硬質(zhì)合金刀片來(lái)抵抗在刀片吃刀線上碰到鑄造飛邊兆解。飛邊有把PCD刀頭和硬質(zhì)合金載體相交處分離的趨勢(shì)，形成最終造成PCD刀頭的移位的風(fēng)險(xiǎn)跑揉。

        “PCD鑲齒刀片設(shè)計(jì)用于銑削的最大切深大約是PCD刀頭長(zhǎng)度的60%锅睛，”Huddle解釋道±“你也許加工的切深達(dá)到PCD刀頭的全長(zhǎng)或稍少一些现拒，但在有飛邊的場(chǎng)合你仍舊有PCD刀頭從刀片上移位的風(fēng)險(xiǎn)⊥蓿”Huddle說(shuō)印蔬，補(bǔ)救辦法是調(diào)節(jié)銑刀盤(pán)把某些普通硬質(zhì)合金刀片在軸向和徑向輕微地上下偏移。硬質(zhì)合金刀片將在緊接著的精加工PCD鑲齒刀片之前切掉飛邊猛疗。

        另外一個(gè)主要使用PCD鑲齒刀片的場(chǎng)合是工藝叫做“制燎χ荩”的汽車(chē)零件粗加工∶け罚“為了節(jié)約運(yùn)輸成本和回收鋁合金切屑旱已，這一點(diǎn)提供象鋁合金汽缸蓋的鑄造廠做得很好，”Huddle說(shuō)螺矮〉钇幔“在機(jī)加工現(xiàn)場(chǎng)，用PCD對(duì)鑄造零件以很高的金屬切除率進(jìn)行頂面畅型、底面肾蕉、側(cè)面的半精加工。所有這一切做得非吵顺海快笤敞。然后，切屑回收到鑄造廠--加工零件是矩形的使得它們易于處理和包裝尝鬓。零件也很小瞻绝，所以它們占較少的空間并能以較低的成本運(yùn)輸〗斩铮”

        “事實(shí)上PCD鑲齒刀片越來(lái)越多用于加工很多種高硅鋁合金零件檀咙，”Huddle說(shuō)。在汽車(chē)工業(yè)里璃诀，它們包括汽缸蓋弧可、汽缸體、進(jìn)氣管劣欢、傳動(dòng)箱和大量的各種型式的鋁輪棕诵。應(yīng)用還擴(kuò)展到其它行業(yè)，如家用設(shè)施凿将、醫(yī)療設(shè)備和航空等校套。Huddle解釋道，零件覆蓋的范圍是日常生活熟悉的從洗衣機(jī)零件到用于家庭園藝工業(yè)的“割草機(jī)”機(jī)身都有牧抵。

        Huddle說(shuō)搔确，為了在這些應(yīng)用里用PCD替代硬質(zhì)合金，制造商在尋找更高的生產(chǎn)率灭忠，還有能消除經(jīng)常換刀所需的更長(zhǎng)的刀具壽命和保證零件光潔度要求膳算。他指出，要取得這些好處攘体，良好的排屑是一個(gè)關(guān)鍵條件好浆。

        “用PCD后切屑生成很快以致于你不得不需要一個(gè)有效的方法來(lái)使它們連續(xù)地排出工作區(qū)，”Huddle說(shuō)办轮∨ㄅ螅“你能使用冷卻液、空氣枫欢、油霧磨搭、冷卻空氣或任何一種組合裤能。在采用任何一種辦法之前，你需要確保良好的零件質(zhì)量和刀片的壽命前提下排屑缭亦∥鹁粒”

        Huddle說(shuō)，有了有效的排屑和剛性好的夾具和機(jī)床培穆，用PCD的切削速度高達(dá)每分鐘3000米场比。“今天的CNC加工中心和車(chē)削中心很容易產(chǎn)生必要的主軸轉(zhuǎn)速糙笛∧Ｂ”為了清晰明了，Huddle引用汽車(chē)廠生產(chǎn)線上整個(gè)都是由CNC機(jī)床構(gòu)成油宜〉嗉睿“終有一天他們將用PCBN和硬質(zhì)合金刀具加工鑄鐵汽缸體，并且用另一套裝備PCD和硬質(zhì)合金的刀具加工鋁合金汽缸體慎冤《ニ保”

        尋找在同一臺(tái)機(jī)床使用不同的刀具技術(shù)是不簡(jiǎn)單的。這些天粪薛，越來(lái)越多的制造商正同時(shí)使用傳統(tǒng)和先進(jìn)切削材料悴了，以使得在應(yīng)用的每個(gè)對(duì)象上他們做得最好最經(jīng)濟(jì)。

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