PCBN刀具經(jīng)過20年的發(fā)展及推廣應用,獲得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。下面以精車淬硬鋼等舉例說明PCBN刀具在生產(chǎn)中的應用特點。
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,為淬硬工件的精加工開辟了一條快捷經(jīng)濟的新途徑。精車淬硬鋼工件,只有硬度高于45HRC時最為有利(不需斷屑)。切削速度v一般為80~150m/min,工件硬度越高,切削速度宜越低,如車削70HRC左右的工件,v=60~80m/min。精車切削深度0.1~0.3mm,進給量0.05~0.25mm/r,精車后的工件表面粗糙度可達Ra0.3~0.6,尺寸精度可達0.013mm。若采用剛性較好的標準數(shù)控車床加工,PCBN 刀具剛性和刃口保護較好,則精車后的表面粗糙度可達Ra0.3,尺寸精度可達0.01mm,達到使用數(shù)控磨削的水平。也可精車斷續(xù)表面,只是切削速度要適當,機床加工系統(tǒng)剛性要非常好,要選用高含量的PCBN復合刀片。精車時一般加工余量為0.3mm左右,在條件允許下盡可能保證余量均勻,即需提高淬火之前的尺寸精度,因為均勻的加工余量可以延長PCBN刀具壽命。精車一般不用切削液,因為切削速度較高,大量的熱量將由切屑帶走,很少會在工件表面產(chǎn)生熱損傷及熱變形。刀片宜選擇韌性和強度高的80°菱形刀片,刀尖半徑在0.8~1.2mm之間,雖然刀尖半徑越大,加工后的工件表面粗糙度值越低,但切削力會增大,導致剛性不足的加工系統(tǒng)產(chǎn)生振顫。
PCBN刀具在使用前有必要用油石輕輕對刃口倒角,以保護其刃口。當采用車削工藝時,事先須用淬火的棒料進行粗加工或精加工試驗。目前,國內(nèi)已有許多單位采用了這種精車工藝,如某集團公司用PCBN刀具加工滲碳淬火(58~63HRC)的20CrMnTi變速箱齒輪撥叉槽,采用v=150mm/min,f=0.1mm/r,ap=0.2~0.3mm,實現(xiàn)了以車代磨,刀具切削行程達到9.58km。
2. 用PCBN刀具加工硬鑄鐵及高速切削灰鑄鐵
a. 加工灰鑄鐵PCBN刀具用于車削鋼件時,要求工件淬火硬度高于45~55HRC。而加工鑄鐵時,只要工件硬度達到中硬水平(45HRC)就很有成效。例如,現(xiàn)代發(fā)動機缸蓋上的排氣閥座,都是采用銅、鉬高鉻合金鑄鐵,硬度為44HRC,其加工方法一般有銑、車兩種工藝,大多在自動線上進行,與拉鉸導管孔一道加工,v=71.6m/min,f=26.5mm/min,apmax=1.0mm,采用PCBN整體刀片焊接于刀體上,平均耐用度為1200個閥座,加工表面粗糙度值為Ra0.4,錐面擺差≤0.05mm,刀具壽命高,質(zhì)量穩(wěn)定。
b. 高速端面銑削如在一個裝有8塊刀片的端銑刀上改成只裝對稱式的兩片PCBN刀片,而將切削速度提高4倍,其結(jié)果是金屬切除率相同,而切削力降低3/4。若采用陶瓷刀片則需采用較大的負前角,切削條件變差,刀具壽命與加工質(zhì)量都遠遠趕不上PCBN刀具。高速切削鑄鐵時,一般粗加工當然可使用K類硬質(zhì)合金,精加工可用復合氮化硅陶瓷或PCBN復合片。但高速加工珠光體鑄鐵或冷硬合金鑄鐵時,使用PCBN刀具要比其它材料可獲得較高的壽命與較低的表面粗糙度值。
3.難加工材料的切削加工
難加工材料如奧氏體不銹鋼(45HRC)、高溫合金鋼、高錳鋼、高強度鋼及高鎳合金等,由于材料含有微觀硬點,宏觀硬度也高,導熱系數(shù)小,強度高,切削時塑性變形大,切削力劇增,切削溫度高,刀具磨損劇烈,表面粗糙度值很低。唯有采用較大前角的PCBN刀具,適當?shù)那邢鲄?shù),如v=70~100m/min,f=0.05~0.2mm/r,ap=0.1~0.2mm,才可以獲得較高的加工效率與質(zhì)量。