1 引言
PCBN是將精選的CBN晶體在高溫高壓下燒結(jié)而成的一種超硬材料乃倔。用PCBN材料制作的刀片具有極高的硬度以及良好的紅硬性(可耐受1400～1500℃的高溫)曹是、抗氧化性(在1200～ 1300℃高溫下不與鐵系金屬發(fā)生化學反應)和抗斷裂韌性，是切削加工黑色金屬材料的理想刀具蒿缎。目前PCBN刀具已在加工淬硬鋼铃踪、冷硬鑄鐵、熱噴涂材料哥笤、純鎳等難加工材料和精密加工中得到廣泛應用窄切，并取得了顯著的技術經(jīng)濟效益。隨著PCBN刀具應用范圍的不斷擴大协悼，正確炫胡、合理地選用PCBN刀具，及時解決加工中出現(xiàn)的各種問題残昔，已成為充分發(fā)揮PCBN刀具最大加工效益的有力保證狗城。
(a)標準車削 |
(b)仿形車削 |
| 圖1 粗車淬硬鋼時PCBN刀具的幾何角度 |
圖2 精車淬硬鋼時PCBN刀具的幾何角度 |
2 PCBN刀具的適用加工材料
PCBN 刀具主要適用于加工各種高硬材料(如冷作工具鋼、熱作工具鋼物即、高速鋼蚊楞、軸承鋼、淬硬鋼寿烟、粉末冶煉鋼澈驼、粉末冶煉金屬、馬氏體不銹鋼筛武、高強度鋼缝其、高錳鋼、白口鑄鐵徘六、奧氏體軟鐵等)内边、軟材料和耐磨材料(如灰口鑄鐵、燒結(jié)鐵等)待锈、難加工材料(如Inconel718漠其、表面硬化合金、燒結(jié)WC竿音、球墨鑄鐵和屎、CGI 等)。某些材料或加工條件(如典型的軟鋼春瞬、奧氏體或鐵素體不銹鋼眶俩、高鉻鋼或表面涂鉻材料、采用斷續(xù)切削的高速鋼铝比、鐵基類表面硬化合金等)由于容易引起 PCBN刀片的非正常化學磨損茄颈，因此不宜采用PCBN刀具加工穷筒。
3 PCBN刀具幾何參數(shù)和切削用量的合理選擇
刀具幾何參數(shù)和切削用量的選擇對刀具的切削性能、使用壽命及加工表面質(zhì)量具有極大影響。為了充分發(fā)揮PCBN刀具的優(yōu)異性能弦撤，取得理想的切削效果僻一，就必須根據(jù)具體加工對象合理選擇刀具幾何參數(shù)和切削用量。選擇PCBN刀具的幾何參數(shù)時應重點考慮刀刃及刀尖強度問題鼠基。PCBN刀具常采用0°前角或負前角冀肆，并磨制出負倒刃，以增加切削刃強度假怔；go1=-8°～-20°凄恤；為增加刀尖強度 ，可研磨出ge=0.2～0.8mm的刀尖圓慌率铡嘿辟；后 角一般偏小(5°～7°)，刃傾角多為0°片效。對于不同的被加工材料和切削條件红伦，應通過切削試驗確定刀具幾何參數(shù) 。PCBN刀具粗車和精車淬硬鋼時的刀具幾何角度分別如圖1和圖2 所示淀衣。
PCBN刀具的切削用量應根據(jù)所用加工機床昙读、刀片牌號、 被加工工件及其它加工條件合理選擇膨桥。表1為Seco公司CBN300 刀片(CBN含量90%蛮浑，晶粒尺寸22μm，Al 粘結(jié)劑)切削不同材料時推薦的適用切削用量国撵。
表1 CBN300刀片適用切削用量
| 工件材料 |
切削速度
(m/min) |
進給量
(mm/r) |
切削深度
(mm) |
| 珠光體灰鑄鐵 |
500～1500 |
0.5～0.8 |
0. 25～1.0 |
| 白口鑄鐵 |
120～180 |
0.1～0.4 |
0.3～1.2 |
| 冷硬鑄鐵(570～900HV) |
50～120 |
0.1～6.0 |
0.1～1.2 |
| 淬硬鋼(45～65HRC) |
60～150 |
0.2～0.3 |
0.6～2.5 |
| 表面硬化合金(>35HRC) |
80～240 |
0.12～0.25 |
0.5～2.5 |
| 硬質(zhì)合金(Co>17%) |
20～40 |
0.1～0.25 |
0.1～0.5 |
| 錳鋼(12%～20%Mn) |
140～200 |
0.3～0.7 |
0.2～2.9 | |
表2 Seco公司各種牌號PCBN刀片特性
| 刀片牌號 |
CBN含量
(體積比) |
