PCBN刀具经过20年的发展及推广应用,获得了巨大的经济效益和社会效益。下面以精车淬硬钢等举例说明PCBN刀具在生产中的应用特点。
1. 用PCBN刀具精车淬硬钢
淬硬钢工件常规的加工工艺是粗磨、精磨,现代切削加工与刀具材料技术的发展,可采用高精度的车削工艺代替磨削加工,为淬硬工件的精加工开辟了一条快捷经济的新途径。精车淬硬钢工件,只有硬度高于45HRC时最为有利(不需断屑)。切削速度v一般为80~150m/min,工件硬度越高,切削速度宜越低,如车削70HRC左右的工件,v=60~80m/min。精车切削深度0.1~0.3mm,进给量0.05~0.25mm/r,精车后的工件表面粗糙度可达Ra0.3~0.6,尺寸精度可达0.013mm。若采用刚性较好的标准数控车床加工,PCBN 刀具刚性和刃口保护较好,则精车后的表面粗糙度可达Ra0.3,尺寸精度可达0.01mm,达到使用数控磨削的水平。也可精车断续表面,只是切削速度要适当,机床加工系统刚性要非常好,要选用高含量的PCBN复合刀片。精车时一般加工余量为0.3mm左右,在条件允许下尽可能保证余量均匀,即需提高淬火之前的尺寸精度,因为均匀的加工余量可以延长PCBN刀具寿命。精车一般不用切削液,因为切削速度较高,大量的热量将由切屑带走,很少会在工件表面产生热损伤及热变形。刀片宜选择韧性和强度高的80°菱形刀片,刀尖半径在0.8~1.2mm之间,虽然刀尖半径越大,加工后的工件表面粗糙度值越低,但切削力会增大,导致刚性不足的加工系统产生振颤。
PCBN刀具在使用前有必要用油石轻轻对刃口倒角,以保护其刃口。当采用车削工艺时,事先须用淬火的棒料进行粗加工或精加工试验。目前,国内已有许多单位采用了这种精车工艺,如某集团公司用PCBN刀具加工渗碳淬火(58~63HRC)的20CrMnTi变速箱齿轮拨叉槽,采用v=150mm/min,f=0.1mm/r,ap=0.2~0.3mm,实现了以车代磨,刀具切削行程达到9.58km。
2. 用PCBN刀具加工硬铸铁及高速切削灰铸铁
a. 加工灰铸铁PCBN刀具用于车削钢件时,要求工件淬火硬度高于45~55HRC。而加工铸铁时,只要工件硬度达到中硬水平(45HRC)就很有成效。例如,现代发动机缸盖上的排气阀座,都是采用铜、钼高铬合金铸铁,硬度为44HRC,其加工方法一般有铣、车两种工艺,大多在自动线上进行,与拉铰导管孔一道加工,v=71.6m/min,f=26.5mm/min,apmax=1.0mm,采用PCBN整体刀片焊接于刀体上,平均耐用度为1200个阀座,加工表面粗糙度值为Ra0.4,锥面摆差≤0.05mm,刀具寿命高,质量稳定。
b. 高速端面铣削如在一个装有8块刀片的端铣刀上改成只装对称式的两片PCBN刀片,而将切削速度提高4倍,其结果是金属切除率相同,而切削力降低3/4。若采用陶瓷刀片则需采用较大的负前角,切削条件变差,刀具寿命与加工质量都远远赶不上PCBN刀具。高速切削铸铁时,一般粗加工当然可使用K类硬质合金,精加工可用复合氮化硅陶瓷或PCBN复合片。但高速加工珠光体铸铁或冷硬合金铸铁时,使用PCBN刀具要比其它材料可获得较高的寿命与较低的表面粗糙度值。
3.难加工材料的切削加工
难加工材料如奥氏体不锈钢(45HRC)、高温合金钢、高锰钢、高强度钢及高镍合金等,由于材料含有微观硬点,宏观硬度也高,导热系数小,强度高,切削时塑性变形大,切削力剧增,切削温度高,刀具磨损剧烈,表面粗糙度值很低。唯有采用较大前角的PCBN刀具,适当的切削参数,如v=70~100m/min,f=0.05~0.2mm/r,ap=0.1~0.2mm,才可以获得较高的加工效率与质量。