晶粒尺寸
(μm) |
粘結(jié)劑 |
結(jié)構(gòu)型式 |
| CBN10 |
50% |
2 |
TiC |
焊接式 |
| CBN20 |
80% |
6 |
Ti+Al |
焊接式 |
| CBN30 |
90% |
8 |
Al |
整體式 |
| CBN100 |
50% |
2 |
TiC |
整體式 |
| CBN150 |
45% |
0.5 |
TiN |
焊接式 |
| CBN300 |
90% |
22 |
Al |
整體式 | |
4 PCBN刀片牌號的選擇
PCBN刀片牌號的正確選擇是刀具能否獲得最優(yōu)切削性能的關鍵陵吸。表2為Seco公司各種牌號PCBN刀片的特性。圖3為PCBN刀片牌號的選型流程圖介牙。
5 PCBN刀具常見磨(破)損形式及改善措施
PCBN 刀具在使用過程中會產(chǎn)生正常磨損和非正常磨損壮虫。PCBN刀具的正常磨損形式主要有氧化磨損、相變磨損环础、摩擦磨損囚似、粘結(jié)磨損、微崩刃型磨損岗翔、剝落磨損等幌蹈，且各種磨損因素相互影響、相互促進蹲鱼。PCBN刀具非正常磨損的影響因素主要有切削用量和刀片幾何參數(shù)選擇不當转迷、加工系統(tǒng)剛性不足等。為提高PCBN刀具的使用壽命哲耐，針對PCBN刀具在實際使用中常見的磨損形式和破損現(xiàn)象乞易，可采取以下具體措施予以改善：
- 后刀面磨損(見圖4)
- 改善措施：①提高切削線速度；②增大工件進給率；③增大切削深度毕蠢；④檢查刀片切削點是否位于中心高處吝沃；⑤如被加工材料為鑄鐵，應檢查其鐵素體含量是否在控制范圍內(nèi)雁唁。
- 月牙洼磨損(見圖5)
- 改善措施：①降低切削速度俱竭；②減小工件進給率。
- 切削捶擊(見圖6)改善措施：①提高切削速度车份；②降低切削進給率谋减；③改進刀具切削前角(如改用圓刀片等)。
圖4 PCBN刀片后刀面磨損形態(tài) |
圖5 PCBN刀片月牙洼磨損形態(tài) |
圖6 PCBN刀片切削捶擊現(xiàn)象 |
圖7 PCBN刀片刃口崩碎現(xiàn)象 |
圖8 PCBN刀片前刀面剝落現(xiàn)象 |
圖9 PCBN刀片刀口嚴重崩刃 |
- 刃口崩碎(見圖7)
- 改善措施：①采用刃口有倒刃或經(jīng)研磨處理的刀片躬充；②降低切削速度或盡可能避免斷續(xù)切削逃顶；③提高工藝系統(tǒng)剛性；④如斷續(xù)切削不可避免(如加工表面有孔充甚、槽等)以政，則應對相應的切削進入部位作預倒角處理；⑤改變切削線速度以優(yōu)化切削狀況伴找，避免振動盈蛮。
- 銑削時刀片前刀面剝落(見圖8)
- 改善措施：①減小刀具切入角(最好小于20°)；②盡可能采用逆銑方式技矮；③避免使用冷卻液抖誉；④提高切削速度。
- 刀口嚴重崩刃(見圖9)
- 改善措施：①減小切削深度或加工余量以降低切削載荷衰倦；②降低切削速度袒炉；③適當加大刀尖圓角半徑(甚至可采用圓刀片)；④采用經(jīng)過倒刃或研磨刃口的刀片验恕；⑤檢查刀片安裝是否正確思早、可靠，安裝面是否完好(特別是整體CBN刀片)梅砰；⑥檢查刀片切削刃口中心高是否正確包萧。
6 結(jié)語
PCBN 刀具的使用是否成功不僅取決于刀具本身的質(zhì)量，而且與整個加工系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)有關姨篮，如機床性能的優(yōu)劣荠划、工件夾持的可靠性、刀桿系統(tǒng)的剛性截抄、刀片選擇的合理性刘纸、切削參數(shù)的選擇等均會影響PCBN刀具的切削加工效果。只有正確掰弯、合理地使用PCBN刀具抚袁，才能提高加工效率嬉咐、降低生產(chǎn)成本，獲得最大的技術經(jīng)濟效益多尺。
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